Мы не сказали еще об одном важном обстоятельстве, которое, возможно, для многих людей станет решающим в пользу выбора солнечной энергии. Об этом, например, говорит Г. Шеер (2002). Солнечные энергетические установки создают устойчивую основу личной и общинной свободы. Значение этого достоинства выходит далеко за рамки экономических расчетов: оно касается, прежде всего, свободы индивидуума, семьи и/или небольших коллективов людей, объединенных общим смыслом существования (общины, коллективные хозяйства и др.). Солнечная энергия избавляет от индивидуальной и экономической зависимости.

Среди видов гнета, которым подвергается современный человек, следует выделить гнет зависимости от коммунальных служб, который особенно сильно проявляется в многоэтажных многоквартирных домах. Коммунальные службы используют неправовое понятие коллективной ответственности или вины, отключая подъезды, дома или даже целые кварталы, если число людей, не платящих за коммунальные услуги, превышает некоторый критический, по их мнению, уровень.

Но даже люди, живущие в частных домах и имеющие счетчики воды и электричества, не свободны от произвола чиновников коммунальных служб, поскольку нередко переплачивают за воду и электричество из-за больших потерь в сетях или элементарного воровства. В этих случаях потери воды и электричества компенсируются повышением тарифов.

Реформу коммунальных служб не следует ожидать в ближайшие годы: изношенность сетей такова, что требует миллиардных вложений, которых в стране нет. Решение вопроса может быть осуществлено самими гражданами на основе использования солнечной энергии. Использование солнечной энергии приводит к самообеспечению, к независимости, освобождению людей от гнета монополистов за счет создания автономных систем

энергобеспечения. На основе солнечной энергии и сырья станут возможными гарантии социального существования человечества.

Переход к экономике на базе солнечной энергии изменяет логику хозяйствования и пути экономического развития.

Пользователь солнечными технологиями не подвергается ничьему контролю. Франц Альт говорит: солнце и ветер не пользуются проводами и антеннами, они не присылает счетов. Тузы традиционного энергохозяйства жалеют, что невозможно получить патент на солнце или ветер и продать соответствующие лицензии.

Но для внедрения солнечной энергии, безусловно, необходимо активное общество. Производство солнечной энергии многим кажется сложным, хлопотным, поскольку до сих пор мало предложений, информации и консультаций, существуют многочисленные бюрократические преграды, нет достаточной инфраструктуры для предпринимателей, технической и индивидуальной деятельности. В результате, в обществе нет устойчивого желания активно содействовать охране окружающей среды, что, в частности, проявляется в слабой поддержке на выборах партий экологической направленности. А в программах ведущих политических партий экологические лозунги используются дежурно, на всякий случай, а после избрания депутаты и вовсе забывают даже об этих дежурных лозунгах.

Использование солнечной энергии открывает путь к демонополизации и регионализации. Децентрализация хозяйства позволит увеличить эффективность использования возобновляемых источников энергии.

Но следует не только подстраивать энергетику к уже имеющимся системам потребления энергии, но и наоборот — системы потребления энергии — к имеющимся природным энергетическим потенциалам. Это означает, что необходима децентрализация производства, систем расселения и т. д. Особенно перспективны виды хозяйства, менее чувствительные к колебаниям энергетических потоков, ориентированные на суммативный и накопительный варианты потребления энергии.

Необходимо следовать принципам Ф. Шумахера: «малое — прекрасно», «чем меньше, тем лучше». Наиболее экологичному способу хозяйствования соответствуют наименьшие по размерам территории. Малые территориальные единицы станут самодостаточными. Особый интерес к внедрению возобновляемых видов энергии должны иметь административные единицы, имеющие право устанавливать налоги на коммерческую деятельность. Использование возобновляемой энергии приведет к переходу от крупных предприятий к предприятиям малого и среднего бизнеса, локальному спросу на установки, консанлтингу и обслуживанию альтернативных энергосистем, возрастанию спроса на соответствующих специалистов.

Возобновляемые виды энергии выступают эффективным средством выравнивания контраста между регионами мира.

Большие надежды следует возлагать на реализацию правовых аспектов использования солнечной энергии. Необходимы законы об экономическом стимулировании энергосбережения, льготных кредитах, гарантиях инвесторам, об экономии энергии. Необходимо стимулирование инновационной деятельности в энергетике. Требуется принятие новых стандартов. Большие перспективы

открывает принятие закона об обязательном проектировании солнечных коллекторов при строительстве зданий.

Наконец, огромное значение имеют образовательные аспекты энергосбережения. Актуальны подготовка и переподготовка кадров, пропаганда технологий энергосбережения в средствах массовой информации. Для этого требуется создание информационных центров. Необходимо проведение периодической аттестации должностных лиц государственных предприятий, учреждений и организаций, ответственных за состояние энергоэффективности, повышение квалификации руководителей и специалистов в области энергетики.

Чтобы активизировать процесс энергосбережения и в

частности использования солнечной энергии, нам нужно объединить усилия ученых, практиков, специалистов производства и управления.

Поэтому, в рамках проекта «Организация системного внедрения солнечной энергетики в Крыму, поддержанного Фондом Восточная Европа», создан консультационный пункт по проблемам использования солнечной энергии в Крыму. Если у читателя возникла необходимость обратиться по этим вопросам к специалистам, звоните или пишите в Творческий союз НИО Крыма (ул. Киевская, 41, оф. 612а, Симферополь, 95017), в Южный институт интеллектуальной собственности (пр. Вернадского, 2, корпус 5, Симферополь, 95017), телефоны (0652)

[1] Фотоэнергетика. В стране существуют промышленный и научный потенциал, состоящий из предприятий-производителей полупроводникового кремния (Запорожский титаномагниевый комбинат, Светловодский завод чистых металлов) и производителей полупроводниковых приборов (АО "Квазар", "Родон", "Гравитон", "Гамма", "Днепр" и др.), учебных заведений и институтов системы

[2] Определение количества коллекторов солнечной энергии

Необходимое количества коллекторов солнечной энергии n следует определять по формуле:

n = А/F, шт., (13)

Крым — признанный курортный регион Причерноморья. Вдоль южного побережья расположены курорты: Ялта, Алупка, Симеиз, Гурзуф, Мисхор, Ливадия, Форос, Алушта.

Вдоль восточного побережья — Керчь, мыс Казантип, Феодосия, Коктебель, Судак. Западный регион — Черноморский район, Евпатория, Саки, Николаевка, Песчаное, Береговое, Севастополь, мыс Фиолент. Особое место занимают ресурсы рекреационного профиля: пляжи (517 км береговой линии), лечебные грязи (Сакское, Чокракское и Булганакское месторождения), минеральные источники (более 200 скважин).

Рекреационное хозяйство Крыма насчитывает более 600 здравниц оздоровительного и профилактического профиля.

Санатории сосредоточены в основном на Южном берегу Крыма и курорте Евпатория. Южный берег Крыма специализируется на лечении взрослого населения, а в Евпатории отдыхают и лечатся дети. В горной части Крыма имеется сеть туристических баз и приютов. Иностранных туристов обслуживают гостиницы “Ялта”, “Ореанда”, санатории “Украина”, “Россия”, “Нижняя Ореанда”, “Дюльбер” и другие. В последние годы появились частные отели.

В Крыму есть все, что нужно для туриста: горы, лес, море, памятники природы, которые имеют большую научную и познавательную ценность. Недаром Крым часто называют музеем природы. Крым — не только памятник природы, но и музей многих культур и цивилизаций под открытым небом. Только на территории Большой Ялты находится более 500 историко-культурных, архитектурных и исторических объектов. Среди них — Ливадийский дворец, летняя резиденция царской династии Романовых и место проведения Ялтинской (Крымской) конференции великих держав 1945 года (США, Великобритания, СССР), Воронцовский, Массандровский, Юсуповский дворцы, исторические места, связанные с жизнью и творчеством Пушкина, Мицкевича, Льва Толстого, Шаляпина, Куприна и многих других выдающихся деятелей мировой культуры.

В конце восьмидесятых годов в Крыму отдыхали и укрепляли здоровье до 10 миллионов гостей. Сейчас в Крым приезжают 4 — 5 миллионов рекреантов.

Все это создает благоприятные условия для развития солнечной энергетики. Ведь на каждого отдыхающего в Крыму человека нужно минимум 20 литров горячей воды в сутки. А это минимум 1,5 миллиона кубометров горячей воды за сезон! На нагрев этой воды нужно завезти в Крым 900 тыс. тонн угля или 700 тыс. м газа!

Как отмечается в информационном буклете «Крым — территория успеха», подготовленном Министерством экономики АР Крым, наличие туристических ресурсов, особенности уже имеющейся инфраструктуры дают возможность развивать в Крыму нетрадиционные формы туризма: спелеологический, скалолазание, конный, велосипедный, дельтапланеризм, горно-пешеходный, винные и охотничьи туры, вертолетные экскурсии, прогулки на яхтах, подводные погружения с аквалангом, научный и автотуризм, а также сельский зеленый туризм.

Для этого в Крыму есть все условия: сочетание живописных гор и обширных равнин, лесов, степей, морей, озер, уникальная флора и фауна, широкая сеть природных, исторических и этнографических памятников. Особенности национальной структуры населения Крыма, где проживает более 100 национальностей и народностей, создает все необходимые предпосылки для развития этнического и этнографического туризма. Для граждан Г ермании, Болгарии, Греции, Турции, Чехии и других стран, чьи предки некогда жили в Крыму, разработаны маршруты с посещением архитектурных, куль­турных и религиозных памятников полуострова. Крымскими
туристскими предприятиями разработаны и успешно проводятся туры по ознакомлению с культурой, ремеслами, традициями раз­личных народов Крыма.

Это создает предпосылки для инвестирования в санаторно­курортную и туристическую отрасль, в частности:

— комплексное освоение рекреационных территорий с созданием современной инженерной инфраструктуры:

— преодоление сезонности функционирования курортного комплекса:

— развитие инфраструктуры отдыха и развлечений;

— создание и реконструкция объектов этнографического, сельского и зеленого туризма

Пример 1. Система нагдева воды с помощью солнечной энергии для пансионата на 250 человек (выполнен ООО ТПК «Афрос»).

Исходные данные: пансионат на 200 чел, потребление горячей воды суточное (норма потребления 50 л на 1 человека в сутки) — 10000 л. Производительность системы (суточная) 10393 л., запас воды (вечерний) — 6000,0 л.

Пример 2. Система нагрева воды для пансионата на 350 человек (выполнен ООО «Крымская тепловая компания»).

Предложение гелиосистемы горячего водоснабжения площадью 250 кв. м

производительностью до 35 куб. м/сут

Примечание: 1. Цены приведены с учетом НДС

2. Цены ориентировочные и будут уточнены после выполнения эскизного проекта

Опыт использования солнечной энергии в этой отрасли был наработан в конце восьмидесятых годов прошлого столетия. Он описан в работе Городова М. И., Грачевой Л. И. и др. В тот период получили распространение два направления использования этой энергии: нагрев воды для технологических и бытовых целей и сушка продукции.

Одной из первых в Крыму была установка, смонтированная в конце 70-х годов в колхозе им. Калинина Первомайского района. Площадь гелиополя составляла около 400 м. Полученная тепловая энергия использовалась для отопления и горячего водоснабжения объектов социальной сферы села.

Затем была изготовлена гелиодушевая установка в электроцехе этого же колхоза, которая позволяла нагревать до 40—50 0С 1 м3 воды. Изготовлена она была по модульному типу из 10 стальных гелиоприемников конструкции Братского завода отопительного оборудования. Циркуляция теплоносителя в установке естественная по одноконтурной линии за счет температурного напора, появляюще­гося в результате нагрева солнечной радиацией воды в гелиоприемнике. Подпитка установки осуществляется от водопроводной сети. При эффективной площади гелиополя 8,2 м2 гелиодуш создает мощность 4,4 кВт, чем позволяет экономить до 3 тут. в год.

В тот период велась активная работа по использованию солнечной жнергии во многих регионах Крыма. На территории Нижнегорского района была установлена гелиодушевая, позволяющая ежедневно принимать душ всему персоналу хозяйства (до 30 человек). Установка позволяла нагревать 0,8 м воды от 15 град. С до 50 град. С, вырабатывала за сезон 3,9 Гкал и экономила до 1,6 тут. Одной из особенностей данной установки является то, что с целью повышения ее теплопроизводительности, была введена система дискретной ориентации гелиополя относительно положения солнца над горизонтом.

В детском саду села Скалистое Бахчисарайского района была смонтирована гелиоустановка с естественной циркуляцией, включающая 16 гелиоприемников, При эффективной площади гелиополя 10 м установка позволяла нагревать до 45—50 градусов 1—1,5 м3 воды, развивая мощность 7 кВт и экономя до 4 тут. за сезон.

Г елиоприставки к топливным котельным молочно-товарных ферм были установлены на птицефабрике «Южная», в учебно-опытном хозяйстве «Коммунар» Симферопольского района, колхозе «Россия» Белогорского района. Система солнечного горячего водоснабжения (ГВС), использовавшаяся на МТФ на 400 голов птицефабрики «Южная», позволяла в ясные дни покрывать тепловую нагрузку фермы, которая потребляла до 8 м3 горячей воды на технологические нужды.

Гелиоприставка нагревала до 50—56 м3 воды, которая аккумулировалась в баке-аккумуляторе. Догрев аккумулированной воды до 80 градусов осуществлялся паровыми котлами КВ-300, В результате применения гелиоустановки потребление ТЭР на МТФ сократилось на 81 тут. за сезон. В том же хозяйстве была установлена гелиоприставка к топливной котельной, которая при благоприятных условиях нагревала до 45—50 градусов 6—7 м3 воды с последующим догревом в основной котельной. Среднее потребление воды для технологических нужд фермы составляло 20-25 мз. Экономия первичных ТЭР — 30 тут. за сезон.

