Способ аккумулирования солнечной энергии и устройство его осуществления. Аккумуляция солнечного тепла

Как аккумулировать энергию солнца

Аккумулирование энергии солнца и тепла летнего сезона для отопления зимой – это весьма заманчивая идея. Реализация такого проекта могла бы привести в России к колоссальным положительным энергетическим и экономическим последствиям, особенно в малоэтажном строительстве часный сектор.

Как нигде у нас холодная зима, аккумулирование энергии солнца и тепла летнего сезона при отоплении сулит огромную выгоду, для большинства стран мира потребление энергоресурсов на отопление не столь жизненно необходимо.

Автономные системы отопления дома, автономное отопление частного дома.

Какой тепловой аккумулятор летней тепловой солнечной энергии нужен для отопления загородного дома зимой.Нами разработан рекуператор – аккумулятор тепла, или теплообменник с рекуперацией и накоплением тепла.

Водяной аккумулятор тепла солнечной энергии, солнечный энергоаккумулятор запаа теплаУдобным в эксплуатации и примитивным в изготовлении, дешевым, чтобы появилась экономическая заинтересованность замены энергии газа, дров, в том числе и угля, как самого трудоемкого в добыче и стоящей здоровья и жизни шахтеров.

Самое заманчивое для аккумулирования тепловой энергии солнца во внушительных количествах по теплоемкости является вода, но не везде доступна и в зависимости от технологии может быть дороговато.Вода, конечно, хорошо прогревается инфракрасным солнечным излучением, тепло легко подать к жилью по трубам, вода большинству общедоступна.

Но самое дешевое и в тоже время доступное повсеместно любому смертному для аккумулирования тепла энергии солнца это земля, подземные каналы как искусственного, так и естественного происхождения.

Пронизывая грунты трубами с водой, легко организовать теплообмен с потребителем. Почва, грунт по многим физическим показателям, да и по химическому и агробиологическому, составу различны. Удельная теплоемкость воды в несколько раза больше чем у грунта, но доступность для большинства людей делают его очень привлекательным для изготовления аккумулирования тепла солнца, технологичность его работ сохранность тепла больших объемов.

Динамика изменения температуры при рекуперации

Такой тепловой аккумулятор из большой массы грунта с глубиной канала до 3 метров с наибольшей температурой, доведенной до 40°С. это доступный энергоаккумулятор тепла!Реверсивный теплообменник, рекуператор, аккумулятор тепла в одном лице

Многим известен метод сезонного аккумулирования холода в погребах и грунте, под опилками и соломой для летнего сезона на загородных дачах, где нет электричества. На нижней границе вечной мерзлоты устойчивый слой с температурой до +10°С. многие столетия, но многие думают, что тепло солнца уйдет в недра земли.

А населению морочат голову газификацией страны, которая делает людей заложниками и зависимыми, полная газификация бомба замедленного действия особенно в суровых условиях России, при малейшем катаклизме, только ради огромной прибыли для кучки людей газового бизнеса.

Россия на своих огромных просторах имеет колоссальные запасы грунтовых и межпластовых артезианских вод.Температура воды в скважинах, родниках, колебаться от +4°С, до +6°С. в течение всего года, температура может, изменяется, повышаясь к осени и в начале зимы и понижаться марту месяцу и до начала лета.

Вода в артезианских пластах находится под непрерывным давлением, что позволяет ей в отдельных участках струиться на поверхности в виде восходящих потоков родников и ключей, из которых можно извлекать тепло.

К настоящему времени в стране пробурено десятки тысяч скважин глубиной от 5 до 300 м, основной водоносный пласт лежит на глубине приблизительно от 50 метров до 80.При выкачивании этой воды на поверхность земли, она смогла бы прикрыть всю территорию республики метровым слоем.Подземные воды обладают огромным запасом тепловой энергии, но дорогая технология изъятия тепла.

Технология строительства рекуперацеонного канала

Тепловой потенциал недр планеты это тепловой реактор, который может в большинстве заменить атом, энергию нефти газа — транспортные катастрофы, взрывы, пожары, делая заложниками население газификацией, ограбление простых людей повышающимися во всех странах тарифами на энергоресурсы, загрязнение атмосферы и меркантильными киотскими протоколами.

Огромное количество тепловой энергии у каждого обитателя планеты под домом, огородом, на крыше дома, не выключат, за несвоевременную оплату и в большинстве не зависит от времени года, широты.

Использование тепла недр земли для отопления с помощью воздушной вентиляции известна сотни лет, а не получает распространение лишь из-за жадности бизнеса и страха независимости людей, все что может сделать народ не зависимым, возможность пременения независимо от страны и континента тщательно скрывается и не пропагандируется.

Тепловой баланс, режим Земли, температура поверхностного слоя Земли.Тепловой баланс, режим земли зависит от радиации, тепловой энергии солнца и выделяющейся при химических реакциях, радиоактивном распаде, при подземных тектонических движениях.

В верхней части выделяют 3 температурные области земной коры.Это область распространения сезонных колебаний верхняя часть земной коры, область распространения постоянной температуры на определенный слой и область распространения постепенного повышения температуры в зависимости от глубины.Изменение температуры в верхней области земли определяется климатом края.

По пределу углубления в недра земли, влияние атмосферных суточных и сезонных температур стабилизируется, и начинается зона постоянной температуры на глубине около 12 метров, равная среднегодовой температуры в данном крае. Если в данном районе средне годовая температура опускается ниже 0°С, то образуется вечная мерзлота.

Солнечные коллекторы южного фасада дома

Температура и годовой баланс тепла поверхностного слоя планеты меняется по временам года и зависит от поступающей тепловой энергии Солнца. На глубине влияние солнечного тепла ниже этого пояса не воздействует. Это область постоянной температуры, где круглогодично сохраняется постоянная температура.

В высоких широтах постоянная температура находится на глубине между 20-30 метров.В средних широтах постоянная температура находится на глубине между 15-20 метров.Для Москвы, глубина постоянной температуры находится на глубине 20 м при температур (4,2 °С).В течение века на глубине 28 м в Париже отмечается температура чуть выше 11°С.Глубже этого пояса, к центру Земли, температура постепенно повышается: в среднем на на 1 °С каждые 33 м.

Средняя годовая температура воздуха в Буздяке составляет почти 3 градуса тепла, в более увлажненных районах, северо-восточной части и горнолесных районах, где годовое количество осадков превышает 600 мм, средняя годовая температура атмосферы менее 1 градуса.

Почва состоит из минералов, воды и воздуха заполняющего промежутки между твердыми частичками. Если взять 1 м3 почвы и разделить ее на твердые, жидкие и газообразные составные части, то объемная теплоемкость м3 почвы складываться из теплоемкостей минеральной части, воды и воздуха.

Вода обладает уникальной удельной теплоемкостью в сравнении 4200 Дж/(кг*К), для расчета объемной теплоемкости нужно помножить на плотность воды 1000 кг/м3, значит, объемная теплоемкость воды равна 4200*1000=4200000 Дж/(м3*К)=4,2 кДж/(л*К). Удельная теплоемкость воздуха 1000 Дж/(кг*К), плотность воздуха 1,29 кг/м3, объемная теплоемкость воздуха равна 1000*1,29=1200 Дж/(м3*К)=0,0012 кДж/(л*К). Удельная теплоемкость твердой части в несколько раз ниже.

