автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.18, диссертация на тему:Математическое моделирование процессов теплообмена в системе "солнечный коллектор - аккумулятор тепла"

На правах рукописи

Трошкина Галина Николаевна

Математическое моделирование процессов теплообмена в системе «солнечный коллектор — аккумулятор тепла»

Специальности: 05.13.18 - Математическое моделирование, численные

методы и комплексы программ; 01.04.14 - Теплофизика и теоретическая теплотехника

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Барнаул — 2006

Работа выполнена на кафедре экспериментальной физики Алтайского государственного университета

Научный руководитель: доктор физико-математических наук,

профессор Сагалаков Анатолий Михайлович

Научный консультант: кандидат физико-математических наук,

доцент Чертищев Василий Владимирович

Официальные оппоненты: доктор физико-математических наук,

профессор Павлов Владимир Евгеньевич

Ведущая организация: Институт теплофизики им. С.С. Кутатсладзе СО РАН (г. Новосибирск)

Защита диссертации состоится 19 сентября 2006 г. в 15-00 часов на заседании диссертационного совета Д 212.005.04 в Алтайском государственном университете по адресу: г. Барнаул, пр. Ленина, 61, конференц-зал.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Алтайского государственного университета по адресу: г. Барнаул, пр. Ленина, 61.

Автореферат разослан августа 2006 г.

Ученый секретарь диссертационного совета доктор физико-математических наук

доктор технических наук, профессор Титаренко Юрий Иванович

профессор

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Существует широко распространенное мнение, что солнечная энергия является экзотической и ее практическое использование - дело отдаленного будущего. На самом деле солнечная энергия - серьезная альтернатива традиционной энергетике уже в настоящее время.

Несмотря на то, что Россия обладает существенными запасами ископаемых топлив и является одним из крупнейших поставщиков природного газа и нефти на мировой рынок, проблема рационального использования энергоресурсов в нашей стране не теряет своего значения.

Потенциальные запасы угля, природного газа, нефти в России велики, но прирост добычи в дальнейшем будет осуществляться в основном за счет освоения новых месторождений в отдаленных и труднодоступных районах. Это требует очень больших капиталовложений в добычу и транспортировку топлива, что вызывает его существенное удорожание. Поэтому проблема снижения энергозатрат, утилизации всех видов вторичных энергоресурсов остается актуальной.

Растущая стоимость первичных энергоносителей повышает интерес к возобновляемым источникам энергии. О важности исследуемой проблематики свидетельствует тот факт, что более 100 стран приняли участие во Всемирной конференции по проблемам возобновляемых источников энергии, прошедшей в Бонне (Германия) в июне 2004 г.

Одним из путей снижения затрат топлива является использование возобновляемых источников энергии, особенно нетрадиционных, которые ранее либо совсем не использовались, либо использовались в очень ограниченных масштабах. К ним можно отнести солнечную энергию, энергию биомассы, гидротермальную, приливную и многие источники низкопотенциального тепла природного и искусственного происхождения.

Прежние исследования утилизации солнечной энергии недостаточны для оценки возможности применения солнечных установок в различных климатических условиях. В этой связи исследование процессов теплообмена в системах «солнечный коллектор - аккумулятор тепла» является актуальной проблемой.

Состояние и краткая история вопроса. Пик развития «солнечного» рынка в мире, обусловленный разразившимся энергетическим кризисом и резким ростом цен на энергоресурсы, приходится на середину и конец 70-х гг. Во многих странах были приняты специальные государственные программы прямой финансовой, законодательной и информационной поддержки и стимулирования развития технологий использования нетрадиционных возобновляемых источников энергии.

В бывшем СССР, несмотря на искусственно устанавливаемые цены на традиционные энергоресурсы, вопросам развития гелиотехники уделялось определенное внимание со стороны государства. Действовали различные государственные программы по линии Минтопэнерго. Вместе с тем эти усилия были направлены преимущественно на южные республики (Туркмения, Узбекистан, Грузия и др.), где климатические условия, безусловно, являются наиболее благоприятными для использования солнечной энергии. В результате сегодня в России число действующих солнечных установок весьма ограничено (Краснодарский край, Ростовская область). Тем не менее за последние годы в стране сформировалось около десятка потенциальных производителей солнечных коллекторов и водонагревателей. В основном производителями выпускаются опытные и мелкие партии.

Ограниченное применение солнечных установок вызвано недостаточной информированностью потенциальных потребителей о возможностях практического использования солнечных установок. Вместе с тем в связи с тенденцией неуклонного роста цен на топливо и электроэнергию интерес к солнечным установкам растет.

Научные исследования в области солнечной энергетики проводятся в Инсттуге теплофизики СО РАН, Институте высоких температур РАН, Физико-техническом институте им. А.Ф. Иоффе, в Алтайском региональном центре нетрадиционной энергетики и энергосбережения и др.

Целью данной работы является разработка методики прогноза теплопроизводительности систем солнечного отопления и горячего водоснабжения с учетом местных метеоусловий.

Достоверность научных положений и выводов, содержащихся в диссертационном исследовании, обеспечивается использованием убедительных качественных физических соображений, сочетанием достаточно точной модели, описывающей движение плоскости закрепленного в наклонном положении солнечного коллектора на поверхности Земли относительно Солнца, и достоверных метеорологических, данных по интенсивности солнечного излучения, по поступлению суммарного, прямого и рассеянного излучения на горизонтальную поверхность, по облачности и по альбедо земной поверхности. В диссертационной работе использованы хорошо известные уравнения нестационарного теплообмена и граничные условия, а также стандартные инженерные методики для расчета потерь в подводящих трубопроводах.

Личный вклад автора заключается в: . 1)выполнении математического моделирования процессов теплообмена системы «солнечный коллектор - аккумулятор тепла» для заданного диапазона варьирования параметров (температура на входе в коллектор,

температура окружающей среды, толшины теплоизоляции всех элементов системы);

2)разработке балансовой модели системы «солнечный коллектор — аккумулятор тепла»;

3)предложении методики оценки располагаемого количества солнечного излучения на произвольно ориентированную поверхность с учетом метеорологических данных многолетних наблюдений для метеоусловий Алтайского края;

4)выполнении экспериментальных исследований теплоизоляционных свойств прозрачной сотовой теплоизоляции, перспективной для применения в конструкции коллекторов солнечной энергии.

Научная новизна работы заключается в разработке усовершенствованной методики оценки и прогноза прихода тепловой энергии солнечного излучения, учитывающей местные климатические факторы и все основные виды тепловых потерь; измерении коэффициента пропускания прозрачной сотовой теплоизоляции в зависимости от угла падения излучения; в создании комплекса программ и проведении компьютерного моделирования системы «солнечный коллектор - аккумулятор тепла». Впервые получены формулы для расчета результирующей энергетической освещенности наклонной поверхности с учетом облачности, тепло-производительности солнечных коллекторов с учетом диффузного излучения, потерь тепла в грунт за сутки через боковые стены и дно аккумулятора тепла. Предложены рекомендации для использования установок солнечной энергии в условиях Алтайского края.

Научная и практическая ценность работы. Результаты исследования могут служить теоретической основой расчета баланса энергии при разработке систем солнечного теплоснабжения, дополняющих традиционные системы, применительно к жилым зданиям и зданиям производственного назначения, направленных на существенное сокращение использования ископаемых топлив.

Результаты исследования использовались в Алтайском региональном центре нетрадиционной энергетики и энергосбережения (об этом имеется справка).

На защиту выносятся: -методика оценки располагаемого количества энергии солнечного излучения, падающего на произвольно ориентированную поверхность;

- математическая модель баланса энергии в системе «солнечный коллектор - аккумулятор тепла» с учетом всех основных видов тепловых потерь;

- результаты моделирования тепловых потоков в системе «солнечный коллектор - аккумулятор тепла» в условиях Алтайского края.

Публикации. По результатам диссертационной работы опубликовано 10 работ, в том числе 3 статьи в рецензируемых журналах.

Апробация результатов. Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на следующих конференциях: седьмая Всероссийская научная конференция студентов-физиков и молодых ученых, Екатеринбург, 2001 г., Российский национальный симпозиум по энергетике, Казань, 2001 г., международная научно-техническая конференция, Тверь, 2001 г., восьмая Всероссийская научная конференция студентов-физиков и молодых ученых, Екатеринбург, 2002 г.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы и приложений. Работа изложена на 193 страницах, содержит 38 рисунков, 4 таблицы, список литературы из 117 наименований и 6 приложений.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы диссертации, проанализированы история и состояние вопроса, подчеркнуты научная новизна и практическая ценность работы, сформулирована ее цель, изложены основные положения, выносимые на защиту.

Первая глава «Методы расчета систем солнечного теплоснабжения и перспективы развития солнечной энергетики» посвящена обзору работ по исследуемой проблематике. Проведен обзор нетрадиционных видов энергетики и различных методов расчета систем солнечного теплоснабжения, определены их достоинства и недостатки.