На МТФ учебно-опытного хозяйства «Коммунар» работала гелиоприставка к топливной котельной, которая позволяла экономить до 30 тут. за сезон.

В колхозе «Россия» Белогорского района гелиоэнергетическая приставка позволяла подогреть до 25 м с догревом до заданной температуры в баке-аккумуляторе.

Согласно обзорной информации, опубликованной в 2003 году на сайте http://www. mensh. ru, в сельском хозяйстве существуют большие возможности для применения солнечных установок — в растениеводстве, животноводстве, садоводстве. Это, прежде всего:

• гелиотеплицы;

• сушильные установки;

• горячее водоснабжение и отопление ферм по разведению крупного рогатого скота, свиней, птиц;

• подогрев воды в бассейнах для разведения рыбы;

• холодильные установки.

Например, в сельском хозяйстве Голландии — страны с наиболее современным сельским хозяйством — потребляется 1/3 всей тепловой энергии, используемой в аграрном секторе экономики стран ЕЭС, причем 90% приходится на энергопотребление в садоводстве и огородничестве, а доля теплиц составляет 20%. Горячая вода с температурой 10…80°С потребляется для различных целей на фермах. Так, для отопления свинарников, птичников, молочных ферм требуется воздух или вода с температурой 20…45°С, для горячего водоснабжения — вода с температурой до 80°С. От общего объема теплопотребления в сельском хозяйстве Голландии, эквивалентного 3 млн. т нефти в год, использование солнечной энергии обеспечивает экономию около 0,2 млн. т нефти, а при условии применения улучшенной тепловой изоляции, в том числе и подвижных теплоизоляционных экранов, экономия достигает 1 млн. т нефти в год.

Установки отопления и горячего водоснабжения, применяемые в сельском хозяйстве, во многих случаях имеют простое конструктивное исполнение и ориентированы на применение местных материалов.

Солнечные теплицы (опубликовано: mensh, июль 27, 2003). В скандинавских странах, Голландии, ФРГ потребление энергии в теплицах составляет 1…1,5% общенационального энергопотребления и достигает 20…35% общего потребления энергии в сельском хозяйстве.

Теплицы могут быть весьма существенно усовершенствованы, если их превратить в солнечные теплицы. Солнечная энергия в обычной теплице используется главным образом для процесса фотосинтеза, при котором растения поглощают и аккумулируют до 10% энергии падающего солнечного излучения. При этом из диоксида углерода и воды под действием солнечного света образуются углеводы и молекулярный кислород. В обычных теплицах из-за большой площади светопрозрачных поверхностей возникают значительные теплопотери, для компенсации которых требуется определенный расход топлива в системе отопления. Теплицы могут обогреваться горячей водой, водяным паром, нагретым воздухом, инфракрасным излучением или продуктами сгорания топлива.

При создании солнечной теплицы, прежде всего, нужно позаботиться о существенном снижении теплопотерь за счет применения теплоизоляции. Кроме того, необходимо обеспечить улавливание максимально возможного количества солнечной энергии

Сама солнечная теплица служит пассивной солнечной отопительной системой. Для повышения ее эффективности необходимо использовать аккумулятор теплоты. На рис. 7.3 показана схема солнечной теплицы с двойным остеклением, теплоизолированной северной стенкой, имеющий отражательное покрытие на внутренней поверхности, и грунтовым аккумулятором теплоты. Обычная пленочная солнечная теплица может иметь подпочвенный аккумулятор теплоты (рис. 7.4). Теплица имеет площадь 500 м2, а аккумулятор расположен под теплицей на глубине 0,5 м, выполнен в виде ямы шириной 5,4, длиной 80 и глубиной 1,2 м, которая заполнена кусками гранита размером 150…200 мм. Аккумулятор имеет кирпичные каналы, сообщающиеся с теплицей трубами диаметром 350 мм. В одном канале установлен вентилятор мощностью 0,1 кВт.

Рис. 7.4. Пленочная солнечная теплица с грунтовым аккумулятором теплоты: 1 — теплица; 2 — аккумулятор; 3, 4 — каналы; 5, 6 — трубы; 7 — вентилятор.

Теплый воздух из солнечной теплицы проходит по первому каналу, отдает часть теплоты аккумулятору и затем возвращается через второй канал к вентилятору. Днем аккумулятор заряжается теплотой, а ночью разряжается. Годовая экономия топлива составляет 400…500 т условного топлива на 1 га обрабатываемой площади.

Расход энергии в солнечных теплицах уменьшается при применении двойного остекления, подвижной защитной тепловой изоляции и усовершенствовании солнечных установок. Аккумулирование теплоты наиболее целесообразно осуществлять в грунте под солнечной теплицей. Для этого днем нагретая в солнечном коллекторе вода пропускается по системе пластмассовых труб, уложенных в грунт на небольшой глубине, и при этом происходит зарядка аккумулятора теплоты. Для использования

холодная вода; нагреваясь, она направляется на обогрев гелиотеплицы либо непосредственно, либо после дополнительного подогрева.

Имеются различные геометрические формы пристроенных солнечных теплиц. Они различаются по степени использования солнечного излучения, по возможности наиболее рационального использования внутреннего пространства и, соответственно, по конструкции. Угол наклона южной остекленной поверхности к горизонту зависит от широты местности и для средней полосы России может приниматься равным 50…60°, при этом угол наклона крыши 20…35°. Оптимальное отношение площади поверхности грунта к площади светопрозрачной поверхности составляет 1:1,5. При

разность между улавливаемой солнечной энергией и теплопотерями, и хорошее использование внутреннего пространства. При вертикальном расположении передней стенки не обеспечивается максимальное улавливание солнечной энергии.

Пристроенная к дому (или встроенная в дом) солнечная теплица является его частью и все сооружение воспринимается как единое целое, поэтому, значение имеет общая архитектура. Одной из наиболее удачных конструкций солнечных домов с гелиотеплицей, является дом Д. Балкомба в Санта Фе (Нью-Мексико, США). Подобную конструкцию имеет весьма интересный дом Чемпионов в Недерланд (Колорадо, США). В обоих случаях для улавливания солнечной энергии использована гелиотеплица в виде двухсветного двустенного атриума.

Рис. 7.5. Отдельно стоящая солнечная теплица:

1 — светопрозрачная изоляция; 2 — теплоизолированная передняя стенка; 3 — теплоизолированная северная стенка; 4 — крыша; 5 — теплоизоляция; 6 — теплоизолированный фундамент; 7 — аккумулятор теплоты.

Конструкция отдельно стоящей гелиотеплицы показана на рис. 4. Южная сторона теплицы имеет прозрачную изоляцию, опирающуюся на стенку. Северная стенка и крыша выполнены из непрозрачных строительных материалов и изнутри покрыты слоем тепловой изоляции. Для уменьшения теплопотерь необходимо теплоизолировать также стенку и наружную поверхность фундамента. У северной стенки в теплице размещается тепловой аккумулятор, например, ряд бочек или канистр с водой. Оптимальные значения углов наклона поверхностей выбираются по максимальному углу высоты Солнца в зимние месяцы для данного района. Солнечная теплица должна иметь оптимальное расположение: ее устанавливают на ровном незатеняемом месте с естественной защитой от ветра, например, с помощью кустарников или забора с северной стороны. Для максимального улавливания солнечной энергии конек крыши необходимо ориентировать вдоль оси восток-запад.

Рис. 7.6. Солнечная теплица с галечным аккумулятором теплоты:

1 — светопрозрачная изоляция; 2 — опорная стенка; 3 — северная стена; 4 — теплоизоляция; 5 — галечный аккумулятор; 6 — ящики с рассадой; 7 — защищенный грунт; 8 — теплоизолированный фундамент.

На рис. 7.6. показан вариант гелиотеплицы с галечным аккумулятором теплоты. Внутренняя поверхность северной стенки имеет отражательное покрытие, т. е. окрашена белой матовой краской. Это обеспечивает лучшую освещенность теплицы и уменьшает теплопотери. При хорошей теплоизоляции северной стены теплопотребление теплицы снижается в 2 раза. Во избежание неконтролируемого воздухообмена должны быть тщательно уплотнены двери, окна, фрамуги вентиляционных отверстий. Однако кратность воздухообмена не должна быть ниже 0,5…1 ч, т. к. для жизнедеятельности и людей и растений необходим приток свежего воздуха.

Для теплоизоляции непрозрачных поверхностей ограждающих конструкций используются различные материалы: минеральная вата, пенополистирол, прессованная солома, опилки, стружка.

В качестве материала светопрозрачной изоляции используются: стекло, полимерная пленка, листы прозрачной пластмассы.

Для предотвращения запотевания (выпадения конденсата) на светопрозрачной изоляции следует уменьшить коэффициент теплопотерь применением двухслойной светопрозрачной изоляции.

Снижение влажности воздуха и температуры достигается благодаря вентиляции солнечной теплицы, которая обеспечивает также и газообмен. При естественной вентиляции воздухообмен зависит от площади и расположения вентиляционных отверстий с клапанами. Для свободно стоящей гелиотеплицы эти отверстия должны лежать в направлении преобладающих ветров, чтобы с увеличением скорости ветра увеличивался воздухообмен. Площадь отверстий должна составлять приблизительно 1/6 площади теплицы, причем площадь нижних отверстий для входа воздуха должна быть на 1/3 меньше площади выпускных отверстий, а разность их отметок по высоте должна составлять не менее 1,8 м.

Для предупреждения перегрева в теплице должна быть достаточная масса теплоаккумулирующего материала, должен быть обеспечен хороший воздухообмен и предусмотрено затенение теплицы, что значительно снижает температуру воздуха и растений и интенсивность лучистого теплообмена. Объем аккумулятора теплоты (водяного, галечного, грунтового), площадь остекленных поверхностей и толщина теплоизоляции определяются расчетным путем с учетом климатических данных.

В туннельных гелиотеплицах могут использоваться плоские коллекторы солнечной энергии и грунтовые аккумуляторы теплоты с пластмассовыми трубами, проложенными в грунте для циркуляции нагретого или холодного воздуха. В одном из вариантов может быть предусмотрена система впрыска нагретой воды в теплицу, благодаря чему обеспечивается требуемый температурно-влажностный режим. При сравнении с неотапливаемой теплицей при использовании солнечной отопительной системы температура воздуха на 3…8°С выше.

Эффективность солнечной теплицы значительно возрастает при применении теплового насоса, отбирающего теплоту у грунта, грунтовых вод или наружного воздуха.

Сушка сельскохозяйственных продуктов. Эти вопросы описаны в работе Городова и Грачевой. Если заменить рабочее тело воду на воздух, то получается воздушный солнечный коллектор, который используется для сушки сельскохозяйственных продуктов. Конструкции коллекторов описаны ниже.

Крыша сушильного помещения может служить источником косвенного нагрева воздуха, если последний пропускать в пространстве, ограниченном полиэтиленовой пленкой и крышей, равным 250 мм. Сама крыша при этом покрывается либо черной пленкой, либо окрашивается в черный цвет, либо покрывается рубероидом. Крыша с целью снижения потерь теплоты через нее, изнутри покрывается слоем полиуретана.

Если нет возможности использовать крышу в качестве воздухонагревателей, то изготавливают временные (на период сушки) коллектора наземного расположения, Например, матрацного типа. Такой гелиоколлектор изготавливается из двух слоев черной полиэтиленовой пленки толщиной 0,4 мм, сваренной между собой с двух противоположных сторон сплошным швом и точечной сваркой в шахматном порядке по всей поверхности.

Рукавообразный гелиоколлектор изготавливается также из черной полиэтиленовой пленки, сваренной в виде трубы диаметром 1,9 и длиной в пределах 300 м, соединяется одним концом со входным отверстием сушильного помещения, а другим с соплом вентилятора (например мощностью 7,3 кВт и производительностью по воздуху 10,5 м3/с). При таких параметрах при радиации 582 Вт/м, за 4—5 дней высушивается до 17 % влажности 30 т сена, при начальной влажности 30 %. Но этот тип коллектора не надежный, т. К. у него была высокая зависимость производительности от скорости ветра и он занимает большую площадь (1,5—1,6 тыс. м2).

Известно сенохранилище, имеющее систему активного вентилирования и кран-балку с гидрофицированным грейфером для механизации погрузочно-разгрузочных работ. Подача воздуха осуществляется по 18 напольным каналам и вентиляторами 06-320 № 10. К вентиляторам подключается солнечный воздухонагревательный коллектор. В качестве приемника энергии используется две трубы, вставленные одна в другую. Наружная труба изготавливается из про­зрачной полиэтиленовой пленки толщиной 0,1 мм, шириной 2800 мм. Внутренняя труба изготавливается из черной полиэтиленовой пленки толщиной 0,2 мм и шириной 2000 мм. Продуваемый вентилятором воздух расправляет пленку и придает ей трубообразную форму. Ввиду того, что прозрачная и черная трубы изготавливаются из полос различной ширины, между ними образуется зазор примерно 250 мм. Для увеличения площади активной поверхности параллельно соединяют несколько таких труб длиной 15 м. Подача воздуха через такие коллекторы осуществлялась со скоростью 1,3 мз/с. В таком коллекторе в ясный солнечный полдень температура подогретого воздуха поднимается на 13 град, выше температуры атмосферного, работоспособность сохраняется в среднем с 8 до 20 ч.

Существует также установка тепличного типа подогрева воздуха, по абсорбционному принципу. В этом солнечном коллекторе в качестве черной поверхности использована асфальтовая поверхность, покрытая черной полиэтиленовой пленкой. Над абсорбером смонтирован шатер из однообразных элементов прозрачной пленки, закрепленной в деревянные рамки. Один из средних элементов шатра имеет проем, через который отводится подогретый воздух. Он отсасывается из центральной части установки по трубопроводу, ведущему к вентиляторам для активного вентилирования сена. Изменением расстояния между трубопроводом и всасывающим патрубком вентилятора, регулируется интенсивность подачи теплого воздуха. Размещается он к югу от сарая, продольной осью вдоль сарая.

