Сельский солнечный дом с гелиотеплицами, солнечными батареями и водонагревательной установкой | Статья в журнале «Молодой ученый»

Библиографическое описание:

Вардияшвили А. А., Хужакулов С. М., Вардияшвили А. А., Вардияшвили А. Б. Сельский солнечный дом с гелиотеплицами, солнечными батареями и водонагревательной установкой // Молодой ученый. — 2013. — №10. — С. 108-110. — URL https://moluch.ru/archive/57/7788/ (дата обращения: 17.10.2018).

В Узбекистане накоплен значительный опыт проведения научных и экспериментальных исследований в области применения альтернативных источников энергии, прежде всего солнечной энергии, по которым разработки проводятся в течение многих десятилетий.

Ежегодный прирост потребностей человечества во всем мире на электрическую энергию и глобальные проблемы экологии представляют актуальность разработки и внедрения источников альтернативной энергетики. Источниками альтернативной энергетики, разработанными и внедренными по настоящее время являются: энергии солнца, ветра, воды, биомассы, геотермальных вод. Как подчеркнуто в Указе Президент РУз «О мерах по дальнейшему развитию альтернативных источников энергии» от 1 марта 2013 года перспективным для нашей Солнечной страны являются использование солнечной энергии и биотоплива.

В связи с растущим дефицитом органического топлива (нефти, газа) и обострением проблемы охраны окружающей среды в настоящее время за рубежом и у нас в республике вопрос об использовании возобновляемых и нетрадиционных источников энергии стал более актуальной проблемой. Результаты многолетних исследований показывают, что использование энергии Солнца и нетрадиционных источников энергии для получения холода, для теплохладоснабжения теплиц, охлаждения домов является наиболее естественным, экологически чистым и экономически целесообразным способом.

Целью работы является разработка принципиальной схемы солнечного дома с гелиотеплицами, солнечными батареями и солнечной водонагревательной установки для горячего водоснабжения отопления и освещения помещения площадью 100 м2.

Энергетическая политика ХХI века будет основываться на использовании нетрадиционных, возобновляемых, экологически чистых источников энергии: солнечная энергия, энергия биогаза, ветра, тепло Земли, воды, наружного воздуха и т. п. Одним из значительных подтверждений этого тезиса является одобренная Комиссией Европейских сообществ в начале 2008 года программа по борьбе с глобальным изменением климата, предусматривающая увеличение доли использования возобновляемых источников энергии с 8,5 до 20 % [1].

Общий поток энергии , излучаемой Солнцем во всех длинах волн в окружающее пространство, составляет 3,86.1026Вт(3,86.1033 эрг/с).

Земля получает от Солнца 1,57.1018 кВт.ч/год энергии, что в десятки тысяч раз больше энергии, чем годового потребления человечеством всех видов энергии [1].

Как показывают результаты многолетних исследований, в южных районах республики, почти весь жаркий период года (апрель-октябрь), характеризуется устойчивой и сухой погодой. В этот период интенсивность солнечного излучения — освещенность достигает до 850–900 Вт/м2 а влагосодержание воздуха колеблется в пределах 5–15 г/кг, т. е. имеет высокий термодинамический потенциал сушки, что создает благоприятные условия для отопления домов и зданий подогрева и опреснения воды, сушки фруктов, табака, древесины и других материалов [2].

В солнечных теплицах в режиме работы с использованием теплоты дымовых газов от малой котельной экономия энергии составляет 55–65 % т. е. 30–32 кг. у.т./м2 инвентарной площади теплицы. При сушке сельхозпродуктов в солнечных сушильных установках с 1 кв. метра экономия топлива составляет 10–13 м3/ день природного газа. Водонагреватель в летний период при солнечной радиации 700–800 Вт/м2 и наружной температуре атмосферы 30–32 0С, позволяет получить с каждого квадратного метра поверхности 1200–1400 кДж тепла с температурой горячей воды 50–550С, в условия г. Карши, составляет 0,18–0,2 т.у.т/год [2].

Выращивание овощей в условиях защищенного грунта является весьма энергоемким процессом, требующим значительных расходов дефицитных энергоресурсов.

Снижение энергозатрат на эти цели, в том числе за счет применения солнечной энергии, и отходного тепла теплогенерирующих установок являются одним из путей энергосбережения, особенно в условиях перехода к рыночным отношениям. Так, в среднем по республике на обогреве 1 га защищенного грунта требуется до 4 Гкал/час или более 560 т.у.т./час.

