Delist.ru

 Экологическая эффективность локальных источников энергии (на примере плоских солнечных коллекторов) (02.10.2009)

Автор: Рахнов Олег Евгеньевич

Использование солнечной энергии – это:

- экономия органических энергоресурсов, со снижением нагрузки на окружающую среду от вредных выбросов, в том числе группы газов, являющихся причиной парникового эффекта:

- исключение выбросов добавочного тепла в окружающую среду. Таким образом, использование солнечной энергии имеет двойной эффект относительно теплового баланса планеты.

Исследование повышения эффективности устройств, преобразующих солнечную энергию в энергию, удобную для использования человеком, есть задача прежде всего экологическая, а уже потом техническая. Массовое использование солнечной энергии – пока из известных единственный максимально эффективный способ замещения в тепловом балансе планеты части энергии и компенсации негативных воздействий от использования органических и атомного энергоресурсов.

Совершенствование способов преобразования солнечной энергии с увеличением эффективности солнечных коллекторов как локальных источников энергии есть основное направление настоящей диссертации.

Необходимость разработок в области совершенствования технологий преобразования солнечной энергии определяет актуальность тематики настоящего исследования.

Исследования во многих странах мира направлены на научное обоснование, разработку и создание новых технологий и оборудования для экономически эффективного использования солнечной энергии с учетом специфики конкретных потребителей и регионов.

Цель диссертации – повышение экологической эффективности локального теплоснабжения путем повышения эффективности плоского солнечного коллектора при его настенной установке за счет использования отражательной способности конструкций здания.

Для достижения цели в работе решались следующие задачи:

-анализ литературных и фондовых источников по оценке основных тенденций развития мировой энергетики с учетом их глобального влияния на общую экологическую обстановку;

-обоснование применения солнечных энергоприемников в системах комплексного теплоснабжения на геоэкологических принципах;

-анализ разработанных и используемых в практике конструкций солнечных энергоприемников, их эффективности и перспектив использования в хозяйстве;

-теоретическое обоснование и разработка конструкции экспериментальной установки для исследования повышения тепловой эффективности плоских солнечных коллекторов (ПСК), использующих отражательную способность конструкций здания при его настенной установке, получение экспериментальных данных о поглощаемой тепловой энергии;

-обработка и анализ полученных экспериментальных данных о поглощаемой тепловой энергии, разработка рекомендаций по расчету тепловой эффективности плоских солнечных коллекторов при их установке на стене

-оценка геоэкологической, энергетической и экономической эффективности установки солнечных энергоприемников на стенах зданий.

Методика выполнения исследований. Анализ литературы и фондовых источников, обобщение результатов отечественных и зарубежных исследований в области освоения различных способов преобразования и использования солнечной энергии в антропогенных экосистемах в рамках общих геоэкологических проблем, таких, как стабилизация биотопов и снижение негативного воздействия на них традиционных энергоустановок. Экспериментальное исследование повышения эффективности плоского солнечного коллектора за счет отражательной способности конструкций здания при его настенной установке на разработанном лабораторном стенде.

Исследования проводились с помощью приборов, отвечающих действующим нормативным документам и стандартам РФ. Всего было проведено 36 натурных экспериментов, с последующим анализом результатов.

Научная новизна работы.

- экспериментально подтверждено выдвинутое в работе предположение о повышении тепловой и геоэкологической эффективности ПСК при установке их на стене здания за счет отражательной способности конструкций самого

- теоретически обоснована и экспериментально подтверждена новая переменная, учитывающая поток отраженной энергии, поступающей на солнцеприемник от конструкции стены здания, на котором он установлен;

- разработаны рекомендации по повышению тепловой эффективности ПСК устанавливаемых на стенах зданий, за счет оптимизации угла наклона лучевоспринимающей поверхности к горизонту.

Практическая значимость диссертации.

В результате работы уточнены и дополнены существующие методики расчета потока солнечной энергии на наклонную поверхность, что позволяет при проектировании локальных систем теплоснабжения с ПСК учитывать возможность увеличения тепловой эффективности системы за счет установки лучевоспринимающих панелей на стене здания. Результаты исследований обобщены как инженерные рекомендации по установке коллекторов на стене здания с учетом оптимального угла наклона к горизонту для наибольшей эффективности использования прямой и отраженной энергии.