Для расчетов в основном используются следующие методики:

- по средним суткам, представляющим месяц, т.е. метеоданные усредняются за каждый час месяца, и так составляются средние сутки;

- по среднемесячным значениям, т.е. вычисляется одна среднемесячная величина параметра, и она используется для суток месяца;

- по среднесуточным значениям, т.е. для каждых суток месяца вычисляется значение, которое используется для данных суток. Этот метод достаточно трудоемок и при использовании на ЭВМ требует практически столько же машинного времени, что и «типичный год»;

- по «типичному году», т.е. расчет выполняется по реальным данным каждого часа дней месяца, имеющего статистические характеристики, совпадающие со средним и многолетним значениями.

Наиболее распространенной и часто применяемой схемой расчета на компьютере за рубежом является программа ТК^УБ, которая вычисляет мгновенные значения тепловой мощности и суммирует их за весь период работы.

В практике проектирования гелиоустановок до сих пор, как правило, применялся второй метод, т.е. использовались среднемесячные значения интенсивности солнечной радиации.

Для проектирования гелиоустановок необходимы значения суммарной, прямой и рассеянной радиации. Эти данные приведены в справочнике по климату «Солнечная радиация, радиационный баланс и солнечное сияние». Однако они представлены там далеко не для всех населенных пунктов. Так, в указанном справочнике 1977 г. издания для территории Алтайского края данные по солнечной радиации были приведены только для п. Благовещенка, условия которого не характерны для других населенных пунктов края и применимы только в радиусе 50-100 км для условий ровного рельефа в первом полукилометровом слое атмосферы. Подобных данных для наклонной к горизонту поверхности в справочниках не содержится.

Суммарный поток солнечной радиации на данную поверхность складывается из потоков прямого излучения, излучения^ рассеянного атмосферой, и излучения, отраженного от поверхности земли и различных близко расположенных к этой поверхности предметов.

Для расчета располагаемого количества солнечной энергии, поступающей на наклонную поверхность, необходимо знать углы падения солнечных лучей на наклонную и горизонтальную поверхности в данном месте.

Угол падения солнечных лучей на произвольно ориентированную поверхность, имеющую азимут а„ и угол наклона к горизонту р, можно определить с помощью формулы

cos/ = sinP(cos§(smcp-cos(i„ 'cosw + sino,,-sinw)- (])

-sm5-cos9-cosa„) + cosp(cos6-cos<j>-cosio + sin5-sin(p).

где (p - широта; 5 — склонение солнца; со — часовой угол солнца.

Интенсивность прямого излучения / определяется исходя из величины оптической массы, которая пропорциональна 1 /sin hs, где — h„ угловая высота солнца. Энергетическая освещенность прямой солнечной радиацией любой данной поверхности равна /-cos /.

В первой главе дана характеристика солнечных коллекторов. Рассмотрены аккумуляторы тепла и теплообменники. Описаны селективные покрытия и прозрачная сотовая теплоизоляция. Подробно описаны особенности распространенных методик расчета основных энергетических характеристик систем солнечного теплоснабжения.

Во второй главе «Расчет теплопроизводительности солнечных коллекторов» предложена методика расчета располагаемого количества солнечной энергии солнечных коллекторов.

С учетом облачности расчетная формула для нахождения энергетической освещенности наклонной площадки имеет вид:

где Е- /,„cos / — энергетическая освещенность наклонной поверхности прямой солнечной радиацией. Здесь /„, = /0 е,Р"':- интенсивность солнечной радиации у земной поверхности; /0 = 1.353 кВт/м2 - солнечная постоянная; e,=l-0.034siní2- коэффициент эксцентричности орбиты; О - годовой часовой угол, определяемый по формуле £1 = 2п п/365, где п — номер дня, отсчитываемый от 1 января; Р — коэффициент прозрачности атмосферы; /я=1/sin А,-оптическая масса атмосферы; а-а„-разность азимутов солнца и нормали к облучаемой поверхности, множитель, содержащий этот угол, учитывает диаграмму направленности отраженного земной поверхностью прямого солнечного излучения; /V-вероятность того, что солнце не закрыто облаками; г — коэффициент отражения радиации земной поверхностью; Et¡¡, - диффузная радиация на горизонтальную земную поверхность для данного момента времени. При этом были приняты допущения, что небо может рассматриваться как изотропный источник радиации и рассеяние света земной поверхностью близко к изотропному. В предположении равномерности движения Земли по орбите угловые координаты солнца представляются простыми функциями времени.

Угловая высота солнца над горизонтом, входящая в расчетную формулу, определяется по следующему соотношению: sin/?, =cosq> (cos5s¡nw + cosf2cosra)-

(3)

Для параметров уравнения (2) была принята линейная интерполяция по их узловым значениям. Коэффициент прозрачности атмосферы

4, Г"' " (4)

>«,

рассчитывался по метеорологическим данным об интенсивности прямого солнечного излучения.

Средняя энергетическая освещенность горизонтальной поверхности рассеянной в атмосфере солнечной радиацией складывается из энергетической освещенности диффузной составляющей при безоблачном небе Д умноженной на вероятность Р„с того, что солнце не закрыто облаками, и диффузной составляющей при облачной погоде О,, умноженной на вероятность такой погоды:,

' £;,;, = 0^ + 0,(1-0 • (5) Диффузная составляющая энергетической освещенности при безоблачном небе и вероятность Рж того, что солнце не закрыто облаками,

8

берутся непосредственно из справочных метеорологических данных за длительный срок наблюдений. Диффузная составляющая энергетической освещенности при облачной погоде представляется в виде произведения интенсивности света у поверхности земли /„, и интерполяционной функции двух переменных - времени суток и времени года. Ее значения в узлах интерполяции рассчитываются по соотношению:

о, = (О/(]-/>„) , (б)

где ()- суммарная солнечная радиация при средних характерных условиях облачности, усредненная по метеорологическим данным за десятилетний период для каждого месяца для времени суток 6.30, 9.30, 12.30, 15.30, 18.30. При вычислении Р, Рис и Е,т для всех промежуточных моментов времени использовалась двумерная интерполяция линейной зависимостью по времени суток и по месяцам. Приведенные формулы лежат в основе разработанного программного модуля расчета энергетической освещенности произвольно ориентированной площадки.

Баланс энергии солнечного коллектора определяется приходом солнечной энергии, расходом на потребление и (или) аккумулирование и тепловыми потерями. Тепловые потери можно уменьшить улучшением прозрачной теплоизоляции (размещением двух слоев стекла вместо одного или использованием прозрачной сотовой теплоизоляции), а также применением теплоизолирующего материала боковых стенок и днища с улучшенными характеристиками. Приведенная поглощательная способность та солнечного коллектора определяется свойствами материалов прозрачного покрытия и поглощающей поверхности абсорбера и зависит от угла падения солнечных лучей на коллектор.

В работе исследовалась прозрачная сотовая тепловая изоляция (ПСТИ) из полиметилметакрилата. Толщина слоя составляла 42 мм, диаметр соты - около 5 мм, толщина стенки - 0.1 мм. Этой ПСТИ был теплоизолирован с одной стороны нагреваемый излучением образец, представляющий собой прямоугольную пластину из фанеры размером 250 х 100 х 3 мм.

Испытания проводились на установке (рис. 1), состоящей из источника света с диафрагмой, поворотного столика с образцом, покрытым ПСТИ, под которой размещались 2 приемника излучения, и цифрового милливольтметра с большим входным сопротивлением. Источник света мощностью 250 Вт имел спектр излучения преимущественно в видимой и инфракрасной областях длин волн. Для измерения разности потенциалов на термопарах использовался милливольтметр. Приемники излучения представляли собой медные пластины толщиной 0.2 мм и диаметром 15.5 мм, к которым были припаяны хромель-алюмелевые термопары. Они размещались запод-

лицо на пластине из четырехслойной фанеры. Для увеличения коэффициента поглощения лицевая сторона приемников излучения и пластины чернилась сажей, смешанной с клеем БФ. Сигнал от термопары через переключатель передавался на милливольтметр.

Рис. 1. Схема установки: 1 — источник света; 2 — диафрагма; 3 — стойка с испытываемым материалом; 4 — милливольтметр; 5 — ПСТИ;

6 -приемники излучения

В первой серии экспериментов ось светового конуса была перпендикулярна поверхности образца. Источник света и приемники излучения устанавливались таким образом, чтобы приемники находились в световом конусе на равном расстоянии от центра. Идентичность показаний термопар проверялась в предварительных экспериментах. Изменения температур в ходе экспериментов наблюдались в двух режимах—при нагревании и охлаждении. Показания милливольтметра снимались с интервалом 5 мин. Температуры определялись с помощью таблицы градуировки термопары.