Так, для теплоснабжения одного тепличного комбината площадью 6 га в год расходуется до 5 млн. м3 или 6,4 тыс. т.у.т. При этом надо учесть, что до 30 % общей потребности в тепле покрывается за счёт использования солнечной энергии [2]. В работе рассматривается вопрос использования продуктов сгорания газового топлива для обогрева теплиц и подкормки растений углекислотой, т. е. подача отходящих дымовых газов с содержанием 10–12 % углекислого газа от малой котельной, работающей на природном газе Шуртанского месторождения, где используются одновременно охлажденные дымовые газы для подгромки растений и тепло для обогрева теплицы с целью обеспечения прохождения нормального фотосинтеза. Для климатических условий Республики потреблении тепловой энергии, выраженное в натуральных показателях расхода условной топливы (кг/м2), составляет: при выращивании томатов 55–75; огурцов 50–70; и роз 45–55.

Из общего потребления тепловой энергии в ночное время расходуется 75 %, днем 25 %. Теплопотери в теплицах состоят из потерь через ограждающие конструкции и грунт. Коэффициент теплопроводности однослойного стеклянного ограждения составляет 6,33 Вт/м2 °С, двухслойного стеклянного ограждения 3,4 Вт/м2 °С, двухслойной полиэтиленовой пленки 5,1 Вт/м2 °С. Самым эффективным способом снижения затрат на отопление теплиц считаются двухслойные стационарные ограждения. В воздушной прослойке с толщиной не менее 10 мм отсутствует циркуляция воздуха, является эффективной теплоизоляцией, снижается её теплопроводность в два раза. По сравнению с одинарным остеклением экономия энергия составляет 30–40 % [2, 5].

Отдача тепла трубной системой обогрева при температуре теплоносителя 60–80°С осуществляется на 50 % излучением и на 59 % конвекцией. Эффективность системы обогрева с низким расположением труб в зоне роста растений достигает 10 %.

В условиях работы теплицы площадью 200 м2 при использовании отходящих газов от котельных, работающих на природном газе концентрацию углекислого газа в воздухе внутри теплицы установили на уровне 0,2÷0,3 %, т. е. в десять раз больше природной с содержащем 10÷12 углекислого газа, из расчета 10÷20 г на 1 м3 объема теплицы.

Следует отметить что, в солнечной теплице в режиме работы с использованием теплоты дымовых газов от малой котельной экономия энергозатрат составляет 45÷55 %, т. е. 25÷30 кг.усл. т/м2 инвентарной площади теплицы [5].

Нами разработан способ комбинированного использования солнечной энергии и вторичных энергоресурсов в гелиотехническом комплексе «теплица — солнечный сельский дом» с целью экономии энергии и утилизации дымовых газов в контактных теплообменниках.

Наиболее приемлемым вариантом с позиции энергетического анализа является режим одновременно существующей потребности в охлаждении и отоплении оба потребителя могут быть соединены друг с другом посредством теплового насоса. Периоды кондиционирования воздуха в солнечном сельском доме и эксплуатации теплиц хорошо сочетаются, так как один из них- теплица является потребителем тепла а другой — требует охлаждения (рис.1).

Рис. 1. Принципиальная схема системы тепло- и холодоснабжения солнечного сельского дома с гелиотеплицами: 1-циркуляционный насос; 2-аккумулирующий бак горячей воды; 3-электромагнитные вентили; 4-солнечный водонагреватель; 5-бак горячей воды для теплоснабжения сельского дома; 6-потребитель горячей воды; 7-бак горячей воды для системы отопления теплицы; 8-малая котельная — источник тепла дымовых газов; 9-водяной теплообменник; 10-отопительный прибор; 11-внутрипочвенный теплоаккумулирующий канал; 12-солнечная теплица; 13-регулирующий вентиль теплового насоса; 14-теплонасосная установка; 15-компрессор теплового насоса; 16-испаритель теплового насоса; 17-конденсатор теплового насоса; 18-солнечный сельский дом.

В совместной системе тепло- и хладоснабжения теплиц и солнечного сельского дома 18 тепловой насос (ТН) 14 устанавливается между солнечным домом 18, и теплицы 12. Солнечный дом 18, охлаждается с ТН, 14 тепла вентиляционных выбросов отнимается испарителем ТН 16. Затем пары хладоагента сжимается в компрессоре 15 и становится перегретым. Конденсатор ТН 17 погружен в бак — аккумулятор 2, где происходит конденсация паров хладоагента и вода нагревается до 50¸60°С. С помощью циркуляционного насоса 1 горячая вода из бака — аккумулятора 2 проходит через водяной теплообменник 9, где вторично нагревается отходными дымовыми газами 8, до температуры 90¸100°С и поступает в отопительный прибор 10 теплицы. При необходимости охлажденные продукты сгорания 8 можно подавать через внутрипочвенный теплоаккумулирующий канал 11, и затем в теплицу для подкормки растений углекислым газом. Солнечный водонагреватель 4 предназначен для отопления солнечного дома и регулируются вентилями 3 и 13. Солнечная батарея 5 м2 площадью, представляет собой последовательно-параллельное соединение отдельных кремниевых фото преобразователей, устанавливается на крыше солнечного сельского дома площадью 100 м2 для обеспечения его освещением в течение всего года.

Концентрация углекислого газа в воздухе внутри теплицы устанавливается на уровне 0,2÷0,4 % при подаче отходящих дымовых газов от котельных из расчета 10÷20 г на 1 м3 объема теплицы в день в отопительный период.

На гелиополигоне, на котором размещены опытные гелиотеплицы с теплоаккумулирующей системой, солнечные опреснители, солнечные водонагреватели с баком аккумулятором, воздухонагреватели и др., выполняются экспериментальные работы по теплотехнике, холодильной технике, отоплению, вентиляции и кондиционированию воздуха, которые позволяют получить экспериментально-теоретические результаты по исследованию теплиц, опреснителей и солнечных домов.

Использование солнечной энергии в теплицах, и солнечном доме может с экономить значительную часть энергии, но всё же её недостаточно для полного теплового обеспечения.

Поэтому комбинированное использование солнечной энергии и энергетических отходов промышленных предприятии и теплогенерирующих установок в теплицах, солнечном доме позволит повысить возможность полного исключения прямого и косвенного потребления ископаемого топлива.

Полученные результаты экспериментальных и расчетных исследований солнечной теплицы с площадью 200 кв. м.. с использованием тепловых отходов (теплоты дымовых газов), подтверждают реальную возможность комбинированного использованим солнечной энергии и бросового тепла энергетических установок и при этом экономия энергозатрат составляет 32–34 кг.у.т.с.1м2 инвентарной площади теплицы.

Выполненные исследования и предварительные расчеты показывают что, за счет применения тепловых насосов в системе теплохладоснабжения солнечного дома энергосбережение составляет 30–40 % от общих затрат энергии [3, 4, 5].

Предлагаемый способ комбинированного использования солнечной энергии и нетрадиционных источников энергии в теплицах — и солнечном доме, позволяет применение теплоты конденсации вторичного пара, дымовых газов для тепло хладоснабжения теплицы- и подкормки выращиваемых растений с углекислотой в период, когда солнечная радиация низкая и дает возможности полного исключения прямого и косвенного потребления топливных ресурсов.

Таким образом исследование и предварительные расчеты показывают, что предлагаемая экспериментальная система теплоснабжения и кондиционирования воздуха предназначенная для одноквартирного солнечного, сельского дома с улучшенной теплоизоляцией, рассчитанного на проживание семьи из 5 человек в отапливаемом доме площадью 100 м2, обеспечивает в течении всего года горячим водоснабжением, освещением и отоплением.

Литература:

1.         Безруких П. П., Арбузов Ю. Д., Борисов Г. А. и др. Ресурса и эффективность использования возобновляемых источников энергии в России./ С пб; Наука, 2007 г. — 314 с.

2.         Возобновляемые источники энергии. /В кн.: Первое национальное сообщение Республики Узбекистан по Рамочной конвенции ООН об изменении климата. Фаза 2. Главное Управление по гидрометеорологии при КМ Республики Узбекистан -Ташкент, 2001.- С. 34–36.

3.         Вардияшвили Аф.А., Вардияшвили А. Б. и др. К вопросу поступления эффективной солнечной радиации в здания и помещения сб. науч. тр. рес. н-пр. конфер. «Повышение энергоэффективности жилых и общественных зданий Узбекистана» ТАСИ 7–8 сентября 2012 г. г.Ташкент, с. 37–39.

4.         В. Г. Лабейш. Нетрадиционные и возобновляемые источники энергии. Учебное пособие. — С –пб. 2003 г. С3ТУ, -79 с.

5.         С Такака, Р. Суда. Жилые дома с автономным солнечным теплохладоснабжением. Перевод с яп. Под. ред. М. М. Колтун., Г. А. Гухман., М. Стройиздат, 1989 г. -184 с.

6.         Вардияшвили Аф.А., Вардияшвили А. Б. и др. К вопросу энергетического режима гелиотеплиц, обогреваемых непосредственным сжиганием в них природного газа. Сб. матер. рес. н-техн. конфер. ТГТУ. Ташкент; 2010 г. –с. 153–156.



[1] Грант РУз ИТД-4–15 Карши ГУ.

Основные термины (генерируются автоматически): солнечная энергия, солнечный дом, углекислый газ, теплица, нетрадиционный источник энергии, природный газ, комбинированное использование, инвентарная площадь теплицы, тепло, альтернативная энергетика.


Похожие статьи

Теплотехнический метод расчета гелиотеплиц с использованием...

