Способ отопления жилых помещений солнечной энергией

Введение. В Туркменистане ведется соответствующая работа по разработке национальной стратегии развития возобновляемой энергетики. Были составлены важные планы широкого использования возобновляемых источников энергии в стране и активного участия международных организаций в них. При разработке национальной стратегии развития «зеленых» источников энергии следует воспользоваться имеющимися возможностями в этой сфере, определить приоритетные направления использования возобновляемых источников энергии, а также использования и потребления электрической и тепловой энергии за счёт их использования, она направлена на диверсификацию добычи энергоресурсов в стране, обеспечения удаленных от центра населенных пунктов экологически чистыми и удобными энергоресурсами, снижения уровня вредных газов, попадающих в атмосферу, а также обеспечения энергетической безопасности страны [5, 6].

Основная часть. Один кг кремния в солнечных батареях производит 300 МВтч электроэнергии в течение 30 лет. На основе этой информации можно рассчитать нефтяной эквивалент кремния, то есть для производства 300 МВтч электроэнергии необходимо 25 тонн нефтепродуктов при использовании эффективных технологий сегодняшнего дня. Если теплоемкость сгорания нефти принять равной 43 МДж/кг, а КПД тепловых электростанций определить как 33%, то 1 кг кремния эквивалентен 75 тоннам нефти по производимой им электрической энергии [3, 4].

Энергия, которую Солнце дает Земле, в 35 тысяч раз больше, чем энергия, используемая человеком. Солнечная энергия улавливается, используя природные полупроводники. Одним из таких полупроводников является кремний. Запасы кремния в Туркменистане огромны. Песок Каракумов – это мелкие частицы того самого кремния. Они создаются из монокристаллов кремния с помощью очень сложных процессов. Затем их разрезают на пластины и раскатывают в «солнечный кремний» толщиной 0,2–0,4 мм [3, 6].

Установки и оборудование, необходимые для получения солнечной энергии, производятся в России, Америке, Индии и других странах. Что касается использования в других странах, то в США действует ряд экспериментальных солнечных электростанций мощностью от 0,3 МВт до 0,6 МВт. В Германии существуют налоговые льготы для тех, кто строит объекты солнечной энергетики. В качестве одного из важных мероприятий определена «Возрождение новой эпохи могущественного государства: реализация Национальной программы социально-экономического развития Туркменистана на 2022-2052 годы».

Реализация программы осуществляется на основе соответствующих планов развития энергосистемы страны. В глобальном масштабе растущий спрос на энергию означает не только увеличение ее производства, но и возникновение серьезных проблем, таких как истощение их запасов. Плотность солнечной радиации, падающей на поверхность, зависит от многих условий, а именно от состояния атмосферы (облачная и ясная атмосфера). Она зависит от количества солнечного света, соотношения рассеянной радиации к прямой и расположения гелиотехнического оборудования (табл. 1).

Общая мощность солнечной радиации оценивается примерно в 4•10¹⁴ миллиарда кВт. За год на Землю попадает около 1,56 ·10¹⁵ кВт солнечной энергии, что в тысячи раз больше, чем топливная энергия, используемая во всем мире. В таблице 1 показаны мировые запасы энергоресурсов по энергоемкости [3, 4].

Таблица 1 - Энергетические ресурсы, мировые запасы и энергетический потенциал

Технология отопления домов, основные направления использования солнечной энергии тесно связаны между собой обширными экспериментальными исследованиями и созданием гелиотехнических устройств с высокими и удобными технико-экономическими показателями. Солнечный тепловой приемник способен использовать энергию солнечных лучей на низкой частоте. Солнечное тепло поглощается панелью как аккумулятор. Чтобы использовать солнечную энергию и обеспечивать теплом здания в чрезвычайных ситуациях, необходимо снабдить здания гидрофобными соединениями, способными собирать солнечную радиацию. Жидкость нагревается в гелиорезервуарах, радиаторах и хранится в аккумуляторах для транспортировки к месту использования [5, 6].

Теплопередача между домом или зданием и полимерной мембраной сопровождается излучением. Тепловой поток, возникающий в результате такого теплообмена, возвращается в дом, помогая сохранить тепло. В ночное время дом, как низкопотенциальный теплоотвод, становится источником длинноволнового инфракрасного излучения, которое блокируется установленными над ним полимерными экранами. Температура домов выше температуры наружного воздуха, хотя в ночное время она постепенно снижается.

Рисунок 1. Система пассивного исползование солнечной энергии

Солнечное излучение является стационарной формой энергии. Поэтому его падение на Землю носит периодический характер, а дома и постройки обеспечиваются на основе непрерывного потребления тепла.

Дома, обогреваемые солнечной энергией, будут называться «Солнечными домами». Рассмотрены доступные методы расчета, позволяющие рассчитать тепловую эффективность зданий (рис. 1). Солнечный дом - это дом, основанный на новых изобретениях и инновационных технологиях, благодаря которым нет необходимости в традиционной системе отопления со всеми газопроводами, котлами и батареями. Представлены математические расчеты, позволяющие определить устойчивый и неустойчивый тепловой режим этих домов. Эти математические расчеты показывают эффективность использования солнечной энергии в домах.

Цель исследования. В работе применялись методы литературного обзора, теории надёжности. Материалами исследования являлись сведения о технологических процессах на животноводческих фермах.

Результаты и обсуждение.

На основе расчетов в животноводческой ферме этрапа Бахарлы Ахалского велаята построен дом с солнечным отоплением для семьи из 4 человек. Тепловые условия этих домов проверялись в течение трех лет.

Установлено, что климатические условия Туркменистана подходят для отопления и охлаждения домов с использованием пассивных систем. Путем расчетов было установлено, что энергии, падающей на вертикальную стену, обращенную на юг, в 2,2 раза больше, а солнечной энергии, падающей на эту стену, зимой в 1,7 раза больше, чем летом. При обогреве солнечных домов важное значение имеет не только прямое солнечное излучение, но и диффузное излучение. Это потому, что в зимние месяцы он получает около 50 процентов прямой радиации.

Было изучено влияние различных пассивных элементов на тепловое поведение дома. Путем расчетов установлено, что двойное остекление повышает температуру дома на 5 К , экран как тепловое сопротивление на 2-3 К , диффузор как теплоизолятор на 5 К , а вентиляционные отверстия на 7-8 К . Используя все пассивные системы вместе, “Солнце” повышает температуру дома на 8-12 К по сравнению с температурой обычного дома. И²⁶ Агротехника и энергообеспечение. - 2024. - № 1 (42)

Пассивная система варьируется от 50% до 100% в зависимости от климата наружного воздуха. Среди них он равен 75% в ноябре, 56% в декабре, 55% в январе, 62% в феврале и 73% в марте. На основе расчетов и экспериментов научно доказано, что использование домов, обогреваемых и охлаждаемых солнечной энергией, экономически целесообразно в климатических условиях Туркменистана. Проведенные теоретические расчеты и экспериментальные работы научно обосновывают возможность использования солнечной энергии для отопления домов в Туркменистане. Используя солнечную энергию, можно сократить на 60 процентов энергию, используемую для обогрева домов зимой.

Вывод

• 1.    Для отопления зданий используются альтернативные источники энергии.

• 2.    Экологический ущерб снижается. Производится экологически чистая энергия. «Солнце» повышает температуру дома на 8-12 К выше температуры обычного дома и считается экономичным.