Увеличение способности стен поглощать солнечную радиацию

Увеличение способности стен поглощать солнечную радиацию.

Значительную экономию дефицитного органического топлива, расходуемого на отопление помещений, может дать использование нетрадиционных возобновляемых источников энергии НВИЭ . Возрастающий интерес к НВИЭ в России в последние годы может быть в основном объяснён экологическими и социальными факторами, а также научно-техническим прогрессом в деле их освоения.

Суммарный валовой потенциал НВИЭ в России оценивается в 2,1 млрд. тонн у.т. Экономически оправданный потенциал для освоения при современном техническом уровне российскими специалистами оценивается в 270 млн. тонн у.т. В последнее время резко возрос интерес к проблеме использования солнечной энергии, и внимание, уделяемое ему во всем мире, заставляет нас рассмотреть его возможности отдельно. Потенциальные возможности энергетики, основанной на использовании непосредственно солнечного излучения, чрезвычайно велики.

Способность стен эффективно поглощать солнечную радиацию в холодный период года можно существенно повысить путем размещения на наружной поверхности прозрачной теплоизоляции. Пройдя сквозь нее, солнечная радиация достигает непрозрачного слоя и нагревает его. Это тепло не поглощается наружным воздухом благодаря значительному термическому сопротивлению прозрачной изоляции. Температурный градиент в толще стены уменьшается, сокращаются теплопотери.

В настоящее время известен материал, основой которого является прозрачная поликарбамидная пленка. Он бывает трех типов. Первый представляет собой капиллярную структуру, выполненную из прозрачной поликарбонатной пленки толщиной 0,1 мм с диаметром капилляров 0,8 мм и стандартной длиной капилляров 20 и 40 мм. Торцы капилляров запаяны той же пленкой. Второй - аналогичная конструкция сотовой структуры, а третий - аэрогель, который представляет собой спаянные друг с другом воздушные пузырьки в оболочке из поликарбонатной пленки.

Материал подвержен механическим воздействиям, поэтому на прозрачную теплоизоляцию накладываетсялистовое стекло. Подобная конструкция хороша для зимы, летом аккумуляция солнечной радиации наружной стеной вредна. Между прозрачной теплоизоляцией и непрозрачным слоем необходимо предусмотреть воздушную прослойку, в которой можно поместить штору из пленки, отражающей солнечные лучи, или пластмассовые жалюзи. Штору можно также повесить снаружи. 6 . 2.Технология использования солнечной энергии.

Опыт Швеции. Попытки эффективно использовать солнечную энергию с помощью систем солнечных коллекторов делались давно. Однако изобилие дешёвого топлива в течение длительного времени снимало какие-либо реальные предпосылки к серьёзному техническому развитию и активному использованию таких систем отопления. До 1970-х годов, когда возникли кризисы и расширилась осведомлённость о проблемах окружающей среды, в Швеции не проявилось интереса к результатам научно-исследовательских и экспериментальных работ по утилизации солнечной энергии.

Солнечные коллекторы. Существуют два типа солнечных коллекторов концентрирующий и плоскопластинчатый. Концентрирующие коллекторы позволяют увеличить невысокую интенсивность солнечной радиации с помощью зеркального элемента, вырабатывая высокие температуры. Плоскопластинчатые коллекторы поглощают чёрной поверхностью тепло и преобразуют его в теплоноситель, циркулирующий через коллектор. Максимальная температура, полученная таким путём составляет около 200 С, то есть значительно ниже того, что можно получить в концентрирующих коллекторах.

С другой стороны, плоскопластинчатые коллекторы обеспечивают лучшее использование рассеянной радиации, их производство и монтаж значительно дешевле, они могут быть высокоэффективными благодаря хорошей теплоизоляции, предотвращающей теплопотери. Низкотемпературные солнечные коллекторы работают в диапазоне 10 30 єС. Они не имеют покрытия стеклом или покрыты лишь одним слоем пластика.

