Энергосбережение в зданиях с использованием солнечной энергии

Годовой поток солнечного излучения изменяется в шиpоких пpеделах. Так, на 1 м ² гоpизонтальной повеpхности на теppитоpии Сpедней Азии за год поступает 1400-1600 кВт.ч и более. Годовое число солнечного сияния pавно в Узбекистане - 2815-2880 ч [1].

В Сpедней Азии пpодолжительность светового дня в июне достигает 16 ч, в декабpе 810 ч. Здесь в году 300 солнечных дней, пpодолжительность солнечного сияния 2500-3100 ч в год, а летом 320-400 ч в месяц. Энергия Солнце позволило бы решать энергетические и социально-экономические проблемы таких регионов и удаленных мест. То есть вопрос об экономической возможности и эффективности необходимо решать с учетом социальноэкономических условий, в том числе дефицита энергии, стоимости топлива, географических и климатических условий. Климатические условия Узбекистана, безусловно, являются наиболее благоприятными для использования солнечной энергии.

В ХХI веке во многих странах начинает широко использоваться солнечная энергия, несмотря на ее низкую плотность и непостоянство [2]. Как известно, солнце за каждую минуту на освещенную поверхность нашей планеты доставляет такое же количество энергии, какое вырабатьвают все электростанции и теплоцентрали мира за один год. Солнце является не только неисчерпаемым, но и самым "чистым" источником энергии, поэтому использование солнечной энергии для отопления производственных, жилых, общественных зданий и сооружений является перспективным. Большое влияние на эффективность использования солнечной энергии оказывают географическое местоположение и климатические особенности местности.

Основная часть. Существует два типа систем использования солнечной энергии для целей отопления: активные и пассивные. Пассивные системы не требуют затраты энергии для приведения их в действие, а при использовании активных систем необходима дополнительная энергия.

Преимущество системы с теплоаккумулирующей стенкой по сравнению с системой прямого обогрева через остекленные проемы - это наиболее рационально организованное поступление тепла в обогреваемое помещение, которое позволяет уменьшить потери тепла за счет уменьшения сбросового тепла из-за перегрева внутри помещения и максимального поступления его в помещение в наиболее холодное время суток.

Практически систем пассивного солнечного отопления станет рентабельной при числе ясных дней не менее 60...70 % общего количества дней отопительного периода. В пасмурные дни эффективность системы пассивного солнечного отопления уменьшается на 50...60 % относительно номинальной, по сравнению с ясными днями, и в результате этого доля системы в общем балансе энергосбережения незначительна. В этом случае необходимый микроклимат поддерживают или с помощью традиционного источника отопления (например, электрические приборы) или аккумулятора теплоты. По общему определению системы пассивного солнечного отопления выполняют как функции основного конструктивного назначения (элементы здания), так и функции восприятия, аккумулирования и транспортирования тепла. Эффективность системы достаточно высока и обеспечивает до 60 % отопительной нагрузки [3-6].

Создание энергоэффективной системы отопления зданий и сооружений проводится с учетом тенденций развития топливно-энергетического комплекса страны, условий содержания животных и возможности экономии топливных ресурсов. Поскольку животноводческие предприятия являются крупными потребителями тепловой энергии, использование которой значительно влияет на себестоимость продукции. Важным является обоснование выбора наиболее эффективной системы теплоснабжения по техникоэкономическим показателям, влияющей на эффективность животноводческого пред -приятия в целом.

Сельское хозяйство сегодня выступает как мощный энергопотребитель. Существенная доля энергозатрат приходится на поддержание оптимальных параметров микроклимата на фермах, что способствует повышению продуктивности. Температура и влажность воздуха помещение является основным фактором в процессе обеспечения нормального физиологического состояния животных. Оптимальные параметры воздуха в животноводческих и птицеводческих помещениях, температура +12...16оС, относительная влажность 60...70% [7]. От стабильности температуры среды зависит стабильность теплового равновесия организма животного. При поддержании требуемой температуры в сочетании с другими необходимыми параметрами помещений выход продукции может повыситься на 30% [7]. Поэтому животноводческие и птицеводческие помещения должны оборудоваться эффективной системой вентиляции и отопления.

Использование солнечной энергии в форме низкотемпературного тепла позволяет повысить эффективность солнечных установок из-за уменьшения тепловых потерь при низких температурах. Существует два типа систем использования солнечной энергии для целей отопления: активные и пассивные. Пассивные системы не требуют затраты энергии для приведения их в действие, а при использовании активных систем необходима дополнительная энергия. Опыт показывает, что солнечные водонагреватели, используемые для горячего водоснабжения, могут окупаться в срок от 3 до 8 лет. Системы горячего водоснабжения получают широкое практическое применение. Однако системы горячего водоснабжения с отоплением за короткий срок еще не окупаются. Такие системы являются более сложными, и с экономической точки зрения они пока не эффективны.

