Новый документ. В основном мы используем традиционные энергоресурсы, такие, как нефть, уголь, природный газ. При этом наносится колоссальный ущерб экологии нашего общего дома под названием земля
 Скачать 332.7 Kb.
|
|
В основном мы используем традиционные энергоресурсы, такие, как нефть, уголь, природный газ. При этом наносится колоссальный ущерб экологии нашего общего дома под названием ЗЕМЛЯ. Сотни тысяч баррелей нефти сливаются в океан, миллионы тонн окиси углерода выбрасываются в атмосферу, четыре сотни АЭС вырабатывают десятки тонн радиоактивных отходов. Но дело не только в этом - запасы этих традиционных источников далеко не бесконечны. Поэтому их относят к невозобновляемым источникам энергии. Например, в год в мире потребляется столько нефти, сколько ее образуется за 2 млн. лет. В связи с этим последнее время большое внимание уделяется так называемым возобновляемым источникам энергии, таким, как энергия ветра, солнца, прилива и т.д. В этом ряду солнечная энергетика занимает не последнее место. Полное количество солнечной энергии, поступающей на поверхность Земли за неделю превышает энергию всех мировых запасов нефти, газа, угля и урана. Конечно, скептики могут заявить, что солнечная энергия в связи с ее цикличностью (день-ночь ) и особенно сезонностью для многих районов достаточно экзотична. И это в известной степени верно. Максимальные значения скорости ветра наблюдаются в осенне-зимний период, когда поступление солнечной энергии уменьшается, а летом отсутствие ветра вполне компенсируется солнечной энергией. Производство солнечных элементов в мире сегодня превышает 500 МВт ежегодно. Если в использовании солнечной энергии в промышленных масштабах еще много проблем, то в повседневный быт многих и многих миллионов людей гелиосистемы вошли прочно и навсегда. Теплицы — биолого-теплотехнические устройства, и они могут быть весьма существенно усовершенствованы, если их превратить в солнечные теплицы. 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 солнечной теплицы, 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. Ну а теперь подробнее. Как обеспечить максимальное улавливание солнечных лучей? (пример- теплица из стекла) Через окна южной стороны в солнечную погоду в теплицу проникает значительное количество солнечной энергии. Стекло свободно пропускает коротковолновое световое излучение. Схема распределения солнечного теплового потока. Разрез через стекло. Количество солнечной энергии, поступающее через обращенное на юг окно в средний солнечный день, зимой больше, чем в средний солнечный день летом. Это объясняется рядом причин: Несмотря на то, что продолжительность светового дня летом больше, чем зимой, количество часов возможного освещения солнцем окна, выходящего на юг, зимой больше, чем летом. Например, на 35° с.ш. 21 июня продолжительность солнечной инсоляции может составлять 14 ч. Однако солнце появляется с северо-востока после 8 ч 30 мин и уходит на северо-запад после 15 ч 30 мин; таким образом, непосредственное прямое освещение Солнцем обращенной на юг стены длится всего лишь 7 ч. Однако 21 декабря Солнце освещает южную стену полные 10 ч, т.е. все время, пока оно находится над горизонтом. Плотность потока солнечной радиации на плоскости, перпендикулярной солнечным лучам, летом и зимой примерно одинакова. Потери энергии солнечной радиации при прохождении лучей через атмосферу компенсируются тем, что зимой Солнце ближе к Земле, чем летом. Поскольку зимой Солнце находится ниже над горизонтом, его лучи направлены в окна под более прямыми углами, чем летом, когда Солнце находится на большей высоте. На 35° с.ш. а средний зимний час на 1 м2 окна может поступить в 1,5 раза больше энергии, чем летом. Излучение зимнего неба (из-за рассеивающего эффекта атмосферы) в 2 раза превышает излучение летнего неба. Чем ближе к прямому углу угол падения солнечных лучей на окно, тем выше общий коэффициент пропускания. Зимой этот коэффициент выше, чем летом. При правильном затенении окно можно закрыть от большей части прямого летнего солнечного излучения. Естественное освещение Недостаток естественного освещения проявляется в зимние и весенние месяцы, когда солнце стоит низко в небе. В летние месяцы тень от деревьев, ограды, дачных построек – минимальна В январе дерево, ограда или строение отбрасывают тень приблизительно в три раза длиннее своей высоты. В апреле тот же предмет или постройка дают тень гораздо короче: чуть больше их собственной высоты. Тень продолжает укорачиваться вплоть до середины лета. Рисунок слева показывает длину тени, отбрасываемой оградой или стеной дачного строения разной высоты в апреле и сентябре. Длина тени, отбрасываемая оградой или стеной дачного строения разной высоты в декабре и январе. Для создания подсветки внутри теплицы или парника можно устроить светоотражающие экраны. Их нужно расположить таким образом, чтобы лицевая сторона их была направлена к окну. В качестве подобных светоотражателей можно использовать зеркало или лист