Производство коллекторов этого типа не требует больших затрат, их можно легко встроить в поверхность крыши, что дополнительно сокращает стоимость при новом строительстве и при реконструкции крыши в существующих зданиях. Среднетемпературные солнечные коллекторы работают в температурном диапазоне 30 60 єC, часто имеют однослойное стеклянное покрытие и селективный поглотитель. Этот тип коллектора используется в Швеции для систем приготовления бытовой горячей воды. Высокотемпературные солнечные коллекторы работают при температуре выше 60 єC и поэтому должны проектироваться с гарантией низких теплопотерь. Проектирование становится более сложным, так как возникает необходимость разработки различных типов антиконвективных перегородок, предотвращающих тепловые потери.

Различные типы коллекторов обладают одинаковой эффективностью и одинаковой вырабатываемой мощностью в пределах соответствующих диапазонов температур. Различия заключаются в том, что более высокий температурный уровень коллектора способен обеспечить большую долю общей тепловой нагрузки, поступающей от коллектора без использования дополнительной энергии, например от теплового насоса. 3,138 . Солнечное отопление и здания.

В отличие от традиционных средств отопление от солнечной энергии требует дополнительных сведений о зданиях и их теплопотреблении. Для солнечных коллекторов необходимы незатенённые и неповреждённые крыши и фасады, обращённые на юг, юго-восток или юго-запад.

Важно также знать необходимые температурные уровни для отопления и потребность здания в тепле в различные времена года. Необходимы также данные о потребности в бытовой горячей воде и анализ её потребления в различное время суток и года. Общая эффективность оборудования для отопления от солнечной энергии также чувствительна к излишним размерам так как с увеличением поверхности коллекторов одновременно возрастают потери тепла в окружающую среду. Важным элементом в исследованиях по использованию солнечной энергии являются расчёты и создание математических моделей. 3,150 . Системы солнечного отопления с сезонным накоплением тепла в грунте.

Системы отопления от солнечной энергии при накоплении тепла в сезонном накопителе летом для использования его зимой могут обеспечить большую часть общей потребности в тепле. Хорошие теплоаккумулирующие свойства имеют накопители из глины. Встроенные в крышу низкотемпературные солнечные коллекторы используют вовремя солнечных месяцев года, чтобы обеспечить отопление и горячее водоснабжение, и накопить тепло в грунтовом накопителе.

Температуру грунта в зоне накопления на глубине 15 30 метров поднимают на 10 - 15 єC в низкотемпературных системах и до 60 єС в высокотемпературных системах накопления. В течение месяцев, характеризующихся слабой активностью, тепло возвращают из накопителя при помощи теплового насоса. Тепловой насос повышает температуру возвращаемого тепла до уровня, удовлетворяющего потребность в отоплении.

Группа модулей солнечных коллекторов с сезонным накоплением тепла в заполненных водой скальных выемках. Другой тип крупномасштабных систем отопления от солнечной энергии с сезонным накоплением тепла летом предусматривает использование заполненных водой скальных выемок. Система такого типа предназначена для того, чтобы обеспечить потребность в отоплении целого жилого района, и пригодна для использования в обычных стандартных домах при расположении их без особых требований к ориентации.

Большой водяной накопитель тепла в скальных выемках может применяться для высокотемпературного накопителя, следовательно, нет необходимости в тепловых насосах. В системе этого типа используется высокотемпературные солнечные коллекторы плоского типа в виде модулей, готовых для монтажа групп коллекторов на поверхности земли. К концу лета в большей части накопителя температуру теплоносителя поднимают до 90 єС и накопленное тепло подают в дом через систему циркуляционных насосов и теплообменников.

Солнечные коллекторы обеспечивают около 95 общей годовой потребности в тепле, остальную часть обеспечивают бойлеры на нефти. Группы модулей солнечных коллекторов, подсоединённых к групповой и районной системе отопления. При подсоединении солнечных коллекторов к групповой или районной системе отопления может быть сэкономлено около 10 общей годовой потребности системы в топливе. Большие группы монтируемых на земле модулей высокотемпературных солнечных коллекторов подсоединяют к обратной магистрали распределительной системы.

Тепло, поступающее от коллекторов, добавляется к теплу от отопительного обычного оборудования по производству тепла. Системы этого типа были использованы в Швеции в экспериментальных проектах в городах Книвста, Сёдертёрн, Торвалла. 3,142 . 3.