Наряду с охлаждением исследовалась также интенсивность нагрева пластины как при нормальном, так и при косом.прохождении излучения через ПСТИ. С этой целью пластина, покрытая ПСТИ, поворачивалась вокруг вертикальной оси на определенный угол. Измерения проводились при углах поворота 0°, 15° и 30°. На рисунке 2 представлены графики нагревания и охлаждения пластин, защищенных ПСТИ со стеклом (1), защищенных ПСТИ (2) и не защищенных ПСТИ (3).

Из сравнения полученных результатов видно, что быстрее и на большие температуры нагревается пластина, защищенная ПСТИ со стеклом, затем просто защищенная ПСТИ, и медленнее всего нагревается незащищенный образец. Этот результат показывает, что защитная оболочка ослабляет инфракрасное излучение, испускаемое пластиной, и позволяет абсорберу солнечного коллектора нагреваться интенсивнее.

Кроме того, пластина с ПСТИ, покрытой стеклом, дает большую эффективность использования солнечной энергии за счет подавления конвективных потерь. ' Т. ° . 2

и мин

Рис. 2. Графики нагревания и охлаждения пластин: 1 - пластины, защищенные ПСТИ со стеклом; 2 - пластины, защищенные ПСТИ; 3 -пластины, не защищенные ПСТИ

Во второй серии экспериментов обеспечивалось наклонное падение светового пучка на образец. В отсутствие прозрачной теплоизоляции отношение освещенностей при разных углах падения лучей пропорционально отношению соответствующих косинусов, и при углах поворота пластины на 15° и 30° отношение косинусов равно 1.12. Отсюда можно сделать вывод, что изменение наклона лучей с 15° до 30° приводит к ослаблению светового потока ПСТИ на 10%.

Относительная прозрачность ПСТИ (относительно нормального падения) в зависимости от угла поворота пластины исследовалась при различных светофильтрах, выделяющих красную и инфракрасную области спектра. При применении светофильтров происходило ослабление сигнала, и для повышения чувствительности термопары были заменены фотодиодами.

Результаты измерений представлены на рисунке 3.

///„ -----без св етоф<тьтра

-КС 18

.......КС 15

-----ИКС-1

-----ИКС-3

-ИКС-5

Рис. 3. Зависимость относительной прозрачности ПСТИ (относительно нормального падения) от угла поворота пластины

Минимум прозрачности наблюдается при углах поворота 10-г 20°. В диапазоне углов от 7° до 30° наименьший коэффициент пропускания изменяется до 80% от случая нормального падения. При изменении угла поворота от 0° до 5° коэффициент пропускания в красной и инфракрасной областях спектра близок к 100%. При повороте в диапазоне от 5° до (0° коэффициент пропускания уменьшается до уровня 80-85%. При дальнейшем увеличении угла поворота коэффициент пропускания изменяется слабо.

В третьей главе «Расчет тепловой мощности, отводимой от солнечного коллектора» приведена разработанная методика расчета тепловой мощности, отводимой от коллектора солнечной энергии. Первоначально вычисляется результирующая энергетическая освещенность наклонной поверхности (складывающаяся из потока прямой солнечной радиации, солнечной радиации, рассеянной в атмосфере, и солнечной радиации, отраженной от земной поверхности) по формуле

= ЕР„. + £,„

I + сое Л, I - сек Л,

(1 + сое Л,

2 2

1 - С(К Л, 1 + СОБ 3

1 + СОБ Р

£7> + Е,„

(7)

2

I - «к Л,

|0(/)5Ы<Л".

V 2 2

где /^та - произведение коэффициента эффективности поглощающей панели коллектора и оптического КПД (та); т(/) = т 0(0 / 9(0). Величина 9(0 описывает зависимость коэффициента пропускания прямой радиации от угла падения на прозрачное покрытие.

Для двухслойного остекления выполняется соотношение:

12

0('> = --J- =

I-

П~ СОБ / - - Бт 2 I

п'1 соеI + V«'- -5т2/

сов! - V" -С05 I + V"'2 -

Р|| + Р1/

о ГТ> • 7"

п ~ соб i - v " " - вт /

п'2 соэ I + л/н'2 - ьт2 /

5/ - V«'2 - Я

51 + V«'2 - 5

(8)

1ё(' -'') - /|'2 СОЭ Г — П\]и'~ - И2 БШ 2 1 » 51П (< — /') 2 IIС05 1 - Vп'1 -П25\П21

II1 СОБ/ + п^/п'1 - /Г"2 £1П / 51П (/ + I") IIС05 / + VП~ —И2 ЙШ 2 1

Рн =

где рх, р|| — коэффициенты отражения, «-1.5-показатель преломления стек-

к/1

ла (показатель преломления воздуха п принят ровным 1)и | е< г) вт пь * о . 71.

о

С учетом зависимости 6(0 рассчитывается произведение коэффициента эффективности поглощающей панели и оптического КПД коллектора для данного угла падения лучей/.

Затем задаются температуры наружного воздуха Ттю.к и входящего в коллектор теплоносителя 7'вх и вычисляется КПД по формуле:

^^/»-^(г»-^.)/^, (9)

I + А1'ни/ {2С)

где произведение общего коэффициента теплопотерь коллектора

и коэффициента эффективности поглощающей панели (величины и и отнесены к 1 м~ площади поверхности коллектора); С-расходная теплоемкость теплоносителя через коллектор; А - площадь коллектора. Далее по соотношению (Ук-г\Ех рассчитывается тепловая мощность солнечного коллектора Qk. Тепловая мощность интегрируется по времени для интервала 1 ч, что дает часовую теплопроизводительность. Численное интегрирование выполнялось методом Симпсона с шагом интегрирования 0.1 ч. Суммирование тепловых производительностей для одного времени суток дает месячную, сезонную, годовую теплопроизводительность для этого времени суток. Суммирование часовых теплопроизводительностей дает суточную величину теплопроизводительности.

Для сравнения эффективности солнечных коллекторов разных типов (с различными /-«та и ГКЦ) были рассчитаны их тепловые производительности для каждого месяца года при различных наклонах коллектора с учетом суточного изменения температуры (но без учета потерь тепла в подводящих трубопроводах).

Расчеты проводились для плоского солнечного коллектора с однослойным остеклением, плоского солнечного коллектора с двойным остеклением, вакуумированного коллектора, селективного коллектора при температуре теплоносителя на входе в коллектор 50°С. Угол наклона коллекторов варьировался от 0° до 90° с интервалом 15°.

На рисунке 4 приведены рассчитанные суточные теплопроизводительности различающихся по конструктивным характеристикам двух типов солнечных коллекторов (плоский коллектор с однослойным остеклением и вакуумированный коллектор) при температуре теплоносителя на входе в коллектор 50°С. На рисунке 4 (а) сравнение проведено при угле наклона к горизонтальной плоскости обоих коллекторов 45°, на рисунке 4 (б) - 75°.

Для использования коллектора в период с марта по октябрь оптимальный результат дает угол наклона коллектора 40°-45°. В период с ноября по январь включительно наиболее простой и дешевый плоский коллектор с однослойным остеклением неработоспособен, поэтому для круглогодичной эксплуатации коллектор такого типа не подойдет, и для зимних месяцев необходимо применять более сложные конструкции коллектора.

о. кВ гч/м!

01 2345678 9 10 11 12 01 2345 6789 10 11 12 месяц' месяц

Рис. 4. Зависимости суточной удельной теапопроизводительности плоского солнечного коллектора с однослойным остеклением (1) и ва-куумированного солнечного коллектора (2) от угла наклона к горизонту 45° (а), 75° (б)

На рисунке 5 приведены усредненные (за год) зависимости теп-лопроизводительности солнечных коллекторов разных типов кВт-ч/м" от угла наклона коллектора, рассчитанные с помощью соответствующего программного модуля для условий Алтайского края.

12 О. кВтч/м2

Рис. 5. Зависимости усредненной теапопроизводительности солнечных коллекторов разных типов <3, кВт-ч/м2 от угла наклона коллектора 1 -вакуумированный; 2 — селективный; 3 - неселективный с двойным остеклением; 4 — неселективный с однослойным остеклением

В период с ноября по февраль изменение угла наклона вакууми-рованного коллектора от 45° до 75° повышает его теплопроизводи-тельность на 4% в октябре, на 22% в ноябре, на 36% в декабре, на 27% в январе, на 16% в феврале и на 7% в марте. Использование дешевых коллекторов, например имеющих однослойное остекление, для горяче-

го водоснабжения и накопления тепла в межсезонном аккумуляторе тепла целесообразно в теплое время года. В зимнее время для отопления и горячего водоснабжения необходимо использовать более дорогие коллекторы, например вакуумированные.

Солнечные коллекторы, применяемые в системе теплоснабжения и горячего водоснабжения, соединяются с аккумулятором и теплообменниками подводящими трубопроводами. Учет тепловых потерь должен включать потери тепла аккумулятором тепла и соединительными трубопроводами. Тепловые потери коллектора будут тем выше, а его КПД тем ниже, чем выше температура теплоносителя в коллекторе. Температура входящего в коллектор теплоносителя Тих зависит не только от эффективности теплообменника, передающего тепло от горячего теплоносителя к холодному, но и от температуры теплоносителя на выходе из коллектора.

