4.6. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ СОЛНЕЧНОЙ ЭНЕРГИИ В СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННОМ

ПГОИЗЮДСТВБ

Возможности использования солнечной энергии в сельскохозяйственном производстве чрезвычайно широки и многообразны. Это: процессы сушки кормов, сена, продукции; выращивание в генераторах хлореллы на корм скоту; выращивание продукции в закрытом грунте (теплицы, парники); подогрев открытого грунта; нагрев воды для полива и искусственного рыбоводства. Но наиболее близким по тематике данной книги является исследование солнечной энергии в системах тепло- и хладоснабжения в животноводстве [2].

Установки для горячего водоснабжения ферм и летних лагерей крупного рогатого скота применяют автономные с термосифонной циркуляцией или в сочетании с дублирующими источниками (котельными, электроводоподогревателями). Их применение обусловлено технологическими нормами, согласно которым температура воды для подмывания вымени коровы должна быть не менее 38 ^С, для промыв-, ки молочного оборудования - 55 ... 60 °С и прополаскивания -25 ... 30 °С. Технологические схемы установок не отличаются от описанных ранее.

В свинарниках-маточниках согласно действующим зоотехническим нормам в летний период необходимы обогрев бетонных полов в пределах 28... 32 "С в зоне содержания поросят, а также подогрев воды

для технологических нужд. Для этих целей рекомендуется использовать солнечную энергию. Эффективность обогрева бетонного пола для поросят в летний период подтверждена исследованиями, выполненными ВНИИПТИ механизации и электрификации сельского хозяйства (ВНИИПТИМЭСХ).

Установку для теплоснабжения свинарников-маточников рекомендуется использовать в двух конструктивных вариантах. В свинарниках с централизованным теплоснабжением для обогрева полов в межотопительный период целесообразно использовать солнечные, водонагревательные приставки.

С целью снижения удельных капитальных вложений следует предусматривать поочередное теплоснабжение двух смежных свинарников-маточников с помощью одной установки. Промежуток времени между заполнением смежных свинарником свиноматками перед опоросом составляет в среднем один месяц, в течение которого поросята в первом свинарнике в месячном возрасте становятся менее требовательны к обогреву, и установку необходимо переключать на другой свинарник. В этом случае график теплопотребления соответствует приходу месячной энергии солнечной радиации на протяжении периода использования гелиоустановок.

Для свинарников-маточников при децентрализованном теплоснабжении рекомендуется использовать комбинированную систему солнечно-электрического теплоснабжения с аккумулированием тепла во внепиковый период, разработанную КиевЗНИИЭП и ВНИИПТИМЭСХ.

Технологическая схема комбинированной системы солнечно-электрического теплоснабжения {см. рис. 4.11) предусматривает ее работу в летнем и зимнем режимах. В летнем режиме (апрель-октябрь) теплоснабжение потребителей в целях обогрева бетонных полов и подогрева воды для технологических нужд осуществляется за счет солнечной энергии с частичным использованием внепиковой электроэнергии. В зимнем режиме (ноябрь - март) теплоснабжение потребителей, включая

подогрев вентиляционного воздуха осуществляется за счет внепиковой электроэнергии.

Систему рекомендуется выполнять двухконтурной. Контур теплопотребления включает циркуляционный насос, проточные электронагреватели ЭПЗ-100 и теплопотребителей.

В летний период работает один электроводонагреватель, обеспечивая нагрев воды при недостатке солнечной радиации. Горячая вода с температурой 38 ... 45 ^С циркулирует по регистрам обогреваемых полов с обратной подачей в нижнюю часть бака-стратификатора ТА.

Рекомендуемое значение температуры воды на выходе из гелио-приемников с учетом теплопотерь составляет 50 ... 52 ^С. Для получения заданного значения температуры воды гелиоприемники целесообразно соединить последовательно в группы. Регулирование часовой подачи теплоносителя через гелиоприемники позволяет увеличить дневную выработку тепловой энергии с температурой теплоносителя 50... 52 ОС на 100 %.

Управление работой системы - автоматическое. При необходимости система может быть дополнена холодильной установкой. Такая система, разработанная ВНИИПТИМЭСХ, КиевЗНИИЭП и ИТТФАН УССР, смонтирована и испытана в Ростовской области.