При указанных параметрах установка позволяет при площади горизонтальной поверхности, занятой абсорбентом энергии 110 м2, размерах рамы 2500×1800 мм, толщине пленок 0,2 мм достичь среднюю производительность 536 Вт/м2.ч., подачу воздуха

вентилятором 10—12 м3/ч,

Экспериментальные исследования показали, что наилучшее преобразование солнечной энергии в тепловую обеспечивает коллектор трубообразной формы с защитной оболочкой, например, пленочный бескаркасный гелиоколлектор. При рабочей площади 150 м2 он обеспечивает годовую нагрузку — 400 часов и выработку теплоты в пределах 340 Вт/м2.

Итак, что дают эти коллектора? Они способствуют тому, что кормовые достоинства после досушки кормов воздухом, подогретым с помощью солнечного коллектора, на 6—8 % выше, чем не подогретым.

Подогретый в солнечном коллекторе воздух также положительно влияет на процесс производства сушенных плодово-овощных продуктов. Этот процесс один из наиболее экономичных способов заготовления продуктов сельского хозяйства. Это позволяет продлить срок хранения, переработки и снабжения населения сушенными плодово-овощными продуктами. Затраты при этом в два раза меньше, чем при их консервировании.

Учитывая совпадение периодов созревания овощей, ягод и их переработки с максимумом солнечного излучения, в качестве энергетического источника используют гелиосушильные установки.

В гелиосушильных установках соединяются преимущества воздушносолнечных (сушка под навесом) — малые капитальные затраты, отсутствие традиционных источников энергии, и сушки в сушильных установках с использованием источников теплоты — чистота продукции, ускорение процесса. Для сушки плодово­овощных культур используют гелиосушильные установки различных конструкций, которые можно классифицировать по таким признакам: в зависимости от способа подвода тепла к материалу, по способу на­грева сушильного агента, по принципу циркуляции сушильного агента, по конструкции сушильной камеры, по конструкции защитной изоляции, по способу монтажа, по кратности использования сушильного агента в рабочей камере, по режиму работы, по размещению, по конструкции гелиоприемника.

В зависимости от способа подведения тепла к материалу гелиосушилки разделяются на камерные, радиационнные и комбинированные.

В камерах атмосферный воздух нагревается в гелиовоздушном нагревателе и далее поступает в сушильную камеру, где помещен высушиваемый продукт.

В радиационных — гелиовоздухонагреватель и сушильная камера соединены в одной установке, то есть высушиваемый материал является лучевоспринимающей поверхностью.

В комбинированных же высушиваемый продукт размещается как в гелиоподогревателе, так и в сушильной камере,

По способу нагрева сушильного агента (воздуха) выделяют сушилки с гелиовоздухонагревателем и топливным дублером. При этом догрев воздуха осуществляется или путем смешивания с продуктами горения, или догревом в рекуперативном теплообменнике топливного дублера. В ночное время нагрев воздуха осуществляется от теплового аккумулятора.

По принципу циркуляции сушильного агента различают сушилки с естественной циркуляцией, достигаемой за счет размещения гелиоустановки, и принудительной циркуляцией, в которых движение сушильного агента осуществляется при помощи вентилятора.

По конструкции сушильной камеры получили распространение ленточные туннельные и камерные. По конструкции защитной изоляции гелиосушилки выделяют каркасы железобетонные, деревянные, кирпичные, пластмассовые, металлические и надувные пленочные.

По типу прозрачной изоляции — полимерные пленки, или оконное стекло с однослойным или многослойным остеклением.

По способу монтажа гелиоустановки делятся на стационарные и сборно-разборные, которые после окончания сезона сушки разбираются и складываются на хранение до начала нового сезона.

По кратности использования сушильного агента в рабочей камере: с однократным использованием и рециркуляцией.

По режиму работы: периодические и непрерывные.

По размещению: горизонтальные или наклонные к горизонту под углом.

По конструкции гелиоприемника: с плоским гелиоприемником и с концентраторами солнечной энергии. Концентраторы могут быть с параболоцилиндрическими и с плоскими зеркалами, при помощи которых увеличивается интенсивность солнечного излучения на единицу тепловоспринимающей площади.

Увеличение интенсивности солнечного излучения характеризуется показателем кратности радиации. Кратность радиации оказывает прямое воздействие на продолжительность сушки. Так при кратности выше 20 — продукт высушивается за 40—45 часов, но при этом сахар карамелизируется, поверхность плодов обгорает, они становятся жесткими с неприятным вкусом горелого продукта.

Наилучший режим работы наблюдается при кратности от 7,5 до 9. Продукт имеет высокое качество и хороший товарный вид. Достичь это возможно, например, за счет сушки в сушилке с параболоцилиндрическим зеркалом. Сушилка предназначена для сушки сыпучих материалов и состоит из отражателя параболоцилиндрической формы, трубы, покрашенной в черный цвет и размещенной вдоль фокусной линии, вентиляционного желоба, который соединяется с приемным бункером и имеет привод.

При работе сушилки солнечные лучи, отражаясь от криволинейной поверхности, попадают на трубу и поглощаются ее зачерненной поверхностью Утилизированное тепло передается обрабатываемому материалу, который подается и одновременно перемещается при помощи шнека. Но эта установка и ей подобные не лишены недостатков, что заключается в большой стоимости кон­центраторов и следящего устройства, малой производительности.

Интенсифицировать процесс сушки при одновременно невысокой стоимости дополнительного оборудования возможно при помощи плоских отражателей В данной установке коэффициент кратности солнечной радиации достигает двух, но недостатком таких гелиосушилок является необходимость постоянно, в течение дня, через каждые полчаса осуществлять переориентацию относительно солнца.

Наиболее распространенные и простые в изготовлении низкопотенциальные гелиосущилки. В сравнении с сушкой пищевых продуктов на воздухе в естественных условиях они не загрязняют высушиваемый продукт пылью и насекомыми, защищают от воздействия росы и осадков, ускоряют скорость сушки в 4-6 раз по сравнению с сушкой на открытом воздухе. Работоспособность низкопотенциальных гелиоустановок основана на принципе «горячего ящика», Различают установки камерного и парникового типа. Первая сушилка камерного типа была построена еще в 1932 году. Она использовалась для сушки продуктов. В состав установки входили солнечные воздухонагреватели, воздуховоды, вентилятор, сушильная камера.

При работе, нагретый в воздухонагревателе, воздух подается в сушильную камеру и, отобрав влагу высушиваемого материала, выходит в вытяжную трубу, установленную на противоположном конце сушильной камеры.

Данная камерная сушилка позволяет полностью механизировать процесс, получать чистый и высококачественный готовый продукт, а также в случаях непогоды работать на горячем воздухе, получаемом в топливном воздухонагревателе. Но конструкция также имеет недостатки, такие, как неравномерное разделение скорости теплоносителя по поперечному сечению камеры, а также низкая

производительность по сухофруктам (на каждый м2

лучевоспринимаюшей поверхности — 0,33 кг сухофруктов в день).

На продуктивность камерных гелиосушилок влияет конструкция воздухонагревателя. Установлено, что наиболее целесообразно использовать перфорировано-гофрированные приемники солнечного излучения. Это способствует повышению теплосъема в сравнении с плоскими приемниками и соответственно КПД на 25—30 %. Зависит это, во-первых, от большой степени турбулизации воздуха при прохождении через перфорации приемника, и во-вторых, от более высокой температуры самого приемника.

Конструкция солнечной фруктосушилки парникового типа состоит из опорных кирпичных столбов с перегородками, по которым уложены стропила с углом наклона 20 град. Фрукты, пройдя

предварительно обработку, раскладываются на решетку из расчета 10

2

кг сухофруктов на 1 м поверхности. Металлические листы с фруктами устанавливаются под стеклом, где и осуществляется процесс сушки. Паровоздушная смесь удаляется потоком воздуха через зазор между нижней кромкой верхнего и верхней кромкой нижнего стекла.

Недостаток сушилки такого типа — несоответствие угла наклона камеры к горизонту, необходимого для оптимального проникновения солнечных лучей под стекло и для образования тяги воздуха. Так, увеличение угла наклона увеличивает тягу воздуха, но ухудшает вхождение лучей солнца под стекло, высушиваемые продукты скатываются и выпадают из сушилки.

Среди радиационных фруктосушилок заслуживает внимания сушилка, которая состоит из трех секций. Лучевоспринимающая поверхность каждой секции составляет 32 м2. Секции построены по принципу одностороннего равностороннего парника (угол наклона 30 град.).

Продуктивность радиационной фруктосушилки в 1,5—3 раза выше, чем камерных гелиосушилок. Объясняемся это тем, что сам продукт поглощает излучение и этим самым уменьшает затраты, связанные с передачей теплоты конвекцией от гелиоприемника к продукту.

С целью повышения продуктивности в гелиосушилках используют двухстадийный способ сушки, который лег в основу комбинированной гелиосушилки.

Сырье сушат в сушильной камере при температуре 30—40 0С (относительной влажности 75—85 %), до достаточной влажности 35—50 %, а потом в установке, в которой температура выше в сравнении с камерой. Это достигается путем использования вместо обычного вентилятора электрокалорифера, который подогревает воздух поглощаемый через радиационную часть сушилки до 70—80 град. С и подает его в сушильную камеру.

В результате интенсифицируется процесс сушки в камере и не заканчивается ночью. Такой принцип сушки позволяет максимально использовать энергию солнечного излучения и заметно уменьшает время сушки.

Интенсифицировать процесс можно, используя комбинированное движение воздуха в гелиосушилках. В этих установках сушка осуществляется сначала в камере с принудительным движением воздуха, а по мере достижения критической влажности продукт переносится в камеру с естественной циркуляцией.

7.1. Использование солнечной энергии в строительстве

В середине прошлого века в СССР проводились исследования и накоплен определенный опыт использования солнечной энергии для ускорения твердения бетона.

В частности, в Ташкенте были проведены исследования по разработке гелиокамеры, в которой можно было осуществлять тепловую обработку бетона. В качестве технического решения была принята простейшая конструкция гелиотехнического устройства — теплоизолированные стены и светопрозрачная крыша с двойным остеклением. Установка состояла из каркасных стенок с двусторонней обшивкой с заполнением внутреннего пространства древесными опилками.

Исследователями этого же института было предложено выдерживать бетонные изделия в водных бассейнах. Сформованные изделия устанавливались в незаполненный бассейн для

предварительной выдержки их в течение 6 ч. Одновременно с процессом изготовления бетонных изделий в трубчатых солнечных водонагревателях осуществлялся нагрев воды в дневное время до 55—600 С. Тепловая обработка бетона начиналась с подачи горячей воды из водонагревателей в бассейн. Последующий нагрев воды до температуры 80°С производили с помощью пара из котельной. Процесс производства изделий включал: изготовление и

предварительную выдержку бетона, независимый нагрев воды в дневное время солнечной радиацией, тепловую обработку бетона в ночное время в жидкой среде (теплоноситель — вода) с подогревом ее до температуры изотермического выдерживания бетона, охлаждение бетона путем прекращения подачи пара и теплопотерь в окружающую среду, возврат теплоносителя на повторный нагрев солнечной энергией, извлечение изделий, их распалубку и складирование. Весь технологический цикл завершался в течение 24 ч; бетон набирал 50% марочной прочности.

В 60-е годы проводились исследования по производству сборного железобетона в условиях сухого жаркого климата без термовлажностной обработки бетона путем тщательного ухода за ним или применения высокоактивных цементов, химических добавок в целях прямого использования теплоты окружающей среды для ускорения твердения цементного камня непосредственно в опалубочных формах. Были применены быстротвердеющие цементы, добавки-ускорители, повторное вибрирование и другие способы механического воздействия на материалы, входящие в состав бетонной смеси и на саму смесь. Однако авторы не нашли эффективного технического решения по использованию солнечной энергии для тепловой обработки бетона без создания гелиотехнических устройств.

Затем, на основе экспериментальных исследований были разработаны гелиокамеры для тепловой обработки бетона. Каркас камеры был сделай из деревянных брусков, внешнее ограждение выполнено из светопрозрачной полиэтиленовой пленки, а внутреннее — из полиэтиленовой пленки с сажевым наполнителем (черной) . Стена, ориентированная на север, была теплоизолирована. Температура в устройстве на 30°С превышала температуру окружающей среды. Поддержание влажностного режима осуществлялось путем испарения влаги из мокрого песка, на который устанавливалась гелиокамера. В течение 3 суток бетон, твердеющий в камере, набирал 70—80% проектной прочности: в 5—7-суточном возрасте — 100%. Была разработана также комбинированная гелиокамера, снабженная распределительной арматурой, с подачей пара для предварительного нагрева бетона в ночное время в течение 3— 4 ч с последующим изотермическим выдерживанием его под влиянием солнечной радиации.

Проблемой использования солнечной энергии для тепловой обработки бетона занимались также в Физико-техническом институте им. СВ. Стародубцева Узбекской академии наук. В исследованиях были приняты различные схемы солнечных установок. Тепловая обработка бетонных изделий осуществлялась в паровоздушной среде, получаемой из солнечной выпарной установки, выполненной в виде наклонно-ступенчатой водоопреснительной установки с замкнутым влагооборотом. Для поглощения солнечной радиации параллельно плоскости светопрозрачной крыши был размещен металлический лист, который являлся источником инфракрасного излучения. Схема предусматривает непосредственный нагрев бетона солнечной радиацией, прошедшей через ограждение крыши. Паровоздушная среда образуется в результате испарения воды, находящейся в устройстве, и воды затворения бетона. Влажностный режим образуется путем испарения влаги из бетона.

