- 7 янв. 2021 г.

Использование солнечной энергии. Солнечный дом Сократа.

Содержание:

Пассивное использование солнечной энергии
Активное использование солнечной энергии
Автоматизация инженерных систем

Ни для кого не секрет, что для создания комфортной среды обитания в доме требуются затраты тепловой и электрической энергии.

Современные здания и сооружения потребляют большое количество энергоресурсов. Расход энергии на тепло- и холодоснабжение зданий составляет более 40 % всего добываемого топлива.

Традиционное жилое здание потребляет 200–250 кВт•ч/(м2•год) тепловой энергии на отопление, вентиляцию и кондиционирование.

На сегодняшний день человечество живёт за счет потребления нефти, газа, угля и атомной энергии. Всё это исчерпаемые источники энергии, запасы которых ограничены.

По оценкам ведущих мировых специалистов нефти хватит на 40–50 лет, газа – на 60–70 лет, угля – значительно на больший срок, но при этом возникает масса экологических проблем.

На самом деле у человечества есть такие неисчерпаемые экологически безопасные источник энергии, как солнце и геотермальное тепло земли.

Согласно справочным данным годовое количество солнечной энергии, поступающей на единицу площади горизонтальной поверхности, равно:

в Санкт-Петербурге – 5 266 МДж/(м2•год)
в Москве – 5 697 МДж/(м2•год)
в Волгограде – 6 587 МДж/(м2•год)

С помощью современных гелиотехнических устройств может быть полезно использовано 10–50 % этой энергии.

В строительстве применяют пассивные и активные системы солнечного теплоснабжения зданий.

Пассивное использование солнечной энергии

Пассивное использование солнечной энергии состоит в непосредственном нагревании ограждающих конструкций зданий солнечной радиацией с последующей передачей теплоты в обогреваемые помещения.

В простой системе используется прямое улавливание солнечного излучения через большие окна расположенные на южной стороне здания, подобно солнечному дому Сократа (рис. 1).

Рисунок 1

Пять основных элементов солнечного дома:

Южное остекление
Козырёк от летнего солнца
Свободная планировка, для упрощения движения воздуха
Напольное и стеновое покрытие, которое хорошо поглощает солнечную энергию
Толстый слой теплоизоляции, для сохранения энергии на ночь

В более сложной системе используется пристроенная к зданию солнечная теплица.

В наиболее эффективной системе – стене Тромба – солнечное излучение поглощается вертикальными ориентированными на юг массивными темными стенами.

У наружной поверхности стены установлен стеклянный экран. У пола и потолка обогреваемого помещения имеются отверстия для подачи в помещение теплого воздуха из воздушной прослойки и отвода холодного воздуха в прослойку.

КПД современных пассивных систем солнечного теплоснабжения зданий может достигать 60–75 %. Пассивные системы не требуют применения специального оборудования, а потому их часто применяют в энергоэкономичных зданиях.

Активное использование солнечной энергии

В отличие от пассивного активное использование солнечной энергии основано на применении гелиоустановок, преобразующих солнечную энергию в тепловую (рис. 2).

Рисунок 2

Самая простая гелиоустановка состоит из солнечного коллектора, который улавливает солнечную энергию, и теплового аккумулятора – накопителя энергии.

На сегодняшний день известно множество различных видов гелиоустановок, обеспечивающих солнечное теплоснабжение зданий.

Для отопления и кондиционирования зданий широко применяют теплонасосные системы, использующие теплоту верхних слоев земли и грунтовых вод, так называемые тепловые насосы.

Они различаются по виду передачи тепловой энергии: воздух-вода, вода-вода, земля-вода, воздух-воздух. У всех разный КПД, есть свои плюсы и недостатки.

В ближайшей перспективе эффективным методом преобразования солнечной энергии в электрическую может стать преобразование на основе полупроводниковых солнечных батарей, что тесно связано с развитием нанотехнологий.

Специалисты утверждают, что сегодня уже созданы солнечные батареи с КПД 30–35 %, а в ближайшем будущем он достигнет 40–45 %. Через 20–30 лет этот тип солнечной энергетики станет экономически сравнимым с другими видами получения энергии.

Применение альтернативной и возобновляемой энергии решает вопрос о сохранении природных богатств и позволяет повысить устойчивость среды обитания для нынешнего и будущих поколений.

Еще одним видом активного использования солнечной энергии является системы, которые состоят из воздушных солнечных коллекторов, системы воздуховодов и аккумуляторов тепла. Иногда их комплектуют и резервным источником тепла.

В таких системах холодный воздух из помещения вентиляторами подается в солнечный коллектор где он нагревается, а дальше при помощи системы автоматики подается либо в накопитель (аккумулятор) тепла, либо непосредственно в жилые помещения.

Автоматизация инженерных систем

Главной целью внедрения автоматизированных систем жизнеобеспечения среды обитания объекта является повышение безопасности, создание оптимальных условий комфорта, обеспечение максимальной эффективности энерго- и ресурсопотребления.

Автоматизированная система управления является технической основой умных зданий.

Она предназначена для высокоэффективной реализации процессов и операций в современных зданиях и на территории застройки.

Инженерные системы объекта должны быть интегрированы в единый комплекс контроля и управления:

комфортом среды обитания объекта (тепловлажностным, воздушным, световым и акустическим режимами);
сбором и утилизацией отходов;
водоснабжением и утилизацией стоков;
расходами тепловой энергии на горячее водоснабжение, отопление и вентиляцию, расходом электрической энергии;
потреблением возобновляемых и вторичных энергоресурсов;
воздействием объекта на окружающую среду.