Литература

1.Заседателев И.Б., Малинский E.H., Темкин E.G. Использование солнечной энергии для тепловой обработки железобетонных изделий // Бетон и железобетон, 1983. №9.

2.Использование солнечной энергии для теплоснабжения в животноводстве (рекомендации), ВНИИПТИМЭСХ, г. Зерноград, 1986.

3.Крылов Б.А., Заседателев И.Б., Малинский Е.Н. Изготовление сборного железобетона с применением гелиоформ // Бетон и железобетон, 1984. № 3.

4.Подгорное Н.И. Перспективы использования солнечной энергии в технологии бетонных работ // Пром. стр-во, 1985. № 8.

5. Шумейко Л.И. Экономия материальных топливно-энергетических ресурсов в производстве сборного железобетона в УССР УкрНИИНТИ - Киев, 1982.

6. Энергоактивные здания /Н.П. Селиванов, А.И. Мелцы, СВ. Соколей и др. Под ред. Э.В. Сарнацкого и Н.П. Селиванова. - М.: Стройиздат, 1988. - 376с

/Н.П. Селиванов, А.И. Мелца, СВ. Соколей и др.:

Глава 5. ПАССИВНЫЕ СИСТЕМЫ СОЛНЕЧНОГО ОТОПЛЕНИЯ

5.1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Опыт разработки, строительства и эксплуатации объектов с системами солнечного теплоснабжения, анализ и обобщение мировых достижений в данной области показывают, что одной из наиболее эффективных является пассивная система солнечного отопления, отличающаяся простотой прежде всего с точки зрения конструктивного решения.

По общему определению пассивные системы выполняют как функции основного конструктивного назначения (элементы здания), так и функции восприятия, аккумулирования и транспортирования тепла. Эффективность системы достаточно высока и обеспечивает до 60 % отопительной нагрузки [1, 3].

Пассивные системы условно могут быть разделены на открытые и закрытые.

В открытых системах солнечные лучи проникают в отапливаемые помещения через оконные проемы (обычно увеличенных размеров) и нагревают строительные конструкции, которые становятся приемниками и аккумуляторами тепла. Необходимо отметить ряд существенных недостатков, свойственных открытым системам. Это - неустойчивость теплового режима; обязательное использование вспомогательной нагревательной системы; негативное, в ряде случаев, влияние интенсивной инсоляции на состояние людей.

В закрытых системах поток солнечной радиации непосредственно в помещение не проникает, а поглощается приемниками солнечной радиации, совмещенными с наружными ограждающими конструкциями, которые являются, как правило, и аккумуляторами теплоты.

Рассмотрим некоторые конструктивные решения пассивных систем по мере увеличения их эффективности [1, 3].

Примером открытой системы могут быть построенные в США в 1945 г. Ф.У. Хатчинсоном два здания. Одно из них обычное, а второе

■отличается тем, что все застекленные поверхности (окна, лоджии) ориентированы на юг. Конструктивно они выполнены следующим образом: два оконных стекла толщиной 6 мм разделены воздушной прослойкой 12 мм (рис. 5.1).

Результаты испытаний этих домов показали, что зарегистрированное количество тепла, поступающего через окна с двойным остеклением, для большинства городов США достаточно для компенсации тепловых потерь. В период испытаний было отмечено следующее:

в "солнечном доме" без какой-либо дополнительной системы отопления при температуре наружного воздуха О ... 1 ^С средняя температура внутреннего воздуха в течение суток поддерживалась в пределах +14 ...+15 ОС;

в ночной период наблюдалось снижение температуры внутреннего воздуха до +2 ^С, в дневные часы - повышение до +27 "С. Эти резуль-* таты явились предпосылкой к разработкам так называемых "солнеч-

■ных зданий" или зданий с "пассивной" технологией обогрева. Тепловой режим такого здания существенно зависит от теплоакку-

мулирующей способности внутреннего объема, включающего строительные конструкции, мебель, оборудование и т.д. В дневное время внутренний массив нагревается и аккумулирует теплоту, которая расходуется в ночные часы. Вместе с тем в зданиях с открытой системой даже при достаточно большом внутреннем теплоаккумулирующем массиве чрезвычайно высока неравномерность суточных температур. Особенно негативным следует считать резкое охлаждение внутреннего объема при отсутствии инсоляции. Происходит это в основном за счет тепловых потерь через значительное по площади остекление здания. В зданиях, имеющих закрытую пассивную систему, внутренние температуры имеют ббльшую стабильность-. Закрытые системы можно условно разделить на системы с циркуляцией теплоносителя (внутреннего воздуха) через пассивный гелионагреватель и без циркуляции.

