наружного воздуха; при работе бассейна воздух выпускается и благодаря наличию утяжелителей покрытие погружается на дно бассейна. Защита поверхности воды от наружного воздуха позволяет уменьшить тепловые потери на 40—50 %, что при площади бассейна 1000 м^ эквивалентно экономии почти 25—35 м^ мазута за сезон в районах с годовым поступлением солнечной энергии порядка 1000—1100 кВт-ч/м2.

При использовании пластмассовых коллекторов себестоимость 1 кВт-ч теплоты в 3—5 раз ниже по сравнению со стандартными плоскими КСЭ и в 6—10 раз ниже по сравнению с вакуумированными КСЭ.

Один из наиболее крупных открытых плавательных бассейнов с солнечной установкой в Европе находится в г. Виле (ФРГ) и имеет площадь поверхности воды 1500 м^ и объем 2500 м^ Всего в ФРГ эксплуатируется 2800 бассейнов со средней площадью одного бассейна 1270 м^ и расход топлива за сезон составляет 92 т нефти на 1 бассейн, а всего потребляется 260 тыс. т нефтн. Общие теплопотери бассейна составляют 2390 кВт-ч/м^ за сезон, в том числе за счет излучения с поверхности воды теряется 1570, испарения и конвекции — 540, с промывочной водой — 230, вследствие теплопроводности— 25 кВт-ч/м^ и потери при первом разогреве составляют 25 кВт-ч/м^. Вследствие поглощения атмосферного н солнечного излучения приход энергии составляет 1730 кВт-ч/м^ за сезон, а общая потребность в теплоте за сезон равна 660 кВт-ч/м^. Итак, максимальные потери обусловлены испарением и теплоотдачей от воды к воздуху, а вторая по величине потеря теплоты — разность между излучением поверхности воды н поглощением атмосферного излучения (в диапазоне длин волн от 6 до 60 мкм), составляющая 370 кВтч/м^ за сезон.

Если глубина бассейна не превышает 1 м, то его дно и стены должны быть покрашены краской с высокой поглощательной способностью, а дно, кроме того, должно иметь шероховатую поверхность. Для промывки фильтров используется теплая вода, норма расхода на одну промывку — 0,9 м^ на 1 м^ поверхности бассейна. Теплоту промывочной воды необходимо утилизировать, установив после фильтров теплообменник.

При реализации всех трех указанных способов энергосбережения потребность в теплоте снижается до 260 кВт-ч/м^ за сезон, что составляет всего 40 % первоначального значения. При этом требуемая площадь плоского КСЭ уменьшается до 0,4 м^ (вместо 1 м^) на 1 м^ площади поверхности воды в бассейне. При этом годовое теплопотребление бассейна составляет 700— 800 МВт-ч, среднесуточная теплопроизводительность ге-

лиоустановкн за период май—сентябрь 2,5 кВт-ч/м^

в день (максимум 6 кВт-ч/м^ в день) при площади поверхности воды КСЭ 1500 м^, температура воды на входе в КСЭ 20—27°С,а на выходе 24—36°С при расходе 10—90 мЧч.

Главачетвертая

СОЛНЕЧНЫЕ УСТАНОВКИ ДЛЯ ПРИМЕНЕНИЯ В СЕЛЬСКОМ ХОЗЯЙСТВЕ

13. СОЛНЕЧНЫЕ ТЕПЛИЦЫ, СУШИЛКИ И КУХОННЫЕ ПЕЧИ

В сельском хозяйстве имеются большие возможности для применения солнечных установок— в растениеводстве, животноводстве и садоводстве. Речь идет прежде всего о гелиотеплнцах, сушильных установках, горячем водоснабжении и отоплении ферм по разведению крупного рогатого скота, свиней, птиц, о подогреве воды для бассейнов для разведения рыб, о холодильных установках и т. п. Например, в сельском хозяйстве Голландии — страны с наиболее современным сельским хозяйством — потребляется 1/3 всей тепловой энергии, используемой в аграрном секторе экономики стран ЕЭС, причем 90 % приходится на энергопотребление в садоводстве и огородничестве, а доля теплиц составляет 20 %. Горячая вода с-те.мпературой 10—80 °С потребляется для различных целей на фермах. Так, для отопления свинарников, птичников, молочных ферм требуется воздух или вода с температурой 20—45°С, для горячего водоснабжения— вода с температурой до 80 °С. От общего объема теплопотребления в сельском хозяйстве Голландии, эквивалентного 3 млн. т нефти в год, использование солнечной энергии обеспечивает экономию около 0,2 млн. т нефти, а при условии применения улучшенной тепловой изоляции, в том числе подвижных теплоизоляционных экранов, экономия достигает 1 млн. т нефти в год. Описанные в предыдущей главе установки отопления и горячего водоснабжения применяются и для сельскохозяйственных объектов, хотя во многих случаях они имеют более простое конструктивное исполнение и ориентированы на применение местных материалов. Ниже рассмот-

рены другие типы гелиоустановок для сельского хозяйства.

Гелиотеплицы. Постоянно возрастает производство овощей в закрытом грунте — парниках и теплицах. В скандинавских странах, Голландии, ФРГ потребление энергии в теплицах составляет 1—1,5 % общенационального энергопотребления и достигает 20—35 % общего потребления энергии в сельском хозяйстве.

Теплицы — это биолого-теплотехнические устройства, и они могут быть весьма существенно усовершенствованы, если их превратить в гелиотеплицы. Солнечная энергия в обычной теплице используется главным образом для процесса фотосинтеза, при котором растения поглощают и аккумулируют до 10 % энергии падающего солнечного излучения. При этом из диоксида углерода и воды под действием солнечного света образуются углеводы и молекулярный кислород. Из молекул углеводов образуются органические вещества, необходимые для жизни и роста растений.