Четвертая глава «Расчет теплопотерь коллектором и соединительными трубопроводами» посвящена методике расчета противоточ-ного теплообменника (в стационарном приближении). Система балансовых уравнений для теплового потока из теплообменника в аккумулятор при идеальной теплоизоляции аккумулятора может быть представлена в виде:

Q = (Q2-Q,)-(Q3+Q> 0°)

где Q- поток тепла, поступающего в аккумулятор; Ql - поток тепла, поступающего в коллектор вместе с теплоносителем; Q2 - тепловой поток, выходящий из коллектора; £>3 — потери в отводящих трубопроводах; 04 —потери тепла на пути к коллектору в подводящих трубопроводах.

Для расчетов тепловых потерь были выбраны следующие характерные параметры: скорость течения теплоносителя (воды) в трубе теплообменника мт = 1 м/с; толщины стенок внутренней и внешней трубы — 0.00.2 м. При температуре 50°С плотность воды рв = 988.1 кг/м3 и динамическая вязкость воды цв=549 10"6 кг/(м с). Число Рейнольдса течения во внутренней трубе Re = 18000, во внешней - 3250, поэтому режим течения в трубах является турбулентным. Если диаметр труб коллектора равен диаметру трубы теплообменника, то в батарее из 10 параллельно соединенных коллекторов единичной площади при скорости течения теплоносителя в трубе теплообменника ит = 1 м/с типичная скорость течения воды в коллекторе равна 0.1 м/с. Суммарная площадь поперечного сечения в батарее параллельно соединенных коллекторов А рассчитывается при внутреннем диаметре трубы коллектора ¿4„=0.01 м. Массовый секундный расход воды при выбранных значениях равен G = 0.079 кг/с.

Для нахождения среднего по длине теплообменника коэффициента Нуссельта при турбулентном течении жидкости использовалось эмпирическое соотношение

N11 = 0.021 'Ке0 8 Рг0 43(Рг/Ргс)0 25 е/ ек, (11)

где Рг - число Прандтля. Здесь Рг = (цв/р„)/(>.„/ (рв'сД) = 4 при теплопроводности воды >.„ = 0.648 Вт/(м-К). Индекс «с» —стенка, е/ = 1 +(2700/Ке)"3ехр(- 0.08 ¿т / ек = 1 + 1.77 /гнаруж - поправочные коэффициенты, где ¿т — длина трубы теплообменника; эквивалентный диаметр = ¿/„аруж - с/в„.

При выбранной длине трубы теплообменника ¿т = 3 м коэффициент Нуссельта равен N11 = 420 для внутренней трубы и N11=185 для внешней.

Если внешний диаметр трубы теплообменника равен 0.016 м, внутренний — 0.010 м, то коэффициенты теплоотдачи от стенки трубы теплообменника к внутреннему и внешнему теплоносителю равны а, =Хв-'Ыи/£/н = 7660Вт/(м2-К), а2 = Х.-ТЧи/^» ~ 26970 Вт/(м2К). Коэффициент теплопередачи от одного теплоносителя к другому К\ =6100 Вт/(м2-К).

При соответствующих параметрах та, Р' У/ для неселективного плоского коллектора с однослойным остеклением, селективного плоского коллектора с однослойным остеклением, вакуумированного стеклянного трубчатого коллектора расчеты проводились для энергетической освещенности коллектора £„ равной 300, 500, 1000 Вт/м\ В расчете варьировалась разность температур на входе в аккумулятор и окружающего воздуха от 0 до 40°С с шагом 10°С.

Коэффициенты теплопередачи от теплоносителя окружающей

среде, определяющие тепловые потери из соединительных трубопроводов,

находятся по формуле: „ ,,

К- = . (12)

р,1пан/с1.н

При наружном диаметре трубопровода и минимальной толщине теплоизоляции 0.025 м, длине трубопровода Ц = 13 м, если в качестве теплоизолирующего материала выбрана минеральная вата с теплопроводностью Хмв = 0.045 Вт/(мК) коэффициенты теплопередачи /13 ~ 2.8 Вт/(м"'К), /¿, = 2.8 Вт/(м2-К). При максимальной толщине теплоизоляции 0.050 м ~ 1.83 Вт/(м2-К), Кл ~ 1.83 Вт/(м2-К).

При УУ = — 1.5, и = 0.3, к = —0.7 эффективность противоточного рекуператора равна Е= 0.75 в соответствии с формулой

г_ехр(Л'(1 + 1/*))-1 (13)

ехр(Л'(1 + 1/*)) + А'

Здесь безразмерные параметры к = С,/С2 = п - 1, и £ (0, 2), и число единиц переноса N = кГ/С2.

При увеличении площади коллектора рост потерь будет обусловлен возрастанием температуры на выходе из коллектора и в отводящих трубопроводах. При этом возрастает приход полезного тепла, и доля потерь относительно поступления тепла будет убывать; зависимость потерь от площади коллектора станет слабой.

При принятой длине трубопроводов 13 м для толщины теплоизоляции 0.025 м расчетные тепловые потери неоправданно велики, следовательно, толщина теплоизоляции должна быть увеличена. Относительные потери велики также при низкой освещенности (300 Вт/м"). Тепло в этих условиях можно получать только от коллекторов с низкими тепловыми потерями, таких как селективные и вакуумированные.

При площади коллектора больше 10 м2 увеличение площади мало сказывается на зависимости потерь от толщины теплоизоляции трубопроводов, и эти потери сравнительно невелики. С увеличением площади коллектора относительные потери в трубопроводах уменьшаются.

При увеличении скорости теплоносителя, приводящем к его меньшему разогреву, температура на выходе из коллектора уменьшается, тепловые потери сокращаются, причем этот эффект сильнее проявляется при большей интенсивности солнечной радиации.

Зависимости КПД от энергетической освещенности показывают, что в зимние месяцы максимальный КПД неселективного коллектора с однослойным остеклением очень низок (меньше 0.2), что делает нецелесообразным использование этого типа коллекторов в зимний период.

При уменьшении скорости теплоносителя из-за роста потерь, обусловленных ростом температуры теплоносителя, КПД уменьшается, поэтому нецелесообразно стремиться достичь в коллекторе потребительской температуры, а целесообразно получать низкопотенциальное тепло. Подогрев воды до потребительской температуры можно осуществлять, например, с помощью тепловых насосов.

В пятой главе «Расчет теплопотерь из заглубленного межсезонного аккумулятора тепла в одномерном приближении» приводятся постановка задачи и методика для расчета тепловых потерь из заглубленного в землю межсезонного аккумулятора тепла в одномерном приближении. Теплообмен межсезонного аккумулятора тепла, не имеющего теплоизоляции днища от грунта, через его верхнюю поверхность с достаточной точностью может быть выражен через разность температур в аккумуляторе тепла и подвальном помещении. Для остальных поверхностей необходимо учитывать распределение температуры в прилегающих слоях фунта.

Влияние теплоизоляции поверхностей аккумулятора, контактирующих с грунтом, на его энергетический баланс рассмотрено в одно-

мерном приближении. Уравнение баланса энергии межсезонного аккумулятора тепла может быть записано в виде:

; л,-„5 .';.":' (,4)

где Т„-температура воды в аккумуляторе тепла (предполагается однородной); М- масса воды; сж-ее теплоемкость; суммарная мощность прихода тепла от солнечных коллекторов (и, возможно, иных источников энергии); £}грунт-тепловой поток из аккумулятора тепла в фунт через его стенки и дно.

При расчете были приняты следующие допущения:

- отсутствуют градиенты температуры в воде в аккумуляторе тепла;

- плотность теплового потока в грунт по всей площади контакта с грунтом одинакова, и процесс распространения тепла может рассматриваться как одномерный;

- плотность теплового потока в теплоизоляции всюду принимается одинаковой (теплоемкость единицы объема теплоизоляции мала по сравнению с теплоемкостью фунта, и теплоизоляция имеет офаниченную толщину, поэтому теплоизоляция практически не накапливает тепло);

- на удалении от аккумулятора тепла температура фунта 7'|ру„т всюду одинакова и постоянна;

- начальная температура воды в аккумуляторе тепла равна температуре фунта ГП>1П.

Допущения 2 и 3 позволяют записать для теплоизоляции следующее соотношение:

X

сТ

= сог^ = X

г, - Т„ при - б < Л- < 0,

(15)

е'х 5

где предполагается, что фунт занимает полупространство с лг>0, а теплоизоляция — область - 5 < * < 0; X, - теплопроводность теплоизоляции; 7",—температура на поверхности контакта теплоизоляции с фунтом; 5 —толщина теплоизоляции. На поверхности контакта теплоизоляции и фунта непрерывен тепловой поток:

дх д-.+о дх

где X. - теплопроводность фунта.