Так, например, в Великобритании по проекту А.Е. Моргана в 1961 г. была построена школа с пассивной системой без циркуЛ5щии теплоносителя (рис. 5.2). Поток солнечной радиации в дневное время нагревает массивную стену здания, которая в ночное время отдает свое тепло во внутренний объем. Здание обогревалось только за счет использования солнечной энергии и незначительных по мощности источников тепла (тепловыделения от людей и источников освещения). Двухэтажное здание школы, рассчитанной на 320 учеников, имеет классы общей площадью 1367 м^. Южная стена площадью 500 м^ остеклена с внешней стороны. Наружные и внутренние ограждения имеют высокую те плоаккуму Пирующую способность. Вспомогательная система обогрева отсутствует. По утверждению автора, здание

Рае. S J. Схема здания с олфытой сисммой Рк. SX Схема здания с закрьвЛ сиоемой

без Шфкуяяции тспяовосиюш

Рис 5Х Схема здания с aaiqwtofi системой Тромба—Мишеля

а — без экрана; б — с теплоприемным экраном; 1 — остекление; 2 — стена здания; 5 — циркуляционные каналы; 4 — тепло-

, /Г// приемный экран

несмотря на довольно неблагоприятные климатические условия не требует дополнительного отопления.

Вместе с тем подобные системы имеют ряд существенных недостатков:

в период работы солнечного нагревателя внутренний воздух в помещении прогревается неравномерно: у стены [гелионагревателя] он имеет наиболее высокую температуру, а при удалении от стены температура его существенно падает;

не представляется возможным осуществить передачу теплого воздуха в другие помещения, особенно значительно удаленные от гелионагревателя.

Примером здания, имеющего систему с циркуляцией теплоносителя через пассивный гелионагреватель, является "солнечный дом" Ф. Тромба и Дж. Мишеля (рис. 5.3, а).

Южная бетонная стена здания отделена от наружного воздуха двойным или тройным остеклением. В верхней и нижней частях стены имеются каналы для циркуляции теплоносителя (внутреннего возду-

ха). В период инсоляции воздух, находящийся в воздушной прослойке между стеной и стеклом, нагревается и поступает через верхние каналы в помещение. Этот воздух замещает прохладный, поступающий из помещения через нижние каналы. Таким образом, за счет естественной гравитации происходит циркуляция внутреннего воздуха помещения через гелионагреватель.

По сравнению с системой без циркуляции теплоносителя система Тромба-Мишеля имеет существенные преимущества:

внутренний воздух прогревается более равномерно и нагрев его начинается уже в ранние утренние часы;

представляется возможным обеспечить циркуляцию внутреннего воздуха в помещениях, непосредственно не примыкающих к гелионаг-ревателю.

В современной практике существует многообразие архитектурных и инженерных решений "солнечных домов". Вместе с тем они по большинству признаков относятся к одному из рассмотренных видов.

Анализ различных видов "пассивных" систем позволил сделать следующие выводы:

открытые системы малоэффективны для районов со сравнительно низкими температурами наружного воздуха;

в регионах, где в зимний период преобладают отрицательные температуры наружного воздуха, целесообразно использовать закрытые системы.

, Необходимо отметить, что пока пассивные системы не получили широкого распространения. Незначительное число действующих объектов не позволяет сделать достаточно убедительных выводов о степени эффективности этих систем. Их аналитическое моделирование и расчет вызывают определенные трудности, а отсутствие широко известной инженерной методики усложняет их реальное проектирование.

Ниже изложены результаты разработки отдельных аспектов проектирования зданий с пассивной технологией преобразования энергии солнечного излучения. Конкретные примеры расчета пассивных систем позволяют комплексно решать эти задачи в каждом случае применительно к* региону строительства и особенностям климатических условий.

5.2. КЛИМАТТИЕСКИЕ РЕСУРСЫ

Представляется вполне очевидным, что на самом первом этапе проектирования необходимо принять решение о возможности строительства здания с пассивной системой в предлагаемом районе. С этой целью необходимо получить следующие исходные данные: