Использование солнечной энергии. Солнечный дом Сократа.
- Алексей Тутов
- 7 янв. 2021 г.
- 3 мин. чтения
Обновлено: 6 сент. 2023 г.
Содержание:
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).
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).
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.
Результат достигается за счет существенного повышения качества работы систем жизнеобеспечения среды обитания.
Comments