Повышение эффективности инсоляционных систем солнечного отопления с энергоактивными светопрозрачными ограждениями в климатических условиях Республики Узбекистан

Одна из перспективных сфер практического применения солнечной энергии, которая в настоящее время имеет наибольшую степень технологической готовности в нашей Республике, как во всем мире, считается преобразование ее в низкопотенциальное тепло и использование последнего в качестве источника в системах горячего водоснабжения жилых, коммунальнобытовых и социальных объектов, являющихся основными потребителями тепла такого же температурного потенциала [1].

Вторым этапом широкомасштабного применения низкопотенциальной солнечной тепловой энергии в указанных отраслях народного хозяйства

Республики являются системы зимнего отопления помещений, на которые предъявляются более жесткие требования по надежности, чем на системы горячего водоснабжение.

Как нам известно, научные исследования в области использования солнечной энергии для целей отопления в мире, в основном, ведутся по разработке и исследованию пассивных систем солнечного отопления. Среди пассивных систем солнечного отопления в регионах с умеренным климатом наибольшее распространение получили инсоляционные системы, основанные на непосредственное поступление энергии солнечного излучения в отапливаемые помещения через их светопроемы (обычно увеличенных размеров) на южной стене. Они нашли широкое применение в высотных зданиях со сплошными наружными СО из тонированного стекла, а также в застекленных балконах и верандах жилых зданий [2].

Недостатками традиционных ИССО в условиях резко континентального климата, характерного для нашей Республики, является возможный световой и тепловой дискомфорт, а также сложность регулирования температурного режима отапливаемого помещения. Этими факторами объясняется сравнительно малая популярность рассматриваемых систем солнечного отопления в практике теплоснабжения. Основным элементом инсоляционных пассивных систем солнечного отопления является двух или трехслойное СО (увеличенных размеров по сравнению с традиционными светопроемами), устанавливаемое на южной вертикальной стене объекта из простого оконного стекла, с замкнутыми воздушными прослойками между слоев.

Для исключения светового дискомфорта в отапливаемых помещениях, а также уменьшения теплопоступления через СО летом и тепловых потерь зимой в научных исследованиях, выполненных за рубежом в структурах СО использованы слои из специальных теплоотражающих стекол, которые образуются нанесением на поверхности обычных стекол тонких отражающих излучение пленок из оксидов кобальта, олова, железа титана и хрома, а также из золота, в условиях глубокого вакуума. Выявлено, что среди этих пленок только пленка из золота толщиной 0,10-0,12 мкм удовлетворяет требований, предъявляемым к СО инсоляционных пассивных систем солнечного отопления.

К сожалению, СО с лучеотражающими пленками из золота стоят очень дорого и экономически себя неоправдавают.

Задачи устранения светового дискомфорта в помещениях, отапливаемых с помощью инсоляционных солнечных систем и закономерности формирования температурного поля частично лучепоглащающего слоя их СО исследованы в работах [3,4]. Однако, задачи прогнозирования и регулирования температурного режима помещения, отапливаемого с помощью инсоляционных солнечных систем, поиска возможных путей повышения тепловой эффективности и обеспечения многофункциональности и энергоактивности их СО до настоящего времени, как за рубежом, так и у нас в Республике, остаются не исследованными.

В существующих решениях в этой области во избежание от инсоляционного перегрева в летнее время помещения частично лучепоглощающий слой демонтируется из внутреннего ряда и устанавливается в наружном ряду СО. Отметим, что такой способ трансформации частично лучепоглощающего слоя СО создает определенные неудобства для жителей, особенно во многоэтажных зданиях.

В отличие от этого, нами предложено с целью повышения тепловой эффективности и коэффициента замещения топлива ИССО и обеспечения многофункциональности и энергоактивности их СО, последние выполнить двух– и трехслойными из обычного оконного стекла трансформируемым с частично лучепоглощающим пленочным покрытием из зачерненной самоклеивающейся полимерной пленки толщиной 0,10÷0,12 мм . Зимой полимерная пленка наклеивается на внутреннюю поверхность внутреннего слоя СО, а летом-на наружную поверхность его наружного слоя, образуя взаимно сопряженные стекло-пленочные слои [5].

Во избежание от возможного перегрева отапливаемого помещения в ясные и относительно теплые зимние дни предусматривается применение краткосрочных фазопереходных аккумуляторов тепла, представляющих собой зачерненные (с наружной стороны) сферические контейнеры из полых пластиковых шариков диаметром 10÷12 мм и толщиной стенки 1,0÷1,5 мм заполненные эвтектикой с температурой плавления 28-32 °С, и устанавливаемых в вентилируемой воздушной прослойке между средним и внутренним слоями СО.

Как показывает результаты предварительных расчетов ожидается, в результате предложенной технологии коэффициент замещения топлива ИССО может быть поднять до 0,40-0,45 в место 0,30-0,35 (в существующей базовой технологии); существенно сглажен график суточного хода температуры воздушной среды отапливаемого помещения и упрощена процедура трансформации лучепоглощающего полимерного пленочного покрытие на поверхностях их СО.