оцинкованного железа. Устройство теплицы При конструировании теплицы следует сделать так, что бы боковые стенки теплицы были вертикальными, так как наклонные - непрактичны, они не дадут выращивать высокорослые растения. Удобной является трапециевидная форма теплицы, с глухой задней стеной (наиболее высокой), плоской наклонной крышей и вертикальными стенками. Она позволит использовать плоские материалы (стекло, поликарбонат и др.), проста по конструкции, легко делится на секции перегородкой. Сама теплица может быть увеличена в размерах или уменьшена при необходимости. Примеры: а - с наклонными светопрозрачными стенками; б - с цилиндрическими светопрозрачными стенками; в - с наклонной крышей и вертикальной передней прозрачной стенкой; г - с наклонной передней прозрачной стенкой; д - с теплоизолированной передней стенкой : 1 - светопрозрачная изоляция; 2 - прозрачная крыша; 3 - теплоизолированная стенка. Угол наклона южной остекленной поверхности к горизонту зависит от широты местности и для средней полосы России может приниматься равным 50...60°, при этом угол наклона крыши 20...35°. Оптимальное отношение площади поверхности грунта к площади светопрозрачной поверхности составляет 1:1,5. При этом обеспечивается оптимальный энергетический баланс, т.е. разность между улавливаемой солнечной энергией и теплопотерями. Сторона, обращенная на север, может быть непрозрачной. Ее надо сделать утепленной, а изнутри теплицы оклеить алюминиевой фольгой. Тем самым она значительно утеплится, и в освещении практически не потеряем. Для круглогодичного использования теплицу нужно разместить так, чтобы остекленная поверхность располагался с севера на юг, с отклонением к западу на 16-20°, а угол наклона стеклянной кровли соответствовал 27-28°. Сохранение температурного режима теплицы на основе энергии, получаемой от солнца. В то время когда солнечные лучи не попадают на теплицу, температура воздуха в ней постепенно понижается . Это может пагубно повлиять на, допустим, растущие там растения . Для решения этой проблемы можно использовать воду. Так как теплопроводность воды меньше чем теплопроводность воздуха, то нагревание будет проходить по-разному. Для воды понадобится больше времени для повышения температуры, чем для воздуха и соответственно для понижения. И именно это свойство может нам пригодиться. Создадим некую систему. В теплице поставим канистру с водой так, чтобы она находилась в середине теплицы (рис.1). Рис.1 Получая солнечную энергию днем, вода будет нагреваться. Днем температура воздуха будет больше чем температура воды (из-за разности теплообмена) , это так же приводит к повышению температуры воды за счет теплообмена с воздухом(Рис. 2). Но ночью солнечная энергия не оказывает воздействия на систему. Температура воздуха будет понижаться из-за неполной тепловой изоляции (добиться полной тепловой изоляции невозможно или же крайне трудно).В тот момент когда температура воздуха становится ниже чем температура воды, вода отдает свою энергию воздуху и за счет конвекции теплый воздух будет распространятся по теплице(Рис. 3). Рис. 2 Рис. 3 Выбор материалов для теплицы. Сотовый поликарбонат (ячеичтый) Устойчивость к ультрафиолетовому излучению сотового поликарбоната. Панели сотового поликарбоната обладают повышенной прочностью. Они способны противостоять неблагоприятным внешним условиям, в особенности ультрафиолетовому излучению. Поликарбонатные панели обладают наружным покрытием, защищающим от ультрафиолетового излучения, что позволяет в течение длительного времени сохранять их оптические свойства, несмотря на интенсивное облучение ультрафиолетовыми лучами. Панели непроницаемы для всех длин волн короче 385 нанометров, что позволяет ограничить отрицательное влияние ультрафиолетового излучения. Использование солнечной энергии в теплице Технология. Увеличение коэффициента использования солнечной энергии для обогрева теплиц за счет повышения КПД преобразования солнечной энергии, ее аккумулирования и применения в технологических целях позволяет уменьшить потребление минерального топлива в тепличном хозяйстве. Принципиальная схема. Повышение КПД использования солнечной энергии в теплице предполагает уменьшение отражения от почвы, предотвращение выхода длинноволнового излучения из теплицы за ее пределы, утилизацию энергии испарения и конвективного потока теплоты, накопление и использование тепловой энергии в почве или в других теплоемких средах. Использование аккумулирующей массы в виде воды, булыжника, грунта позволяет перенести начало отопительного сезона в южных районах с середины октября на конец ноября и завершить его во второй половине апреля. С помощью солнечной энергии осуществляют подогрев воды для полива растений и обеззараживания почвы в летнее время. Техническая характеристика Площадь гелиотеплицы, м2: 1000-2000 Объем суточного аккумулятора на 1 м3: 80- 100 площади, л воды (кг булыжника): 300-400 Температура нагрева почвы за счет солнечной энергии, °С: 40-50 Эффективность. Гелиотеплица позволяет увеличить коэффициент использования солнечной энергии с 10% в обычных теплицах до 30%. При этом годовая энергоемкость производства продукции защищенного грунта уменьшается на 10-15% и составляет для южных районов 18 тыс.