К сожалению, вряд ли где можно найти удельную теплоемкость почвы.Удельная теплоемкость прочих минералов, которые в составе почвы, отличается ничтожно. Плотность песка 1500 кг/м3, кирпича (глины) 1600 кг/м3, Тогда объемная теплоемкость песка равна 880*1500=1320000 Дж/(м^3*К)=1,32 кДж/(л*К), а глины 880*1600= 1408000 Дж/(м^3*К)=1,41 кДж/(л*К). Итак, имеем, объемные теплоемкости песка 1,32 кДж/(л*К), глины 1,41 кДж/(л*К), воды 4,2 кДж/(л*К), воздуха 0,0012 кДж/(л*К). Как видим, объемные теплоемкости песка и глины различаются только на 7 %, в то время, как объемная теплоемкость воды почти в 3 раза больше удельной теплоемкости твердой части, а воздуха в 1100 раз меньше. Значит изменение содержания влаги и особенно воздуха значительно сильнее сказывается на объемной теплоемкости почвы, чем изменение состава твердой части.

Теплоёмкость Количество тепла расчет в джоулях, необходимое для нагревания 1 г абсолютно сухой почвы на 1˚С, называют удельной теплоёмкостью массы, а количество тепла, необходимое для нагревания 1 см3 сухой почвы на 1˚С, называют объёмной удельной теплоёмкостью.

Объёмная теплоёмкость почвы естественного сложения зависит от теплоёмкости твёрдой фазы почвы, влажности почвы и содержания в ней воздуха.

При правильной ориентации дома на участке местности, в нашем случае проекта, полу вальмовая крыша, общей площадью 200 м.2 может дать, только за июнь месяц, 196-373 часов солнечного сияния, июль 152-357 август 164-331 итого возьмем в среднем 250 часов.

При солнечном сиянии 250 часов * 3 месяца = 750 часов солнечного сияния по 300 ват на м2 крыши тепловой и солнечной энергии, крыша особой конструкции, покрытый черным пофнастилом с высокими рёбрами жесткости получим 45000 КВтч тепловой мощности.

Это колоссальное количество тепловой мощности аккумулировать в подземных каналах рекуперационной системы отопления, запасая, таким образом, на зиму тепловую энергию солнца и воздуха. Даже при огромной ошибке в расчетах запасенное тепло хватит на зиму.

Источник

Как аккумулировать энергию солнца

Экология потребления. Наука и техника: Колоссальное количество тепловой мощности возможно аккумулировать в подземных каналах рекуперационной системы отопления.

Какой тепловой аккумулятор летней тепловой солнечной энергии нужен для отопления загородного дома зимой. Нами разработан рекуператор – аккумулятор тепла, или теплообменник с рекуперацией и накоплением тепла.

Самое заманчивое для аккумулирования тепловой энергии солнца во внушительных количествах по теплоемкости является вода, но не везде доступна и в зависимости от технологии может быть дороговато. Вода, конечно, хорошо прогревается инфракрасным солнечным излучением, тепло легко подать к жилью по трубам, вода большинству общедоступна.

Динамика изменения температуры при рекуперации

Россия на своих огромных просторах имеет колоссальные запасы грунтовых и межпластовых артезианских вод. Температура воды в скважинах, родниках, колебаться от +4°С, до +6°С. в течение всего года, температура может, изменяется, повышаясь к осени и в начале зимы и понижаться марту месяцу и до начала лета.

К настоящему времени в стране пробурено десятки тысяч скважин глубиной от 5 до 300 м, основной водоносный пласт лежит на глубине приблизительно от 50 метров до 80. При выкачивании этой воды на поверхность земли, она смогла бы прикрыть всю территорию республики метровым слоем. Подземные воды обладают огромным запасом тепловой энергии, но дорогая технология изъятия тепла.

Технология строительства рекуперацеонного канала

Тепловой баланс, режим Земли, температура поверхностного слоя Земли. Тепловой баланс, режим земли зависит от радиации, тепловой энергии солнца и выделяющейся при химических реакциях, радиоактивном распаде, при подземных тектонических движениях.

В верхней части выделяют 3 температурные области земной коры. Это область распространения сезонных колебаний верхняя часть земной коры, область распространения постоянной температуры на определенный слой и область распространения постепенного повышения температуры в зависимости от глубины. Изменение температуры в верхней области земли определяется климатом края.

Солнечные коллекторы южного фасада дома

В высоких широтах постоянная температура находится на глубине между 20-30 метров. В средних широтах постоянная температура находится на глубине между 15-20 метров. Для Москвы, глубина постоянной температуры находится на глубине 20 м при температур (4,2 °С). В течение века на глубине 28 м в Париже отмечается температура чуть выше 11°С. Глубже этого пояса, к центру Земли, температура постепенно повышается: в среднем на на 1 °С каждые 33 м.

К сожалению, вряд ли где можно найти удельную теплоемкость почвы. Удельная теплоемкость прочих минералов, которые в составе почвы, отличается ничтожно. Плотность песка 1500 кг/м3, кирпича (глины) 1600 кг/м3, Тогда объемная теплоемкость песка равна 880*1500=1320000 Дж/(м^3*К)=1,32 кДж/(л*К), а глины 880*1600= 1408000 Дж/(м^3*К)=1,41 кДж/(л*К). Итак, имеем, объемные теплоемкости песка 1,32 кДж/(л*К), глины 1,41 кДж/(л*К), воды 4,2 кДж/(л*К), воздуха 0,0012 кДж/(л*К). Как видим, объемные теплоемкости песка и глины различаются только на 7 %, в то время, как объемная теплоемкость воды почти в 3 раза больше удельной теплоемкости твердой части, а воздуха в 1100 раз меньше. Значит изменение содержания влаги и особенно воздуха значительно сильнее сказывается на объемной теплоемкости почвы, чем изменение состава твердой части.

Теплоёмкость

Количество тепла расчет в джоулях, необходимое для нагревания 1 г абсолютно сухой почвы на 1˚С, называют удельной теплоёмкостью массы, а количество тепла, необходимое для нагревания 1 см3 сухой почвы на 1˚С, называют объёмной удельной теплоёмкостью.

опубликовано econet.ru

P.S. И помните, всего лишь изменяя свое потребление - мы вместе изменяем мир! © econet

Присоединяйтесь к нам в Facebook , ВКонтакте, Одноклассниках

econet.ru

Способ аккумулирования солнечной энергии и устройство его осуществления

Изобретение относится к гелиоэнергетике, в частности к гелиотеплицам с грунтовым водоносным аккумулятором тепла. В способе аккумулирования солнечной энергии выбирают местность, где грунтовые воды очень близки к поверхности земли, пригодной для сельскохозяйственного использования, и там устанавливают вертикальные скважины с забоем Н=25-30 м для снижения уровня грунтовых вод, толщина грунтового слоя составляет 10-20 м, радиус R зоны действия вертикальной скважины равен, например, 100 м. Устройство для осуществления способа выполнено в виде гелиотеплицы с грунтовым водоносным аккумулятором, для строительства которой в зоне действия скважины уровень грунтовых вод h должен быть снижен до 2 м от поверхности земли, зона действия скважины представляет собой перевернутый конус с радиусом основания R=100 м, вершина конуса совпадает с забоем скважины. Регулирование температуры воздуха теплицы и корнеобитаемого слоя грунта осуществляют циркуляционным контуром, нагрев или охлаждение теплоносителя которого осуществляют за счет солнечной энергии и (или) теплоты грунтового водоносного аккумулятора. На период пиковых отрицательных температур возможна установка дублирующего теплогенератора. Трубы циркуляционного контура одновременно являются элементами конструкции гелиотеплицы. Изобретение должно обеспечить высокую эффективность использования солнечной радиации и ее аккумулирования в водоносном грунте для круглогодичного энергоснабжения культивационных сооружений, увеличения вегетационного периода, снижения себестоимости продукции. 2 н. и 1 з.п.ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к гелиоэнергетике, в частности к гелиотеплицам с грунтовым аккумулятором тепла.

