Использование альтернативной энергии в строительстве

Медиева Г.А., к.э.н., ассоц.проф

Тунгишбеков Д. магистрант

КазГАСА, Алматы

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ АЛЬТЕРНАТИВНОЙ ЭНЕРГИИ

В СТРОИТЕЛЬСТВЕ

Наружные ограждения конструкции — стены, окна, крыши — защищают помещения жилого дома от влияния непогоды, ветра, холода. Чем лучше теплоизоляция, тем меньшее влияние оказывают низкие температуры на внутренний микроклимат. Вместе с тем в жаркое время года ограждения с хорошими теплозащитными качествами предохраняют помещения от перегрева. В летний ясный день многие стараются уйти подальше от нагретого солнечными лучами дома, спрятаться в прохладе деревьев и не задумываться над тем, как можно было бы использовать тепло солнечных лучей.

Солнце постоянно излучает в окружающее пространство энергию. Примерно 9% излучения приходится на ультрафиолетовые лучи, 44% - на видимые, которые нам светят, и 47% — на инфракрасные, которые нас греют. Проходя через атмосферу, интенсивность солнечного излучения резко уменьшается и на поверхность земли падает энергия, состоящая из 1% ультрафиолетовых, лучей, 45% видимых и 54% инфракрасных лучей.

Оказывается и в домашних условиях несложно сделать простейшие приспособления и конструкции для гелиосистем и использовать их в зданиях не только южных районов, но и сезонно в индивидуальных домах средней полосы. Нужно только выбрать правильную ориентацию, форму, конструктивное решение здания и его ограждений и использовать возможные способы повышения облученности здания.

По результатам многолетних наблюдений было определено количество солнечной радиации, поступающей к зданию в ясные и облачные дни. Оказалось, что в северных широтах максимальная облученность зданий наблюдается в июне, и активное облучение продолжается около 5 мес. в году. Поэтому в этих районах солнечное тепло для отопления домов и подогрева воды можно использовать сезонно.

Южнее 50° северной широты максимум облученности приходится на июль. А продолжительность периода активного облучения этих районов резко колеблется из-за различного количества пасмурных и дождливых дней в конце лета и осенью.

В южных районах максимальная облученность наблюдается два раза в год: в сентябре-октябре и январе-феврале.

Кроме того, существует большая разница в облученности домов, расположенных в меридиональном и широтном направлениях. Поэтому наиболее рациональной ориентацией солнечного дома в северных широтах является меридиональная, позволяющая повысить приток лучистой теплоты на 30%. В южных широтах, где солнечная энергия создает перегрев и нарушает условия теплового комфорта помещений, дома лучше располагать в широтном направлении, обеспечивая тем самым оптимальный тепловой режим в течение круглого года.

Для использования солнечной энергии больше всего подходят те конструкции, вклад которых в тепловой режим здания наибольший. На них же рекомендуется устанавливать приемники солнечных лучей.

Конструкции, позволяющие использовать солнечную энергию, называются энергоактивными. Они улавливают прямую и рассеянную коротковолновую солнечную радиацию и превращают ее в полезную теплоту, необходимую для отопления здания или получения горячей воды. Их можно совместить с элементами панелей, стен, покрытий, балконов и т.п. Принцип действия солнечного коллектора состоит в "парниковом эффекте" — способности стекла пропускать коротковолновые солнечные лучи и задерживать длинноволновую радиацию нагретых поверхностей. В результате такого селективного пропускания солнечные лучи, проходя через стекло, нагревают тепл-оприемную панель, которая, в свою очередь, начинает излучать длинноволновую радиацию. А благодаря способности стекла не пропускать длинноволновую энергию происходит значительное повышение температуры внутри ограниченного стеклом пространства.

Простейшая конструкция гелиосистемы представляет солнечный коллектор, состоящий из солнечной ловушки (или тепловой защиты) и теплоприемной панели (или гелиоприемника), и аккумулятора солнечной энергии. На поверхности солнечного коллектора расположено светопрозрачное покрытие, сделанное, как правило, из стекла или пленки, под которым имеется полное пространство. Ниже расположен гелиоприемник - теплопогло-щающая панель. Вся эта конструкция помещена в металлический ящик, в нижней части которого устраивают теплоизоляцию.

Солнечная ловушка, выполненная из полупрозрачного ограждения из стекла или пленки, обладает селективным пропусканием лучистой энергии. Гелиоприемник — поглотитель солнечной энергии — должен иметь черную матовую поверхность с большим коэффициентом поглощения солнечной радиации (около 0,95—0,98). Его можно сделать из алюминия, оцинкованной стали, стекла, бетона и обязательно покрыть кузбас-лаком, ламповой чернью, термостойкой резинобитумной мастикой. Рабочую площадь гелиоприемника делают максимально большой. В некоторых случаях для увеличения количества падающей на гелиоприемник солнечной энергии устанавливают отражатели, сделанные из плоских или изогнутых пластин. Для гелиоприемников лучше использовать алюминий и сплавы из легких цветных металлов.

Солнечные коллекторы можно располагать на скатных и пологих крышах, в наружных стенах, в ограждении балконов, лоджий, в оконных проемах и зенитных фонарях, на цоколе дома, а также отдельно от здания на некотором расстоянии.

Тепловая защита гелиоприемника делается из одного или нескольких слоевчостекления. Ее функция определяется самим названием — улавливать солнечные лучи и не давать тепловому потоку распространяться наружу, не допуская охлаждения коллектора. Исходя из этого она должна иметь хорошие теплозащитные характеристики и ее термическое сопротивление должно быть не менее чем у аналогичных негелиотехнических конструкций.