По результатам исследований была изготовлена экспериментальная гелиокамера с бетонными стенами и днищем. Крыша гелиокамеры имела угол наклона к горизонту 35° и была выполнена из двойного остекления. Для достижения необходимой влажности внутри гелиокамеры установлена металлическая труба с мелкими отверстиями, через которые подавалась подогретая вода для орошения бетона. Установка изделий в гелиокамеру и изъятие их осуществлялось с помощью специальной тележки. Изделия размещали на ней наклонно для того, чтобы угол падения солнечных лучей, прошедших через светопрозрачное ограждение, на бетонную поверхность, должен был быть, по мнению авторов, близким к 90°. При температуре наружного воздуха 35—40 С температура воздуха в установке достигала 70—80 С. Набор прочности бетона в возрасте 1 суток составлял 40-50%, в двухсуточном — 60-70%.

В течение ряда лет в Ташкенте проводились исследования по двухстадийной тепловой обработке сборных изделий, заключающейся в наборе бетоном 30—50% проектной прочности при прогреве известными источниками теплоты и последующим выдерживанием его в инвентарных телескопических устройствах до набора отпускной прочности под влиянием солнечной радиации. Конфигурация устройства зависела от формы и объема штабеля железобетонных изделий. Применение инвентарных устройств при двухстадийной тепловой обработке позволило снизить удельные затраты энергии при производстве сборных бетонных и железобетонных изделий.

Анализ теоретических, технических и технологических решений освоения нового вида энергии показывает, что экспериментальные исследования были направлены на разработку метода использования солнечной энергии путем пассивного нагрева бетона. Были разработаны простейшие гелиотехнические устройства, предназ­наченные для получения прочности при удлиненных сроках выдерживания изделий или применения двухстадийной тепловой обработки. Внедрение этих устройств на заводах железобетонных изделий носило экспериментальный характер.

Основные направления освоения солнечной энергии в технологии бетонных работ были связаны с глубокими экспериментальными исследованиями, созданием технически и экономически эффективных гелиоустановок и новой технологии выдерживания бетона и ее внедрением в практику строительства.

На современном этапе освоения нового вида энергии представляется целесообразным создавать на предприятиях альтернативные энергетические комплексы с долгосрочным аккумулированием солнечной радиации. Солнечный теплоприемник способен потреблять лучистую энергию низкой плотности. В качестве теплоаккумулирующих веществ используются вода или пропиточные композиции с подачей их по трубопроводу к тепловым агрегатам или пропиточным емкостям. При соответствующем переоснащении тепловых агрегатов по обработке бетона вода применяется как теплоноситель, а в солнечных котельных идет на увеличение мощности и производительности котлоагрегата. Кроме того, ее можно расходовать на технологические нужды предприятия.

При решении проблемы повышения долговечности бетона в экстремальных условиях его эксплуатации особый интерес представляет пропитка изделий различными гидрофобными композициями, обладающими способностью аккумулировать солнечную радиацию. Жидкость нагревается в гелиобассейнах, теплоприемниках и хранится в аккумуляторах-резервуарах с подачей их к месту потребления. Пропитка бетона на стадии структурообразования цементного камня и его тепловая обработка — выполняются одновременно.

Переход предприятий на новый вид энергии в условиях отработанной технологии изготовления изделий был связан с определенными психологическими, организационными и технологическими издержками. Поэтому отказа от традиционной технологии изготовления сборных изделий не произошло. Противоречия, заложенные в потребностях производства в теплоносителе и альтернативности его поступления, могут быть устранены созданием пароводяного аккумулятора теплоты в солнечных котельных или в комбинированных системах, где солнеч­ная радиация применяется в современных паросиловых установках в комбинации с традиционными видами энергии. Это направление использования солнечной энергии в технологии бетонных работ особенно перспективно для предприятий с ограниченной территорией или при создании на их территории солнечных или комбинированных котельных. Сокращается также время на освоение новой отрасли теплоэнергетики, поскольку этот путь связан всего лишь с техническим переоснащением традиционных энергетических линий с учетом перспективности развития гелиоэнергетики. К достоинству комбинированных систем следует отнести также их потенциальную способность использования солнечной энергии низкой плотности, когда в гелиотехнических системах, работающих за счет прямого поглощения, одной только солнечной радиации уже становится недостаточно для тепловой обработки бетона. Это характерно для первых весенних и последних осенних месяцев, а также в период облачной погоды.

Прерывистый характер поступления солнечной радиации во времени, изменение ее направления в пространстве, непрерывность процесса изготовления изделий требуют решения проблемы повышения плотности лучистой энергии, суточного или сезонного аккумулирования ее в энергоемких материалах. При решении этой проблемы могут быть созданы технологические линии, где процесс тепловой обработки бетона осуществляется круглосуточно.

Создание энергетических комплексов и технологических линий связано с капитальными вложениями и определенным временем, затрачиваемым на освоение новой отрасли энергетики.

Перспективно создание на заводах стройиндустрии гибких энергетических систем, в которых применяются в комбинации солнечная энергия и традиционные теплоносители: форсированный нагрев бетона производится паром, продуктами сгорания газа, электроэнергией, а изотермическое выдерживание изделий осуществляется с использованием солнечной энергии. Было предложено перевести ямные пропарочные камеры, находящиеся на летних открытых цехах и полигонах, на комбинированный метод термообработки бетона, дополнительно оснастив их светопрозрачными крышками.

Были разработаны коллекторы нагрева воды, на основе которых можно проектировать и создавать одно — или двухконтурные системы с принудительным или гравитационным способом циркуляции теплоносителя. С помощью этих систем теплоноситель собирается в резервуар-аккумулятор с последующей подачей его в тепловые агрегаты, находящиеся в закрытых цехах, или подается в тепловые отсеки опалубочных форм, площадки-аккумуляторы открытых цехов и полигонов, а также в емкости (если для тепловой обработки служат жидкие теплоносители: горячая вода,

теплоаккумулирующие жидкие составы, пропиточные композиции).

Одно из направлений аккумулирования солнечной энергии для интенсификации твердения бетона — приготовление бетонной смеси с температурой 50—60 С на предварительно нагретых солнечной радиацией заполнителях и воде с обязательным введением в его состав суперпластификаторов или пластификаторов.

Одним из распространенных методов использования солнечной энергии при производстве бетонных работ является прямой или пассивный нагрев твердеющего бетона. В естественных условиях бетон в течение 1 суток через открытую к внешней среде поверхность подвергается воздействию лучистой энергии, а также колебаний температуры наружного воздуха, участвуя в сложном процессе тепло — и массообмена с окружающим пространством. Тепловая энергия, оказывающая влияние на формирование температурного режима в бетоне, складывается из одновременного воздействия на него тепловой энергии, переданной излучением из окружающего пространства; теплоты, выделенной вследствие экзотермии. Тепловыделение бетона зависит от химического и минералогического состава цемента, тонкости его помола, водоцементного отношения, температуры бетона и продолжительности твердения, теплоты, аккумулированной бетоном за световой день. Абсолютная величина ее зависит главным об разом от теплопроводности, теплоемкости и плотности бетона; теплоты выделенной с поверхности бетона в окружающую среду посредством конвективной теплопередачи, включающей отраженное и собственно излучение; теплоты, затрачиваемой на испарение из бетона воды затворения и выделяемого при конденсации водяного пара.

Количество теплоты, идущее на нагрев бетона и эффективное излучение бетонной поверхностью, зависит от интегральной поглощательной способности пленкообразующего материала. Теплоотражающие свойства поверхности бетонного покрытия оказывают существенное влияние на формирование температурно­влажностного режима в твердеющем бетоне. Образование на бетонной поверхности защитной пленки влияет на разность парциальных давлений. Изменение парциального давления водяных паров у поверхности бетона уменьшает внешний тепло — и массоперенос. Коэффициент массоотдачи при испарении, парциальное давление водяных паров у поверхности бетона и температура поверхности имеют при наличии защитной пленки другие значения.

Аккумуляция теплоты в бетоне, обработанного пленкообразующим составом, зависит от коэффициентов пропускания, отражения и поглощения сформировавшейся и соединившейся без воздушного зазора с бетонной поверхностью защитной пленкой. Тепловой режим поверхностного слоя бетона подвержен моментальным колебаниям температуры наружного воздуха. Бетон, нагретый за день солнечной радиацией, в ночное время охлаждается, стремясь к тепловому равновесию с окру­жающим пространством.

Как правило, бетон в связи с крупностью включений в его состав имеет шероховатую, неровную поверхность. Между уложенным однослойным светопрозрачным ограждением и поверхностью бетона образуется неорганизованный воздушный зазор, наличие которого создает сложную систему с радиационно- кондуктивным теплообменом.

Укрытие бетона полимерной пленкой с образованием воздушного зазора и жестким закреплением ее по периметру обрабатываемой поверхности создает систему, в которой массообменные процессы происходят при конденсации влаги на внутренней поверхности светопрозрачного ограждения в пределах этой системы, а теплообмен с окружающей средой осуществляется конвекцией и лучеиспусканием. В дневное время благодаря прозрачности полимерных пленок солнечная радиация аккумулируется в бетоне. Между бетоном и полимерной пленкой теплообмен сопровождается излучением. Результирующий тепловой поток этого теплообмена вновь возвращается на поверхность бетона, способствуя сохранению теплоты в бетонном теле. Кроме того, теплота, образующаяся в процессе конденсации влаги на внутренней поверхности пленки, также участвует в нагреве бетона. В ночное время бетон как носитель низкопотенциальной теплоты становится источником инфракрасного длинноволнового излучения, а полимерные пленки, находящиеся на его поверхности, будут задерживать это излучение. Температура бетона, несмотря на постепенное снижение ее в ночное время, будет выше температуры наружного воздуха. Скорость охлаждения бетона определяется спектральными коэффициентами пропускания, отражения и поглощения полимерных пленок в длинноволновой области.

В условиях одностороннего воздействия солнечной радиации на твердеющий бетон количество теплоты, полученное бетоном, определяется количеством поглощенной энергии излучения и величиной тепловых потерь в окружающую среду:

Количество поглощенной энергии излучения зависит от степени черноты поверхности твердеющего бетона, а также от оптических свойств светопрозрачного ограждения, размещенного между источником излучения и поглощающей поверхностью.

Механизм тепловых потерь в значительной степени обусловлен процессами испарения влаги, а также конвективным и лучистым теплообменом.

В гелиотехнических устройствах, работающих по принципу "горячего ящика", солнечная радиация преобразовывается в тепловую и аккумулируется в объеме устройства в пределах температур изотермического выдерживания бетона. В подобных устройствах — гелиокамерах можно осуществлять пакетную технологию выдерживания изделий, а также заполнять их объем бетонными конструкциями различных геометрических размеров.

Температурный режим определяется главным образом наличием в объеме камеры тепловоспринимающего материала. Поглощая солнечную радиацию, металл нагревается с становится генератором тепловой энергии: в устройстве солнечная энергия преобразуется в тепловую. При наличии тепловоспринимаемого материала температура воздуха в устройстве свыше 80°С. Превышение температуры в сравнении с температурой окружающей среды при адекватных условиях проведения эксперимента более 50°С. Отсутствие металлической емкости в объеме гелиокамер позволяет получить температуру воздуха 49—60°С. Таким образом, одно из условий получения в гелиокамере температур, близких к температуре изотермического выдерживания бетона, — наличие в объеме тепловоспринимающего материала.

Максимальная температура получена при двухслойном светопрозрачном покрытии. Объясняется это тем, что в случае однослойного покрытия плоскости крыши, несмотря на относительно малые потери лучистой энергии при прохождении через пленку, теплопотери в окружающую среду более значительны.

Следует отметить также, что с увеличением температуры воздуха внутри "горячего ящика" в конструкциях с разветвленной вертикальной светопрозрачной поверхностью теплопотери в окружающую среду возрастают и роль воздушной прослойки здесь проявляется больше, нежели в горизонтальных гелиоустройствах типа плоского коллектора. При трехслойном покрытии рост температуры снижается из-за уменьшения притока солнечной радиации на тепловоспринимаемую поверхность. Вследствие наличия воздушных прослоек, играющих термоизоляционную функцию, а также свойства полимерных пленок задерживать длинноволновое излучение теплопотери в окружающую среду при трехслойном покрытии крыши менее ощутимы. Оптимально с теплофизической точки зрения двухслойное светопрозрачное покрытие устройства, имеющего как теплоизолированные стенки и днище, так и одно теплоизолированное днище. Очевидно, что экономически целесообразно стены, кроме северной стороны устройства, изготовлять не теплоизолированными, а выполнять по облегченным каркасам ограждение из прозрачного для тепловых лучей полимерного материала.

Таким образом, наличие тепловоспринимаемого материала в виде герметически замкнутой оболочки в теплоизолированном коробе со светопрозрачным ограждением из полимерной однослойной пленки позволяет получить температуру в объеме гелиокамеры на 52°С больше в сравнении с температурой наружного воздуха. При теплоизолированном основании превышение составляет 42°С. Разница между максимальными температурами в камерах с тепловоспринимаемым материалом и без него более 20°С. Оптимально двухслойное светопрозрачное покрытие крыши и стен гелиокамеры.

На температурный режим в гелиокамере оказывают влияние условия вхождения солнечной радиации на тепловоспринимаемую поверхность, связанные с ориентацией устройства на местности. Максимального значения температура воздуха в гелиокамере достигла при ориентации ее длинной осью юго-восточнее на 30°; время достижения этой температуры приходится на 15—16 ч. Увеличение угла разворота длинной оси до 45° юго-восточной и юго­западной ориентации для раннего или более позднего вхождения солнечной радиации несколько снизили температуру воздуха в гелиокамере. Превышение температуры воздуха в гелиокамере в сравнении с температурой среды окружающего пространства при юго-западной, южной и юго-восточной ориентации на 30° составляло 55—60°С, при увеличении угла поворота до 45° составляло 40 — 45°С.

Таким образом, времени максимального притока солнечной радиации при ориентации гелиокамер на 30° юго-восточнее и юго — западнее соответствует большая температура в объеме гелиокамеры. Оптимальное значение угла разворота гелиокамеры юго-западной или юго-восточной ориентации целесообразно принимать 30°.