Известна гелиотеплица, содержащая двойное остекление, теплоизолированную северную стенку, имеющая отражающее покрытие на внутренней поверхности с грунтовым аккумулятором тепла (Н.В.Харченко. Индивидуальные солнечные установки. М.: Энергоатомиздат, 1991, 100-101 с.).

Недостатками данной конструкции являются сложность изготовления и большие капитальные затраты.

Известен грунтовый аккумулятор солнечной энергии, содержащий грунт как тепловой аккумулятор неограниченной емкости, аккумулирующий энергию солнца. Солнечная энергия, поглощенная земной поверхностью, формирует температурный режим слоя грунта толщиной от 10 до 20 м в зависимости от почвенно-климатических условий местности. Ниже этого слоя грунт не подвержен сезонным температурным колебаниям. (Экономия теплоты в индивидуальном доме за счет использования грунта./ Кулагин С.М., Иванченко А.В. Сборник научных статей. ИИСИ/ Иван. инж. стр. инст-т. - 1994, №1. - с.226-228. - Рус.).

Недостатками данного способа аккумулирования тепловой энергии являются нарушения естественного температурного режима грунта глубинных слоев, которые делают использование грунта с помощью теплонасосных систем неэффективным.

Наиболее близкой к заявляемому изобретению является установка для использования тепла солнечного излучения или сбросного тепла ТЭС для отопления, в которой полученное в солнечном коллекторе тепло или сбросное тепло ТЭС передается в теплообменник-аккумулятор, вмонтированный в грунт, и затем аккумулируемое в грунте тепло через теплонасосную установку направляется в тепловую сеть. В установке скважины грунта, в которых проложены трубы теплообменника, уплотняют материалом, имеющим лучшие аккумулирующие свойства, чем грунт. В качестве аккумулирующего материала используется руда, медный гранулят, искусственные материалы (Einrichtung zur Verwedung von durch Lonenstrahlung oder bei der Stromerzeugung gewonnen Warme zu Heizwecken del. Заявка 4113196 ФРГ, МКИ5 F23 D 20/00, F24 j 2/00, noatler Frick - №4113967; заявл. 23.04.91, опубл. 29.10.92 - прототип).

Недостатками данной конструкции являются сложность изготовления, нарушение почвенного покрова, большие капитальные затраты и низкая эффективность.

Задачей изобретения является создание способа и функционально обеспеченного устройства с высокой эффективностью использования солнечной радиации и ее теплового аккумулирования в водоносном грунте для круглогодичного теплоснабжения культивационных сооружений, увеличения вегетационного периода, снижения себестоимости продукции.

Указанная техническая задача в части способа решается тем, что в способе аккумулирования солнечной энергии, включающем преобразование солнечной радиации в тепло на принципе парникового эффекта, передачу посредством циркуляционного контура этого тепла в грунтовый аккумулятор в теплый период года и обратно в холодный период, дублирование на время резкого похолодания традиционным источником теплоснабжения, согласно изобретению аккумулирование солнечной энергии осуществляют в водоносном грунте, где грунтовые воды очень близки к поверхности земли, под огражденным шатром гелиотеплицы поверхностным слоем земли, для чего располагают уровень грунтовых вод ниже корнеобитаемого слоя грунта, выкачивают грунтовую воду из водоносного слоя грунта, нагревают ее в гелиотеплице за счет солнечной радиации, закачивают нагретую воду в водоносный слой грунта, а зону действия центральной выкачивающей скважины и периферийных закачивающих скважин, над которой установлена гелиотеплица, формируют в виде перевернутого конуса с заданным радиусом основания, вершина конуса совпадает с забоем скважины, при этом регулирование температуры воздуха в гелиотеплице и температуры корнеобитаемого слоя грунта осуществляют циркуляцией воды грунтового аккумулятора, теплопередачей через корнеобитаемый слой грунта аккумулированного тепла.

Указанная техническая задача в части устройства решается тем, что в устройстве для аккумулирования солнечной энергии, содержащем грунтовый аккумулятор тепла, гелиотеплицу, циркуляционный контур, дублирующий теплогенератор, согласно изобретению содержатся грунтовый водоносный теплоаккумулятор, корнеобитаемый грунтовый слой, осушенный на глубину 2 м и огражденный шатром гелиотеплицы, центральная выкачивающая грунтовые воды скважина с забоем 25-30 м и радиусом зоны действия, например, 100 м, закачивающие скважины с забоем 3-4 м нагретой грунтовой воды, обеспечивающие к концу зарядки грунтового водоносного теплоаккумулятора температуру 35-40°С на глубине 10-15 м и расположенные по периферии вокруг гелиотеплицы под радиационным укрытием, выкачивающая грунтовые воды скважина и закачивающие скважины соединены между собой через теплообменники, часть которых выполнена в виде конструкций гелиотеплицы, например, из металлических труб с диаметром 100 мм.

Прозрачное ограждение гелиотеплицы может быть выполнено из стеклопакетов со светопропускающим и теплоизолирующим заполнением кремнеземным гелем между стеклами.

В результате использования предлагаемого изобретения сохраняют почвенный покров, снижают материалоемкость сооружения, сводят к минимуму потребление традиционного топлива для теплоснабжения (только на период резкого похолодания), обеспечивают круглогодичное функционирование зеленого конвейера, снижают себестоимость продукции.

Результат достигается тем, что аккумулирование солнечной энергии в виде тепла осуществляют под огражденным шатром гелиотеплицы поверхностным слоем земли, пригодной для растениеводства, но непригодной из-за близкого (0,15-0,25 м) расположения уровня грунтовых вод, для чего понижают и удерживают уровень грунтовых вод на отметке 2 м, выкачивают грунтовую воду из глубины 25-30 м, нагревают ее в гелиотеплице за счет солнечной радиации до температуры 45-50°С, попутно исключая перегрев воздуха в гелиотеплице, закачивают нагретую воду в грунт на глубину 12-15 м с таким расчетом, чтобы к концу зарядки аккумулятора, например, к концу октября месяца, температура аккумулированной воды и грунта достигала 35-40°С, а регулирование температур воздуха в гелиотеплице и корнеобитаемого слоя в пределах 12-28°С осуществлялось круглогодично циркуляционным контуром, теплопроводностью аккумулированного тепла через корнеобитаемый слой и теплоотдачей с поверхности огражденной шатром земли, а также ограничением боковых тепловых потоков радиационными укрытиями.

