Энергия
аться таким образом, чтобы обеспечивать наиболее
эффективное использование солнечной энергии для отопления. Наряду с окнами
и остекленными поверхностями южного фасада для улавливания солнечного
излучения также используются остекленные проемы в крыше и дополнительные
окна в верхней части здания, которые повышают уровень комфорта человека,
так как исключают прямое попадание солнечных лучей в лицо. Одно из
важнейших условий эффективности работы пассивной гелиосистемы заключается
в правильном выборе местоположения и ориентации здания на основе критерия
максимального поступления и улавливания солнечного излучения в зимние
месяцы.
Прямое улавливание солнечной энергии может эффективно осуществляться
при соблюдении следующих условий:
1) оптимальная ориентация дома - вдоль оси восток-запад или с
отклонением до 30о от этой оси;
2) на южной стороне 50-70 % всех окон, а на северной - не более 10%,
причем южные окна должны иметь двухслойное остекление, а северные окна -
трехслойное;
3) здание должно иметь улучшенную тепловую изоляцию и низкие
теплопотери вследствие инфильтрации наружного воздуха;
4) внутренняя планировка здания должна обеспечивать расположение жилых
комнат с этой стороны, а вспомогательных помещений - с северной;
5) должна быть обеспечена достаточная теплоаккумулирующая способность
внутренних стен и пола для поглощения и аккумулирования теплоты солнечной
энергии;
6) для предотвращения перегрева помещений в летний период над окнами
должны быть предусмотрены навесы, козырьки и т.п.
КПД такой системы отопления, как правило составляет 25-30 %, но в
особо благоприятных климатических условиях может быть значительно выше и
достигать 60 %. Существенным недостатком этой системы являются большие
суточные колебания температуры воздуха внутри помещений. Пассивные системы
имеют такой же срок службы, как и само здание. Наряду с получением теплоты
эти системы также обеспечивают эффективное использование дневного
освещения, благодаря чему снижается потребление электроэнергии.
Активные гелиосистемы отопления зданий
В состав активной системы солнечного отопления входят коллектор
солнечной энергии, аккумулятор теплоты, дополнительный (резервный)
источник энергии, теплообменники для передачи теплоты из КСЭ в аккумулятор
и из него к потребителям, насосы или вентиляторы, трубопроводы с арматурой
и комплекс устройств для автоматического управления работой системы.
Солнечный коллектор обычно устанавливается на крыше дома, остальное
оборудование гелиосистемы отопления и горячего водоснабжения дома
размещается в подвале. Там устанавливаются основной аккумулятор теплоты,
теплообменник для подогрева воды, бак для аккумулирования горячей воды,
теплообменник для нагрева воздуха для отопления дома, расширительный бак и
теплообменник для передачи теплоты от антифриза к воде. Снаружи дома
находится теплообменник, предназначенный для сброса избыточного количества
уловленной солнечной теплоты в летний период.
Сравнение активных и пассивных гелиосистем дает возможность выявить их
преимущества и недостатки. Преимущества активных гелиосистем связаны с
легкостью и гибкостью интегрирования систем со зданием, возможностью
автоматического управления работой системы и снижением тепловых потерь.
Однако при применении активных гелиосистем часто возникают проблемы,
обусловленные недостаточной надежностью оборудования, в том числе систем
автоматического управления. В отличии от них пассивные системы просты,
надежны в работе и недороги, но они также имеют недостатки. прежде всего
возникают трудности с поддержанием температурного режима, необходимого для
обеспечения теплового комфорта в отапливаемых помещениях. В гибридных
системах можно соединить достоинства активных и пассивных элементов и
устранить многие недостатки, повысив тем самым эффективность систем при
умеренных капиталовложениях.
Электроэнергия из космоса
Идея сооружения Международной опытной космической электростанции
(КСЭС), подающей электроэнергию земным потребителям, возникла в 1960 году и
не сходит с тех пор со страниц популярных и научных изданий.
КСЭС в совокупности с промежуточными атмосферными сооружениями сможет
на только подавать электроэнергию земным потребителям, но и
непосредственно освещать большие участки земной поверхности ночью и
затенять их днем, регулировать климатические условия, уничтожать тайфуны и
смерчи, снабжать энергией космические корабли, воздушные средства, наземный
транспорт, удаленные от линий электропередачи промышленные предприятия и
т.д.
Целесообразность создания КСЭС диктуется неисчерпаемостью солнечной
энергии, экологическими соображениями и необходимостью сохранять ныне
широко применяемые природные энергоносители (нефть, газ, уголь) для нужд
химической промышленности.