Однако следует иметь в виду, что при равных внешних поверхностях камер температурный режим будет выше в тех устройствах, поверхность облучения солнечной радиацией которых в течение светового дня больше.

При проектировании и изготовлении гелиокамер нужно обеспечить свободную конвекцию вокруг замкнутой оболочки и исключить появление конденсата на поверхности светопрозрачного ограждения. Северная сторона гелиокамер теплоизолируется для исключения теплопотерь в окружающую среду.

Данные исследований распределения температуры в бетоне каждой, плиты и целого пакета свидетельствуют, что температурные градиенты по сечению бетона не превышают 2 град/см, плиты равномерно прогреваются в нижней и верхней части камеры; вследствие влияния экзотермии наибольшего значения температура нагрева достигает в средней плите.

Исследования температурного режима в бетоне проводились в местности с географической широтой 56° при температуре наружного воздуха до 30°С. В южных районах температура в бетоне будет значительно выше.

При возведении бетонных и железобетонных монолитных конструкций методы использования солнечной энергии могут быть различными: прямой нагрев солнечной радиацией, аккумулирование ее в энергоемких материалах, входящих в состав бетонной смеси или являющихся составной частью гелиотехнического устройства, и др. Наиболее доступное средство эффективного применения солнечной энергии — ускорение твердения бетона по принципу "парникового эффекта". Для создания гелиотехнической системы, в которой проявляется "парниковый эффект", следует образовать вокруг бетонной конструкции замкнутое пространство в виде ограждения. К числу рациональных материалов для ограждений монолитных конструкций следует отнести полимерные пленки, обладающие хорошими эластичными и оптическими свойствами. Их можно укладывать на поверхность свежеуложенного бетона монолитных конструкций различных очертаний, форм и ориентации. Горизонтальные и наклонные конструкции — дороги, оросительные каналы, аэродромные покрытия, площадки промышленных предприятий, перекрытия жилых и общественных зданий и др. непосредственно укрывают пленкой. При строительстве жилых домов покрытия из пленок размещают по внешнему контуру сооружения в зоне наружных подвесных подмостей.

Горизонтальные монолитные бетонные конструкции укрывают цельным полотнищем пленки. Укладку отдельных полотнищ следует выполнять с нахлесткой 15—20 см и прижимать концы вышележащего полотнища по длине досками или рейками. В ветреную погоду необходимо закреплять пленку на поверхности бетона различными прижимными средствами.

При возведении вертикальных бетонных и железобетонных конструкций толщиной до 400 мм с применением металлической опалубки целесообразно над опалубкой монтировать однослойные светопрозрачные экраны. Воздушный зазор между металлом и светопрозрачным ограждением следует назначать 30—50 мм. При температуре наружного воздуха +15…-100С светопрозрачное

ограждение рекомендуется выполнять двухслойным с образованием между ними воздушного зазора 10—20 мм. Металлические поверхности опалубочных щитов и ребер жесткости необходимо окрашивать в матовый черный цвет.

Для выдерживания отдельно стоящих монолитных конструкций (фундаменты, колонны и др.) после завершения бетонирования це­лесообразно применять инвентарные гелиотехнические устройства типа теплиц или гелиокамеры с аккумуляторами теплоты, изготовляя их по типоразмерам бетонных конструкций с воздушным зазором между стеной устройства и опалубкой 10 см.

Максимальный нагрев бетона солнечной радиацией происходит в 17— 18 ч дня. В этот период нагретая конструкция представляет аккумулятор теплоты. Сохранение аккумулированной теплоты достигается при укрытии конструкции термоизоляционным покрытием. Защита нагретого бетона термоизоляцией позволяет за 1 сутки дополнительно набрать до 10%. Практическое значение имеет применение нагретого бетона как аккумулятора теплоты при пакетном способе производства плоских конструкций. Эта технология особенно рациональна при бетонировании плит покрытия в период строительства сооружения методом подъема этажей или изготовления ограниченной партии изделий на строительной площадке.

Такая технология выдерживания бетонных и железобетонных конструкций осуществляется следующим образом. На бетонную плиту, прогретую солнечной энергией до максимальной температуры, формуется следующая плита с укрытием ее полимерной пленкой.’ Обе плиты подвергаются тепловому воздействию в условиях проявления "парникового эффекта", причем поверхностные слои верхней плиты прогреваются солнечной радиацией, а нижние — аккумулированной теплотой, передаваемой от нижней плиты.

В период укладки бетонной смеси температура затвердевшего бетона составляет 60°С. Свежеуложенный бетон с начальной температурой 15°С через 4 ч под влиянием двухстороннего прогрева достигает температуры 40—45°С с последующим нагревом до 60-65°С.

По мере увеличения высоты пакета температура в нижележащих бетонных изделиях снижается: для третьей сверху плиты она равна 40-50°С, четвертой 35 — 40°С. Следует отметить, что сколько бы ни было в пакете изделий, первые две плиты постоянно прогреваются до 45— 65°С, в нижележащих плитах температура постепенно приближается к температурным условиям окружающей среды.

Процесс изготовления изделий одинаковых геометрических размеров осуществляется следующим образом. В первые сутки изделие формуется и укрывается светопрозрачным покрытием из цельного полотнища или с применением инвентарной рамы. На вторые сутки (во второй половине дня (оптимальное время 16—17 ч.) светопрозрачное покрытие снимают и на бетонное изделие устанавливают свежесформованное изделие. Оба изделия укрывают светопрозрачным покрытием. На третьи сутки операцию повторяют, но укрывают уже три изделия.

Наращивание по высоте пакета из плит можно осуществлять до размеров, при которых не требуется дополнительных средств подмащивания на установку изделий. Непременные условия — обязательное укрытие пакета светопрозрачным покрытием на полную высоту; время установки вышележащего изделия на нижележащее должно соответствовать второй половине дня.

С энергетической и технологической точек зрения, интерес представляет приготовление разогретых бетонных смесей на
предварительно нагретых солнечной энергией заполнителе и воде, как наиболее энергоемкой части состава бетона.

Проведенные исследования выявили также возможность применения новой технологии приготовления бетонных смесей на предварительно нагретых солнечной энергией заполнителе и воде в серийно выпускаемых коллекторах в южных районах страны. Непременным условием внедрения этой технологии является введение в состав бетона суперпластификатора и пластификатора.

Исследования, проведенные в Казахстане, показали целесообразность применять летом в качестве дублера солнечную воздухонагревательную установку для сушки строительных материа­лов на заводах юго-запада Казахстана, где в течение 6—7 месяцев в году довольно высокие дневные температуры воздуха и солнечная радиация.

Солнечные воздухонагревательные установки состоят из воздухонагревателя и сушильной камеры, соединенных между собой разделительной трубой. Принцип работы солнечной установки для сушки строительных материалов показан на рисунке 7.2 и состоит в следующем: атмосферный воздух через диафрагмы входного конца воздухонагревателя 2 поступает внутрь нагревателя и за счет солнечной энергии, прошедшей через прозрачную изоляцию, нагревается; нагретый воздух с помощью диффузора поступает в сушильную камеру 3, где находится материал, подлежащий сушке. Тепло, получаемое от воздухонагревателя 2, расходуется на нагрев материала и испарение влаги. У выходного конца сушильной камеры установлен вентилятор для удаления влажного воздуха из камеры.

Эксперимент проводился (Жамалов) в трех режимах работы сушильной камеры:

— только от солнечной радиации;

— только от горячего воздуха, поступающего из воздухонагревателя, при этом прозрачная поверхность сушильной камеры заэкранирована (для предотвращения нагрева лучистой энергией);

— от солнечной радиации, прошедшей через прозрачную поверхность, и горячего воздуха, поступающего из воздухонагревателя.

Начальный вес кирпича в среднем 4000 г, влажность 22-24%.

Эксперименты показали, что в первых двух режимах продолжи­тельность сушки 3,5-4 дня, в третьем 2,5-3. Рассматривая зависимости расхода и температуры горячего воздуха от времени, видим, что расход горячего воздуха, входящего в сушильную камеру в летнее время, 20—22 кг/ч, температура 60-80°С.

С изменением количества поступающей солнечной радиации в течение дня меняется расход и соответственно скорость теплоносителя в сушильной камере. На интенсивность сушки кирпича влияют скорость теплоносителя, температура, относительная влажность и другие факторы.

Процесс влагоотдачи с поверхности материала зависит от разно­сти парциальных давлений водяного пара на поверхности материала и в теплоносителе.

Таким образом, сушка строительных и керамических материалов с использованием солнечной энергии может частично заменить в летнее время обычные способы сушки при использовании энергии, получаемой на ТЭЦ, АЭС или ГЭС.

Плавательные и домашние бассейны, которые стали модным и полезным украшением многих усадеб, санаторно-курортных и других учреждений являются естественным приемником солнечной энергии. Однако для более эффективного ее использования применяют различные средства и приемы с применением гелиоколлекторов. Эта область применения солнечных коллекторов весьма перспективна. Владельцам плавательных бассейнов особенно выгодно использовать солнечную энергию, если система связана с солнечной отопительной системой всего дома: зимой эти системы используются для отопления дома, а летом — для нагрева воды в бассейне.

Температура воды в бассейнах обычно поддерживается на уровне 20…27°C, что всего на 5…15°C выше температуры наружного воздуха и энергия солнечной радиации в летний период вполне может заменить традиционный источник энергии. Благодаря использованию солнечной энергии купальный сезон в открытых плавательных бассейнах может быть увеличен на 1,5…2 мес. в год, а в закрытых бассейнах будет обеспечена значительная экономия топлива и уменьшение загрязнения окружающей среды вредными выбросами.

Одна из возможных схем гелиоустановок для подогрева воды в плавательном бассейне показана на рис. 6.6, а). Вода из бассейна насосом прокачивается через фильтр и направляется в солнечный коллектор. Нагретая вода из коллектора поступает в бассейн.

Коллектор должен быть изготовлен из коррозионно-стойких материалов, чтобы не подвергаться агрессивному действию воды из бассейна. Кроме того, материал должен:

выдерживать температуру от -20 до 70°C; обладать хорошей поглощательной способностью; обладать высоким коэффициентом теплопроводности.

Через коллектор прокачивается большое количество воды и должно быть обеспечено такое поперечное сечение каналов, чтобы гидравлическое сопротивление было минимальным. Для домашнего

изготовления простейших коллекторов наиболее являются материалы окрашенные в черный цвет:

• полиэтилен;

• полипропилен;

• синтетический каучук.

Первые два материала дешевы, а каучук значительно дороже, но более стойкий. При годовом поступлении 1000 кВт*ч/м2 солнечной энергии на горизонтальную поверхность и площади коллектора 800 м за сезон гелиоустановка может дать 170 МВт*ч теплоты. Но эти данные приводятся для средней полосы России и севера Украины, для Крыма показатели эффективности выше минимум в полтора раза.

Схема комбинированной солнечной теплонасосной установки для обогрева плавательного бассейна показана на рис. 6.6, б). Летом в бассейне поддерживается температура не ниже 20°C. Это обеспечивается с помощью солнечного коллектора. При неблагоприятных погодных условиях включается тепловой насос.

В условиях нашей широты гелиоустановка, предназначенная для поддержания температуры воды в плавательном бассейне на уровне 20…24°C, дает за сезон более 300 кВт*ч полезной теплоты на 1 м2 площади солнечного коллектора.

Выбор количества солнечных коллекторов необходимых для подогрева бассейна

Чтобы удержать оптимальную температуру воды в бассейне 23 — 24 °С в периоде июнь — август, следует установить

соответствующее число коллекторов [16]. Ниже указано количество коллекторов для крытых и открытых бассейнов (принято, что глубина бассейна примерно 1,8 м):

Lk — количество коллекторов;

N — количество коллекторов на м2 площади бассейна [кол. / м2]; Fb — площадь бассейна [м2];

Площадь коллектора принята 1 м2.

Борьба с тепловыми потерями

Бассейн теряет теплоту вследствие:

• испарения воды;

• конвекции и излучения в окружающую среду;

• теплопроводности от дна к грунту.

Требуемое количество теплоты от обычного топливного источника равно разности между суммарными теплопотерями бассейна и поступлением солнечной энергии.

Теплопотери открытого плавательного бассейна могут быть существенно снижены, если в те периоды, когда бассейн не используется, т. е. в ночное время и в холодную ненастную погоду, закрывать его водную поверхность. Для этого можно использовать полимерную пленку или плиты из пенопласта. При работе бассейна полимерное покрытие убирается и хранится в свернутом виде на краю бассейна, плиты также могут быть сложены там же в виде штабеля. Второй вариант — двухслойное полимерное покрытие в виде подушки, которая надувается воздухом и изолирует поверхность воды от наружного воздуха; при работе бассейна воздух выпускается и благодаря наличию утяжелителей покрытие погружается на дно бассейна. Защита поверхности воды от наружного воздуха позволяет уменьшить тепловые потери на 40…50%.

Если глубина бассейна не превышает 1 м, то его дно и стены должны быть покрашены краской с высокой поглощательной способностью, а дно, кроме того, должно иметь шероховатую поверхность. Для промывки фильтров используется теплая вода (норма расхода на одну промывку — 0,9 м3 на 1 м2 поверхности бассейна). Теплоту промывочной воды необходимо утилизовать, установив после фильтров теплообменник.

При реализации всех указанных способов энергосбережения потребность в теплоте снижается до 260 кВт*ч/м2 за сезон, что составляет всего 40% первоначального значения. При этом требуемая площадь плоского солнечного коллектора уменьшается до 0,4 м2 (вместо 1 м2) на 1 м2 площади поверхности воды в бассейне. При этом годовое теплопотребление бассейна составляет 700 — 800 МВт*ч, среднесуточная теплопроизводительность гелиоустановки за период май-сентябрь 2,5 кВт*ч/м2 в день (максимум 6 кВт*ч/м2) при площади поверхности воды 1500 м2, температура воды на входе в коллектор 20…27°C, а на выходе 24…36°C при расходе 10…90 м/ч [14].