Уравнение баланса энергии (14) можно переписать в виде:

Л/ с,

Л "А

V - X дГ /, — о--— \

^ • >. | ЙХ - 'ах х с +0 дх

(17)

где через Р> и обозначены площадь поверхности контакта теплоизоляции с грунтом и площадь контакта дна аккумулятора тепла с фунтом

соответственно; . поверхность контакта дна аккумулятора с фунтом занимает плоскость х = -5 .

Потери тепла в грунт за сутки через боковые стены и дно акку-, мулятора тепла представляются интегралами:

« • а .•>, ¿с <

а Зл/лг

А^ = % {е Л т) - 0„ (т -1) - [/, (Э„ (г)) - /, (в „ (т -«))]} -

(18)

а лул-

Здесь 0„ 0а - безразмерная температура на поверхности раздела теплоизоляции и грунта и на поверхности раздела дна аккумулятора и фунта соответственно для безразмерного времени (масштаб времени —

одни сутки) т= 1, 2, ... , .

I I

Результаты расчетов по формулам (18) для аккумулятора тепла объемом 450 м3, заглубленного на 3 м в землю под здание, представлены на рисунке 6: на кривой (1)- потери тепла через днище аккумулятора, на кривой (2)- потери через теплоизолированные боковые стены аккумулятора тепла (шлаковая засыпка, толщина, слоя - 2.4 м, Х = 0.1275 Вт/(м-К)). Как видно из рисунка, теплоизоляция на порядок снижает тепловые потери. По мере прогрева грунта под днищем аккумулятора тепла амплитуда колебаний теплового потока в фунт уменьшается более чем в два раза (за расчетный период).

КВт

24 36 48 60 72

Время с начала процесса, мес

Рис. 6. Тепловой поток (в кВт) через днище (1) и боковые изолированные стены (2) аккумулятора тепла Необходимо отметить, что использованное в работе одномерное ■ приближение не учитывает сезонного колебания температуры фунта, значительного на малых глубинах. Одномерное приближение может корректно описывать распределение температуры и тепловые потоки в течение нескольких лет при характерном размере днища аккумулятора тепла 10-20 м.

В заключении изложены основные результаты и выводы работы:

1. Впервые получена формула для расчета результирующей энергетической освещенности наклонной поверхности с учетом облачности.

2. Разработана методика оценки и прогноза прихода тепловой энергии солнечного излучения с учетом всех основных видов тепловых потерь.

3. Впервые получены формулы для расчета теплопроизводительности солнечных коллекторов с учетом диффузного излучения, учитывающие зависимость коэффициента пропускания от угла наклона.

4. Выполнен расчет зависимости теплопроизводительности солнечных коллекторов разных типов от угла наклона коллектора за каждый месяц года для условий Алтайского края. Результаты расчетов показали, что для использования коллектора в условиях Алтайского края в период с марта по октябрь оптимальный результат дает угол наклона коллектора в диапазоне 40-И5°. Плоский коллектор с однослойным остеклением в течение времени с ноября по январь включительно неработоспособен, поэтому для круглогодичной эксплуатации коллектор такого типа не подойдет. Для зимних месяцев необходимо применять более сложные конструкции коллектора, например вакуумированные. Изменение угла наклона вакуумированного коллектора до 75° значительно повышает КПД в период с ноября по февраль.

5. Проведены 'экспериментальные исследования теплоизоляционных свойств прозрачной сотовой теплоизоляции, перспективной для применения в конструкции коллекторов солнечной энергии. Измерен коэффициент пропускания прозрачной сотовой теплоизоляции в зависимости от угла падения излучения. Результаты экспериментов с ПСТИ показали, что быстрее и на большие температуры нагревается пластина, защищенная ПСТИ со стеклом, затем просто защищенная ПСТИ, и медленнее всего нагревается незащищенный образец. Таким образом, защитная оболочка ослабляет инфракрасное излучение, испускаемое пластиной, и позволяет пластине нагреваться интенсивнее. Пластина с ПСТИ, покрытой стеклом, дает возможность наиболее эффективно использовать солнечную энергию.

6. Проведены расчеты тепловых потерь трубопроводами и коллектором совместно с трубопроводами в зависимости от влияющих параметров. Результаты расчетов показали, что относительные потери чрезвычайно велики при низкой освещенности. Расчеты теплопотерь коллектором и соединительными трубопроводами показали, что при площади коллектора больше 10 м" увеличение его площади мало сказывается на зависимости потерь от толщины теплоизоляции трубопроводов. Эти потери сравнительно невелики при характерной длине трубопроводов 13м..

7. Впервые получены формулы для расчета потерь тепла в грунт за сутки через боковые стены и дно аккумулятора тепла.

8. Разработан нестационарный метод расчета аккумулятора тепла и выполнен расчет теплопотерь из заглубленного межсезонного аккумулятора тепла в одномерном приближении.

9. С помощью разработанного комплекса программ выполнено полное компьютерное моделирование процессов теплообмена в системе «солнечный коллектор - аккумулятор тепла».

В приложениях представлена справка об использовании результатов диссертационной работы; усредненные по годам метеорологические данные для Алтайского края; коды программных модулей на языке программирования Visual Fox Pro для расчета альбедо, прихода располагаемого количества солнечной энергии на наклонную площадку с учетом облачности, КПД неселективного солнечного коллектора с однослойным покрытием, потерь в межсезонном аккумуляторе тепла; графики зависимости теплопроизводительности различных типов солнечных коллекторов от угла наклона коллектора; спектральные характеристики различных светофильтров; зависимости относительных суммарных потерь для разных типов коллекторов от площади коллектора при различных энергетических освещенностях; зависимости относительных суммарных потерь в трубопроводах от скорости теплоносителя при различных энергетических освещенностях; зависимости относительных суммарных потерь в трубопроводах от толщины теплоизоляции.

Основное содержание диссертации изложено в следующих работах:

1.Сагапаков A.M., Чертищев В.В., Трошкина Г.Н. Проблема утилизации солнечной энергии для энергоавтономного дома // Вестник Томского государственного университета. Бюл. Проблемы теплофизики и материаловедения. - Томск: ТГУ, 2004. - №24. - С. 6-11.

2. Трошкина Г.Н., Чертищев В.В. Учет затенения расположенным вблизи строением при прогнозировании почасового прихода солнечной энергии // Вестник Томского государственного университета. Бюл. Проблемы теплофизики и материаловедения. — Томск: ТГУ, 2004. -№24.-С. 12-16.

3.Чертищев В.В., Трошкина Г.Н., Бартусяк В.М. Исследование тепло-физических свойств прозрачной сотовой изоляции // Вестник Томского государственного университета. Бюл. Физика и химия неравновесных процессов. - Томск: ТГУ, 2005. - №44. - С. 69-73.

4. Филиппова Г.Н. (Трошкина), Чертищев В.В. Методика расчета прогнозируемой теплопроизводительности коллекторов солнечной энергии с учетом региональных метеоусловий // Проблемы гидродинамики и тепломассообмена: Сборник научных статей / Институт теплофизики СО РАН и АлтГУ. - Барнаул: Изд-во Алт. ун-та, 1999. - С. 4-11.

5. Филиппова Г.Н. (Трошкина), Чертишев В.В. Расчет систем солнечного теплоснабжения // Материалы докладов Российского национального симпозиума по энергетике: Сборник тезисов. Т. II. - Казань: Казан, гос. энерг. ун-т, 2001.-С. 297-299.

6. Чертищев В.В., Филиппова Г.Н. (Трошкина). Использование справочных метеорологических данных для расчета теплопроизводительности солнечных коллекторов // Известия АГУ. - Барнаул: Изд-во Алт. ун-та, 2000.-№ 1С. 98-100.

7. Филиппова Г.Н. (Трошкина). Расчет теплопроизводительности солнечных коллекторов применительно к условиям Алтайского края // Физика, радиофизика - новое поколение в науке: Сборник работ аспирантов и студентов. - Барнаул: Изд-во АлтГУ, 2001. - С. 112—116.

8. Филиппова Г.Н. (Трошкина), Чертищев В.В. Системы солнечного теплоснабжения // Седьмая Всероссийская научная конференция студентов-физиков и молодых ученых: Сборник тезисов. - Екатеринбург, 2001. — С. 752-753.

9. Филиппова Г.Н. (Трошкина), Чертищев В.В. Расчет тепловых потерь из межсезонного аккумулятора тепла // Проблемы энергосбережения: Сборник тезисов международной научно-технической конференции. — Тверь: ТГТУ, 2001. - Кн. 2. - С. 52-53.

10. Трошкина Г.Н., Чертищев В.В. Расчет параметров системы солнечного теплоснабжения // Восьмая Всероссийская научная конференция студентов-физиков и молодых ученых: Сборник тезисов. — Екатеринбург, 2002. - С. 336-337.

