9. Назовите основные факторы, способствующие созданию здорового психологического климата на предприятии.
Приложение 1
По оценкам экологов, домашний воздух в 4-6 раз грязнее ив 8-10 раз токсичнее наружного. Даже если допустить, что эти цифры
несколько преувеличены в рекламных целях, они все равно впечатляют.
Последнее время на рынке появились как альтернатива обычным пылесосам центральные системы пылеудаления, не
загрязняющие внутренний воздух. Пылесос стационарно устанавливается в подвале или в другой подсобном помещении, и
снабжается клапаном для удаления запыленного воздуха наружу. В квартирах он может устанавливаться на балконах. По
дому разводятся пневмомагистрали. снабженные закрывающимися розетками для подключения шланга с уборочным
наконечником. При подключении шланга автоматически включается пылесос. Грубая пыль оседает в центробежном
фильтре, мелкая — удаляется наружу. Из-за отсутствия тонкого фильтра такой пылесос потребляет меньше электроэнергии.
Дополнительными преимуществами центральных систем пылеудаления является бесшумность их работы, отсутствие
необходимости таскать за собой пылесос, заменять фильтры. С другой стороны установка их требует устройства
пневмомагистралей. которая обойдется дешевле, если ее предусмотреть на этапе строительства или реконструкции.
Особенно выгодны центральные пылесосы в гостиницах, там они окупаются за 3 — 4 года, принося в дальнейшем чистую
прибыль.
Интересно отметить, что первые появившиеся пылесосы работали по схожей схеме. Их возили по улицам на повозках, а
шланг подавали в дома через окна всем желающим в качестве платной услуги. А в Императорском дворце в Ливадии уже в
начале XX века действовала центральная система пылеудаления. Пылесосный агрегат был установлен в подвале соседнего
корпуса. Возможно это была первая установка центрального пылеудаления в мире. Тем. у кого еще нет стационарного
пылесоса, можно порекомендовать направлять выхлоп обычного на балкон или в окно.
Современные системы вентиляции с рекуперацией тепла
Наиболее совершенные современные системы рекуперации имеют тепловую эффективность до 90 %. Однако этот
показатель нельзя считать КПД рекуператора, поскольку, он расходует электроэнергию на привод вентиляторов. Это
приводит к необходимости дополнительного расхода электроэнергии и может сопровождаться шумом. Для более точной
характеристики энергетической эффективности рекуператора используют отношение сэкономленной тепловой энергии к
дополнительно затраченной электрической. Строительные нормы некоторых стран требуют, чтобы это отношение было не
менее 8. В современных конструкциях удается добиться того, что для вентиляции односемейного дома средних размеров,
достаточно вентиляторов мощностью в 60 —70 вт. а уровень шума снижается до порога слышимости.
В Германии теплорекуперационные установки в системах вентиляции домов распространяются все шире, институтом
строительной техники рекомендуется применять устройства с возвратом не менее 70% тепла. Распространенным приемом
является пропускание приточного воздуха по проложенным под землей трубам, для его предварительного подогрева. В
экспериментах использовались пластмассовые, чугунные, бетонные трубы. Наилучшими были признаны бетонные с
полиэтиленовым вкладышем. Это один из примеров использования грунта в качестве сезонного теплоаккумулятора.
Для эффективной работы рекуператоров необходимо максимально снизить неорганизованный приток воздуха в дом. Для
выявления каналов такого притока в разработаны и применяются специальные методики. В квартирах создают
повышенное давление и по характеру его падения судят о степени герметичности здания.
При температурах наружного воздуха ниже 5 — 10 °С влага в удаляемом через рекуператор воздухе, начинает
конденсироваться и замерзать, закупоривая теплообменник. Для борьбы с этим явлением применяют предварительный
электроподогрев, периодическую смену направления потоков воздуха и другие приемы. Естественно
теплорекуперационные системы вентиляции предназначены для работы в течение отопительного периода, в теплое время
года они могут отключаться или работать на охлаждение.
Дополнительное преимущество жилиш с приточи о-вытяжной вентиляцией состоит в том. что в случае сильного
загрязнения или заражения наружного воздуха в результате техногенной аварии или террористического акта, они могут
защитить, внутренний воздух от воздействия неблагоприятных факторов. Для этого достаточно иметь в запасе воздушный
фильтр подобный используемым в бомбоубежищах, который может быть установлен в обычно перекрытом канале
приточного воздуховода.