Для осуществления способа аккумулирования солнечной энергии предложено устройство, которое выполнено в виде гелиотеплицы с расположенным под ней и под осушенным на глубину 2 м корнеобитаемым слоем грунта грунтовым водоносным аккумулятором. В центре гелиотеплицы обустроена выкачивающая грунтовые воды скважина с забоем 25-30 м. Радиус основания шатра гелиотеплицы, например 100 м, равен радиусу основания зоны действия выкачивающей грунтовые воды скважины. С внешней стороны гелиотеплицы расположены радиационные укрытия с радиусом основания, например, 5 м, содержащие закачивающие скважины нагретой в гелиотеплице грунтовой воды до 45-50°С при зарядке грунтового водоносного аккумулятора или охлажденной в гелиотеплице при его разрядке. Забой закачивающих скважин составляет 3-4 м и совпадает с крайними боковыми точками зоны действия выкачивающей грунтовые воды скважины, образуя форму грунтового водоносного аккумулятора в виде, близком к перевернутому конусу, так как нагретая вода, как более легкая, остается выше более холодной и стекает в радиальном (горизонтальном) направлении к выкачивающей грунтовые воды скважине. Выкачивающая и закачивающие скважины соединены внутри гелиотеплицы между собой через теплообменники, часть которых выполнена в виде несущих конструкций шатра гелиотеплицы, например, из металлических труб с диаметром 100 мм, образуя циркуляционный контур «выкачивающая грунтовые воды скважина - теплообменники, включающие несущие конструкции - закачивающие скважины - грунтовый водоносный аккумулятор - выкачивающая грунтовые воды скважина». Для того чтобы через поверхность шатра максимально проникало солнечное излучение и были меньше тепловые потери, прозрачное ограждение выполнено хорошо светопроводящими и теплоизоляционными стеклопакетами, заполненными кремнеземным гелем между стеклами. Часть солнечной энергии - фитоактивная радиация (ФАР) - расходуется на фотосинтез в растениях, остальная часть нагревает конструкции, внутренний воздух теплицы и поверхностный слой грунта. Регулирование температуры воздуха теплицы и корнеобитаемого слоя грунта осуществляют циркуляционным контуром, теплопроводностью аккумулированного тепла через корнеобитаемый слой грунта и теплоотдачей с его поверхности, а также ограничением боковых тепловых потоков радиационными укрытиями. На период пиковых отрицательных температур возможна установка дублирующего теплового генератора. Устройство содержит необходимую контрольную и регулирующую аппаратуру, систему орошения и питания культивируемых растений, другую инфраструктуру.

Гелиотеплица в виде цилиндрической конструкции с куполообразной крышей устанавливается над зоной действия скважины. Несущими конструкциями являются трубы-теплообменники диаметром, например, 100 мм. Эти конструкции соединены в единый или секционированный гидравлический контур, в котором циркулирует вода, полученная из выкачивающей скважины. После прохождения по теплообменникам вода подается к закачивающим скважинам, установленным вокруг теплицы под радиационными укрытиями. Забой этих скважин совпадает с крайней точкой зоны действия выкачивающей грунтовые воды скважины. Расходы воды в выкачивающей скважине и в закачивающих скважинах подобраны таким образом, чтобы уровень грунтовых вод поддерживался на расстоянии 2 м от поверхности земли. За счет проникающей через прозрачную часть шатра гелиотеплицы солнечной радиации и теплоносителя циркуляционного контура, активированного солнечной радиацией и (или) грунтовым водоносным аккумулятором, формируют температурный режим гелиотеплицы. Для того чтобы через прозрачную поверхность максимально проникало солнечное излучение и были меньше тепловые потери, ограждение выполнено хорошо светопроводящими и теплоизоляционными стеклопакетами с заполнением между стеклами кремнеземным гелем. Часть солнечной энергии - фитоактивная радиация расходуется на фотосинтез в растениях, остальная часть нагревает конструкции, внутренний воздух теплицы и поверхностный корнеобитаемый слой грунта.

Растения при температуре 10°С используют ФАР на 100%, а при температуре 30°С использование ФАР уменьшается до минимума. Поэтому целесообразно излишек тепла извлекать с помощью теплообменников, в том числе в виде несущих конструкций, закачивающих и выкачивающих скважин, и аккумулировать его в водоносном грунте. В итоге регулируют температурный режим внутри теплицы.

Температурный режим в корнеобитаемом слое грунта формируют в интервале температур от «биологического нуля» (11°С) до пороговой температуры (30°С) и составляет в рассматриваемом устройстве 12-28°С. При температуре выше 30°С тонкие корни растений погибают. Для каждой сельскохозяйственной культуры существуют оптимальные температуры для развития корневой системы. Оптимальная температура достигается регулированием действий на корни растений двух тепловых потоков: из верхнего слоя почвы и из грунтового водоносного аккумулятора.

Создание гелиотеплицы цилиндрической формы с куполообразной крышей и размещение вокруг нее радиационных укрытий позволяет уменьшить тепловые потери.

Сущность предлагаемого изобретения поясняется на фиг.1 и 2.

На фиг.1 представлена общая схема устройства для способа аккумулирования солнечной энергии. Устройство содержит: гелиотеплицу 1 из несущих конструкций-теплообменников 2 с прозрачным покрытием из стеклопакетов с кремнеземным гелем 3; радиационные укрытия 4; корнеобитаемый слой грунта 5; грунтовый слой 6; выкачивающая грунтовые воды скважина 7; закачивающие скважины 8; зона действия скважин 9; глубинные насосы 10; насосы 11.

На фиг.2 показаны линии тока грунтовой воды от закачивающих скважин к выкачивающей скважине.

Способ аккумулирования солнечной энергии осуществляют следующим образом. Солнечное излучение попадает в теплицу непосредственно через покрытие, выполненное из светопрозрачного стеклопакета с кремнеземным гелем 3. Это покрытие пропускает не менее 90% падающего на него солнечного излучения и является эффективным теплоизолятором. Проникающая солнечная радиация расходуется на фотосинтез в растениях (фитоактивная часть радиации), на нагрев внутреннего воздуха теплицы 1, ограждающих несущих конструкций 2, которые окрашены черным цветом, и на нагрев поверхностного слоя почвы.

Создание температурного поля 12-28оС осуществляют следующим образом.

Через несущую конструкцию 2, выполняющую роль теплообменника, циркулирует грунтовая вода, выкачиваемая через фильтры из скважины 7. Нагретая солнечным излучением, она закачивается обратно в грунт через закачивающие скважины 8 и как более легкая не стекает дальше непрогретой грунтовой зоны, а стекает к выкачивающей скважине 7 в радиальном (горизонтальном) направлении. Линии тока воды из выкачивающей скважины показаны на фиг.1, а на фиг.2 - от закачивающих скважин к выкачивающей. Тепло аккумулируют в виде нагретой воды и грунта в зоне действия выкачивающей и закачивающих скважин, часть тепла теряется путем теплопроводности в слоях грунта, находящихся вокруг зоны действия выкачивающей и закачивающих скважин. Зарядку аккумулятора осуществляют в теплое время года, в течение которого вода циркулирует по несущим конструкциям гелиотеплицы и теплообменникам, отбирая излишки тепла и аккумулируя их в водоносном грунте. В конце зарядки температура в грунтовом водоносном аккумуляторе достигает 35-40°С при глубине аккумулятора в среднем 10-15 м. Это тепло, попадая в корнеобитаемый слой грунта, регулирует оптимальный температурный режим 12-28°С между «биологическим нулем» и пороговой температурой 30°С.

Тепловые потери уменьшены благодаря цилиндрической форме стен и куполообразной форме крыши шатра гелиотеплицы, а также наличию радиационных укрытий 4 над закачивающими скважинами вокруг гелиотеплицы, которые также могут использоваться как культивационные сооружения.