Подписано к печати 14.08.2006

Формат 60x84/16 Печать офсетная

Бесплатно Уч.-изд. л. 1.0

Тираж 100 экз. Заказ

Типография Алтайского государственного университета 656049, г. Барнаул, ул. Димитрова, 66

ВВЕДЕНИЕ.

1. Методы расчета систем солнечного теплоснабжения и перспективы развития солнечной энергетики.

1.1. Перспективы развития солнечной и других видов нетрадиционной энергетики.

1.2. Солнечная радиация: данные измерений и расчет.

1.3. Типы и характеристики солнечных коллекторов.

1.4. Обзор методов энергетического расчета систем солнечного теплоснабжения.

1.5. Основные элементы систем солнечного теплоснабжения.

1.6. Селективные покрытия и прозрачная сотовая тепловая изоляция.

2. Расчет тепл©производительности солнечных коллекторов.

2.1. Методика оценки располагаемого количества солнечной энергии.

2.2. Исследование теплоизоляционных свойств прозрачной сотовой тепловой изоляции.

3. Расчет тепловой мощности, отводимой от солнечного коллектора.

4. Расчет теплопотерь коллектором и соединительными трубопроводами

5. Расчет теплопотерь из заглубленного межсезонного аккумулятора тепла в одномерном приближении.

5.1. Постановка задачи.

5.2. Методика расчета тепловых потерь межсезонным аккумулятором тепла.

5.3. Результаты численного моделирования тепловых потоков из аккумулятора тепла в грунт.

Актуальность темы. Существует широко распространенное мнение, что солнечная энергия является экзотической и ее практическое использование - дело отдаленного будущего. На самом деле солнечная энергия - серьезная альтернатива традиционной энергетике уже в настоящее время.

Полное количество солнечной энергии, поступающей на поверхность Земли за неделю, превышает энергию всех мировых запасов нефти, газа, угля и урана [95,78].

Несмотря на то, что Россия обладает существенными запасами ископаемых топлив и является одним из крупнейших поставщиков природного газа и нефти на мировой рынок, проблема рационального использования энергоресурсов в нашей стране не теряет своего значения.

Потенциальные запасы угля, природного газа, нефти в России действительно велики, но прирост добычи в дальнейшем будет осуществляться в основном за счет освоения новых месторождений в отдаленных и труднодоступных районах. Это требует очень больших капиталовложений в добычу и транспортировку топлива, что вызывает его существенное удорожание. Поэтому проблема снижения энергозатрат, утилизации всех видов вторичных энергоресурсов остается актуальной.

Растущая стоимость первичных энергоносителей повышает интерес к возобновляемым источникам энергии. Более 100 стран приняли участие во Всемирной конференции по проблемам возобновляемых источников энергии [37], которая состоялась в Бонне (Германия) в июне 2004 г.

Одним из путей снижения затрат топлива является использование возобновляемых источников энергии, особенно нетрадиционных, которые ранее либо совсем не использовались, либо использовались в очень ограниченных масштабах. К ним можно отнести солнечную энергию, энергию биомассы, гидротермальную, приливную и многие источники низкопотенциального тепла природного и искусственного происхождения.

Ни в одной стране мира нетрадиционные возобновляемые источники энергии не составляют основу топливно-энергетического баланса. Однако существует большое количество примеров, показывающих, что нетрадиционные источники энергии могут покрывать определенное количество потребности тепловой, электрической энергии и органического топлива. Например, в странах Европейского Союза в 2004 г. доля возобновляемых источников (воды, ветра, солнца, биомассы) составляла 6%, атомной энергии-16%, а оставшуюся долю занимало ископаемое топливо [39]. К 2010 г. Европейская комиссия планирует увеличить использование экологически чистых источников энергии до 12% [39].

Выбросы тепловых электростанций состоят, в основном, из углекислого газа, который ответственен за тепличный эффект и изменение климата и, например, приводит к засухе в районах производства зерна и картофеля. Другие выбросы включают окислы серы и азота, которые в атмосфере превращаются в серную и азотную кислоты и возвращаются на землю со снегом или в виде кислотных дождей. Повышенная кислотность воды приводит к снижению плодородия почвы, уменьшению рыбных запасов и засыханию лесов, повреждению строительных конструкций и зданий. Токсичные тяжелые металлы, такие как кадмий, ртуть, свинец, могут растворяться кислотами и попадать в питьевую воду и сельскохозяйственные продукты [76].

Из-за вредного воздействия электростанций снижается продолжительность жизни людей, снижаются урожаи, необходимо восстановление лесов и ремонт зданий в результате загрязнения воздуха, воды и почвы. Поэтому возобновляемые и нетрадиционные виды энергии привлекают внимание относительно высокой экологической чистотой по сравнению с традиционными.

Прежние исследования утилизации солнечной энергии недостаточны для оценки возможности применения солнечных установок в различных климатических условиях. В этой связи исследование процессов теплообмена в системах «солнечный коллектор - аккумулятор тепла» является актуальной проблемой.

Состояние и краткая история вопроса. Известно, что каждый год в мире потребляется столько нефти, сколько ее образуется в природных условиях за 2 млн. лет [101]. Наблюдающиеся сейчас трудности вызваны высокими ценами на энергоресурсы, а не их дефицитом; поскольку размеры разведанных запасов нефти, природного газа, урана велики, то эти энергоресурсы будут продолжать играть важную роль в течение длительного времени. По мере истощения наиболее крупных и доступных запасов невозобновляемых топливно-энергетических ресурсов будет сокращаться не только их удельный вес в общем потреблении энергии, но и объем их потребления, а запасы нефти и природного газа не в состоянии будут удовлетворять потребности в коммерческих энергоресурсах (к коммерческим энергоресурсам относят уголь, нефть, газ, ядерную, гидравлическую и геотермальную энергию). Маловероятно, что человечество останется совсем без угля, нефти и природного газа, однако в результате действия рыночных механизмов эти уменьшающиеся и все более дорогие ресурсы будут использоваться, скорее всего, только в тех случаях, где им не удастся подобрать альтернативу.

Пик развития «солнечного» рынка в мире, обусловленный разразившимся энергетическим кризисом и резким ростом цен на энергоресурсы, пришелся на середину и конец 70-х гг. Во многих странах были приняты специальные государственные программы прямой финансовой, законодательной и информационной поддержки и стимулирования развития технологий использования нетрадиционных и возобновляемых источников энергии. В настоящее время во многих странах мира технологии использования солнечных установок для бытовых целей достаточно хорошо отработаны и широко доступны на рынке, например, в Германии, США, Израиле, Японии [23,25, 80, 85,107,113].

В бывшем СССР, несмотря на искусственно устанавливаемые цены на традиционные энергоресурсы, вопросам развития гелиотехники также уделялось определенное внимание со стороны государства. Действовали государственные программы по линии Минтопэнерго. Вместе с тем эти усилия были направлены преимущественно на южные республики (Туркмения, Узбекистан, Грузия, Армения, Украина и др.), где климатические условия, безусловно, являются наиболее благоприятными для использования солнечной энергии. В результате, сегодня в России число действующих солнечных установок весьма ограничено (Краснодарский край, Ростовская область [10-12, 14, 15, 56]). Тем не менее, за последние годы в России сформировалось около десятка потенциальных производителей солнечных коллекторов и водонагревателей. В основном производителями выпускаются опытные и мелкие партии. Как правило, сегодня это -акционерные компании, занимающиеся другими основными видами деятельности.

Ограниченное применение солнечных установок вызвано • недостаточной информированностью потенциальных потребителей о возможностях практического использования солнечных установок и их преимуществ, а также отсутствием комплексного подхода к поставке систем солнечного теплоснабжения производителями солнечных коллекторов. Расширение рынка солнечных водогрейных установок во многом зависит от информированности потенциального покупателя о достоинствах и технических возможностях предлагаемых новых технологий. Покупателя наряду со стоимостными показателями, сроком службы, надежностью в эксплуатации в первую очередь интересует вопрос: «сколько воды и до какой температуры нагреет предлагаемая ему установка». Сколько дней летом, весной, осенью и, возможно, зимой приобретаемая установка гарантированно обеспечит получение горячей (или хотя бы теплой) воды в реальных климатических условиях места ее использования [85,94].