Стоимость зарубежных вентиляционных систем с теплорекуперацией (в России они до сих пор не производятся)
составляет для дома средней величины несколько тысяч долларов. От них выгодно отличается низкой стоимостью
установка, разработанная в Белоруссии Е,И, Широковым.
Энергетический эффект управляемой вентиляции
Приведенные выше альтернативные простому воздухообмену методы регулирования качества внутреннего воздуха
позволяют без ущерба для качества последнего снизить воздухообмен в два и более раз и многократно уменьшить потери
тепловой энергии с вентиляцией. Тем самым "закрывается" последняя тепловая дыра, имеющаяся в традиционных домах,
и открывается возможность создания энергоэффективных домов, не нуждающихся в отоплении, так называемых
теплонулевых или пассивных. Только в Германии таких домов построено больше тысячи. Не следует думать, что из-за
более холодного климата такие дома в России построить невозможно. Некоторые немецкие дома имеют столь хорошие
энергосоерегаюшие показатели, что. и в условиях Подмосковья, они сохранили оы статус пассивных.
Отопление дома
При покупке автомобиля мы руководствуемся не только его дизайном и расцветкой, а уделяем внимание и техническим
характеристикам, таким как вид и расход топлива, тип коробки передач, скоростные возможности, легкость в управлении и
т.д. Только недалекий человек скажет: «Да что тут разбираться! Все они одинаковы, оформляйте вон ту, голубенькую». А
вот при выборе дома такая ситуация как ни странно, типична. Важнейшие технико-экономические показатели дома не
принимаются во внимание его будущими владельцами. И это в то время, когда благодаря происходящей революции в
домостроении разброс в технических характеристиках различных зданий очень велик.
Современный дом — сложное техническое сооружение со множеством технических характеристик. Важнейшим из них
является аналог расхода топлива у автомобиля — затраты на отопление в натуральном и денежном выражении. В
различных домах они могут отличаться в десятки раз.
Расходы на отопление зависят от теплопотерь дома. Теплопотери же зависят от отношения плошади наружной
поверхности к его объему, которое носит название коэффицента компактности. Чем это отношение меньше, тем меньше
потери. Для многоэтажных зданий характерен коэффицент компактности 0.2-0.3. для малоэтажных - 0.5-0.6. Таким
образом, у многоквартирного дома при прочих равных условиях за счет разности коэффицентов компактности потери
тепла будут меньше, чем у одноквартирного. Отсюда следует, что для достижения той же степени удельной
тепл©эффективности малоэтажное здание придется утеплять сильнее. Современные теплоизоляционные материалы дают
возможность справиться с этой задачей.
Очевидно, тепловые потери дома зависят от физико-географических условий, в первую очередь от суровости зимы.
Теплопотери в первом приближении пропорциональны снижению температуры и длительности периода с низкими
температурами. Поэтому суровость отопительного сезона характеризуется числом градусо-дней (ГСОП) - произведением
среднего отклонения температуры ниже 18 градусов на среднюю продолжительность в сутках отопительного периода.
Временные границы отопительного сезона по Российским нормативам (в других странах они могут быть иными)
определяются устойчивым переходом среднесуточных температур наружного воздуха через +8 °С. ГСОП задается в виде
карты с изолиниями, либо в виде таблицы с усредненными значениями для районов страны.
В первом приближении теплопотери зданий зимой пропорциональны понижению температур и длительности
отопительного периода. Это учитывается таким параметром как ГСОП — Градусо-Сутки Отопительного Периода. В Росии
ГСОП подсчитывается как сумма разностей температуры в 18 °С и среднесуточных температур, для каждого дня за
период, когда эти температуры опускались ниже 8 °С. причем сумма считается не по конкретному году, а по усредненному
по многолетним наблюдениям. Таким образом, затраты на отопление в том или ином географическом районе
пропорциональны этому показателю.