Зимний режим разрядки грунтового водоносного аккумулятора осуществляют следующим образом.

Через выкачивающую скважину 7 теплую воду из верхнего слоя грунтового водоносного аккумулятора подают в циркуляционный контур по несущим конструкциям 2, где она отдает тепло внутреннему воздуху гелиотеплицы 1, а охлажденную воду закачивают обратно в грунт, где она стекает ниже более нагретых слоев, поднимая их вверх, вследствие чего уровень верхнего слоя остается постоянным. Затем цикл повторяется. В корнеобитаемом слое грунта формируется температурное поле путем теплопередачи от грунтового водоносного аккумулятора к воздуху внутри гелиотеплицы.

Изготовление гелиотеплицы включает: выбор места сооружения по водотехническим параметрам, обычно это плодородные, но сильно обводненные земли с глубиной залегания грунтовых вод на глубине 0,15-0,25 м; подбор по техническим параметрам и создание выкачивающей грунтовые воды скважины и закачивающих скважин, создание дублирующей выкачивающей грунтовые воды скважины на случай выхода из строя основной; понижение уровня грунтовых вод до 2 м; изготовление и монтаж конструкции гелиотеплицы рекомендуемой формы (цилиндр с куполообразной крышей), в том числе из труб-теплообменников по заданным геометрии и размерам; соединение теплообменников со скважинами; монтаж стеклопакетов с кремнеземным гелем; изготовление и размещение вокруг гелиотеплицы над закачивающими скважинами радиационных укрытий, создание инфраструктуры гелиотеплицы (досветка, система орошения и питания растений, контрольная и регулирующая аппаратура, транспорт и др.).

1. Способ аккумулирования солнечной энергии, включающий преобразование солнечной радиации в тепло на принципе парникового эффекта, передачу посредством циркуляционного контура этого тепла в грунтовый аккумулятор в теплый период года и обратно в холодный период, дублирование на время резкого похолодания традиционным источником теплоснабжения, отличающийся тем, что аккумулирование солнечной энергии осуществляют в водоносном грунте, где грунтовые воды очень близки к поверхности земли, под огражденным шатром гелиотеплицы поверхностным слоем земли, для чего располагают уровень грунтовых вод ниже корнеобитаемого слоя грунта, выкачивают грунтовую воду из водоносного слоя грунта, нагревают ее в гелиотеплице за счет солнечной радиации, закачивают нагретую воду в водоносный слой грунта, а зону действия центральной выкачивающей скважины и периферийных закачивающих скважин, над которой установлена гелиотеплица, формируют в виде перевернутого конуса с заданным радиусом основания, а вершина конуса совпадает с забоем скважины, при этом регулирование температуры воздуха в гелиотеплице и температуры корнеобитаемого слоя грунта осуществляют циркуляцией воды грунтового аккумулятора, теплопередачей через корнеобитаемый слой грунта аккумулированного тепла.

2. Устройство для аккумулирования солнечной энергии, содержащее грунтовый аккумулятор тепла, гелиотеплицу, циркуляционный контур, дублирующий теплогенератор, отличающееся тем, что устройство содержит грунтовый водоносный теплоаккумулятор, корнеобитаемый грунтовый слой, осушенный на глубину 2 м и огражденный шатром гелиотеплицы, центральную выкачивающую грунтовые воды скважину с забоем 25-30 м и радиусом зоны действия, например, 100 м, закачивающие скважины с забоем 3-4 м нагретой грунтовой воды, обеспечивающие к концу зарядки грунтового водоносного теплоаккумулятора температуру 35-40°С на глубине 10-15 м и расположенные по периферии вокруг гелиотеплицы под радиационным укрытием, выкачивающая грунтовые воды скважина и закачивающие скважины соединены между собой через теплообменники, часть которых выполнена в виде конструкций гелиотеплицы, например, из металлических труб с диаметром 100 мм.

3. Устройство для аккумулирования солнечной энергии по п.2, отличающееся тем, что прозрачное ограждение гелиотеплицы выполнено из стеклопакетов со светопропускающим и теплоизолирующим заполнением кремнеземным гелем между стеклами.

www.findpatent.ru

Проблемы солнечного отопления, аккумулирования и теплосбережения в средней полосе европейской ча

Строя свой эко-дом, в котором солнечный обогрев призван играть весьма существенную роль, я стараюсь изучать уже накопленный опыт предыдущих поколений. И к сожалению, вынужден констатировать , что информации по этому вопросу весьма скудна. Впрочем, чрезвычайно много различных теоретических разработок, пестрящих различными графиками и красивыми картинками. Но , кажется, нет ни одного реально выполненного проекта. (Ну что же, значит я буду первым или почти первым…) .

Но и та информация, что имеется, крайне противоречива и во многом надумана. Поэтому хочется разобраться, что такое солнечный обогрев, аккумулирование и накопление тепла, и теплосбережение.

Итак собственно солнечный обогрев. В среднем за год на каждый квадратный метр поверхности в средней полосе России падает около энергии около 2 квт/сутки. Если перевести это в тепло — это 7,2 МегаДжоуля. Такое же тепло выделяет при сгорании 2-3 полена дров. Казалось бы – немного. Однако при хорошем утеплении дома, для комфортного существования , достаточно иметь всего 50-60 Ватт/метра. Т.е. те же самые 2 КВт/сутки. Поэтому основная проблема не в отсутствии тепла как такового, а в неспособности людей его использовать. Собрать и аккумулировать.

Собирают солнечную энергию (тепло) с помощью солнечных коллекторов. Проводя, вобщем, весьма примитивный эксперимент (практически «на-спор»), я получил весьма парадоксальные, на первый взгляд, результаты. Оказалось, что лучше всего поглощает тепло матовое черное тело (максимально близкое к абстрактному «абсолютно черному телу» со поглощением всего и вся на 100%). Заметьте, не «черное тело, покрытое стеклом», как предлагается подавляющим большинством конструкторов солнечных коллекторов, а просто – матовое черное тело! Факт, в общем, совершенно объяснимый. Стекло имеет определенный коэффициент отражения, от 5 % и выше, резко возрастающий после угла падения больше чем 30 градусов (от перпендикуляра). А вот черное тело поглощает все, что на него падает. И значение играет лишь площадь черного тела.

Вывод из этого такой: Солнечный коллектор должен быть матовым и черным. А не стеклянным! Черный коллектор минимум на 10-15% эффективнее прозрачного.

Практически во всех проектах предлагается сделать южную часть дома практически полностью стеклянной. Якобы для того, что бы солнце непосредственно прогревало внутренности дома. Да, возможно, когда светит солнце, так оно и есть. Но окна – теплоизолятор значительно боле е плохой, нежели хорошо утепленная стена. А если делать многокамерные стеклопакеты, то солнечная энергия останется в них практически наполовину. Как ту упускается из виду и тот факт, что когда обогрев особенно нужен, (период с октября по март включительно), то солнце может не появляться месяцами! Так, рекорд зимы 2006-2007 годов — 120 пасмурных дней подряд! О каком солнечном обогреве можно вести речь? Не говоря уже о просто очень коротком световом дне (7-8 часов).

