<<< На главную <<<

Солнечная энергия: условия рационального использования

Важность роли энергии в мировой экономике стала очевидной в результате нефтяного эмбарго 1973 г. С тех пор развитие и распределение идей об освоении и использовании альтернативных источников энергии получило дополнительный стимул. Однако впервые с начала космической эры наше технически развитое общество столкнулось с вызовом, который может быть успешно принят только в результате холистического подхода к управлению энергетическими ресурсами и окружающей средой.

Многие исследователи рассматривают применение солнечной энергии в узком смысле, например только в качестве замены ископаемого топлива. Поэтому коллекторы солнечной энергии часто просто добавляют к сооружению, которое по своему типу призвано привлекать «современную», или «новую» клиентуру. Эти здания могут иметь дополнительную изоляцию, тяжелые драпировки на окнах или даже тройное остекление, однако жильцы, которые в других случаях и не подозревают, что тепло для них получают от солнца, во всем остальном продолжают вести экологически разрушительный образ жизни.

Когда инженеры в своих проектах солнечных энергетических систем не учитывают повседневные и эстетические аспекты жизни людей, нередко возникает и индифферентное отношение к этим системам самих жильцов из-за необходимости устанавливать в домах новейшие системы контроля, которые обладают меньшей надежностью и более низкой общей эффективностью. Переход к повсеместному использованию солнечной энергии требует нечто большего, чем подсоединение коллектора к сооружению и оценка его успешной работы по уменьшению счетов за топливо. Этот общий подход многих инженеров, проектировщиков и социологов к экономии и использованию энергии должен быть изменен: нужно воспитывать новое отношение к проектированию жилища.

Действительно, архитектурное значение внедрения экологической технологии в проектирование жилища лежит гораздо глубже, чем попытка синтезировать в одно архитектурное целое, например, огромный солнечный отопительный коллектор и придать ему емкость для аккумулирования или применить альтернативное инженерное оборудование. Неразрывно вплетенным в более широкое понимание взаимозависимости между экологией и архитектурным проектированием должно быть осознание границы человек – природа и взаимосвязи природных систем. Острая чувствительность к взаимодействию между человеком и природой является, по сути дела, предпосылкой применения экологических принципов к строительной форме. С самого начала рода человеческого люди искали и иногда добивались успеха в определении своей роли в качестве членов человеческого сообщества на Земле, своего особого и могущественного места в экосистеме.

Искусство и архитектура предоставили некоторые из наиболее чувствительных воплощений этого поиска, причем вклад каждого из них доказал возможность и даже необходимость синтеза.

Введение в солнечную энергетику

Современный человек гордится своим новым осознанием открытия изобильного источника энергии, которая достигает нашей планеты через каких-нибудь восемь с половиной минут, покинув гигантскую печь, находящуюся в 150 000 000 км от нас.

С момента своего зарождения живые существа находили простые способы использования для жизнедеятельности энергии этого мощного источника, которая обеспечивает бесконечный цикл жизни и смерти.

Большая часть энергии, которую мы получаем от солнца, поступает в виде коротковолнового излучения, которое не все видимо для человеческого глаза. Когда это излучение падает на поверхность твердого или жидкого тела, поглощается и преобразуется в тепловую энергию, тело нагревается за счет теплопроводности, отдает часть энергии окружающей среде (воздуху, воде, другим твердым и жидким телам) и вторично излучает его на другие тела, имеющие более низкую температуру. Это излучение является длинноволновым.

Стекло, легко пропуская коротковолновое излучение, создает небольшое препятствие проникновению солнечной энергии, но в то же время оно является плохим проводником длинноволнового излучения. После того как энергия солнца проникла через стекла окна и была поглощена каким-либо материалом внутри помещения, тепловая энергия путем излучения практически не передается наружу. Следовательно, стекло работает как тепловая ловушка.

Это явление, известное под названием «парниковый эффект», с давнего времени используется в теплицах, которые достаточно прогреваются в солнечные дни даже в середине зимы. Солнечные коллекторы для отопления зданий, обычно называемые плоскими коллекторами, почти всегда имеют одно или несколько стеклянных покрытий, хотя вместо стекла часто применяются различные пластмассы и другие прозрачные материалы.

Под верхней пропускающей солнечные лучи пластиной в коллекторах имеется другая пластина, которая поглощает энергию падающих на нее солнечных лучей. Эта поглощающая (тепловоспринимающая) пластина часто изготавливается из меди, алюминия, стали или другого подходящего материала и обычно покрывается либо черной краской, либо одним из многих сложных по составу селективных покрытий, которые способствуют поглощению большей части энергии излучения при малом ровне отражения и переизлучения. После того как энергия поглощена, она может быть использована. Стеклянные покрытия коллектора призваны снижать потерю тепла с лицевой стороны, а изоляция уменьшает потерю тепла через тыльную часть.

От поглощающей пластины тепло передается к жидкому или газообразному теплоносителю, поток которого омывает поглощающую пластину при помощи насоса или воздуходувки. Жидкости (вода или незамерзающий теплоноситель типа этиленгликоля) протекают вдоль зачерненной теплоприемной поверхности или через трубки, встроенные в поглощающую пластину. Если в качестве теплоносителя используется воздух, то для улучшения теплообмена между воздухом и поверхностью поглощающей пластины необходимо, чтобы площадь этой пластины была развита за счет множества небольших выступов неправильной формы.

В некоторых случаях можно осуществлять прокачку теплоносителя (жидкого или газообразного), не прибегая к механическим средствам, а путем использования эффекта естественной конвекции, или термосифона.

По мере подвода тепла нагретые слои жидкости поднимаются вверх, а их место занимают более холодные объемы. Если коллектор установлен с наклоном или вертикально, это положение будет вынуждать жидкость двигаться вдоль поглощающей пластины коллектора по всему тракту без затраты какой-либо дополнительной энергии. Некоторые системы работают именно по такому принципу, и при правильной установке работают весьма эффективно. Однако перекачивание с помощью насосов обычно обеспечивает больший КПД коллектора и дает большие возможности при использовании тепла.

Это тепло может быть использовано для отопления жилых помещений здания с применением традиционных методов, например, с помощью радиаторов и регистров воздушного отопления. В периоды, когда отопление здания не требуется, подогретые в коллекторе воздух и жидкость могут направляться в контейнер для аккумулирования тепла. В случае применения в качестве теплоносителя воздуха аккумулятором тепла может служить контейнер с камнями или с каким-либо другим аккумулирующим материалом. Если теплоносителем является жидкость, то аккумулятор, как правило, представляет собой хорошо изолированный бак с водой, обладающий хорошей теплоемкостью. Тепло может также аккумулироваться в контейнерах с эвтектическими солями или солями с фазовым переходом. Эти соли, способные аккумулировать большое количество тепла в сравнительно малом объеме, при плавлении в процессе нагрева накапливают тепло и отдают его потом при охлаждении и кристаллизации.




Яндекс.Метрика Украина онлайн Рейтинг@Mail.ru КАТАЛОГ ПРЕДПРИЯТИЙ - UKRSTROY.NET