В других странах могут быть другие схемы подсчета ГСОП. в том числе, в них могут использоваться более одного ГСОПа,
например, и «ГСОП наоборот» или «горячий» ГСОП — показатель, характеризующий период, когда может потребоваться
охлаждение зданий. Таким образом. ГСОПы различных стран часто разные, и. поэтому, напрямую несопоставимы. Не все
авторы об этом знают, и часто в литературе приводятся зарубежные данные по ГСОП. и без пересчета сопоставляются с
Российскими, что вводит в заблуждение, как читателей, так и самих авторов, приводя тех и других, к ложным выводам.
Например, в Англии в ходу три отопительных ГСОПа с базовой теапературой 18.5. 15.5. 10 °С. в США дополнительно
используется «горячий» ГСОП. который характеризует уже охладительный период. Зная алгоритм подсчета того или иного
ГСОПа можно пересчитать его из одного стандарта в другой, например, в Российский. Так английский ГСОП для Лондона
по базе18.5 °С составляет около 2000. посчитанный же по Российским правилам он будет несколько менее 500. Отсюда, в
частности, следует, что теплопотери здания в Лондоне будут, при прочих равных условиях, приблизительно в 10 раз
меньше, чем в Москве (ГСОП около 5000).
Для России ГСОП равен 4800 в районе Москвы с размахом от 1044 в Сочи до 12045 в Оймяконе. В США аналогичный
показатель колеблется (исключая Аляску) от 0 до 3000. в Нью-Йорке — 2200. Для Германии характерны значения 2100 —
2900, В Берлине - 2400, для Швеции - 3400 - 4000, в Стокгольме - 3500, в Гетеборге 3000, в Париже - 1800. Как видно из
этих цифр, в США например, вдвое-втрое менее напряженный отопительный сезон, чем среднероссийский. Существуют
данные о среднестатистическом потреблении тепла на отопление старых жилищ, в России это 400 — 600 (вероятное
среднее 425), В США — 220, в Швеции, Финляндии — 135, в Германии 260 квт^час м~^год соответственно.
Если эти значения привести к единому, а именно, к среднероссийскому значению напряженности отопительного сезона в
4900 градусо-дней, то получим отопительные расходы в квт*час м~,ход соответственно: США - 399, Германия - 403,
Швеция - 165, Россия - 425. Как видно, все они близки, кроме Швеции, где они в 2.5 раза лучше, чем у остальных.
Близкими показателями к США и Германии не стоит, однако, утешаться, поскольку в экономически развитых странах уже
приняты серьезные программы по значительному снижению этих показателей. Так. в Германии, например, в 1999 году
нормы потребления отопительного тепла для новых зданий снижены до 30-50 квт*часм~вгод.
До середины 90 — х годов в Москве по строительным нормативам сопротивление теплопередаче стен должно было
составлять 0.8 -1.2 м"жград./вт. по современным требуется 3 м"жград./вт. В свете современных тенденций этого явно
недостаточно. В значительно более теплой Европе уже сейчас нормативные требования подняты в среднем до 5
м"жград./вт. И предполагается их дальнейшее поэтапное повышение.
Во многих научных работах указывается на существование предела, выше которого повышать термическое сопротивление
ограждающих конструкций (наружных стен и крыши) экономически невыгодно. В отечественной литературе в качестве
такого предела обычно указывается 3 м~*град. вт. в Финляндии, например. - 5 м~жград. вт.. что уже странно, поскольку, в
Финляндии теплее, так ГСОП для Хельсинки составляет 4200. Тщательный анализ этих работ показывает, что они
содержат фактологические и методологические ошибки. Если же их устранить, то теоретический анализ покажет
экономическую целесообразность радикального повышения теплозащиты зданий.
Приблизительно 30-40 лет назад появилось много дешевых теплоизоляционных материалов с теплоизоляционными
свойствами, значительно лучшими, чем у использовавшихся ранее. Это такие материалы, как минераловата. пеностекло,
экструзионный пен ополи стирол и т.д. Расчеты показывают, что при использовании для утепления внешней оболочки
здания слоя даже не самых эффективных, но широко применяемых современных утеплителей толщиной в 30 - 40
сантиметров, при сохранении нормативной величины площади остекления и использовании тепловозвращающих
устройств в системе вентиляции, можно достичь для коттеджа в среднероссийских условиях удельного показателя
теплопотребления в 30-40 квт*часм~*год. И это не предельные показатели, а возможный результат использования вполне
доступных и недорогих технологий. Как видно, это будет более чем десятикратное улучшение сравнительно со
среднероссийским уровнем для многоквартирных домов. Относительно одноквартирных домов кратность сокращения
потребления тепла будет еще выше.
