IX Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2017

Одним из конкурентоспособных альтернативных энергоносителей является солнечная энергия. Уже сейчас в некоторых странах солнечные энергетические установки стали обычным атрибутом жизни. За рубежом более 60 % частных и общественных плавательных бассейнов обогреваются за счет использования простейших, без остекления и тепловой изоляции, пластиковых солнечных коллекторов, а энергетическая компания Solarcity производит бесплатную установку солнечных коллекторов, окупающуюся выработанной электрической энергией с них [1]. Даже в климатических условиях Европы внедрение солнечных установок идет нарастающими темпами. Так, например, в Германии действует программа «ста тысяч солнечных крыш», финансируемая непосредственно государством [2].

В России данный вид энергии для теплоснабжения объектов используется значительно реже, чем в развитых странах. Несмотря на то, что в ряде районов, прежде всего в Краснодарском крае, Дагестане, Бурятии, в течение многих лет успешно работают солнечные водонагревательные установки, обеспечивающие горячей водой санатории, дома отдыха, больницы и жилые дома, в других регионах данный способ теплоснабжения не нашел широкого применения.

Существует устойчивое мнение, что солнечная энергия может эффективно использоваться только в южных странах, а Россия по своему местоположению считается в основном северным государством, где солнечного излучения недостаточно, и использование его для обеспечения теплоснабжения нецелесообразно.

Исследования специалистов Института высоких температур Российской академии наук опровергают данное положение. Они завершились разработкой Атласа распределения ресурсов солнечной энергии по территории России и созданием климатической карты поступления радиации на неподвижные горизонтальные поверхности за определенные периоды года.

Рис. 1 Среднедневные суммы солнечной радиации на горизонтальной поверхности

за весь год для территории России, кВт·ч/(м2·день)

Наиболее высокими значениями удельной энергии характеризуются южные регионы страны: Северный Кавказ, Приморье, юг Сибири. Однако и в других широтах ресурсы солнечной энергии достаточно велики. Более 60 % территории России, в том числе и многие северные районы, характеризуются среднегодовым поступлением от 3,5 до 4,5 кВт·ч/(м2·день). Следовательно, энергетическая эффективность гелиоустрановок на всей территории России является приблизительно одинаковой до 65 параллели [3].

Особенности возможного применения

Эффективное прямое улавливание солнечной энергии осуществимо при следующих условиях [4]:

1. При соблюдении оптимальной ориентации дома - вдоль оси восток-запад, а также с допустимым до 30° от неё отклонением;

2. 50-70 % всех окон должно располагаться на южном фасаде, а на северном - не более 10%, причем южные окна должны иметь двухслойное остекление, а северные окна - начиная от трехслойного и выше;

3. Здания и сооружения должны иметь повышенную теплоизоляцию и низкие теплопотери на инфильтрацию;

4. Согласно внутренней планировке здания жилые комнаты должны быть спроектированы с южной стороны, а вспомогательнын помещения - с северной;

5. Теплоаккумулирующая способность внутренних стен и пола должна быть достаточной для поглощения и аккумулирования теплоты солнечной энергии;

6. Для предотвращения перегрева помещений в летний период над окнами должны быть предусмотрены экранирующие от излучения поверхности.

КПД подобной системы ПСО находится в районе 25-30%, но в благоприятных климатических условиях может быть значительно выше и доходить до 60%. Значимым недостатком этой системы являются большие суточные колебания температуры воздуха внутри помещений. Пассивные системы, являясь частью ограждающей конструкции, имеют такой же срок службы, как и само здание. Вместе с получением теплоты эти системы также обеспечивают эффективное использование дневного света, благодаря чему снижаются затраты электроэнергии на освещение.

В южных районах с небольшой продолжительностью отопительного периода и высокими зимними температурами использование системы прямого обогрева дает результаты, сравнимые с системами косвенного обогрева, но в северных районах предпочтительно использовать системы косвенного обогрева.

Перспективы развития

Согласно результатам расчёта эффективности систем ПСО по методике, изложенной в соответствующих рекомендациях по проектированию [4], для зданий расположенных за пределами южных широт, вплоть до 65 параллели, была выявлена одинаковая эффективность внедрения системы косвенного обогрева. Коэффициент замещения основной системы системой ПСО достигает знаечения K_зам =0,4 на время отопительного периода, что означает снижение нагрузки на дублирующую систему на 40%. Основными направлениями для развития являются: совершенствование методики теплотехнического расчета с учётом влияния облачности, а также точного определения коэффициента поглащения солнечной энергии тепловоспринимающей поверхностью экспериментальным путем для применяемых в конструкции системы материалов.

Список использованной литературы

1. SolarCity: Solar – Solar Energy Efficiency www.solarcity.com

2. Государственная экономическая политика и Экономическая доктрина России. К умной и нравственной экономике. В 5 т, Том 1 Сулакшин С. С.Directmedia, 28 авг. 2013 г.

3. Научно-прикладной справочник по климату СССР. Солнечная радиация: в 3-х ч. Вып. 13. Ч.1. Солнечная радиация и солнечное сияние. - Л.: Гидрометеозиздат, 1990. - 378 с.

4. Рекомендации по проектированию зданий с пассивными системами солнечного отопления. Киев ЗНИИЭП, 1989.