Внедрение в практику пассивных систем солнечной энергии даст возможность по существенному сокрашению расхода тепловой энергии на отопление жилых, обшественных зданий и сельскохозяйственых сооружений на основе широкого применения. Сельскохозяйственное сооружение с использованием пассивной системы солнечного отопления и вентиляции позволяет [7-8]:

• -    уменьшить тепловые потери через прозрачное покрытие за счет уменьшения температуры зачерненной поверхности при увеличении транспортировки тепла через коллекторно-аккумулирующей стенки;

• -    имеется возможность подачи в помещение подогретого свежего приточного воздуха в холодный период года;

• -    улучшить вентиляцию помещения естественным или принудительным способом.

В работе [9] авторами была установлена линейная зависимость среднего значения коэффициента замещения отопительной нагрузки за весь отопительной период от произведения состоящего из:

• а)    комплекса относительной среднемесячной осредненной за этот период температуры окружающей среды и температуры внутри объекта и

• б)    среднемесячной средней за отопительный период, суммарной солнечной радиации на горизонтальную поверхность H (данные многолетных наблюдений).

F = a - b - О-H (1)

Т

О = 1 - mTL     (2)

Tr где Та - температура окружающей среды;

Т_г - температура в помещение;

• a, b, т - постоянные для данного сооружения коэффициенты.

Обработка результатов расчета выполненных для различных пунктов для различных толщины теплоаккумулирующей стенки позволила установить эмпирическую зависимость увеличения коэффициента замещения с увеличением толщины стенки:

0,5

A F = K

С Г 1

• V ^и о 7

На рисунке 1 представлено увеличение коэффициента замещения отопительной нагрузки в зависимости от относительного увеличения толщины теплоаккумулирующей стенки. Точки соответствуют расчету по методике [9-10], кривая проведена в соответствие с расчетом по зависимости (3).

На основании этих расчетов толщина стенки из сложного однородного бетона была принята равной 0,30 метра.

Таким образом если обозначить А ₀ такую толщину стенки при которой постоянная а может быть принята равной нулю то выражение (1) будет иметь вид:

F = K

0,5

С

V °о 7

- b -О- H (4)

Рисунок 1 - Увеличение коэффициента замещения отопительной нагрузки с изменением толщины теплоаккумулирующей стенки

Такие приближенные зависимости могут быть получены в случае определения эффективности применения пассивного солнечного отопления в различных климатических условиях [10] и относительной оценке влияния архитектурно-строительных изменений в системе.

Следует также отметить, что использование солнечной энергии для теплоснабжения имеет большие перспективы и для широкого применения в индивидуальном хозяйстве, где применение солнечной энергии целесообразно уже сейчае. Широкое и целенаправленное проведение энергосбережения позволит экономить топливно-энергетические ресурсы.

Современный уровень развития сельскохозяйственной отрасли и состояние ее сырьевой базы требуют принципиально нового подхода к решению проблемы ее энергообеспечения, в том числе за счет использования традиционных и возобновляемых источников энергии. Использование энергии возобновляемых источников позволит экономить традиционные дефицитные энергоресурсы и улучшить экологию производства.

Выводы. В сельском хозяйстве южных районов республики есть возможности внедрения гелиотехники (использование солнечной энергии), можно развивать и совершенствовать строительство в сельскохозяйственных построек -это даст:

• -во-первых, экономию топлива на обогрев помещений;

• -во-вторых, себестоимость вырабативаемой продукции будет низким, чем естественным отоплением;

• в-третьих, строительство таких систем не дороже и прост чем с отопительными системами и т.д.

На будущее предусматривается в широком диапазоне применение более совершенных типов солнечных установок в области теплоснабжения в сельском хозяйстве в южних районах республики с активными и пассивными системами отопления.

Муродов Исмоил, кандидат технических наук, Чориева Ситора Юсуфовна, преподаватель, Каршинский инженерно-экономический институт, г. Карши, Узбекистан

ENERGY SAVING IN BUILDINGS USING SOLAR ENERGY

Sadykov Zhamal Jabbarovich, Khuzhakulov Sadulla Mirzaevich, Murodov Ismoil, Chorieva Sitora Yusufovna

Chorieva Sitora Yusufovna, teacher,

Karshi Engineering and Economic Institute, Karshi, Uzbekistan