КСЭС с периодически сменяемым персоналом могла бы стать на только
прообразом сверхмощных станций будущего, но и одновременно выполнять
огромное количество обычной “космической работы” (исследования, наблюдения,
эксперименты) Потребность в такой опытной КСЭС имеется уже сейчас, причем
не только потребность, но и возможность ее создания при условии
международного сотрудничества.
При этом следует учесть, что наша страна первой в мире освоила
пилотируемые космические полеты с пребыванием людей на станции в течение
одного года, у нас создан и опробован в космосе уникальный монтажный
инструмент, а космонавтами получен уникальный опыт работы по развертыванию
крупногабаритных космических сооружений, в том числе и дополнительных
панелей солнечных батарей, освоены длительные рабочие выходы космонавтов в
открытый космос, успешно проведены первые испытания новой универсальной
ракеты-носителя “Энергия”, способной выводить на околоземную орбиту более
100 т полезного груза.
Практическое использование солнечной энергии в космонавтике началось в
1958 году на первом ИСЗ США и на третьем советском ИСЗ. Эти спутники, как
известно, имели солнечные батареи.
Первая публикация по проблеме КСЭС с изложением технической сущности
принадлежит американскому инженеру П. Гейзеру. В его проекте масса КСЭС
достигает 30 тыс.т, размер (“размах”) солнечных батарей 60 км, а
электрическая мощность - примерно 8,5 ГВт. Таким образом, мощность
спроектированной станции выше мощности эксплуатируемых ныне крупнейших
электростанций мира: ГЭС “Гленд-Кули” (США) - 6,2 ГВт, Красноярской ГЭС - 6
ГВт, АЭС “Фукушима”- 4,7 ГВт, ТЭС “Кашима”- 4,4 ГВт (Япония).
Целесообразность создания КСЭС и КТЭС диктуется неисчерпаемостью как
солнечной энергии, так и горючего для КТЭС- космического водорода,
экологическими соображениями и необходимостью сохранить ныне широко
применяемые природные химические энергоресурсы для нужд химической
промышленности.
Всвязи с печальным опытом аварии на Чернобыльской АЭС возникает
вопрос, а не грозит ли создание КСЭС какими-либо новыми бедами людям, ведь
передача энергии будет происходить через атмосферу, а следовательно,
воздействовать на ее состав и динамику. Будет ли это воздействие
положительным? Расчеты вселяют оптимизм, но окончательный ответ может дать
только опытная эксплуатация электропередачи Космос-Земля.
Наличие энергетических установок характерно для всех космических
аппаратов. Характеристики космических солнечных батарей (СБ), применяемых в
настоящее время, весьма разнообразны. Удельная масса панельных СБ
составляет 5-10 кг/м2, причем около 40 % массы приходится на
полупроводниковые элементы, а остальное на конструкцию. Ожидается, что
использование материалов на основе бора и углерода позволит уменьшить массу
конструкций в 2 раза.
Срок службы СБ пока подтвержден 5 годами, однако считается, что он
может составить 30 лет, правда , с деградацией (уменьшением) КПД СБ к концу
этого периода на 40 %.
Достигнутое КПД для двухслойного элемента, составленного из арсенида
галлия (GaAs) и кремния (Si), равно 28,5 % , что касается дальнейших
перспектив, то они оцениваются довольно высокими значениями до 60 %.
В космической энергетике большая роль отводится аккумуляторам. Самые
лучшие из современных маховиков способны накапливать весьма значительную
энергию - до 1 МДж/кг, хотя существуют и такие экспериментальные
устройства, которые способны накапливать энергию до 12 МДж/кг. Но для
расчетов ограничиваются значением 0,07 МДж/кг.
Вряд ли первая опытная КСЭС установленной мощностью для земных
потребителей 5000 кВт способна сколько-нибудь существенно помочь энергетике
нашей страны. Тем не менее она, как и первая АЭС, необходима, причем
главный смысл ее эксплуатации - натуральное изучение способов беспроводной
передачи энергии на сверхдальние расстояния, изучение влияния этого
процесса на окружающую среду, оптимизация параметров станции.
Первые практические опыты в нашей стране по передаче энергии без
проводов с помощью СВЧ-излучения были проведены под руководством профессора
С.И. Тетельбаума в Киевском политехническом институте около 30 лет назад.
две простейшие квадратные антенны со стороной квадрата 100 м при длине
волны 1 см позволили передавать энергию на расстояние 50 км с КПД 40%, а на
расстояние 5 км - с КПД 60%.
| |  скачать работу |
Энергия |