Вместе с тем в связи с тенденцией неуклонного роста цен на топливо и электроэнергию интерес к солнечным установкам растет. Проблемам использования возобновляемых источников энергии посвящено большое количество исследований российских и зарубежных ученых. Научные исследования в области солнечной энергетики проводятся в Институте теплофизики СО РАН, Институте высоких температур РАН, Физико-техническом институте им. А.Ф. Иоффе, в Алтайском региональном центре нетрадиционной энергетики и энергосбережения и др. В рамках государственной научно-технической программы России «Экологически чистая энергетика» проводили исследования П.П. Безруких, В.И. Доброхотов, Э.Э. Шпильрайн. Значительный вклад в исследования возобновляемых источников энергии внесли ученые: Д.С. Стребков (НИИ электрификации сельского хозяйства), В.М. Казанджан, В.И. Виссарионов (МЭИ) -разработка энергосистем на основе возобновляемых источников энергии; В.Е. Накоряков, И.М. Калнинь, Г.П. Васильев (Институт теплофизики СО РАН) - использование тепловых насосов; Терехов В.И., Терехов В.В., Низовцев М.И., Грищенко В.В., Трушковская А.А. (Институт теплофизики СО РАН) - пассивное солнечное отопление через оконные стеклопакеты; О.С. Попель (Институт высоких температур РАН) - солнечные водонагревательные установки; Б.В. Тарнижевский (ЭНИН им. Г.М. Кржижановского) - использование солнечной энергии для теплоснабжения; Е.С. Панцхава, JI.B. Зысин (Институт биохимии им. А.Н. Баха РАН) - энергетическое использование биомассы. Из зарубежных ученых стоит отметить таких германских ученых как V. Wittwer, К. Voss, A. Goetzberger, которые внесли вклад в разработку солнечных энергетических систем теплоснабжения зданий.

Целью данной работы является разработка методики прогноза теплопроизводительности систем солнечного отопления и горячего водоснабжения с учетом местных метеоусловий.

Задачами данной работы являются:

1. Разработка метода расчета прихода солнечной энергии на произвольно ориентированную • площадку, максимально учитывающего местные метеоусловия.

2. Проведение измерений коэффициента пропускания прозрачной сотовой теплоизоляции в зависимости от угла падения излучения.

3. Разработка методики оценки и численное моделирование теплопотерь из рекуперативного теплообменника.

4. Разработка методики оценки и численное моделирование теплопотерь из заглубленного межсезонного аккумулятора тепла в одномерном приближении.

Достоверность научных положений и выводов, содержащихся в диссертационном исследовании, обеспечивается использованием убедительных качественных физических соображений, сочетанием достаточно точной модели, описывающей движение плоскости закрепленного в наклонном положении солнечного коллектора на поверхности Земли относительно Солнца, и достоверных метеорологических данных по интенсивности солнечного излучения, по поступлению суммарного, прямого и рассеянного излучения на горизонтальную поверхность, по облачности и по альбедо земной поверхности. В диссертационной работе использованы хорошо известные уравнения нестационарного теплообмена и граничные условия, а также стандартные инженерные методики для расчета потерь в подводящих трубопроводах.

Личный вклад автора заключается в: -выполнении математического моделирования процессов теплообмена системы «солнечный коллектор - аккумулятор тепла» для заданного диапазона варьирования параметров (температура на входе в коллектор, температура окружающей среды, толщины теплоизоляции всех элементов системы);

-разработке балансовой модели системы «солнечный коллектор -аккумулятор тепла»;

-предложении методики оценки располагаемого количества солнечного излучения на произвольно ориентированную поверхность с учетом метеорологических данных многолетних наблюдений для метеоусловий Алтайского края;

-выполнении экспериментальных исследований теплоизоляционных свойств прозрачной сотовой теплоизоляции, перспективной для применения в конструкции коллекторов солнечной энергии.

Научная новизна работы заключается в разработке усовершенствованной методики оценки и прогноза прихода тепловой энергии солнечного излучения, учитывающей местные климатические факторы и все основные виды тепловых потерь; измерении коэффициента пропускания прозрачной сотовой теплоизоляции в зависимости от угла падения излучения; в создании комплекса программ и проведении компьютерного моделирования системы «солнечный коллектор -аккумулятор тепла». Впервые получены формулы для расчета результирующей энергетической освещенности наклонной поверхности с учетом облачности, теплопроизводительности солнечных коллекторов с учетом диффузного излучения, потерь тепла в грунт за сутки через боковые стены и дно аккумулятора тепла. Предложены рекомендации для использования установок солнечной энергии в условиях Алтайского края.

Научная и практическая ценность работы. Результаты исследования могут служить теоретической основой расчета баланса энергии при разработке систем солнечного теплоснабжения, дополняющих традиционные системы, применительно к жилым зданиям и зданиям производственного назначения, направленных на существенное сокращение использования ископаемых топлив.

Результаты исследования использовались в Алтайском региональном центре нетрадиционной энергетики и энергосбережения (об этом имеется справка).

На защиту выносятся:

- методика оценки располагаемого количества энергии солнечного излучения, падающего на произвольно ориентированную поверхность;

- математическая модель баланса энергии в системе «солнечный коллектор -аккумулятор тепла» с учетом всех основных видов тепловых потерь;

- результаты моделирования тепловых потоков в системе «солнечный коллектор - аккумулятор тепла» для условий Алтайского края.

Публикации. По результатам работы опубликовано 10 работ, в том числе 3 статьи в рецензируемых журналах.

Апробация результатов. Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на следующих конференциях: седьмая Всероссийская научная конференция студентов-физиков и молодых ученых, Екатеринбург, 2001 г., Российский национальный симпозиум по энергетике, Казань, 2001 г., международная научно-техническая конференция, Тверь, 2001 г., восьмая Всероссийская научная конференция студентов-физиков и молодых ученых, Екатеринбург, 2002 г.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы и приложений. Работа изложена на 193 страницах, содержит 38 рисунков, 4 таблицы, список литературы из 117 наименований и 6 приложений.

Основные результаты и выводы проделанной работы сводятся к следующему:

1. Впервые получена формула для расчета результирующей энергетической освещенности наклонной поверхности с учетом облачности.

2. Разработана методика оценки и прогноза прихода тепловой энергии солнечного излучения с учетом всех основных видов тепловых потерь.

3. Впервые получены формулы для расчета теплопроизводительности солнечных коллекторов с учетом диффузного излучения, учитывающие зависимость коэффициента пропускания от угла наклона.

4. Выполнен расчет зависимости теплопроизводительности солнечных коллекторов разных типов от угла наклона коллектора за каждый месяц года для условий Алтайского края. Результаты расчетов показали, что для использования коллектора в условиях Алтайского края в период с марта по октябрь оптимальный результат дает угол наклона коллектора в диапазоне 4(Н45°. Плоский коллектор с однослойным остеклением в течение времени с ноября по январь включительно неработоспособен, поэтому для круглогодичной эксплуатации коллектор такого типа не подойдет. Для зимних месяцев необходимо применять более сложные конструкции коллектора, например вакуумированные. Изменение угла наклона вакуумированного коллектора до 75° значительно повышает КПД в период с ноября по февраль.

5. Проведены экспериментальные исследования теплоизоляционных свойств прозрачной сотовой теплоизоляции, перспективной для применения в конструкции коллекторов солнечной энергии. Измерен коэффициент пропускания прозрачной сотовой теплоизоляции в зависимости от угла падения излучения. Результаты экспериментов с ПСТИ показали, что быстрее и на большие температуры нагревается пластина, защищенная ПСТИ со стеклом, затем просто защищенная ПСТИ, и медленнее всего нагревается незащищенный образец. Таким образом, защитная оболочка ослабляет инфракрасное излучение, испускаемое пластиной, и позволяет пластине нагреваться интенсивнее. Пластина с ПСТИ, покрытой стеклом, дает возможность наиболее эффективно использовать солнечную энергию.

6. Проведены расчеты тепловых потерь трубопроводами и коллектором совместно с трубопроводами в зависимости от влияющих параметров. Результаты расчетов показали, что относительные потери чрезвычайно велики при низкой освещенности. Расчеты теплопотерь коллектором и соединительными трубопроводами показали, что при площади коллектора больше 10 м увеличение его площади мало сказывается на зависимости потерь от толщины теплоизоляции трубопроводов. Эти потери сравнительно невелики при характерной длине трубопроводов 13 м.

7. Впервые получены формулы для расчета потерь тепла в грунт за сутки через боковые стены и дно аккумулятора тепла.

8. Разработан нестационарный метод расчета аккумулятора тепла и выполнен расчет теплопотерь из заглубленного межсезонного аккумулятора тепла в одномерном приближении.

9. С помощью разработанного комплекса программ выполнено полное компьютерное моделирование процессов теплообмена в системе «солнечный коллектор - аккумулятор тепла».

Практическая значимость результатов научных исследований заключается в их направленности на решение важнейших задач моделирования, прогнозирования и оптимизации использования энергии солнечного излучения при одновременном сокращении потерь тепла. К диссертации прилагается справка об использовании результатов исследовательской работы Трошкиной Г.Н. (Алтайский региональный центр нетрадиционной энергетики и энергосбережения, г. Барнаул).

Автор выражает благодарность научному руководителю Сагалакову A.M. и научному консультанту Чертищеву В.В. за помощь и поддержку в процессе выполнения данной работы и за ценные замечания.