Если тепловую защиту выполняют из двух слоев остекления, то ее термическое сопротивление должно быть больше или таким же, как у окна с двойным остеклением. Воздушная прослойка, находящаяся между стеклами, способствует повышению теплоизоляционной способности. Кроме того, прозрачность материала, из которого выполнена тепловая защита, должна быть максимальной для солнечных лучей и минимальной для теплового излучения гелиоприемника.

Аккумулятор тепла в энергоактивном ограждении предназначен для накопления и сохранения тепла, которое может быть использовано в вечерне-ночное время и по время несолнечной (пасмурной) погоды. В связи с его назначением конструкция аккумулятора должна быть теплоемкой.

В жилых домах аккумулятор делают вместе с энергоактивным ограждением или в виде отдельной теплоизолированной системы, совмещенной частично или полностью с другими частями здания.

В качестве аккумулятора тепла в здании можно использовать массивную плоскую панель, например железобетонную, или специально сконструированные для этих целей панели, разделенные на секции, заполненные каменной щебенкой, гравием, грунтом, панели с контейнерами (например, в виде бочек), заполненными водой или другой жидкостью, а также панели со специальными герметизированными контейнерами с перенасыщенным раствором хлористого кальция, сульфата натрия, углекислого натрия. В качестве аккумулятора можно использовать плавательный бассейн или пожарный резервуар, в качестве теплоаккумулирующего вещества часто применяют воду благодаря ее большой теплоемкости и малой вязкости.

К сожалению, все это создает определенные трудности для проектирования и обеспечения естественным освещением здания, приводит к необходимости отыскивать наиболее целесообразные решения с учетом теплотехнических и конструктивных приемов, позволяющих создать оптимальный температурный режим внутри дома.

Тем не менее, несмотря на эти сложности, существуют различные решения, позволяющие использовать солнечную энергию в индивидуальных жилых домах. Рассмотренные ниже варианты гелиосистем достаточно просты, их можно сделать своими руками и использовать для подогрева воды и отопления. Если на даче необходимо нагреть воду для душа, то предлагается конструкция традиционного бака с водой с некоторыми усовершенствованиями.

Простейший солнечный нагреватель для летнего душа можно сделать из фреонового конденсатора от вышедшего из строя холодильника. Как правило, конденсатор — металлическая панель на задней стенки холодильника в виде змеевика — окрашена в черный цвет. Обращенный к солнечным лучам черный конденсатор хорошо поглощает идущее от солнца лучистое тепло и нагревает проходящую по нему воду. Если конденсатор подсоединить к нижней части бака по схеме, приведенной на 10.4, то находящаяся в змеевике вода будет нагреваться и подниматься вверх в бак, а более холодная из нижней части бака будет поступать в конденсатор. Таким образом будет происходить циркуляция воды, и она равномерно прогреется по всему баку. Преимущества этого способа в том, что при включении душа и понижении уровня воды в баке ее, циркуляция не нарушится. Такую конструкцию можно использовать и для нагрева воды для мытья рук и посуды. Если солнце скроется на некоторое время за облаками, то тепло водой все равно можно пользоваться, так как нагретая в баке вода благодаря своей большой теплоемкости еще какое-то время будет сохранять тепло. При утеплении бака кусками пенопласта или другими теплоизоляционными материалами снизу и с северной стороны и установке солнечной ловушки из стекла или полиэтиленовой пленки вода будет оставаться теплой достаточно длительное время.

При желании в качестве емкости для воды вместо бака можно использовать обыкновенную автомобильную камеру. Благодаря черному цвету резина хорошо будет поглощать солнечное тепло и нагревать воду, находящуюся в баллоне.

Этот способ можно рекомендовать тем дачевладельцам, кто только что получил земельный участок, на котором еще нет никаких удобств. К тому же оставленная на время в камере воды не будет "ржаветь", а на специфический запах можно не обращать внимания.

В США солнечная теплица считается одним из эффективных методов пассивного отопления. А в приморских и других районах, где господствуют сильные ветры, такие оранжереи и теплицы позволят уменьшить теплопотери через окна вследствие инфильтрации.

Устроить оранжерею можно под балконом, лоджией или выступающим вторым этажом. В этом случае тепло от воздуха, как и в предыдущем случае, поступает через окно в комнату первого этажа, а также через перекрытие, повышая температуру на поверхности пола. Эффективность такого решения состоит в том, что благодаря расположенной под выступающей частью второго этажа оранжерее с теплым воздухом нет необходимости сильно утеплять пол.

Около наружной стены дома можно сделать оранжерею не только на один, но и на два этажа. В этом случае снижаются теплопотери через стены и окна, обращенные в теплицу, и увеличиваются теплопоступления в холодные солнечные дни в помещения через стены и окна первого и второго этажей. Одновременно с этим уменьшаются расходы тепловой энергии, идущие на отопление дома. Кроме того, устройство зимних садов и оранжерей с наружной стороны имеет и другие преимущества. Подобрав определенные цветы и растения для зимнего сада, в течение круглого года обитатели дома будут иметь возможность видеть зеленую растительность через окно своего теплого дома

Таким образом, строя коттедж или дачный домик, целесообразно продумать, как можно использовать солнечную энергию. Как видно, для этой цели не требуется необычайно сложных устройств и агрегатов. И приведенные в этой главе примеры конструкции гелиоустановок от самых простых до довольно сложных позволят Вам найти подходящий для Вас вариант и радоваться солнцу, не только ласкающему нашу душу и тело, но и дающему реальную экономию денежных средств.

Литература

1. Сагадиев К. А. Проблемы конкурентоспособности национальной экономики. В кн. Проблемы устойчивого экономического развития в условиях глобализации. В двух томах (ответ. ред. М. Б. Кенжегузин). - Т. 1. – Алматы: ИЭ МОН РК. - 2003. - С. 90.