Погодные условия. определяющие теплопотери. и внутренние
тепловыделения дома подвержены колебаниям во времени. Из-за их
непостоянства может чрезмерно изменяться и температура внутри дома. Для
компенсации этих периодически возникающих отклонений можно
применить систему терморегулирования, выполненную как маломощная
система отопления эпизодического действия. Питаться теплом она может от
сезонного или краткосрочного тепловых аккумуляторов, заряжаемых от
возобновляемых источников энергии.
Система обогрева энергоэффективного дома может содержать основную и
вспомогательную системы. Основная, обычно состоит из солнечного
теплового коллектора и теплоаккумулятора. запасающего тепло по суточным
и сезонным циклам. Конструкции аккумуляторов тепла могут быть
^^^^^^^ различными: в Швеции и Норвегии предпочитают твердотельные
аккумуляторы под домом; в США и Германии - жидкостные внутри дома (на
200 кв.м жилой площади - около 15 тонн воды). Обычно такие системы стоят недешево, однако их можно сделать менее
дорогими, используя местные материалы и комплектующие.
Чтобы в пассивном доме температура не колебалась чрезмерно, что может быть при сильных колебаниях наружной
температуры, может потребоваться система термокоррекции. Однако, считать ее системой отопления было бы
неправильно ввиду ее маломощности и лишь эпизодического использования. Система отопления при резком похолодании
увеличивает свою мощность, система коррекции температуры - лишь временно включается.
Вспомогательной отопительной системой могут быть камин или небольшая печь медленного горения. Фирма КОМАХ
использует в качестве вспомогательной или "аварийной" систему электроподогрева пола с использованием ночного
электричества мощностью 2 Вт кв.м жилой плошади. Еще одним вариантом является система слабых электронагревателей
расположенная по контуру окон, кроме основной функции подогрева дома она дополнительно выравнивает радиационную
температуру в районе окон.
Передача тепла между телами может осуществляться как контактным путем, так и излучением. Например, с его помощью
Лучистая система терморегулирования
Передача тепла между телами может осуществляться как контактным путей, так и излучением. Например, с его помощью
Земля получает энергию от Солнца, и греются сидящие вокруг костра люди, поскольку горячий воздух уходит вверх и в
согревании не участвует. Любой нагревательный элемент отдает тепло обеими способами. Количественное соотношение
между ними может быть различным. Воздушное отопление является наименее комфортным видом отопления, хотя
технически оно легче всего осуществимо. Самым комфортным является лучистое, но оно же и самое дорогое.
Промежуточное положение занимает наиболее распространенное батарейное отопление. Считается, что отопительные
батареи отдают около 20 - 40 % тепла излучением, а остальные 60 - 80 % - конвекцией, за что и называются еще
конвекторами. Нагревательные приборы называются конвекторными или лучистыми в зависимости от того, какой тип
теплоотдачи у них преобладает. Соответственно и системы отопления делят на конвективные и лучистые. Считается, что
нагревательный прибор или система отопления, относятся к лучистому типу, если они более половины тепловой энергии
отдают через излучение.
По оценкам специалистов в обычном состоянии около половины всего теплообмена человека с окружающей средой
происходит посредством испускания и поглощения теплового излучения. Оставшаяся половина приходится на
конвективный теплообмен с воздухом и на потерю скрытой теплоты в с влагой выдыхаемого воздуха. Организм человека
различно реагирует на лучистое и контактное тепло. Специально проведенные эксперименты показали, что человек
гораздо более чувствителен к температуре окружающих поверхностей, чем к температуре воздуха вокруг него. Было
установлено, что он "любит" лучистое тепло и "прохладно" относится к контактному. Он ощущает тепловой комфорт, когда
окружен теплыми поверхностями и прохладным воздухом, и напротив, положение, когда воздух теплый, а поверхности
холодные ощущается как дискомфортное. Именно поэтому, если в остывшем зимой доме быстро прогреть воздух (что
несложно) ощущения тепла все равно не будет, пока не прогреются стены и предметы интерьера, на что уходит много
времени. Так же. находящийся зимой напротив окна человек ощущает, что на него "веет холодом", даже если никакого
сквозняка нет. Это происходит из-затого. что тело в направлении окна тепло излучает, а в ответ такого же тепла не
получает, поскольку относительно холодное оконное стекло, в отличие от нагретых стен и мебели, излучает меньше тепла.
