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.

Рис. 7.1. Принципиальные схемы гелиокамер, предназначенных для тепловой обработки бетона: а — камера для паровоздушной обработки бетона, выполненная в виде наклонно-ступенчатой водоопреснительной установки с замкнутым влагооборотом; б — вариант, где параллельно плоскости прозрачной крыши размещался металлический лист для поглощения солнечной энергии; в — непосредственный нагрев бетона солнечной радиацией, прошедшей через отражение крыши; паровоздушная среда образуется в результате испарения воды, находящейся в устройстве, и воды затворения бетона; г — прямой нагрев бетона солнечной радиацией через прозрачное ограждение.

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.