В обычных теплицах из-за большой площади светопрозрачных поверхностей возникают значительные теплопотери, для компенсации которых требуется определенный расход топлива в системе отопления. Теплицы могут обогреваться горячей водой, водяным паром, нагретым воздухом, инфракрасным излучением или продуктами сгорания топлива. При создании гелиотеплицы прежде всего нужно позаботиться о существенном снижении теплопотерь за счет применения теплоизоляции. Кроме того, необходимо обеспечить улавливание максимально возможного количества солнечной энергии и аккумулирование избыточной теплоты.

Сама гелиотеплица служит пассивной гелиосистемой. Для повышения ее эффективности необходимо использовать аккумулятор теплоты. На рис. 48 показана схема гелиотеплицы с двойным остеклением, теплоизолированной северной стенкой, имеющей отражательное покрытие на внутренней поверхности, и грунтовым аккумулятором теплоты. Обычная пленочная теплица может иметь нодпочвенный аккумулятор теплоты (рис. 49). Теплица имеет площадь 500 м^ а аккумулятор расположен под теплицей на глубине 0,5 м, выполнен в виде ямы шириной 5,4, длиной 80 и глубиной 1,2 м, которая заполнена кусками гранита размером 150—200 мм. Аккумулятор имеет кирпичные каналы, сообщающиеся с теплицей

Отражающая -У"^ подерхность —( }~

Рис. 48. Принцип работы гелиотеплицы

трубами диаметром 350 мм. В одном канале установлен вентилятор мощностью 0,1 кВт.

Теплый воздух из теплицы проходит по первому каналу, отдает часть теплоты аккумулятору и затем возвращается через второй канал к вентилятору. Днем аккумулятор заряжается теплотой, а ночью разряжается. Го^

/////А \У/////////У/////////

5-3-

Рис. 49. Пленочная теплица с грунтовым аккумулятором теплоты;

i —теплица; 2 — аккумулятор; 3, 4 —каналы; 5, 5 —трубы; 7—вентилятор

довая экономия топлива составляет 400—500 т условного топлива на 1 га обрабатываемой площади.

Расход энергии в теплицах уменьшается при применении двойного остекления, подвижной защитной тепловой изоляции и усовершенствовании гелиоустановок. Аккумулирование теплоты наиболее целесообразно осуществлять в грунте под теплицей. Для этого днем нагретая в солнечном коллекторе вода пропускается по системе пластмассовых труб, уложенных в грунт на небольшой глубине, и при этом происходит зарядка аккумулятора теплоты. Для использования аккумулированной теплоты в ночное время в трубы подается холодная вода; нагреваясь, она направляется на обогрев теплицы либо непосредственно, либо после дополнительного подогрева.

Различают два типа гелиотеплиц: пристроенные к южной стене жилого дома и отдельно стоящие. На рис. 50

д)

////////////////.

Рис. 50. Форма пристроенных к зданию теплиц с наклонной (а) и цилиндрической {б) светопро-арачной стенкой, с наклонной крышей и вертикальной (в) или наклонной {г) передней прозрачной стенкой и с теплоизолированной передней стенкой {а):

1 — прозрачная изоляция; 2— прозрачная крыша; 3 — теплоизолированная стеика

показаны различные геометрические формы пристроенных теплиц. Они различаются по степени использования солнечного излучения, по возможности наиболее рационального использования внутреннего пространства и соответственно по конструкции. Угол наклона юясной остекленной поверхности к горизонту зависит от широты местности и для средней полосы СССР может приниматься равным р=50-ь60°, при этом угол наклона крыши р!== =20-ь35°. Оптимальное отношение площади поверхности грунта к площади свегопрозрачной поверхности составляет 1 : 1,5. При этом обеспечивается оптимальный энергетический баланс, т. е. разность между улавливаемой солнечной энергией и теплопотерями, и хорошее использование внутреннего пространства. При вертикальном расположении передней стенки не обеспечивается максимальное улавливание солнечной энергии. Следует иметь в виду, что пристроенная к дому гелиотеплица является его продолжением и все сооружение восприни мается как единое целое, поэтому важное значение имеет общая архитектура. На рис. 41, а показан красивый дом с пристроенной гелиотеплнцей. Одна из наиболее удачных конструкций солнечных домов с гелиотеплицей создана Балкомбом в г. Санта-Фе (штат Нью Мексико, США), располженном на широте 36° с. ш. и высоте 2200 м над уровнем моря. Дом площадью 150 м^ имеет пристроенную гелиотеплицу с площадью остекленных поверхностей 70 м^. Теплопотребление составляет 10 кВт при разности температур внутреннего и наружного воздуха 40 °С. Дом имеет плоский солнечный коллектор площадью 38 м^ с двухслойным остеклением. Аккумулирование теплоты осуществляется во внутренних стенах из камня (толщина стен 250 и 350 мм), бетонном полу в теплице и в двух галечных аккумуляторах общим объемом 19 м^. Солнечный дом Балкомба показан на рис. 42. Наружные стены хорошо теплоизолированы и имеют коэффициент теплопотерь 0,2 Вт/(м^-°С). Для отопления используются электронагреватели общей мощностью 3 кВт. В благоприятных климатических условиях, характеризующихся высокой плотностью поступающей солнечной радиации даже зимой, около 82 % теплопотребления обеспечивается за счет солнечной энергии без ущерба для комфорта.

Конструкция отдельно стоящей гелиотеплицы показана на рис. 51. Южная сторона теплицы имеет прозрач-