Инженерные системы
Солнечное отопление
Почти половина всей производимой энергии используется для обогрева воздуха. Солнце светит и зимой" но его излучение обычно недооценивается.
Декабрьским днем недалеко от Цюриха физик А. Фишер генерировал пар; это было" когда солнце находилось в своей самой низкой точке" а температура воздуха была 3°С. Днем позже солнечный коллектор площадью 0"7 м2 нагрел 30 л холодной воды из садового водопровода до +60°С.
Солнечная энергия зимой может легко использоваться для обогрева воздуха в помещениях. Весной и осенью" когда часто бывает солнечно" но холодно" солнечный обогрев помещений позволит не включать основное отопление. Это дает возможность сэкономить часть энергии" а соответственно и деньги. Для домов" которыми редко пользуются" или для сезонного жилья (дачи" бунгало)" обогрев солнечной энергией особенно полезен зимой" т.к. исключает чрезмерное охлаждение стен" предотвращая разрушение от конденсации влаги и плесени. Таким образом" ежегодные эксплуатационные расходы в основном снижаются.
При отоплении домов с помощью солнечного тепла необходимо решать проблему теплоизоляции помещений на основе архитектурно-конструктивных элементов" т.е. при создании эффективной системы солнечного отопления следует возводить дома" имеющие хорошие теплоизоляционные свойства.
Солнечный вклад в отопление дома
К сожалению" период поступления тепла от Солнца далеко не всегда совпадает по фазе с периодом появления тепловых нагрузок.
Большая часть энергии" которая имеется в нашем распоряжении в течение летнего периода" теряется из-за отсутствия постоянного спроса на нее (на самом деле коллекторная система является до некоторой степени системой саморегулирующейся: когда температура носителя достигает равновесного значения" тепловосприятие прекращается" поскольку тепловые потери от солнечного коллектора становятся равными воспринимаемому теплу).
Количество полезного тепла" поглощенного солнечным коллектором" зависит от 7 параметров:
- 1. величины поступающей солнечной энергии;
- 2. оптических потерь в прозрачной изоляции;
- 3. поглощающих свойств тепловоспринимающей поверхности солнечного коллектора;
- 4. эффективности теплоотдачи от теплоприемника (от тепловоспринимающей поверхности солнечного коллектора к жидкости" т.е. от величины эффективности теплоприемника);
- 5. пропускательной способности прозрачной теплоизоляции" которая определяет уровень тепловых потерь;
- 6. температуры тепловоспринимающей поверхности солнечного коллектора" которая в свою очередь зависит от скорости теплоносителя и температуры теплоносителя на входе в солнечный коллектор;
- 7. температуры наружного воздуха.
Эффективность солнечного коллектора" т.е. отношение использованной энергии и падающей" будет определяться всеми этими параметрами. При благоприятных условиях она может достичь 70%" а при неблагоприятных снизиться до 30%. Точное значение эффективности можно получить при предварительном расчете только путем полного моделирования поведения системы с учетом всех факторов" перечисленных выше. Очевидно" что такая задача может быть решена только с применением компьютера.
При грубых оценках можно считать" что средняя эффективность коллектора при температуре 40...50° в отопительный сезон составляет около 40%.
Поскольку плотность потока солнечной радиации постоянно меняется" то для расчетных оценок можно пользоваться полными суммами радиации за день или даже за месяц.
В табл. 1 в качестве примера приведены:
- # средние месячные суммы поступления солнечной радиации" измеренные на горизонтальной поверхности;
- # суммы" рассчитанные для вертикальных стен" обращенных на юг;
- # суммы для поверхностей с оптимальным углом наклона 34° (для Кью" близ Лондона).