В оптике применяется так называемый принцип обратимости хода лучей. Т.е. если луч из точки А проходит в точку Б (через какие то линзы или стекла), он точно так же сможет пройти и из точки Б в точку А. Систем типа «ниппель» в оптике нет. Все это в полной мере относится и к инфракрасным лучам. И в лучшем случае, дом будет греться 5-6 часов (даже в очень ясный день), а остальные 18 часов работать как инфракрасная фара, излучая тепло из всех своих окон.

Поэтому вывод второй: Не надо делать солнечный коллектор из самого дома. Солнечный коллектор должен быть сам по себе, а дом (как теплоаккумулятор, в виде своей тепловой инерционной массы, в том числе) – сам по себе. Перекачка тепла должна осуществляться только в одну сторону. После «выключения» солнечного обогрева солнечный коллектор должен отключаться от системы отопления. А накопленное тепло должно излучаться во вне в минимальном количестве.

Вывод третий: Остекление дома использующего солнечный обогрев должно быть весьма умеренным, не больше чем надо для естественного освещения. И никаких стеклянных стен «в сторону солнца». К тому же летом такие стеклянные стены будут доставлять массу неудобств, чрезмерно перегревая дом.

Лучше всего вынести солнечный коллектор на крышу дома или его внешние стены. Но сделать солнечный коллектор из стен весьма затратно и уж очень экзотично это будет выглядеть. А вот совместить его с кровлей очень просто. Этому же способствует и устройство самой крыши. Утепление кровли служит необходимой терморазвязкой коллектора и системы обогрева дома (коллектор всегда можно отключить, перекрыв вентканалы). А металлическая кровля служит отличным поглотителем солнечной энергии. До и площадь кровли как правило весьма большая.

Стены дома лучше так же сделать темного цвета и матовыми. Нагреваясь под солнечными лучами, они, согласно второму закону термодинамики (тепло не передается от более холодного тела более горячему, между равно нагретыми телами теплообмена не происходит), будут блокировать передачу тепла изнутри дома на внешнюю поверхность стен.

Теперь рассмотрим конструкцию солнечного коллектора. Как я упоминал выше, весьма заманчиво использовать в этом качестве саму кровлю. Для этого необходимо оставить под металлической кровлей небольшой воздушный зазор и организовать систему подачи и отвода нагретого воздуха. На мой взгляд, в данном случае воздух — самый оптимальный тепловой агент. Ему не нужны теплообменники, не требуется абсолютная герметичность каналов, он легко транспортируется с помощью обычных вентиляторов, дешевых и надежных. Единственно, на что следует обратить внимание – это хорошая теплоизоляция вентиляционных каналов, транспортирующих нагретый воздух. Более подробно мы рассмотрим конструкцию кровли – солнечного коллектора в других статьях, по мере его изготовления.

Хотелось бы упомянуть еще об одной существенной проблеме при проектировании солнечного коллектора — кровли. Всерьез рассчитывать на солнечный обогрев в ноябре, декабре и январе по меньшей мере наивно. Солнечные дни – редкость, угол наклона Солнца очень мал, световой день короток, температура воздуха очень низкая. Поэтому На этот период солнечный коллектор – кровлю лучше всего превратить в дополнительный теплоизолятор. Вообще считается, что снег – основной враг солнечных коллекторов. Но в данном случае, снег должен сослужить весьма полезную службу. Поскольку свежий , и даже слегка уплотнившийся снег – прекрасный теплоизолятор! Почти такой же как и дерево. Поэтому 20-40 см снежного покрова на крыше в декабре –январе сберегут вам куда больше тепла, нежели мог бы выработать солнечный коллектор за пару-тройку гипотетических солнечных дней. Поэтому кровля — солнечный коллектор, должна быть оснащена снегозадержателями (снегостоперами). Они не позволят снегу «съехать» с крыши лавинообразно. В тоже время, они не препятствуют стоку воды.

И лишь когда солнечные дни начнут появляться все чаще и чаще, продолжительность дня увеличиться до 10 часов, а само Солнце начнет подниматься над горизонтов повыше, следует быстро избавиться от снега. Сделать это несложно. Достаточно включить обдув коллектора (подкровельного пространства) теплым воздухом, особенно в солнечный день, и снег сойдет в течении нескольких часов и солнечный коллектор заработает на полную мощность.

Теоретическая мощность солнечного коллектора весьма высока. Освещенный солнцем, он получает около 800 – 1000 Ватт тепла на каждый свой квадратный метр. Если площадь коллектора хотя бы 50 кв. метров, это означает 30-40 КВт тепла в час! За несколько солнечных часов такой солнечный коллектор поставит вам 150 – 200 КВт! Это – 540 МДж тепла/час. Что эквивалентно сжиганию 50-60 кг первоклассных сухих дров (~ 0,3 кубометра). Но проблема не получить солнечное тепло, а аккумулировать его, накопить и сохранить. А эту функцию должен выполнить теплоаккумулятор.

Константин Тимошенко

dom.delaysam.ru

Аккумулирование тепла

Алтайский государственный технический университет

им. И. И. Ползунова

Заочный факультет

РЕФЕРАТ

по дисциплине Нетрадиционные источники энергии.

тема: Аккумулирование тепла

Проверил: В.В. Чертищев

Барнаул 2007

Содержание

Введение

Глава 1. Физические основы для создания теплового аккумулятора

Глава 2. Жидкостные тепловые аккумуляторы

Глава 3. Тепловые аккумуляторы с твёрдым теплоаккумулирующим материалом.

Глава 4. Аккумуляторы тепла, основанные на фазовых переходах.

Глава 5. Конструкция ТА фазового перехода.

Введение

Сейчас во всем мире идет повсеместная экономия сырьевых ресурсов. Ученые многих стран пытаются решить эту проблему различными методами, в том числе и с помощью применения альтернативных источников энергии. К ним можно отнести такие виды, как использование водных ресурсов малых рек, морских волн, гейзеров и даже отходов производства и бытового мусора.

Но возникает проблема сохранения полученной энергии. Например, тепловую энергию, полученную в солнечной водонагревательной установке, можно сохранить в тепловом аккумуляторе, и использовать в темное время суток.

Тепловые аккумуляторы известны человечеству с глубокой древности. Это и горячая зола, куда наши предки закапывали продукты для их тепловой обработки, и горячие камни, которые накаливали на огне. Утюг, который нагревают на огне, а затем гладят им,— тепловой аккумулятор. Накаленные камни, которые мы поливаем водой (квасом, пивом) в парилках,— тоже аккумулятор тепла. Термобигуди, которые кипятят в воде, а затем с их помощью делают прическу,— тоже тепловые аккумуляторы, причем достаточно совершенные, основанные на аккумулировании плавлением.

Итак, каждое тело, нагретое выше температуры окружающей среды, можно считать аккумулятором тепла. Это тело способно, охлаждаясь, производить работу, а, следовательно, обладает энергией.

Глава 1.Физические основы для создания теплового аккумулятора

Аккумулятором тепла называется устройство (или совокупность устройств), обеспечивающее обратимые процессы накопления, хранения и выработки тепловой энергии в соответствии с требованиями потребителя.

Процессы аккумулирования тепла происходят путем изменения физических параметров теплоаккумулирующего материала и за счет использования энергии связи атомов и молекул веществ.

Исходя из первого закона термодинамики для незамкнутой системы постоянного химического состава характеристики аккумуляторов тепла зависят от изменения массы, объема, давления, энтальпии и внутренней энергии материала, а также различных их комбинаций.

