ИЗУЧЕНИЕ ВОЗМОЖНОСТИ ПРИМЕНЕНИЯ ТЕПЛОВЫХ ЖАЛЮЗИ СИСТЕМЫ СОЛНЕЧНОГО ТЕПЛООБЕСПЕЧЕНИЯ В УСЛОВИЯХ РЕСПУБЛИКИ БАШКОРТОСТАН
Бирская государственная социально-педагогическая академия
Развитие энергетики пока в основном базируется на невозобновляемых источниках энергии: углеродосодержащем или урановом топливе. Экологическая безопасность гидроэнергетики также вызывает споры. Недостатки этих источников энергии с точки зрения охраны природы и экономики приводят к разработке и все более широкому использованию альтернативных возобновляемых источников энергии – солнца, ветра, малых рек, приливов и волн, течений, геотермальной энергии, энергии биомассы и т.д. Большинство перечисленных источников являются конечным результатом преобразования солнечной энергии.
В настоящее время исследования по использованию энергии солнца ведутся на всех континентах. Солнечная радиация, достигающая внешних границ земной атмосферы, несет энергию в 1,05•1018 кВт•ч в год. Поток солнечной энергии, достигающей земной поверхности, в 9 тысяч раз больше суммарной энергии, производимой в мире.
Солнечная энергия обладает рядом преимуществ. Она имеется повсюду, практически неисчерпаема и доступна в одной и той же форме на бесконечно долгий период времени. Однако солнечная энергия обладает низкой плотностью потока (800-1000 Вт/м2), ее интенсивность меняется в течение суток, зависит от сезона и т.д.
Значительная часть всей производимой энергии тратится на бытовое теплоснабжение. Большую часть этих потребностей можно удовлетворить, применяя различные системы использования солнечного излучения. Это разного рода солнечные коллекторы, стены Тромба, тепловые теплицы и атриумы, тепловые аккумуляторы, солнечные пруды и т.д. Широкое внедрение подобных систем привело бы к значительному экологическому и экономическому эффекту. В экономически развитых странах подобные технологии разрабатываются уже давно, и тем активнее, чем дороже энергоносители.
Из большого числа систем солнечного теплоснабжения нами для исследования выбрана система, разработанная Н. Саундерсом, примененная в проекте дома Cliff House, который позиционируется как на 100% отапливаемым солнцем. Cliff House расположен на южном склоне скального уступа 12-метровой высоты в Вестоне (шт. Массачусетс США).
Система представляет собой пристроенную к дому с южной стороны двухсветную теплицу, внутри которой на небольшом расстоянии от стекла расположены вертикальные тепловые жалюзи. Солнечное излучение, попадая на них, преобразуется в тепловую энергию, которая с конвективными потоками нагретого воздуха попадает в верхний тепловой аккумулятор (емкости с водой), расположенный на чердаке и по мере необходимости используется – по воздуховодам маломощными вентиляторами нагретый воздух подается в помещение и в нижний тепловой аккумулятор (бункер с камнями), расположенный под полом первого этажа. Часть энергии используется для горячего (теплого) водоснабжения.
Весьма интересно было выяснить эффективность данной системы в условиях Башкирии. В связи с этим была поставлена задача: исследовать получение и превращение солнечной энергии в тепловую с помощью тепловых жалюзи, чтобы далее можно было ее использовать для теплообеспечения жилых зданий.
В процессе исследований сконструирована и изготовлена опытная модель тепловых жалюзи.
Основными элементами устройства по исследованию тепловых жалюзи являются: прозрачная пластиковая труба, внутри которой расположена жалюзи темно-зеленого цвета. В верхней части трубы над полоской установлен свободно, без трения вращающийся винт.
Устройство установлено в оконном проеме окна южной экспозиции, как это имело бы место в теплице дома с солнечным обогревом.
Принцип действия устройства заключается в том, что жалюзи, находящееся внутри пластиковой трубы нагревается за счет солнечных лучей, та в свою очередь отдает тепло окружающему ее воздуху. Конвективный поток теплого воздуха, двигаясь вверх, приводит в движение винт.
Винт тарирован – получена функция приведенной тепловой мощности N в зависимости от частоты вращения винта п.
Результаты измерений, проведенных в течении нескольких солнечных дней второй половины марта приведены на графиках (Рис. 1). Здесь N1(t1)…N6(t6) – изменение мощности Вт/м2 в течении светового дня (в разные дни). N(t) – аппроксимирующий полином (на графике – 5 степени) для всех дат.
Рис. 1. Результаты исследования тепловых жалюзи
В результате интегрирования полученных полиномов (2…10 степени) в пределах светового дня выявлено, что в течение суток вертикальной темно-зеленой поверхностью, ориентированной на юг, в тепловую энергию преобразуется до 3,1…3,3 кВт•ч/м2 солнечного излучения. По данным разных авторов количество солнечной энергии, поступающих на вертикальную, ориентированную к югу поверхность, для 55° северной широты (и для Башкирии) в марте месяце, составляет 5…6 кВт•ч/м2. То есть реальной системой солнечного теплоснабжения, построенной на тепловых жалюзи можно использовать порядка 60% солнечной энергии. Это обусловлено пропускательной способностью ограждающих конструкций (в опыте – однокамерный стеклопакет из стекол без покрытий и прозрачный пластик) и поглащательной способностью материала жалюзи (темно-зеленая бумага), которые зависят от угла падения солнечных лучей.
Таким образом, учитывая, что каждый квадратный метр тепловых жалюзи в погожий день осеннее-зимне-весеннего периода позволяет сэкономить 2,5…3,5 кВт•ч тепловой энергии, а летом – 2,0…2,5 (для горячего водоснабжения и кондиционирования), рассматриваемая система для условий Башкирии актуальна.
1. Хотунцев Ю.Л. Человек, технологии, окружающая среда. М.: Устойчивый мир, 2001.
2. Огородников И.А., Макарова О.Н., Дубынина Е.С.. Экодом в Сибири. Новосибирск: Исар-Сибирь, 2000.
3. Танака С. Суда Р. Жилые дома с автономным солнечным теплохладоснабжением /под ред. М.М.Колтуна, Г.А.Гухман. М.: Стройиздат, 1989.
4. Сабади П.Р. Солнечный дом /Пер. с англ. Н.Б. Гладковой. М.: Стройиздат, 1981.
5. Геращенко О.А., Федоров В.Г. Тепловые и температурные измерения. Киев: Наукова думка, 1965.
6. Shurcliff W. Суперсолнечный дом Cliff House / Пер. с англ. О. Б. Меньшенин. www.mensh.ru, 2006.
- Войдите или зарегистрируйтесь, чтобы получить возможность отправлять комментарии