Поэтому низкотемпературные лучистые системы отопления считаются наиболее комфортными и гигиеничными, но они
же и самые дорогие, поэтому в индустриальном строительстве применяются реже. В то же время, ранее широко
применявшееся печное отопление относится к низкотемпературному лучистому типу. Камин также отдает тепло по
преимуществу излучением. Однако, его тепло имеет более высокую температуру, что с точки зрения гигиены хуже.
Лучистые отопительные приборы могут быть высоко- и низкотемпературными. К высокотемпературным относится,
например, камин, к низкотемпературным - напольное и печное отопление. При температуре отопительного прибора выше
70 °С. на его поверхности начинает разлагаться органическая пыль, всегда присутствующая в воздухе помещения. При этом
выделяются неприятные запахи. Поэтому строительные нормы ограничивают температуру отопительных приооров 65 -
70-ю градусами. Кроме того, у медиков имеются подозрения, что высокотемпературное тепловое излучение, при
длительном воздействии, может вызывать некоторые заболевания, в том числе рак кожи. Таким образом, печное и
напольное отопление предпочтительнее каминного, как с гигиенических позиций, так и сточки зрения эффективности
использования топлива.
Небольшую печь можно рекомендовать для всех домов, в том числе, пассивных, в них она будет выполнять роль
страховочного теплогенератора, на случай каких либо аварий или экстремально низких температур. В печь дополнительно
можно вмонтировать термоэлектрогененратор. превратив ее в домашнюю резервную теплоэлектростанцию. Много
электроэнергии таким образом получить не удастся, но для энергоэкономных освещения и некоторых бытовых приборов
этого хватит. В энергоэффективных домах печь обычно делают элементом массивного каменного или кирпичного
«сердечника» дома, повышающего его тепловую инерцию. В этом случае каменный сердечник одновременно служит и
теплоаккумулятором. Таким образом, печь возвращается в современные высокотехнологичные жилища. Неслучайно слово
беспечный произошло от характеристики хозяина, не имеющего печи.
При лучистом напольном отоплении требуется более низкая температура теплоносителя чем при конвективном (30 - 40
против 70 -80 ^С). Эта особенность оказывается весьма выгодной, при теплоснабжении от тепловых насосов, поскольку
эффективность последних ощутимо растет с уменьшением разности температур, на которой они работают.
В доме низкого энергопотребления требуется менее мощный котел и система распределения тепла. Можно обойтись вовсе
без радиаторов, конвекторов и прочих отопительных панелей и связанных с ними неудобств и потерями полезной
площади. Вместо них достаточным будет пропустить по периметру внешних стен гладкую металлическую трубу
увеличенного диаметра. Это в том числе, повысит равномерность прогрева помещений. Другой вариант состоит в
устройстве подогреваемого водяными полимерными трубами пола, но не всего, а. опять же. по периметру внешних стен.
Все приведенные схемы отопления энергоэффективного дома являются лучистыми или по преимуществу лучистыми, а.
следовательно, комфортными. В пассивном доме, не нуждающемся в отоплении, характер теплообмена будет также
аналогичен тому, который устанавливается при лучистом отоплении.
Летний эффект теплоизоляции
Эффект от хорошей теплоизоляции будет противоположным летом и зимой. Если зимой она будет способствовать
сохранению тепла в доме, то летом наоборот сохранению прохлады. Теплоизоляция зимой будет препятствовать
остыванию, летом - перегреву. Это особенно важно в жарком климате, где перегрев дома летом более насущная проблема,
чем охлаждение зимой. Так в США на летнее охлаждение домов тратится больше энергии, чем на зимнее отопление. Таким
образом, термоизоляция дома способствует сбережению энергии и в южных районах, позволяя отказываться от энерго и
капиталозатратных систем кондиционирования.