1. Перед началом работ продумайте все операции, с тем, чтобы не были повреждены конструктивные элементы здания — крыша, водосточные желоба.

2. В случае, если покрытие крыши или элементы дома повреждены, перед началом работ предупредите об этом клиента, чтобы не иметь конфликта при сдаче гелиосистемы в эксплуатацию.

3. Предварительно продумайте вариант надежного крепления коллекторов.

4. Оградите территорию под местом установки коллекторов, исключив нахождение там людей или ценных предметов во время работ, с тем, чтобы падающий инструмент или иные предметы не могли причинить травму либо материальный ущерб.

5. Если устанавливаются несколько коллекторов, поднимайте их и закрепляйте по одному.

6. Перед поднятием коллекторов настоятельно рекомендуем установить на патрубки все необходимые фитинги.

7. Поднятие коллекторов на кровлю можно производить при помощью крана, вышки или в ручную. Поднятие должно производиться в безветренную сухую погоду.

8. Имейте ввиду, что незаполненный теплоносителем коллектор не должен находиться под прямыми солнечными лучами более одного часа, в нем может развиться высокая температура, которая приведет к запотеванию коллектора. Необходимо укрыть рабочую поверхность коллектора от прямых солнечных лучей в период его установки до заполнения его водой или теплоносителем.

9. Соединение коллекторов в группы производить при помощи разъемных соединений (американок */2») .

10. Количество коллекторов в группе не должно превышать 3 штук.

11. Необходимо наличие теплоизоляции, стойкой к ультрафиолету (для наружных трубопроводов);

12. Монтаж производить с уклонами и необходимым количеством запорной арматуры, позволяющей в случае необходимости слить полностью теплоноситель (воду).

13. Желательно использовать минимальное количество соединительных элементов, переходников, угловых соединений;

14. Необходимо монтировать систему таким образом, чтобы длина трубопроводов гелиоконтура до ёмкости-накопителя была минимальной;

15. Трубопроводы коллектора до рабочей емкости не должены иметь перегибов, уклонов, препятствующих удалению из них воздушных пробок;

16. Отверстия ввода трубопроводов сквозь крышу должны герметизироваться

герметиком, исключая проникновение атмосферных осадков внутрь дома.

17. Монтаж всех трубопроводов необходимо вести с уклонами, которые позволят полностью освободить трубопроводы от воды в случае консервации системы на зимний период времени.

18. Трубопроводы, соединяющие коллектор с ёмкостью — накопителем, должны отвечать следующим требованиям:

а) должны выдерживать рабочую температуру при естественной циркуляции до 95°С;

б) внутренний диаметр при естественной циркуляции (при площади одного блока коллекторов до 6м2) должен быть не менее 16мм.

Этим условиям для модульной термосифонной установки удовлетворяет металлопластиковая труба ф20.

19. Ёмкость-накопитель, ферма, коллекторы должны быть надежно закреплены для предотвращения смещений и опрокидывания.

20. Во избежание скручивания медных паяных элементов внутри коллектора и системы трубопроводов обжим фитингов и арматуры производить с использованием двух ключей. Придерживаемая вторым ключом неподвижная часть, к которой

производится присоединение, должна быть надежно зафиксирована от скручивания.

21. В случае круглогодичной эксплуатации системы монтаж отводящей трубки от невозвратно-предохранительного клапана сетевой воды должен исключать замерзание в трубке воды.

Рис. 6.4. Фундаментная рама для монтажа двух солнечных коллекторов на плоской кровле

Эксплуатация. В процессе эксплуатации необходимо:

1. Осуществлять контроль давления теплоносителя в гелиоконтуре по существующему манометру (периодичность контроля 1 раз в 5 дней). Рабочее давление теплоносителя должно соответствовать величине, установленной специализированной монтажной организацией в процессе пусконаладочных работ в пределах 2,0-3,5 кг/см2. При эксплуатации допускается отклонение давления от установленного + 0,5 кг/см2.

2. Производить внешний осмотр основного и вспомогательного оборудования.

3. Следить за давлением сетевой воды. Рраб не должно превышать 6 кгс/см2. (рекомендуемое давление воды на входе в бойлер 3 -4 кгс/см2)

4. В случае облачности или при пиковых нагрузках по ГВС для дополнительного нагрева необходимо включать резервный источники нагрева (ТЭНы в ёмкостях-накопителях, котлы и т. п.).

5. Для поддержания эффективности работы установки, рекомендуется проверять и при необходимости мыть прозрачную изоляцию (стекла) коллектора. Мыть стекла рекомендуется во время минимальной активности солнца (утром, вечером) т. к. во время работы стекло может сильно нагреваться и при соприкосновении с холодным моющим раствором может разрушиться и вывести из строя коллектор.

Консервация системы на зимний период времени. В случае если гелиосистема предназначена для сезонной работы (май — сентябрь), и баки аккумуляторы установлены в неотапливаемых помещениях, в конце сезона необходимо слить воду (теплоноситель) из коллекторов, бойлера и подводящих и отводящих трубопроводов. Для этого необходимо:

• открыть сливной кран и предохранительный клапан гелиоконтура 3 кгс/см2 и дождаться, когда вода полностью сольется из гелиоконтура (коллекторов и теплообменника ёмкости-накопителя). Кран оставить в полуоткрытом состоянии;

• закрыть кран подачи холодной воды на бойлер;

• открыть предохранительно/невозвратный (сливной) клапан на входе холодной воды в бойлер;

• открыть кран подсоса воздуха на выходе горячей воды из бойлера. Дождаться, когда вода из бойлера полностью сольется. Кран оставить в полуоткрытом состоянии;

• слить воду с трубопровода, подводящего холодную воду с бойлера. Кран подачи холодной воды на бойлер закрыть насухо.

Гарантии. При покупке коллектора, требуйте от продавца заполнить раздел «Продавец». Убедитесь, что раздел «Изготовитель» заполнен. По окончании установки, предприятие (предприниматель), произведший ее, должен заполнить раздел «Установку произвел».

Продавец гарантирует соответствие товара требованиям, указанным в нормативных документах при условии соблюдения потребителем правил, которые указаны в инструкции по эксплуатации.

Производитель гарантирует возможность использования товара по назначению на протяжении всего срока службы при соблюдении условий эксплуатации, оговоренных в настоящем Руководстве.

возобновляемым биотопливом. Если сейчас вы топите

нефтепродуктами, подумайте о переходе на биодизель. Цены на солярку будут расти, поэтому скоро биодизель станет

конкурентноспособным. В то же время, это более чистое топливо, которое производит наше сельское хозяйство. Если вы выращиваете рапс, можно использовать рапсовое масло для обогрева жилищ. Скоро появятся поставщики топлива, которые предлагают смешанное топливо (солярка с биодизелем).

Если вы вообще хотите избавиться от нефтепродуктов, то существуют котлы на древесных гранулах. Такое оборудование уже продается. При этом достигается полная автоматизация, удобство пользования и, в некоторых случаях, экономия даже по сравнению с отоплением на дровах.

1. Купите себе солнечную водонагревательную установку

(СВНУ) когда ваш теперешний водонагреватель выйдет из строя (а может и раньше), когда вы ремонтируете или улучшаете свое жилище. Экономия денег на нагрев воды намного превысит ваши ежемесячные платежи за кредит, который вы взяли для покупки вашей солнечной водонагревательной системы! СВНУ окупается за 4-6 лет!

2. Больше естественного света в вашем доме. Установите солнечные светильники для освещения дорожек и темных мест вашего дома. Очень полезно иметь ночью питаемые от солнца светильники, покажите вашим соседям практическое применение возобновляемых источников энергии.

Максимально используйте естественное освещение дома и в офисе. Это не только сохранит энергию и деньги, но и полезно для здоровья и повышает производительность труда.

Если невозможно организовать естественное освещение, подумайте о питании вашей системы освещения напрямую от солнечных фотоэлектрических батарей!

3. Уличное освещение может быть дешевле, если использовать солнечные фонари не только на дорогах, но и на стоянках, во дворах и т. п. Тогда можно сэкономить на прокладке проводов и рытье траншей, не говоря уже об экономии на непотребленной электроэнергии. Правильно спроектированная солнечная осветительная система обеспечивает достаточное количество света без его избытка. Наши города чрезмерно светятся, поедая огромные количества энергии для своего освещения.

4. Чтобы быть уверенными, что вы получаете чистую возобновляемую энергию, и в тоже время красивым и надежным способом, выбирайте надежных поставщиков оборудования, работающих с известными марками.

5. Охлаждайте ваш дом за счет чистой энергии. Купите солнечный вентилятор или используйте теплоизолирующую краску для своего чердака. Уменьшая температуру на чердаке, вы значительно снизите расход энергии на кондиционирование дома. А вентиляция чердака за счет фотоэлектрических батарей не только снизит расход электроэнергии, но в то же время ваш чердак будет вентилироваться больше, когда ярче светит солнце!

6. Покупайте "чистую ” энергию для вашего дома или предприятия. К сожалению, пока потребители не могут выбирать, от какой электростанции покупать электроэнергию. Однако, в скором времени, после либерализации рынка электроэнергии, такая возможность появится. Многие развитые страны ввели маркировку на "зеленую" энергию, и потребители могут осознанно выбирать, наносит ли вред окружающей среде потребленная ими электроэнергия.

7. Экологически чистое резервное энергоснабжение. Если вам нужно надежно энергоснабжение дома или предприятия, вам нужна резервная система электроснабжения с использованием возобновляемых источников энергии. Даже если будут перебои в сетевом электроснабжении — ваш холодильник, насос, освещение будут работать несмотря ни на что. Ураган, упавшее на провода дерево или обрыв проводов от обледенения, сгоревшая трансформаторная подстанция — теперь вам это не страшно, потому, что вы защищены своей резервной энергосистемой на возобновляемых источниках энергии.

Мы можем использовать энергию солнца для разных целей. Одна из них — это выработка электрической энергии. При использовании солнечных батарей энергия солнца напрямую преобразуется в электрическую.

Использование солнечного электричества имеет много преимуществ. Это чистый, тихий и надежный источник энергии. Впервые фотоэлектрические батареи были использованы в космосе на спутниках.

Сегодня солнечное электричество широко используется. В удаленных районах, где нет централизованного электроснабжения, солнечные батареи используются для электроснабжения отдельных домов, для подъема воды и охлаждения лекарств. Эти системы зачастую используют аккумуляторные батареи для хранения выработанной днем электроэнергии. Кроме того, калькуляторы, телекоммуникационные системы, буи и т. д. работают от солнечного электричества.

Другая область применения — это электроснабжение домов, офисов и других зданий или генерация электричества для сетей централизованного электроснабжения.

Солнечные фотоэлектрические установки могут быть следующих основных типов:

Автономные. В случае, если нет подключения к сети, солнечные модули генерируют электричество для целей освещения, питания телевизора, радио, насоса, холодильника или ручного инструмента. Обычно, для хранения энергии используются аккумуляторные батареи.

Соединенные с сетью, если объект подключен к сети централизованного электроснабжения, солнечные батареи могут использоваться для генерации собственного электричества. Избыток электрической энергии обычно продается электросетям.

Резервные системы фотоэлектрическая системы подключается к сетям плохого качества. В случае отключения сети или недостаточного качества сетевого напряжения, для покрытия нагрузки используется солнечная система

Использовалась информация с сайта http://www. mysolar. com и других.

Аккумуляторные батареи. Зачастую представляет определенные трудности использовать напрямую энергию, генерируемую солнечными, ветровыми или

микрогидроэлектрическими установками. Поэтому электричество обычно сохраняется в специальных аккумуляторных батареях для последующего использования.

Эти батареи очень часто работают по тому же принципу, что и обычные автомобильные стартерные батареи, однако они спроектированы специально для использования в системах автономного электроснабжения. Стартерные батареи рассчитаны на то, чтобы выдавать большие токи (сотни ампер) в течение очень короткого промежутка времени (несколько секунд) для того, чтобы запустить двигатель машины. Специальные батареи для использования в системах автономного электроснабжения часто собираются из отдельных аккумуляторов с напряжением 2 вольта, соединенных вместе. АБ меньшей емкости с напряжением 6 и 12 вольт также используются. Наиболее распространенным типом АБ являются свинцово-кислотные, как с жидким электролитом, так и герметичные (в последнее время становятся все более популярными вследствие снижения цены)..

Никель-кадмиевые батареи также могут использоваться. Хотя они намного дороже кислотных, зато имеют очень большой срок службы и имеют более стабильное напряжение в процессе разряда.

На рынке продаются батареи емкостью от 1 до 2000 Ач.

8. Думайте глобально. Используйте возобновляемую энергию локально. Требуйте использования возобновляемых источников энергии не только у себя дома, но и в общественных местах. Системы электроснабжения на возобновляемых источников энергии установленные в местах общего пользования, не только помогут улучшить экологию в вашем районе, но и будут способствовать популяризации этого вида энергии среди местного населения. Подумайте, какой достопримечательностью будет такая система для вашего района! Не говоря уже о том, если ВИЭ будут использоваться в школах.

9. Узнайте больше о возобновляемой энергетике сами и расскажите о ней другим. Если вы еще не много знаете о ВИЭ, самый лучший способ узнать больше — это пойти и посмотреть, как работает действующая система электроснабжения на возобновляемых источников энергии. Сейчас все больше появляется домов, где используются солнечные батареи, ветроустановки, котлы на биотопливе и т. п. Если вы сами владеете таким домом, покажите свой дом соседям, коллегам по работе, друзьям и местным властям. Многие люди до сих пор не знают, как работают такие системы и не доверяют им — покажите им работающую систему и заставьте их поверить в то, что это возможно и выгодно!