Основные положения, выносимые на защиту:

1. Экологическая и тепловая эффективность ПСК повышается при установке их на стене здания за счет отражательной способности конструкций самого

2. Необходимость введения переменной, учитывающей поток отраженной энергии, поступающей на солнцеприемник от вертикальной конструкции, на которой он установлен.

3. Уточнение расчетов производительности солнечного преобразователя энергии путем учета дополнительного количества энергии.

Достоверность полученных результатов определяется применением современных методик измерения характеристик солнечных преобразователей и методов обработки результатов измерений; использованием в экспериментах «гостированных» методов и приборов; соответствием полученных характеристик с результатами исследований других авторов; близостью расчетных и опытных данных.

Апробация работы.

Основные положения, содержащиеся в диссертации, были доложены на VI региональной конференции «Вузовская наука – Северо-Кавказскому региону» (г. Ставрополь, 2003 г.), на XXXIII научно-технической конференции по результатам работы профессорско-преподавательского состава, аспирантов и студентов СевКавГТУ за 2003год (Ставрополь 2004 г.), на VI региональной научно-практической конференции «Вузовская наука: из настоящего в будущее» (Кисловодск 2005 г.), «IV-е Денисовские чтения» (Москва, 2008г), опубликованы в научно-техническом журнале «Вестник МГСУ» (2007,

По теме диссертации всего опубликовано 6 печатных работ, в том числе 2 в реферируемом журнале по списку ВАК.

Объем и структура работы.

Диссертация состоит из введения, четырех глав, общих выводов, заключения, библиографии, изложена на 196 страницах машинописного текста, включая 37 рисунков, 37 таблиц, список литературы из 129 наименований, в том числе 19 иностранных источников.

Работа выполнялась в Московском государственном строительном университете на кафедре «Инженерной геологии и геоэкологии».

Автор глубоко благодарен научному руководителю - заведующему кафедрой «Инженерной геологии и геоэкологии» МГСУ профессору, д.т.н. академику РАЕН Потапову Александру Дмитриевичу; научному консультанту - профессору кафедры «Использования водной энергии» МГСУ д.т.н. академику РАЕН Волшанику Валерию Валентиновичу и коллегам за постоянную помощь и поддержку в работе.

Введение содержит разработанные аргументы, подтверждающие актуальность темы диссертации, обоснование постановки цели и задач исследования, определяет научную новизну и практическую значимость диссертационной

В главе 1 изложены результаты аналитического обзора различных литературных и фондовых источников по экологическим проблемам развития современной энергетики. Выполненный анализ показал, что основной поток загрязнений в производстве исходит от потребителей и производителей энергии, связанных с использованием органического топлива.

В современном мире энергетика является основой развития базовых отраслей промышленности, определяющих прогресс общественного производства. Во всех промышленно развитых странах темпы развития энергетики опережают темпы развития других отраслей деятельности. И при всем этом современная энергетика – одно из мощнейших техногенных воздействий на окружающую среду и на человека как часть биосферы.

На локальном уровне выбросы при сжигании топлива (фотохимические смоги) наносят серьезный ущерб здоровью людей, на глобальном - сжигание органического топлива - это вовлечение в энергетический оборот источников, не оказывающих в естественном состоянии влияния на энергетический (тепловой) баланс планеты. Кроме этого, важнейшую роль в тепловом балансе играют парниковые газы, молекулы которых способны пропускать коротковолновые и поглощать длинноволновые лучи. Все это - проблема теплового загрязнения Земли.

Прогнозы повышения среднеглобальной температуры к концу наступившего столетия приводят к значениям в 4-6°С по сравнению с доиндустриальной эпохой (до 1850 г.), что существенно выше наблюдавшихся в течение всего четвертичного периода геологической истории (последние 2 млн. лет). Беспрецедентный рост температуры в течение столь короткого времени вызывает обоснованную тревогу за устойчивость климатической системы в целом и состояние, находящихся от нее в полной зависимости, гидросферы, биосферы и системы мирового хозяйства. Мировое сообщество понимает необходимость защиты климата, т.е. предотвращения нагревания земной атмосферы и, как следствие, необходимость тотального сокращения выбросов диоксида углерода, а это может быть реально достигнуто лишь за счет уменьшения потребления ископаемого топлива.

загрузка...