Дом восходящего солнца
Энергоснабжение экодомое от ВИЭ
Для снабжения экодомов необходимым теплом и электроэнергией предпочтительны возобновляемые источники энергии
(ВИЭ). Для получения возобновляемой энергии могут использоваться: солнечное излучение, ветер, течение рек и ручьев,
низкотемпературная энергия земли, воды и воздуха, энергия биомассы, геотермальная энергия, приливы, волны, разность
солености морской и речной воды, разность температур на поверхности и в глубине морей и т.д.
Согласно классификации ООН. к возобновляемым источникам энергии относятся энергия солнца, ветра, биомассы,
приливов, разности температур слоев воды в океанах, геотермальная, гидравлическая и ряд других. Доступность у этих
источников энергии разная, к самым распространенным относятся солнечная и ветровая, другие приурочены к отдельным
регионам, как геотермальная, третьи доступны лишь для немногих местах.
Наибольший интерес для энергоснабжения жилиш представляет солнечная энергия, вплоть до высоких широт, порядка 60
— 70 градусов, ее приход, вопреки расхожему мнению достаточно велик. Мнение энергетиков о том. что у солнечной
энергии низкая плотность, пора считать архаизмом. Действительно, ее плотность такова, что в умеренных широтах
энергия, падающая непосредственно на здание, многократно превышает потребности энергоээффективного дома в ней.
Было бы ошибочнным утверждать, что ВИЭ экологически безупречны, но ущерб от них несравненно меньше, чем от
традиционной энергетики. Строго говоря, крупные гидроэлектростанции и древесное топливо тоже представляют собой
возобновляемые источники, однако они относятся одновременно и к традиционным источникам в т.ч. подобно им.
наносят серьезный ущерб окружающей среде.
Использование ВИЭ в России имеет длительную историю. Так. в начале XX века их доля в общем топливно-
энергетическом балансе страны достигала 90%. причем около 40% приходилось на дрова, около 20% - на ветер и столько
же - на торф. Период индустриализации привел к полной централизации хозяйственной жизни, в том числе и
энергоснабжения, вытеснив все автономные энергоустановки, к которым относятся и ВИЭ. доля которых составляет ныне
не более 1%.
Солнечная энергия
Первичной энергией для жизни на Земле за небольшим исключением является солнечная. Она. как показывают расчеты, в
большинстве районов Земли может быть и основным источником энергии для экодома. Идея "солнечного дома" имеет
солидный возраст, а если обратиться к традиционным верованиям, имеет еще и мистическое обоснование. Экологически
«сознательное» здание должно максимально полно использовать солнечное излучение.
При отсутствии атмосферы на земле на перпендикулярную излучению площадку в 1 м" падало бы 1400 вт энергии. Эта
величина называется солнечной постоянной. Она колеблется в зависимости от активности Солнца, но незначительно. При
отсутствии облаков земная атмосфера рассеивает около 20% всей солнечной радиации. В целом, в ясный солнечный день
около 80% энергии солнечного излучения достигает земной поверхности. В среднем же из-за экранирования облаками
земной поверхности доходит 52% солнечной энергии. Всего на Землю на уровне моря приходит ежегодно около 800
триллионов мегаватт часов солнечной энергии, что примерно в восемь тысяч раз больше, чем вся современная выработка
энергии человеком.
Рис. 4.22. Годовой радиационный баланс Земли.
Баланс отнесем к 100 % солнечной радиации, приходящей на верх-
нюю границу атмосферы: а — коротковолновая солнечная радналия:
6 — длинноволновая раднвцкя Земли (по (29)).
Спектральный состав солнечного излучения приведен в Таблице 1.
Устройства, преобразующие солнечную энергию в тепло, используют длинноволновую (инфракрасную) часть спектра, преобразующие
в электроэнергию — коротковолновую. Как видно из таблицы, тепловое солнечное излучение на уровне земной поверхности в
энергетическом выражении в 1.2 раза превышает оптическое.
Таблица 1. Энергетический спектр солнечного излучения
|
| На
| У
|
|
| верхней
| земли
|
|
| границе
|
|
|
| атмосферы
|
|
| Ультрафиолет
|
|
|
|
| %
| %
|
| Видимый
|
|
|
| свет
| %
| %
|
| Инфракрасное
|
|
|
| (тепловое)
| %
| %
|
| излучение
|
|
|
| Всего
|
|
|
Характеристики солнкчного излучения на верхней границе атмосферы и на уровне моря приведены на рисунке.