т/м2 (в пересчете на условное топливо). Область применения. Гелиотеплицы могут применяться в южных районах страны, где высокая интенсивность солнечного излучения. Теплицы необходимо снабдить дублирующей системой обогрева от традиционных источников энергии. 1-кровля, 2-шторы с селективным покрытием, 3-двойное светопрозрачное ограждение, 4-северная массивная стена, 5-поглотитель, 6- шампиньонница, 7-аккумулятор, 8 - массивные стены шампиньонницы и аккумулятора Способность к пропусканию и рассеиванию света сотового поликарбоната. Светопропускание панели сотового поликарбоната - 80%, причем преобладающая часть световых лучей проходит в рассеянном виде. Солнечные лучи, падающие на лист сотового поликарбоната практически не имеют своего направления по отношению к его плоскости. Отклонение лучей и изменение их направления ничтожно малы. В результате солнечные лучи попадают только на верхнюю часть растений, тогда как их нижняя часть остается в тени. Полная освещенность растений очень важна, её отсутствие приводит к заболеваниям растений и к их увяданию. У панелей ячеистой конструкции сотового поликарбоната рассеивание света значительно выше. Солнечные лучи оседают на верхних и нижних листах и на ребрах сотового поликарбоната и выходят из панелей в разных направлениях. Лучи, проходящие через панель сотового поликарбоната под разными углами, попадают на стены и другие поверхности, отражаются от них и доходят до всех элементов растений. Стойкость к ударным воздействиям сотового поликарбоната. Панели сотового поликарбоната прошли тестовые испытания на удар и отвечают требованиям следующих стандартов: DIN 53443, BS 2782, ASTM D5628-95. Приводимые ниже результаты получены в результате теста с применением гири с пятимиллиметровым круглым наконечником. Толщина панели 6 мм 8 мм 10 мм 16 мм Вес, г/кв.м. 1300 1500 1700 2700 Прочность при ударе, Дж 2,10 2,16 2,32 2,80 Экономия энергии. Панели сотового поликарбоната дают существенную экономию энергии по сравнению со стеклянными, фиберглассовыми и акриловыми панелями аналогичной толщины. Воздух, содержащийся в пространстве между ребрами жесткости внутри панелей, является прекрасным теплоизолятором и позволяет экономить до 50 % энергии, расходуемой на отопление зимой, либо охлаждение летом. Напомню что одна из сторон нашей теплицы черная, она будет с внутренней стороны завешена полотном чёрного брезента, который будет нагреваться под действием на него солнечного света. В любое время суток брезент можно перевесить с одной части теплицы на другую т.к полотно держится на подвесе в верхней части теплицы и плотно закрепляется фиксаторами у основания стенок. В данном случае чёрный брезент является очень удобным материалом т.к. он пропускает свет всего на 1,5 – 2 %, а остальное он поглощает тем самым преобразуя солнечную энергию в тепловую. Плотность брезента составляет от 300 до 600 г/м, может быть и выше. Он не пропускает влагу и хорошо задерживает тепло. Графики замера температуры в теплице в дневной и ночной период Солнце как источник энергии Угол падения света. Количество солнечной лучистой энергии, поступающей в теплицу, зависит не только от направления солнечных лучей и площади светопропускающей поверхности, но также и от угла наклона прозрачных для солнечного света стекол теплицы относительно падающих лучей. Существенное значение имеет также степень чистоты стекол: загрязненные стекла снижают интенсивность проникающего сквозь них излучения до 30%. Максимальное количество солнечной лучистой энергии проходит сквозь оконное стекло теплицы в том случае, когда оно расположено перпендикулярно солнечным лучам. Кроме того, любое стекло снижает интенсивность солнечного излучения примерно на 10%. Из анализа данных рис. 46 следует, что угол падения солнечных лучей является не очень существенным фактором. Только при отклонении угла падения лучей от оптимального направления прохождения света сквозь стекло (0 °) больше чем на 50 ° начинает ощутимо снижаться количество солнечной лучистой энергии, попадающей в теплицу. Необходимо также принять во внимание влияние отклонения угла падения этих лучей в вертикальной и горизонтальной плоскостях. Рис. 46. Влияние ориентации по сторонам горизонта на количество солнечного излучения, проникающего в теплицу с одинарным (1), двойным (2) и тройным (3) остеклением. Ориентацию светопроемов теплицы необходимо проверить, прежде всего, применительно к осеннему или весеннему периоду, когда углы падения солнечных лучей довольно малы. Лучше всего проводить замеры в конце февраля, например 21 февраля, когда высоты солнца составляют 11 ° (в 9 ч утра) и 19 ° (в 12 ч дня). Практически это означает, что все углы падения солнечных лучей в пределах от 90 до 60 ° приемлемы для условий Финляндии. |