6.3. Рекомендации по монтажу и эксплуатации солнечной водогрейной установки термосифонного типа (на примере двухконтурной гелиосистемы с естественной циркуляцией, производства ООО ТПК «Афрос»).

Описание установки. Солнечная водогрейная установка (гелиосистема) представляет собой комплекс оборудования, предназначенный для приема и преобразования солнечной энергии в тепловую с дальнейшим нагревом сетевой воды.

Модульные солнечные установки с естественной циркуляцией — наиболее распространенный тип гелиосистем. Производительность установки, состоящей из 2 солнечных коллекторов «Афрос» (4 м2) и ёмкости-накопителя объёмом 200 л — порядка 400-450 л/сутки температурой 50-55 °С (в среднем с мая по сентябрь. Район 42° северной широты). Для достижения большей производительности увеличивают количество модулей.

По принципу работы гелиосистема практически ничем не отличается от водяной системы отопления: роль отопительного котла играет коллектор солнечной энергии, в котором теплоноситель нагревается от энергии солнечных лучей, а роль радиатора играет теплообменник, который отдает тепло сетевой воде, идущей к потребителю.

В состав установки входят:

— коллектор солнечной энергии,

— ёмкость-накопитель (бойлер) с теплообменником объёмом 200 л,

— расширительный бак 4 л;

— предохранительный клапан гелиоконтура 4 кгс/см2;

— манометр 0-4 кгс/см2;

— автоматический воздухоотводчик.

Принцип работы термосифонной гелиосистемы. Коллектор солнечной энергии и теплообменник ёмкости-накопителя соединяются между собой в замкнутую систему, в которой под давлением 2,0-3,5 кгс/см2 циркулирует теплоноситель.

Коллектор, поглощая солнечную энергию, нагревает теплоноситель, который поступает в теплообменник, где отдает тепло сетевой воде. Циркуляция теплоносителя происходит за счет разности температур в коллекторе и теплообменнике (эффект термосифона).

Принципиально важно для эффективной циркуляции теплоносителя располагать ёмкость-накопитель таким образом, чтобы нижняя часть теплообменника емкости находилась не менее чем на 200 мм выше верхнего патрубка коллектора.

Монтаж оборудования. Коллектор солнечной энергии должен устанавливаться с соблюдением действующих норм и правил техники безопасности при производстве монтажных работ.

В случае монтажа системы для круглогодичной эксплуатации монтаж ёмкости — накопителя должен проводиться в утепленном помещении, в котором температура воздуха в зимний период не будет опускаться ниже 5°С.

Соблюдение условий данного руководства абсолютно важно для защиты гарантийных прав, надежной и длительной эксплуатации солнечной установки.

Определение места установки оборудования

Необходимо предварительно изучить место установки, чтобы убедиться, что:

• коллектор солнечной энергии может быть установлен в незатененном месте, и ни здания, ни деревья, ни какие либо другие объекты не будут давать тень на коллектор в течение всего светового дня;

• расположение коллектора солнечной энергии дает возможность наикратчайшим путем подать теплоноситель к баку — аккумулятору с минимально необходимым количеством отверстий в стенах и крыше;

• расположение коллектора солнечной энергии позволяет надежно его закрепить.

Ориентация коллектора солнечной энергии. Для

максимально эффективной работы коллектора солнечной энергии, его активная поверхность должна быть направлена на юг. Всегда используйте компас для правильной ориентации коллектора.

Отклонение до 45° на восток или на запад дает незначительное снижение эффективности работы коллектора (менее чем на 5%).

Угол наклона. Если солнечная установка рассчитана на круглогодичную работу, угол наклона коллектора к горизонту рекомендуется 28-45°, если гелиосистема используется главным образом в летний период времени (сезонные гостиницы, пансионаты) — 15 -28°.

Концепция современного комплексного преобразования и высокоэффективного расходования энергии была предложена давно. Главное в этом подходе — максимальное, исходя из особенностей местности и климата, использование энергии солнца, ветра и биомассы, что приводит к значительной экономии средств и улучшению экологии окружающей среды. В атмосферу

выбрасывается меньше продуктов горения, она не перегревается выбросами бесхозного тепла, дороги не засоряются подвозимыми тоннами топлива, леса не вырубаются на дрова и т. д.

Целесообразно использовать нескольких источников энергии дает:

1. Вы получите бесперебойную систему электропитания.

2. Вы получите очень простую, не громоздкую систему электропитания.

3. Такая система очень надежная.

4. Вы получите полную независимость от любых других источников энергии.

5. Это не будет наносить вред окружающей среде.

Солнечные и ветряные установки. Солнечные и ветряные установки удачно дополняют и частично компенсируют недостатки друг друга. Например, если внимательно наблюдать за погодой, то можно заметить, в безоблачную погоду очень мала скорость ветра. И, наоборот, в облачные дни ветер чаще всего сильный, порывистый, обычно не менее 8-10 м/с. Поэтому просто необходимо эти источники использовать вместе. Повысится надежность электропитания, т. к. их одновременный выход из строя маловероятен.

Площадь батареи в 1 м позволяет получить 80 Вт. электроэнергии. Чтобы получить 0,5 кВт. необходимо 6,25 кв. м. батарей, стоимость их будет 800 грн. Ветроустановка мощностью 500 Вт стоит 3000 грн., диаметр лопастей колеса 2,5 м. Подобный комплекс позволит вырабатывать ежедневно до 5 кВт. час. электрической энергии.

Представьте себе маленький ветряк, который можно свободно транспортировать в багажнике автомобиля, ремонтировать своими силами, о пользе которого можно задуматься и сделать выводы о его целесообразности.

Солнечные батареи использовать такой мощности, вместе с другими источниками энергии целесообразно. Эффективно они используются только в солнечную погоду, в основном, весной, летом и осенью.

Можно использовать для средних или больших по размеру домов ветроустановку мощностью 5 кВт. Она удовлетворяет потребности среднего по размеру производства или коммерческего объекта: заправочной станции, небольшого ресторана, магазина, фермерского хозяйства. Для загородного коттеджа с прилегающей к нему территорией такой ветроустановки вполне достаточно.

Ветроустановка ВЭУ-08 предназначена для обеспечения электроэнергией небольших объектов. Применяется как в местах, где отсутствует сетевая энергия (туристические лагеря, фермерские

хозяйства, дачные участки, питание автономных комплексов), так и в качестве резервного источника электроэнергии для частных домов, коттеджей.

Малая ветроустановка для обеспечения энергопитания небольшого дома, удаленного объекта. Сборка может быть осуществлена бригадой из 3-х обученных рабочих с краном или по соответствующей инструкции без грузоподъемных машин, с использованием приспособления и лебедки. При подключении к аккумуляторным батареям пиковая мощность может быть увеличена до 6 кВт с применением соответствующего инвертора. А при подключении дизель — или бензогенератора — до 9 кВт. Имеется модификация 1.5 кВт для установки на крыши малоэтажных домов в районах с ограниченностью высотностью мачт и других устройств. Также имеется модификация установки 5 кВт.

В ветроустановках через 7-10 лет могут выйти из строя только трущиеся детали — подшипники.

Для накопления энергии необходимо использовать аккумуляторы. И ветроэнергетических установок ВЭУ и солнечных модулей СМ подключаются к аккумуляторам не напрямую, а через специальный контроллер, который предохранит от перезаряда, полного разряда и т. п. Необходим и преобразователь-инвертор.

Таким образом, если дом расположен на открытом возвышенном месте (вдали от лесного массива или загораживающих строений) с достаточными ветроэнергоресурсами, то использование ветроэнергетических установок в комбинации с солнечными модулями даст возможность получать электроэнергию круглый год: зимой больше за счет энергии ветра, а летом — энергии солнца.

Дополнение в данный комплекс тепловых насосов и тепловых коллекторов, позволит увеличить КПД теплового насоса, а значит и всего комплекса в целом.

Хорошие перспективы связаны с использованием солнечных технологий для карманных калькуляторов, солнечных часов, радиопримеников, маленьких огородных водяных насосов, светящихся знаков, парковочных автоматов, пастбищных электроизгородей, электробритв, фотоаппаратов, ручных дрелей, механизмов экстренного вызова, солнечных ламп, газонокосилок, ручных пылесосов, вентиляторов, фонарей, автомобильных кондиционеров, зарядных устройств для аккумуляторов и мобильных телефонов.

Российская компания "Ваш Солнечный Дом" опубликовала материал под названием «10 способов экономить энергию и деньги с помощью возобновляемых источников энергии». Считаем полезным привести его практически без изменения с некоторыми сокращениями, потому, что изложенные в нем рекомендации полностью касаются и нас. Источник информации: http://www. solarhome. ru.

— Топливо и энергия в России становятся все дороже. Цена электроэнергии тоже ползет вверх. Поэтому самое время предложить несколько полезных советов по сохранению энергии и денег с использованием возобновляемых источников энергии.

Самая дешевая энергия — это та, которую вы не должны покупать. Рассмотрите любой из предложенных вариантов перейти на "зеленую" энергию.

От обычного дома к солнечному. Немецкий опыт показывает, чтобы создать себе энергоэффективный солнечный дом, т. е. уменьшить затраты на отопление и использовать в своем доме солнечную энергию, не обязательно строить новый дом. Большинство существующих жилых домов можно превратить в солнечные. Ведь главную задачу — сократить расход энергии можно наполовину решить за счет хорошей изоляции, установке новых окон и других защитных мер, а оставшиеся 50% потребности в тепле обеспечить за счет устройства гелиоустановки. Конечно, нужны определенные затраты, но зачастую люди упускают из виду тот факт, что «энергетическая» перестройка старого дома означает повышение комфортности и существенное повышение рыночной стоимости дома.

Путь от обычного дома к солнечному идет обычно через последовательное энерготехническое переустройство дома. К этому следует отнестись внимательно и прозорливо. Только благодаря значительному улучшению уровня изоляции можно на 50% окупить расходы на оснащение дома гелиоустановкой. Для того, чтобы установить коллектор и разместить большой тепловой накопитель, иногда надо предпринять дополнительные строительные мероприятия. На рисунке 6.1 показана комбинированная система отопления жилого дома площадью 200 м2, построенная по немецкой технологии.

Нам не нужно ехать в Германию, чтобы создать солнечный дом. Крымские ученые и инженеры тоже имеют такие знания и могут спроектировать солнечный дом с учетом потребностей конкретной семьи или организации.

6.1. Как обустроить солнечный дом

Каждый человек понимает, если не закрыть щели в окнах и дверях, не утеплить потолок и пол, то никакое топливо не поможет эффективно обогреть помещение. Даже если его сильно нагреть, тепло все равно через несколько часов уйдет в атмосферу. Но это — очевидные понятия. А как же грамотно обустроить свой дом. Чтобы Солнце помогало его обогреть?

С незапамятных времен человек организовывал пространственную структуру своего жилья с учетом ориентации на Солнце. Фактически то, что мы сейчас называем энергосберегающими строительными приемами, есть ничто иное, как попытка грамотного использования и сохранения тепла и света, которые дает нам Солнце.

Наши деды умели это делать, они строили дома с толстыми стенами, которые долго сохраняли тепло зимой, а летом прохладу. Но за последние 50 лет, несмотря на интенсивное развитие различных технологий, эти подходы были незаслуженно забыты.

Для обогрева зданий используются следующие типы пассивных гелиосистем:

С прямым улавливанием солнечного излучения, поступающего через здания или через примыкающую к южной стене здания солнечную теплицу (зимний сад, оранжерею).

С непрямым улавливанием солнечного излучения, т. е. с теплоаккумулирующей стеной, расположенной за остеклением южного фасада;

С контуром конвективной циркуляции воздуха и галечным аккумулятором теплоты.

Кроме того, могут использоваться гибкие системы, включающие элементы пассивной и активной гелиосистемы. Пассивные системы составляют интегральную часть самого здания, которое должно проектироваться таким образом, чтобы обеспечивать наиболее эффективное использование солнечной энергии для отопления. Наряду с окнами и остекленными поверхностями южного фасада для улавливания солнечного излучения также используются остекленные проемы в крыше и дополнительные окна в верхней части здания, которые повышают уровень комфорта человека, так как исключают прямое попадание солнечных лучей в лицо. Одно из важнейших условий эффективности работы пассивной гелиосистемы заключается в правильном выборе местоположения и ориентации здания на основе критерия максимального поступления и улавливания солнечного излучения в зимние месяцы.

Прямое улавливание солнечной энергии может эффективно осуществляться при соблюдении следующих условий:

1) оптимальная ориентация дома — вдоль оси восток-запад или с отклонением до 30°от этой оси;

2) на южной стороне 50-70 % всех окон, а на северной — не более 10%, причем южные окна должны иметь двухслойное остекление, а северные окна — трехслойное;

3) здание должно иметь улучшенную тепловую изоляцию и низкие теплопотери вследствие инфильтрации наружного воздуха;

4) внутренняя планировка здания должна обеспечивать расположение жилых комнат с этой стороны, а вспомогательных помещений — с северной;

5) должна быть обеспечена достаточная теплоаккумулирующая способность внутренних стен и пола для поглощения и аккумулирования теплоты солнечной энергии;

6) для предотвращения перегрева помещений в летний период над окнами должны быть предусмотрены навесы, козырьки и т. п.

КПД такой системы отопления, как правило составляет 25-30 %, но в особо благоприятных климатических условиях может быть значительно выше и достигать 60%. Существенным недостатком этой системы являются большие суточные колебания температуры воздуха внутри помещений. Пассивные системы имеют такой же срок службы, как и само здание. Наряду с получением теплоты эти

системы также обеспечивают эффективное использование дневного освещения, благодаря чему снижается потребление электроэнергии.