В зависимости от технической реализации используется прямее аккумулирование тепла, когда аккумулирующий материал является одновременно и теплоносителем, косвенное аккумулирование — при различных теплоаккумулирующих и теплопередающих средах, а также различные виды симбиоза названных случаев.

Изменение энтальпии теплоаккумулирующего материала (ТАМ) может происходить как с изменением его температуры, так и без такового — в процессе фазовых превращений (например, твердое — твердое, твердое — жидкое, жидкое — пар).

Тепловые аккумуляторы реализуют, как правило, несколько элементарных процессов.

На современном этапе развития науки и техники существует возможность реализации практически любого известного принципа аккумуляции тепла. Целесообразность использования каждого принципа определяется наличием положительного эффекта, в первую очередь, экономического, достижение которого возможно при минимальной стоимости аккумулятора. Она определяется при прочих равных условиях массой и объемом теплоаккумулирующего материала, необходимого для обеспечения заданных параметров процесса.

В реальном процессе аккумулирования тепла плотность запасаемой энергии оказывается существенно ниже теоретического значения вследствие потерь тепла, выравнивания поля температур, потерь при заряде и разряде. Отношение реального и теоретического значений плотности запасаемой энергии и определяет эффективность теплового аккумулятора.

Одним из важнейших показателей, определяющих возможность и целесообразность аккумулирования тепла, является способность выделять энергию в количествах, необходимых потребителю. При прямом аккумулировании тепла это достигается практически всегда. Показатели таких аккумуляторов слабо зависят от вырабатываемой мощности, которая определяется расходом ТАМ и ограничивается только конструктивными и прочностными требованиями.

При косвенном аккумулировании повышение вырабатываемой мощности увеличивает градиент температур и ТАМ, что приводит либо к увеличению поверхности теплообмена, либо к неполному использованию запаса тепла. В любом случае это снижает эффективность аккумулирования.

Глава 2. Жидкостные тепловые аккумуляторы

К числу наиболее простых и надежных устройств аккумулирования тепла, несомненно, относятся жидкостные ТА, что связано с совмещением функций теплоаккумулирующего материала теплоносителя. Вследствие этого аккумуляторы такого типа особенно широко применяются для бытовых целей, в схемах различных электростанций (АЭС, АТЭЦ, солнечные и др.). В настоящее время применяются несколько основных конструктивных исполнений жидкостных ТА. Двухкорпусной ТА характеризуется раздельным хранением горячего и холодного ТАМ. В процессе зарядки один корпус заполняется горячим ТАМ, а другой – опорожняется. При работе горячий ТАМ подается потребителю и, отработав, попадает в корпус холодного ТАМ. Основным достоинством такого исполнения ТА является изотермичность каждого из корпусов и, как следствие, отсутствие в них термических напряжений и потерь, энергии на нагрев — охлаждение. Очевидно также, что объем корпусов используется нерационально и почти вдвое превышает объем ТАМ. Такое принципиальное решение целесообразно при большой разнице температур горячего и

холодного ТАМ, особенно в случаях использования солевых ТАМ и жидких металлов.

Рис. 2. Основные типы жидкостных аккумуляторов тепла (магистрали показаны в режиме разряда): а — двухконтурный; б — многокорпусный; в — вытеснительный; с — со скользящей температурой ТАМ; 1 — горячий ТАМ; 2 — холодный ТАМ; 3– потребитель; 4 — единый корпус; 5 — уровень жидкости; 6 — промежуточный теплоноситель.

С целью более рационального использования объема аккумулятора предложен многокорпусный вариант, в котором используется несколько корпусов с горячим ТАМ и один пустой (холодный). По мере разрядки заполняется сначала этот корпус, а затем освобождающиеся горячие по мере их опорожнения. Это приводит к появлению термических напряжений и потерь на нагрев во всех корпусах, кроме одного.

Наиболее рационально используется объем теплового аккумулятора в случае применения единого корпуса, заполненного в начале процесса горячим ТАМ.

В процессе работы горячий ТАМ забирается из верхней части ТА, а отработанный холодный ТАМ подается в нижнюю часть ТА. Такой тип жидкостного аккумулятора называется вытеснительным. Вследствие разности плотностей горячей и холодной жидкостей может обеспечиваться малое перемешивание жидкости (эффект «термоклина»), эффективность использования вытеснительных ТА снижается вследствие потерь тепла на перемешивание и теплопроводности между объемами горячего и холодного ТАМ, нагрев корпусов и т. п.

Тепловые аккумуляторы такого типа применяются для жидкостей, имеющих большой коэффициент линейного расширения.

При особых свойствах ТАМ или нецелесообразности для потребителя использования ТАМ в качестве теплоносителя применяются тепловые аккумуляторы со скользящей температурой (рис. 2, г ).

В этом случае промежуточный теплообменник может размещаться как в корпусе ТА, так и вне его. В процессе заряда происходит нагрев ТА с использованием либо промежуточного теплоносителя, либо электроэнергии, а в процессе остывания производится отвод тепла в промежуточном теплообменнике. Одним из характерных примеров такого ТА является «солнечный пруд», в котором отбор ТАМ нежелателен вследствие разрушения обратного градиента солености воды.

Конструктивное исполнение жидкостного теплового аккумулятора во многом определяется свойствами теплоаккумулирующего материала. В настоящее время наиболее широко применяются вода и водные растворы солей, высокотемпературные органические и кремнийорганические теплоносители, расплавы солей и металлов.

В диапазоне рабочих температур 0...100 о С вода является лучшим жидким ТАМ как по комплексу теплофизических свойств, так и по экономическим показателям. Дальнейшее повышение рабочей температуры воды связано с существенным ростом давления, что усложняет проектирование корпуса, повышает его стоимость. С целью обеспечения низких рабочих давлений ТАМ используются различные высокотемпературные теплоносители. При этом возникают проблемы подбора конструкционных материалов теплового аккумулятора и системы в целом, применения специальных устройств, предотвращающих отвердение ТАМ на всех режимах эксплуатации, герметизации ТА и ряд других.

Кроме этого, использование наиболее распространенного вытеснительного типа ТА связано с комплексом конструктивных и эксплуатационных мероприятий, обеспечивающих минимальные потери энергии.

mirznanii.com

Как аккумулировать энергию солнца | Зелёный дом

Аккумулирование энергии солнца и тепла летнего сезона для отопления зимой – это весьма заманчивая идея.Реализация такого проекта могла бы привести в России к колоссальным положительным энергетическим и экономическим последствиям, особенно в малоэтажном строительстве часный сектор.

Динамика изменения температуры при рекуперации

Технология строительства рекуперацеонного канала

Солнечные коллекторы южного фасада дома

green-dom.info

ТЕПЛОВАЯ МАССА (АККУМУЛЯЦИЯ ТЕПЛА) — Мегаобучалка

Солнечная радиация, падающая на стены, окна, крыши и другие поверхности, поглощается зданием и сохраняется в виде тепловой массы. Затем это тепло излучается внутрь здания. Тепловая масса в солнечной системе теплоснабжения выполняет ту же самую функцию, что и батареи в солнечной фотоэлектрической системе (см. главу по фотоэлектричеству): накопление солнечной энергии для ее дальнейшего использования.