В солнечных теплицах в режиме работы с использованием теплоты дымовых газов от малой котельной экономия энергии составляет 55–65 % т. е. 30–32 кг. у.т./м2 инвентарной площади теплицы.

Обоснование эффективности применения пиролизной установки...

природный газ, отопительный период, тепловая энергия, полезная площадь, отопление гелиотеплицы, солнечная радиация, условное топливо, III, период отопления, расход топлива.

Альтернативные источники солнечной энергии...

Основные термины (генерируются автоматически): Россия, альтернативный источник энергии, альтернативная энергетика, солнечная энергия, солнечная панель

электроэнергетика, альтернативные источники энергии, солнечная энергия, солнечные батареи, жилые дома.

Использование низкопотенциальной солнечной энергии...

В солнечных теплицах в режиме работы с использованием теплоты дымовых газов от котельной экономия энергия затрат составляет 45–55 %, т. е. 25–30 кг.у.т./м2 инвентарной площади теплицы.

Двухскатная теплица с эффективным использованием...

Для теплиц могут быть традиционные или альтернативные источники энергии. Этот вопрос можно считать решенным, так как использование солнечной энергии для теплиц позволяет не только экономить природное топливо, но и способствуют охране окружающей среды.

Перспективы использования солнечной энергии для отопления...

В статье рассмотрено использование солнечной энергии для отопления дома в России и по сравнению с использованием в Европе. Ключевые слова: солнечная энергия, отопление, Солнечные ресурсы.

Солнечная энергия и ее использование | Статья в журнале...

Введение. Солнце играет исключительную роль в жизни Земли. Весь органический мир нашей планеты обязан Солнцу своим существованием. Солнце — это не только источник света и тепла, но и первоначальный источник многих других видов энергии...

Проектирование двухскатной теплицы с эффективным...

Эта методика основана на использовании двух коэффициентов: ‒ коэффициент аккумулирования тепла ; ‒ коэффициент использования пола . Коэффициент определяется отношением суммарной аккумулируемой солнечной энергии к суммарной входящей энергии...

Изучение альтернативных (возобновляемых) источников энергии.

Гипотеза: Использование альтернативных источников энергии в промышленном масштабе позволит значительно улучшить экологию.

‒ Рассмотреть возможности использования солнечной энергии в Республике Казахстан

Обсуждение

Социальные комментарии Cackle

Похожие статьи

Теплотехнический метод расчета гелиотеплиц с использованием...

В солнечных теплицах в режиме работы с использованием теплоты дымовых газов от малой котельной экономия энергии составляет 55–65 % т. е. 30–32 кг. у.т./м2 инвентарной площади теплицы.

Обоснование эффективности применения пиролизной установки...

природный газ, отопительный период, тепловая энергия, полезная площадь, отопление гелиотеплицы, солнечная радиация, условное топливо, III, период отопления, расход топлива.

Альтернативные источники солнечной энергии...

Основные термины (генерируются автоматически): Россия, альтернативный источник энергии, альтернативная энергетика, солнечная энергия, солнечная панель

электроэнергетика, альтернативные источники энергии, солнечная энергия, солнечные батареи, жилые дома.

Использование низкопотенциальной солнечной энергии...

В солнечных теплицах в режиме работы с использованием теплоты дымовых газов от котельной экономия энергия затрат составляет 45–55 %, т. е. 25–30 кг.у.т./м2 инвентарной площади теплицы.

Двухскатная теплица с эффективным использованием...

Для теплиц могут быть традиционные или альтернативные источники энергии. Этот вопрос можно считать решенным, так как использование солнечной энергии для теплиц позволяет не только экономить природное топливо, но и способствуют охране окружающей среды.

Перспективы использования солнечной энергии для отопления...

В статье рассмотрено использование солнечной энергии для отопления дома в России и по сравнению с использованием в Европе. Ключевые слова: солнечная энергия, отопление, Солнечные ресурсы.

Солнечная энергия и ее использование | Статья в журнале...

Введение. Солнце играет исключительную роль в жизни Земли. Весь органический мир нашей планеты обязан Солнцу своим существованием. Солнце — это не только источник света и тепла, но и первоначальный источник многих других видов энергии...

Проектирование двухскатной теплицы с эффективным...

Эта методика основана на использовании двух коэффициентов: ‒ коэффициент аккумулирования тепла ; ‒ коэффициент использования пола . Коэффициент определяется отношением суммарной аккумулируемой солнечной энергии к суммарной входящей энергии...

Изучение альтернативных (возобновляемых) источников энергии.

Гипотеза: Использование альтернативных источников энергии в промышленном масштабе позволит значительно улучшить экологию.

‒ Рассмотреть возможности использования солнечной энергии в Республике Казахстан

Задать вопрос