В ясную погоду, на какой бы широте и в какое бы время года мы ни находились, на перпендикулярную к солнечным лучам
площадку поступит почти одинаковое количество энергии. Солнечная радиация в том или ином географическом районе
характеризуется средними годовыми, месячными, суточными значениями приходящей энергии на единичную
горизонтальную и вертикальную единичные площадки. Ясно, что при высоком стоянии солнца над горизонтом больше
придет энергии на горизонтальную площадку, при низком — на вертикальную. Первые условия наблюдаются в
приэкваториальной зоне, вторые — в северных широтах. В средних широтах, как правило, летом больше поступает энергии
на горизонтальную площадку, зимой — на вертикальную. На наклонную ориентированную на солнце площадку придет
больше энергии, чем на горизонтальную или вертикальную. Основными факторами, определяющими приход солнечной
энергии в том или ином географическом районе, являются широта и облачность. При одинаковой широте
континентальный климат, как менее облачный, будет более благоприятен для солнечной энергетики, чем морской.
В центральной Европе годовой приход солнечной радиации составляет 1.1 мвт*часм~. в районах Сахары - 2.3 мвт*часм~.
В России приход солнечной энергии на горизонтальную поверхность колеблется от 0.7 мвт^час м~,ход на севере до 1.5
мвт*час м~,ход на юге. В таблице 2 приведены эти показатели для некоторых российских городов.
Таблица 2. Среднегодовой приход солнечной энергии на горизонтальную площадку.
| Город
| мвт.час м^од
|
| Архангельск
| 0.85
|
| Петербург
| 0.93
|
| Москва
| 1.01
|
| Екатеринбург
| 1.1
|
| Омск
| 1.26
|
| Новосибирск
| 1.1-1
|
| Ростов на Дону
| 1.29
|
| Астрахань
| 1.33
|
| Краснодар
| 1.-10
|
Карта распределения среднегодовой приходящей
солнечной энергии на территорию РФ
Элементарный расчет показывает, что в средней
полосе России двухэтажный коттедж,
занимающий в плане 100 м~. за год получает от
солнца более 160 мегаватт,.час энергии, что
превышает всю его годовую потребность даже при
нынешнем расточительном потреблении энергии.
Или теоретически солнечного тепла приходящего
за год на 1 м~ в Москве достаточно для того чтобы
вскипятить 10 кубометров воды. Однако,
технически сейчас можно полезно использовать
только порядка трети приходящей солнечной
энергии, энергию солнечного излучения с помощью гелиоприемных устройств можно превратить в электрическую,
химическую или тепловую. Это превращение может быть как прямым, так и многоступенчатым. У каждого способа есть
свои достоинства и недостатки.
1еплоеые солнечные оатареи
Тепловые солнечные коллекторы превращают энергию солнечного излучения непосредственно в тепло, нагревая
теплоноситель — воду, антифриз, воздух. Достоинством тепловых солнечных преобразователей является высокий КПД и
относительно низкая стоимость. У современных коллекторов КПД достигает 45 - 60%. Однако, потребности в
низкотемпературном тепле летом в доме невелики, а. в связи с трудностью его длительного хранения, до зимы его
сохранить сложно. Технология же преобразования солнечного тепла в электроэнергию, используемая на крупных
энергостанциях, для дома слишком сложна. Этими фактами определяются сравнительно небольшие площади, отводимые
под гелиоколлекторы в энергоэффективных домах, которые используются, главным образом, для горячего водоснабжения.
С детства мы знаем, что с помощью собирательной линзы от солнечного света можно зажечь бумагу. Эффективность
солнечных коллекторов повышается, если они снабжены теми или иными концентраторами излучения. В зависимости от
наличия или отсутствия концентраторных устройств тепловые коллекторы разделяются на плоские и концентраторные.
Плоские коллекторы наиболее просты и дешевы, однако дают лишь низкотемпературное тепло, сфера применения которого
в домовом энергохозяйстве ограничена. Концентраторные коллекторы более эффективны, но достаточно сложны, в т.ч. в
эксплуатации, и дороги из-за необходимости поворотных систем слежения за солнцем. Поэтому в домашней энергетике
они почти не используются.