Тепловая масса может быть интегрирована в пассивную солнечную систему различными способами: от покрытого плиткой пола до заполненных водой емкостей. К материалам, которые поглощают и сохраняют тепло, относятся: бетонные плиты для пола, каменные стены и другие тяжелые строительные материалы. Они являются основным элементом в домах, пассивно использующих солнечную энергию. Даже если большая часть окон здания обращена на юг, но при этом нет запаса тепловой массы, то такой дом не будет энергоэффективным. Необходимо знать, что темная поверхность меньше отражает и больше поглощает тепло. Если пол покрыть темной плиткой, то он будет поглощать тепло в течение дня и излучать ночью. Величина теплового потока зависит от температурного различия между источником тепла и объектом, на который он направлен. Как описано выше, тепло перемещается тремя способами: благодаря проводимости (передача тепла твердыми материалами), конвекции (перемещение тепла благодаря движению жидкостей или газов) и излучению. Поверхность дома теряет тепло также благодаря этим трем способам. Хороший дизайн пассивного солнечного здания помогает минимизировать потерю тепла и максимизировать его эффективное распределение. Количество необходимой тепловой массы (материалы, аккумулирующие тепло) в большой степени зависит от климата. Тяжелые здания с большой тепловой массой более комфортны в жарком сухом или холодном климате, но в жарком и влажном климате такие здания малоэффективны. В прохладном климате тепловая масса действует как тепловой резерв на случай холодной погоды, улучшая, таким образом, комфортность и сокращая потребность во вспомогательном обогреве, за исключением пасмурных или очень холодных дней.

Обеспечение адекватной тепловой массы - обычно самая сложная задача для проектировщика в области пассивного солнечного строительства. Потребность в тепловой массе определяется общей площадью окон, обращенных на юг, и месторасположением здания. Для обеспечения эффективного дизайна необходимо следовать таким принципам:

· Располагайте тепловую массу в местах падения солнечных лучей. Тепловая масса, расположенная в местах прямого падения солнечных лучей, более эффективна по сравнению с массой, помещенной в труднодоступное для солнца место. Здания, проект которых рассчитан на косвенное поглощение солнечных лучей, нуждаются в 3-4 раза большем количестве тепловой массы, чем те, которые используют прямое.

· Распределяйте тепловую массу. Дома, использующие пассивный солнечный дизайн, более эффективны, когда тепловая масса относительно тонкая и распределена на большую площадь. Площадь поверхности тепловой массы должна быть, по крайней мере, в 3 раза, а предпочтительнее даже в 6 раз больше, чем суммарная поверхность окон, обращенных к югу. Плиты для пола, толщина которых составляет 8 - 10 см, более эффективны, чем пол толщиной в 40 - 50 см.

· Не покрывайте тепловую массу. Ковры и дорожки препятствуют передаче энергии к пассивным солнечным элементам и от них. Каменные стены могут иметь сухую отделку, но они не должны быть покрыты большими настенными гобеленами или деревянной обшивкой. Сухая отделка должна наноситься непосредственно на стену, а не на покрытия, прикрепленные к стене и создающие нежелательное изолирующее воздушное пространство между отделкой и тепловой массой.

· Изолируйте внутренние поверхности тепловой массы. Есть несколько методов изолирования плит для пола и внешних каменных стен. Такие меры необходимы для сбережения энергии. К сожалению, иногда могут возникнуть проблемы, например, появление термитов в пенопластовой термоизоляции для панелей перекрытия.

· Тепловая масса должна иметь многоцелевое назначение. Для оправдания финансовых затрат тепловая масса должна служить не только как аккумулятор тепла, но и для других целей. Например, каменные стены, способные хранить тепло, хотя и являются одним из элементов пассивного солнечного дизайна, но имеют неоправданно высокую стоимость, если необходимы только как тепловая масса. Покрытый плиткой пол сохраняет тепло, служит в качестве структурного элемента и является красивым элементом оформления. Внутренние каменные стены являются структурным элементом, разделяют комнаты и хранят тепло.

При разработке пассивной солнечной системы в процессе выбора строительных материалов необходимо обратить внимание на их способность удерживать тепло. Эта величина называется объемной теплоемкостью (Дж/м3·оС) или, другими словами, это то количество тепла, которое способен поглотить и хранить материал.

Величина объемной теплоемкости для некоторых часто используемых строительных материалов:

Материал	Плотность (кг\м3)	Объемная теплоемкость (Дж/м3·оС)
Вода
Бетон
Кирпич
Камень: мрамор
Материалы, не подходящие для хранения тепла
Гипсокартон
Древесина
Матовое стекловолокно

Раньше проектировщики, работающие в области пассивного солнечного строительства, в качестве теплоносителя использовали воду, хранящуюся в больших контейнерах. Хотя вода и является дешевой, контейнеры и место, которые они занимают, стоят достаточно дорого. Некоторые проектировщики перешли к емкостям, заполненным камнями, используя их как резервуары для тепловой массы. Нужно учитывать, что для сохранения того же количества тепла потребуется камней в три раза больше, чем воды. Однако влажная среда, образующаяся в местах, где устанавливаются емкости с водой, вызывает появление резкого неприятного запаха и является благоприятной средой для размножения грибков и бактерий. Эти проблемы подорвали репутацию такого варианта пассивного солнечного строительства. Хранение тепла с помощью воды и камней требует сложных систем управления, насосов, и вентиляторов. Такой процесс сохранения тепла сегодня почти не используется. Основная причина этого состоит в том, что функционирование таких систем зависит от электроэнергии, эти системы требуют обслуживания, подвергаются периодическим поломкам и, соответственно, требуют ремонта.

ТЕПЛОИЗОЛЯЦИЯ

В целом строительные материалы можно разделить на две основные группы: объемные материалы и ламинаты с отражающей фольгой. К первой группе относятся изоляционные материалы, использующие тепловое сопротивление воздуха, находящегося между волокнами или в ячейках пенистой структуры материалов (обычно сделанных из пластика типа пенополистирола и пенополиуретана). Вторая группа материалов отражает лучистую энергию от объекта или защищаемой поверхности с помощью пленки. Тепловая изоляция внешних элементов здания - важный компонент энергоэффективности. Управление тепловым потоком, проходящим через внешнюю структуру строения, является ключом для успешного проектирования энергоэффективных зданий. При неправильно выполненной изоляции здания полученная солнечная энергия может быть легко потеряна. Уже было отмечено, что некоторые материалы имеют намного более высокое тепловое сопротивление на единицу объема, чем другие, независимо от их плотности. Тот факт, что воздух сам по себе является хорошим изолятором, особенно если воздушное пространство ограничено блестящей поверхностью фольги, может быть полезен для ограничения проникновения солнечного излучения в здание.

Охлаждение

Во многих странах здания, построенные по принципу пассивного использования солнечной энергии, нуждаются в охлаждении так же, как и в обогреве. Одним из лучших подтвержденных временем методов охлаждения является углубление здания относительно поверхности земли. Эффект, полученный от углубления первого этажа даже на один метр в землю, достаточно велик. Верно выбранный проект здания, дренаж и обеспечение влагостойкости - это те условия, которые необходимо соблюдать при строительстве под землей. Тепловая изоляция - это самый лучший и самый экономичный способ регулирования температуры внутри здания. Тепловая масса земли и хорошая изоляция способны поддерживать в доме разумную температуру воздуха. Внешние и внутренние затеняющие приспособления для окон, вентиляция и отражающие пленки на окнах также являются очень важными элементами при управлении температурой в здании.

megaobuchalka.ru