Задача строительства энергоэффективного дома заключается в том, чтобы извлечь максимальную пользу из климатических особенностей местности. Солнечный обогрев пассивного солнечного дома может быть как абсолютным, без использования других методов теплообеспечения, так и частичным (дополняющим другие способы обогрева). Поэтому под понятием «солнечный дом» часто подразумевают комбинацию солнечного пассивного нагрева, естественного освещения и технических средств использования солнечной энергии для теплоснабжения и получения электричества. Такой подход может быть использован для всех типов зданий и в любых климатических условиях. При этом акценты для разных климатических зон и времени года различны: в северных странах (а зимой во всех зонах) доминирует потребность в отоплении, а в южных — более важным является охлаждение. Хорошо сконструированное солнечное здание может быть мало зависимым от дополнительных источников тепла. В Европе есть примеры, когда при выполнении демонстрационных проектов было получено уменьшение потребления энергии в четыре и более раз.

Методы пассивного солнечного проектирования целесообразно применять при новом строительстве дома, однако и готовые здания также могут быть приспособлены к пассивному накоплению солнечного тепла.

В приведенной ниже таблице показаны основные типы пассивного использования солнечной энергии.

Рассмотрим, как работает пассивный солнечный дизайн. Согласно фундаментальному закону физики, тепло передается от более теплых материалов к менее теплым, до тех пор, пока между ними не останется никакой температурной разницы. Пассивный солнечный дизайн реализует это правило через следующие механизмы движения и накопления тепла:

1. Теплопередача. Тепло передается через тела, от молекулы к молекуле. По мере нагревания тела, молекулы, находящиеся ближе всего к источнику тепла, начинают интенсивно вибрировать. При этом вибрация передается соседним молекулам, за счет чего возникает передача тепла.

2. Конвекция. Это перенос теплоты в жидкостях, газах или сыпучих средах потоками вещества. При конвекции более легкая и теплая текучая среда поднимается вверх, в то время как прохладная и более плотная среда опускается вниз. Например, теплый воздух поднимается за счет того, что он легче холодного. Именно поэтому теплый воздух, как правило, скапливается на верхнем этаже здания, в то время как подвал остается прохладным. В некоторых пассивных солнечных домах конвекция используется для переноса солнечного тепла от южной стены внутрь здания.

3. Излучение (радиация). Излучаемое тепло передается по

воздуху от более теплых предметов к менее теплым. Для пассивного солнечного излучения наибольшую важность представляют два типа излучения: солнечное и инфракрасное. В зависимости от

особенностей облучаемого предмета, излучение может поглощаться, отражаться либо пропускаться.

Непроницаемые предметы поглощают 40-95% поступающей солнечной радиации, в зависимости от цвета (темные цвета, как правило, поглощают больше тепла, чем светлые). Вот почему поверхность поглотителя солнечной энергии чаще всего окрашена в темные цвета поскольку светлые материалы отражают 80-98% поступающей солнечной энергии.

Стекло пропускает 80-90% солнечной радиации, а поглощает и отражает всего лишь 10-20%. Пропускаемое стеклом солнечное излучение поглощается поверхностями в доме, а позже снова ими излучается в виде инфракрасной радиации. Между тем, стекло, способное пропускать солнечную радиацию, поглощает, а позже излучает его обратно в дом.

4. Теплоемкость. Означает способность материалов к накапливанию тепла. Материалы, способные сохранять тепло, называются термальной массой. Чем больше объем термальной массы, тем больше тепла она сохраняет при повышении температуры на один градус. В качестве термального массива в пассивных солнечных домах часто используются кладочные материалы, такие как бетон, камень, кирпич и плитка. Хорошей теплоемкостью обладает и вода.

Существует пять элементов дизайна пассивного солнечного дома. Для того, чтобы спроектировать абсолютно пассивный солнечный дом, требуется сочетание 5 элементов пассивного солнечного дизайна, каждый из которых выполняет отдельную функцию.

1. Световой проем (коллектор). Это большое стекло (окно), через которое свет проходит в здание. Световой проем должен располагаться под углом 30 градусов к солнцу и не должен находиться в тени других зданий или деревьев с 9 до 15 часов, каждый день в течение отопительного сезона.

2. Поглотитель. Это твердая, темная поверхность

накопительного элемента. Емкость с водой или поверхность кирпичной стены, пола, перегородки должны находиться на пути солнечного света. Свет, падающий на поверхность, поглощается ею в виде тепла.

3. Термальная масса. Это материалы, преобразующие солнечное излучение в тепло и накапливающие его. Как поглотитель, так и термальная масса являются составными частями одних и тех же предметов и конструкций. Разница между ними состоит в том, что поглотитель относится именно к поверхности, тогда как термальная масса является материалом, находящимся за этой поверхностью.

4. Распределение. Способ, при котором происходит распространение солнечного тепла от накапливающих тепло элементов к другим частям дома. В абсолютно пассивном дизайне распределение тепла по помещению осуществляется посредством теплопередачи, конвекции и радиации (излучения). В отдельных случаях, в качестве вспомогательных средств, способствующих распределению тепла, могут использоваться вентиляторы и воздухоотводы.

5. Контроль. Во избежание перегревания в жаркие летние месяцы, оконные проемы защищаются выступами крыши. Среди других элементов, регулирующих степень нагревания, можно упомянуть электронные сенсорные приспособления (например, дифферениальный термостат, подающий сигнал для включения вентилятора), вентиляторы и воздушные клапаны для управлением потоком тепла, жалюзи с низкоэмиссивным покрытием, а также навесы.

Окна для дома с пассивным солнечным энергообеспечением.

Окна, являющиеся одним из важнейших элементов дизайна пассивного солнечного дома, способны значительно сократить потребность здания в дополнительном отоплении, охлаждении и освещении.

Стратегия пассивного солнечного дизайна во многом обусловлена как расположением здания, так и местным климатом. Основной принцип, связанный с использованием окон, остается неизменным — с помощью правильной ориентировки и размера стекла, а также определенного остекления можно регулировать поступление в дом солнечного тепла.

1. Прохладный климат. В местностях с прохладным климатом, где здания нуждаются преимущественно в отоплении, а не в охлаждении, основные остекленные площади должны выходить на юг. Так они смогут улавливать солнечное тепло даже зимой, когда солнце находится низко. Избежать чрезмерного нагревания летом, когда солнце стоит высоко, помогают выступы крыши и другие затеняющие приспособления.

Для того чтобы максимально увеличить приток тепла в зимнее время, эффективные окна должны иметь коэффициент поступления солнечного тепла не менее 0,6, коэффициент теплопередачи, не превышающий 0,35 (для уменьшения теплоотдачи), а также высокий показатель пропускания солнечного света.

В условиях прохладного климата, располагать окна на восточной, западной и северной стороне нежелательно. Если окна выходят на восток или на запад, контролировать поступление тепла и света при низком положении солнца становится сложным. Такие окна должны обладать низким коэффициентом поступления солнечного тепла, кроме того они должны быть затенены. Окна, смотрящие на север, улавливают слишком мало тепла, поэтому используются только для полезного освещения.

2. Жаркий климат. В жарком климате, где здания в первую очередь нуждаются в охлаждении, окна предпочтительно ориентировать на север. Если окна смотрят на юг, им необходимо тщательное затенение. Наиболее эффективны окна с низким коэффициентом поступления солнечного тепла. Уменьшить приток солнечного тепла помогают:

— стекло с низкоэмиссионным покрытием;

— тонированное стекло;

— солнцеотражающее стекло;

— спектрально-селективное стекло.

Все эти виды стекол, за исключением спектрально­селективного, также способствуют снижению степени пропускания солнечного света.

Таким образом, если солнце светит, солнечный дом зачастую даже в холодные дни обходится без активного отопления. Однако пассивное использование солнечной энергии не может конкурировать с ее активным использованием, так как собранное коллекторами солнечное излучение может храниться в резервуаре несколько дней, а иногда и недель.

В самом простом и наиболее распространенном варианте использования солнечных коллекторов большая часть энергетических потребностей солнечного дома обеспечивается солнечным светом и теплом, за счет чего затраты других энергоносителей снижаются на 40-60% в зависимости от конструкции здания и его местоположения. Солнечный дом, оснащенный эффективной тепловой установкой, может полностью удовлетворить запросы его обитателей в тепле и свете даже без использования других источников энергии. И при этом — никаких отключений и перебоев в подаче электроэнергии, никаких проводов извне, никаких счетчиков, никаких запасов дров, угля или мазута.

Главное в концепции "солнечного" жилого дома — максимальное, исходя из особенностей местности и климата, использование солнечного излучения, превращение его в тепло и сохранение тепловой энергии в доме с наименьшими потерями. Реализация такого подхода дает значительную экономию средств и улучшает экологическую обстановку (за счет минимального применения всех других источников энергии): в атмосферу выбрасывается меньше продуктов горения, дороги освобождаются от тяжелого транспорта, перевозящего миллионы тонн топлива, леса сохраняются от вырубки на дрова и т. д.

Пассивная системы энергосбережения "солнечного" дома предусматривает использование некоторых архитектурно­строительных приемов на стадии проектирования:

— ориентация дома по оси юг-север;

— отсутствие затенения южной стены;

— наличие северной пологой стены с минимальным количеством

окон;

— наличие остекленной южной стены (окна с двойными или тройными рамами и воздушной прослойкой толщиной 10 мм между стеклами, способствующей термоизоляции. С этой же целью между стеклами можно установить жалюзи, которые будут закрываться вручную или управляться термостатом по разности внутренней и наружной температур);

— усиленная термоизоляция наружных стен;

— обустройство тепловых тамбуров на входе;

— наличие за остекленной южной стеной массивной стены, служащей аккумулятором дневного тепла (стена Тромба);

— организация в подвальном помещении воздушного теплообменника (в виде ящика с гравием или емкости с водой), аккумулирующего до 80% тепла из выходящего наружу "отработанного" воздуха;

— использование теплиц и помещений с верхним дневным светом (атриумов), играющих роль тепловых аккумуляторов.

Перечисленные технические приемы лишь незначительно (на 5­10%) увеличивают стоимость строительства, но при этом более чем вдвое снижают затраты на отопление жилья.

Активная система энергосбережения "солнечного" дома — это тепловые солнечные коллекторы, панели фотоэлектрических элементов (солнечные батареи), регулировочная автоматика, компьютер, управляющий тепловым и световым режимами, и другая высокоэффективная техника для максимального усвоения солнечной энергии.

Реализованных проектов "солнечных" домов, частично или полностью обеспечивающих себя солнечной энергией, в мире довольно много. Их строят не только в теплых краях (Египет, Израиль, Турция, Япония, Индия, США) и в странах с умеренным климатом (Франция, Англия, Германия), но и во многих северных регионах (Швеция, Финляндия, Канада, Аляска). Ежегодно в западных странах вводятся сотни тысяч квадратных метров жилья в энергосберегающих "солнечных" домах. Специализированные предприятия выпускают для них оборудование и материалы, а строительством занимаются крупные фирмы, такие, например, как Concept Construction (Канада) или Enercon Building Corporation (США).

Во многих передовых странах развитие "солнечного" домостроения стало одним из направлений государственной политики. Вопросами энергосберегающего строительства занимаются ЮНЕСКО, Европейская комиссия ООН, Департамент энергии США. Создана и успешно действует всемирная организация по развитию и распространению энергетических технологий ОРЕТ. Международное общество по солнечной энергии ISES, образованное еще в 1954 году, издает журнал "Solar Energy" по вопросам усвоения и рационального использования солнечной радиации.

Подготовка и переподготовка кадров, формирование инновационного климата энергосбережения среди населения является одной из важнейших задач органов власти всех уровней. Для этого необходимо ввести в практику проведение краткосрочных тематических семинаров по вопросам энергосбережения для всех специалистов органов местной исполнительной власти и более глубокое повышение квалификации специалистов, ответственных за вопросы энергосбережения. Необходимо создать условия для систематического оказания методической помощи по реализации заданий программ и планов организационно-технических мероприятий, доводить до специалистов изменения в нормативно­правовой базе Украины в сфере энергосбережения, обеспечивать информацией по новым энергосберегающим проектам, технологиям, оборудованию, мероприятиям и т. д.

Для успешной реализации региональной политики энергосбережения необходимо:

— разработать методические пособия по проведению тематических часов на рабочих местах и на сходах граждан;

— разработать специальный курс обучения по энергосбережению для различных категорий — учащихся школ, студентов высших учебных заведений, инженерно-технических работников предприятий, организаций, учреждений, ответственных за энергосбережение в городских и районных госадминистрациях;

— разработать программу по привлечению СМИ для популяризации вопросов экономии энергоресурсов;

— активировать работу по организации выставок и конференций, научно-практических семинаров;

— в школах и дошкольных учреждениях формировать идеологию энергосбережения в сознании детей с использованием игр, для чего необходима разработка соответствующей методологии.

Перспективным является проведение обучающих наглядных семинаров для специалистов с использованием действующих и проектируемых учебно-научных полигонов по моделированию внедрения энергосберегающих технологий и использования альтернативных и возобновляемых источников энергии.

В 2006 году решением ЮНЕСКО, по согласованию с Министерством иностранных дел и Министерства образования и науки Украины, на базе Таврического национального университета им. В. И.Вернадского была организована кафедра «Возобновляемая энергия и устойчивое развитие». Задачи кафедры:

— подготовка высококвалифицированных специалистов, обладающих глубокими и одновременно широкими знаниями процессов и предпосылок устойчивого развития регионов, менеджмента альтернативной энергетики;

— переподготовка кадров;

— разработка и использование технологий управления регионами (территориальный менеджмент);

— разработка концепций, программ и технологий использования Геоинформационных систем для сбора, обработки и представления данных, построения графических и картографических моделей региональных систем;

— обеспечение регионов Украины кадрами, осуществляющими менеджмент устойчивого развития регионов;

— подготовка магистров, аспирантов, обмен преподавателями и студентами с европейскими университетами, подготовка учебников, учебных пособий, методических пособий, приобретение учебной литературы.

Организована лаборатория «Солнечный век» с комплектом солнечных и ветровых генераторов и системой наблюдений за радиационными потоками, температурой воздуха и скоростью ветра.