Таблица 1. Месячные суммы прихода солнечной радиации для Кью (близ Лондона)
Месяц |
Горизонтальная поверхность" кВт*ч/м2 |
Вертикальная поверхность южной ориентации" кВт*ч/м2 |
Наклонная поверхность (34°) южной ориентации" кВт*ч/м2 |
Январь |
18"3 |
30"3 |
29"4 |
Февраль |
30"9 |
47"3 |
51"6 |
Март |
60"6 |
61"8 |
81"8 |
Апрель |
111 |
75"9 |
137"1 |
Май |
123"2 |
57"2 |
133"2 |
Июнь |
150"4 |
53"8 |
155"7 |
Июль |
140"4 |
53"6 |
142"1 |
Август |
125"7 |
69"1 |
<141"1/td> |
Сентябрь |
85"9 |
75"2 |
111"2 |
Октябрь |
47"6 |
62"8 |
72"8 |
Ноябрь |
23"7 |
41"2 |
40"5 |
Декабрь |
14"4 |
22"6 |
22"2 |
Из таблицы видно" что поверхность с оптимальным углом наклона получает (в среднем в течение 8 зимних месяцев) примерно в 1"5 раза больше энергии" чем горизонтальная поверхность. Если известны суммы прихода солнечной радиации на горизонтальную поверхность" то для пересчета на наклонную поверхность их можно умножить на произведение этого коэффициента (1"5) и принятого значения эффективности солнечного коллектора" равного 40%" т.е. 1"5*0"4=0"6
При этом получится количество полезной энергии" поглощенной наклонной тепловоспринимающей поверхностью в течение данного периода.
Для того" чтобы определить эффективный вклад солнечной энергии в теплоснабжение здания даже путем ручного подсчета" необходимо составить по крайней мере месячные балансы потребностей и полезного тепла" получаемого от Солнца. Для наглядности рассмотрим пример.
Если использовать приведенные выше данные и рассмотреть дом" для которого интенсивность тепловых потерь составляет 250 Вт/°C" местоположение характеризуется годовым числом градусо-дней равным 2800 (67200°C*ч). а площадь солнечных коллекторов составляет" например" 40 м2" то получается следующее распределение по месяцам (см. табл. 2).
Таблица 2. Расчет эффективного вклада солнечной энергии
Месяц |
°C*ч/мес |
Отопительная нагрузка" кВт*ч |
Сумма радиации на горизонтальной поверхности" кВт*ч/м2 |
Полезное тепло на единицу площади коллектора (D*0"6)" кВт*ч/м2 |
Суммарное полезное тепло (E*40 м2)" кВт*ч |
Солнечный вклад" кВт*ч/м2 |
A |
B |
C |
D |
E |
F |
G |
Январь |
10560 |
2640 |
18"3 |
11 |
440 |
440 |
Февраль |
9600 |
2400 |
30"9 |
18"5 |
740 |
740 |
Март |
9120 |
2280 |
60"6 |
36"4 |
1456 |
1456 |
Апрель |
6840 |
1710 |
111 |
67"2 |
2688 |
1710 |
Май |
4728 |
1182 |
123"2 |
73"9 |
2956 |
1182 |
Июнь |
- |
- |
150"4 |
90"2 |
3608 |
- |
Июль |
- |
- |
140"4 |
84"2 |
3368 |
- |
Август |
- |
- |
125"7 |
75"4 |
3016 |
- |
Сентябрь |
3096 |
774 |
85"9 |
51"6 |
2064 |
774 |
Октябрь |
5352 |
1388 |
47"6 |
28"6 |
1144 |
1144 |
Ноябрь |
8064 |
2016 |
23"7 |
14"2 |
568 |
568 |
Декабрь |
9840 |
2410 |
14"4 |
8"6 |
344 |
344 |
Сумма |
67200 |
16800 |
933 |
559"8 |
22392 |
8358 |
Стоимость тепла Подсчитав количество тепла" обеспечиваемого за счет Солнца" необходимо представить его в денежном выражении. Стоимость выработанного тепла зависит от:
- # стоимости топлива;
- # теплотворной способности топлива;
- # общей эффективности системы.
Полученные таким образом эксплуатационные расходы можно затем сравнить с капитальными затратами на солнечную отопительную систему.
В соответствии с этим" если считать" что в рассмотренном выше примере солнечная отопительная система используется вместо традиционной системы отопления" потребляющей" например" газовое топливо и вырабатывающей тепло стоимостью 1"67 руб/кВт*ч" то" чтобы определить полученную годовую экономию" надо 8358 кВт*ч" обеспечиваемых за счет солнечной энергии (согласно расчетам табл. 2 для площади коллектора 40 м2)" умножить на 1"67 руб/кВт*ч" что дает 8358*1"67 = 13957"86 руб.
www.sibstro.ru ЭИ "Строительство в Сибири. Недвижимость" |