Плоский тепловой коллектор представляет собой плоский ящик с прозрачным покрытием, обращенным к солнцу и
теплоизолированными, во избежание теплопотерь. остальными поверхности. Внутри находится система трубопроводов
для теплоносителя (воздуха или жидкости) с крылышками из теплопроводного материала, увеличивающими
эффективность теплосбора. В качестве прозрачного экрана используется стекло с максимальным пропусканием солнечного
спектра.. Крылышки и сами каналы покрываются каким либо темным составом, либо селективным покрытием. Последнее
подбирается так. что хорошо поглощает солнечное излучение (соответствующее телу, нагретому до 6300 °К). но в свою
очередь слабо излучает при обычных Земных температурах (порядка 300 °К). Это уменьшает теплопотери коллектора
собственным тепловым излучением, но удорожает изделие
Если откачать из коллектора воздух, то его собственные теплопотери уменьшатся. Так устроены вакуумные коллекторы,
однако, в этом случае вакуум удается соблюсти только внутри цилиндрических стеклянных трубок окружающих каналы с
теплоносителем. Плоский лист стекла не в состоянии выдержать атмосферное давление, составляющее 10 тонн на
квадратный метр. Выпускаются, однако, и коллекторы с пониженным давлением воздуха внутри, для противодействия
атмосферному давлению их передняя стеклянная стенка укрепляется металлическими подпорками. Вакуумные и с
пониженным давлением коллекторы дороже обычных, но лучше работают зимой и в облачную погоду. Зимой солнце,
вопреки расхожему мнению, не только светит, но и греет, и даже несколько сильнее из-за того, что ближе к Земле.
поскольку на зиму в северном полушарии приходится перигелий (минимальный радиус) Земной, слегка эллиптической
солнечной орбиты.
Наибольшее распространение получили жидкостные коллекторы, кроме собственно коллектора, они требуют наличия бака
накопителя для нагретой воды, соединительных трубопроводов и запорно-регу'лируюшей аппаратуры. Естественно, бак
накопитель и трубопроводы, также нуждаются в утеплении. Если бак накопитель расположен выше коллектора, то в
системе возможна естественная циркуляция теплоносителя, в противном случае используется циркуляционный насос.
Применение автоматического регулирования
повышает эффективность работы всей
системы, в этом случае, в частности,
возможен автоматический слив воды из
коллектора при угрозе его замерзания, что
важно при работе в холодное полугодие.
Другой способ борьбы с замерзанием —
использование антифриза. Однако все
антифризы недешевы. особенно
экологически безвредные, обладают меньшей
теплоемкостью и большей вязкостью (вода по
теплотехническим показателям — чемпион),
требуют периодического технического
обслуживания, поэтому их использование
ограничено.
Еще одна разновидность солнечных
коллекторов — накопительные. В них бак
накопитель совмещен с коллектором, т.е.
внесен в теплоизолированный объем
коллектора. Это с одной стороны упрощает
конструкцию всей установки, с другой —
предъявляет повышенные требования к
прочности несущих кровлю конструкций.
Тепло, полученное от солнечных
коллекторов, может использоваться для
горячего водоснабжения и отопления, напрямую или через теплообменники. Наилучшим образом с солнечными
теплоулавливающими установками сочетается водяное напольное отопление, как самое низкотемпературное (требуемая
температура теплоносителя 30 — 35 °С). Оно же является наиболее гигиеничным и комфортным. Воздушные солнечные
коллекторы проше жидкостных, однако, в связи с недостатками воздушного отопления они используются реже.
Считается что на один м~ плогцади коллектора необходимо иметь не менее 50 литров объема бака накопителя. Желательно
делать бак накопитель высоким и прямым, чтобы температура в нем располагалась слоями. Разность температур в таких
накопителях может составлять 80 градусов. Трубопроводы между коллекторами и баком накопителем, в случае
естественной циркуляции, должны прокладываться с уклоном не менее 1-2 градусов. Наилучшей для коллектора будет
ориентация на юг. однако отклонения до 20 градусов от этого направления на производительность влияют мало.
Оптимальный угол наклона к горизонту' зависит от широты местности и задачи, которую решает солнечная установка.
Максимум тепла коллектор даст, когда его ориентация по отношению к солнечным лучам будет в среднем по времени
солнечного сияния ближе к перпенди