Заключение

Использование возобновляемых источников энергии является актуальной проблемой современной науки и технологии. Одним из наиболее перспективных видов возобновляемой энергии является энергия солнечного излучения, которая в настоящее время все более широко используется во всем мире для систем отопления и горячего водоснабжения. Для преобразования солнечной энергии в тепло обычно применяются установки, основными элементами которых являются солнечные коллекторы и аккумуляторы тепла. Данная работа посвящена математическому моделированию процессов теплообмена в системе «солнечный коллектор -аккумулятор тепла».

1. Алексеев, В.В. Солнечная энергетика (перспективы развития) /

2. B.В. Алексеев, К.В. Чекарев // Новое в жизни, науке, технике. Серия «Физика». 1991. -№12. - С. 25-28.

3. Алексеев, Ю.П. Геотермальные ресурсы России / Ю.П. Алексеев,

4. C.Н. Голубчиков // Энергия: экономика, техника, экология. 2004. - №3. -С. 42-48.

5. Андерсон, Б. Солнечная энергия: Основы строительного проектирования / пер. с англ. А.Р. Анисимова; под ред. Ю.Н. Малевского. М.: Стройиздат, 1982.-375 с.

6. Арбузов, Ю.Д. Возобновляемые источники энергии в России до 2010 года/ Ю.Д. Арбузов, В.М. Евдокимов, С.В. Зайцев, В.П. Муругов,

7. B.Н. Пузаков // Возобновляемая энергетика. 2002. - №3. - С. 1-4.

8. Бекман, Г. Тепловое аккумулирование энергии / Г. Бекман, П. Гилли. М.: Мир, 1987.-272 с.

9. Бекман, У.А. Расчет систем солнечного теплоснабжения / У.А. Бекман,

10. C.А. Клейн, Дж.А. Даффи. М.: Энергоатомиздат, 1982. - 79 с.

11. Богуславский, Э.И. Перспективы развития геотермальной технологии / Э.И. Богуславский, Л.А. Певзнер, Б.Н. Хахаев // Разведка и охрана недр. -2000.-№7-8.-С. 43-48.

12. Бринкворт, Б.Дж. Солнечная энергия для человека.-М.: Мир, 1976.282 с.

13. Бритвин, О.В. Доклад «О мерах по совершенствованию топливной политики в электроэнергетике на период до 2015 года»//http://old.rao-ees.ru/ru/tech/strateg/

14. ЦЭНЭФ.-2002. №34. - С. 17-21.

15. Бутузов, В.А. Анализ опыта разработки и эксплуатации гелиоустановок в Краснодарском крае // Промышленная энергетика. 1997. - №2. - С. 9-11.

16. Бутузов, В. А. Гелиоустановки горячего водоснабжения малой производительности // Промышленная энергетика. 2002. - №7. -С. 56-58.

17. Бутузов, В.А. Солнечное теплоснабжение: состояние дел и перспективы развития // Энергосбережение. 2000. - №4. - С. 28-31.

18. Бутузов, В. А. Гелиоустановки горячего водоснабжения: расчеты, конструкции солнечных коллекторов, экономическая и энергетическая целесообразность / В.А. Бутузов, А.А. Лычагин // http://www.vstmag.ru/ st3/st3.html

19. Валов, М.И. О точности определения интенсивности солнечной радиации при расчетах гелиоустановок / М.И. Валов, Б.Н. Горшков, Э.И. Некрасова // Гелиотехника. 1982. - №6. - С. 47-50.

20. Валов, М.И. Использование солнечной энергии в системах теплоснабжения: Монография / М.И. Валов, Б.И. Казанджан. М.: Изд - во МЭИ, 1991.- 140 с.

21. Васильев, JLJI. Тепловые трубы в системах с возобновляемыми источниками энергии / JI.JI. Васильев, Л.П. Гракович, Д.К. Хрусталев. -Минск: Наука и техника, 1988. -159 с.

22. Ветровая энергетика в Германии // Природа. 2003. - №5. - С. 12-16.

23. Ветроэнергетика. Руководство по применению ветроустановок малой и средней мощности // http://wg.bronson.ru/windr.pdf

24. Возможности использования возобновляемых источников энергии для создания комфортных условий в быту / под ред. В.Я. Федянина, В.В. Чертищева. Барнаул: Изд-во Алт. ун-та, 2003. - 66 с.

25. Григорьев, В.А. Проблемы экологизации городов в мире, России, Сибири / В.А. Григорьев, И.А. Огородников // ГПНТБ СО РАН. Новосибирск,2001.- 152 с.

26. Грищенко, В.В. Математическое моделирование теплообмена в межстекольном промежутке окна / В.В. Грищенко, В.И. Терехов, В.В. Терехов, М.И. Низовцев // Известия ВУЗОВ. Строительство. №7.2002.-С. 120-126.

27. Даффи, Дж.А. Тепловые процессы с использованием солнечной энергии / Дж.А. Даффи, У.А. Бекман; пер. с англ.; под ред. Ю.Н. Малевского. М.: Мир, 1977.-420 с.

28. Дверняков, B.C. Солнце жизнь, энергия. - Киев: Наукова Думка, 1986. -112 с.

29. Докунин, И.Я. Моретермальная электростанция на острове Диксон // Энергетическое строительство. 1995. - №1. - С. 11-13.

30. Дэвинс, Д. Энергия / пер. с англ. М.: Энергоатомиздат, 1985. - 365 с.

31. Дэвис, А. Альтернативные природные источники энергии в строительном проектировании / А. Дэвис, Р. Шуберт; пер. с англ. А.С. Гусева; под ред. Э.В. Сарнацкого. -М.: Стройиздат, 1983. 190 с.

32. Иродионов, А.Е. Стохастическое моделирование режима работы солнечных фотоэлектрических установок / А.Е. Иродионов, А.В. Найденов, В.Н. Потапов, Д.С. Стребков // Гелиотехника. 1987. -№4. - С. 52-56.

33. Исаченко, В.П. Теплопередача / В.П. Исаченко, В.А. Осипова, А.С. Сукомел. -М: Энергоиздат, 1981. -416 с.

34. Использование солнечной энергии в различных отраслях промышленности, техники и сельского хозяйства за рубежом. Потери вследствие теплопроводности и способы ее снижения / Переводы статей из иностранных журналов. Алма - Ата, 1974. - 90 с.

35. Использование ферментных систем препарата целлюлозы для биоконверсии растительного сырья / В.К. Мамыкин, Н.С. Мазур, Т.М. Бершова и др. // Хранение и переработка сельскохозяйственного сырья.-1998.-№5.-С. 46.

36. Киотский протокол: рыночное решение экологических проблем/ http://www.temadnya.ru/spravka/30sep2004/4348.html

37. Климат Барнаула / под ред. С.Д. Кошинского и B.JL Кухарской. JI: Гидрометеоиздат, 1984. - 172 с.

38. Кокорин, А. Киотский протокол к рамочной конвенции ООН. Киотский протокол-что же это такое? / www.wwf.ru/about/about/whatwedo/ climate/kyoto

39. Колтун, М.М. Солнечные элементы. М.: Наука, 1987. - 248 с.

40. Кондратьев, К.Я. Радиационный режим наклонных поверхностей / К.Я. Кондратьев, З.И. Пивоварова, М.П. Федорова; под ред. К.Я. Кондратьева: Монография. -JI.: Гидрометеоиздат, 1978. 215 с.

41. Концепция энергетической политики России в новых экономических условиях // Энергия. 1992. - №26 - 28. - С. 1-6.

42. Коробков, В.А. Преобразование энергии океана. Д.: Судостроение, 1986.-280 с.

43. Кошкин, H.JI. Фотоэнергетика состояние и перспективы развития / H.JI. Кошкин, М.И. Фугенфиров // Теплоэнергетика. - 1994. - №2. - С. 10-14.

44. Крейт, Ф. Основы теплопередачи / Ф. Крейт, У. Блэк; пер. с англ. -М.: Мир, 1983.-512 с.

45. Кузык, Б.Н. Россия-2050: стратегия инновационного прорыва / Б.Н. Кузык, Ю.В. Яковец. М.: Экономика, 2004. - 627 с.

46. Кутателадзе, С.С. Основы теории теплообмена.-М.: Атомиздат, 1979 — 416 с.

47. Кухлинг, Г.Х. Справочник по физике: пер. с нем. М.: Мир, 1982. - 520 с.

48. Ландау, Л.Д. Теоретическая физика: Гидродинамика. Т.6. / Л.Д. Ландау, Е.М. Лифшиц. М.: Наука, 1986. - 736 с.

49. Лидоренко, Н.С. Развитие фотоэлектрической энергетики / Н.С. Лидоренко, В.М. Евдокимов, Д.С. Стребков.-М.: Информэлектро, 1988.-50 с.

50. Литвиненко, B.C. Геотермальные ресурсы России, технология и экономика их освоения / B.C. Литвиненко, Э.И. Богуславский // Сб. докладов международного семинара ГеоФонд-2003. Общие свойства и классификация геотермальных ресурсов. 2003. - С. 105-121.

51. Мак-Вейг, Д. Применение солнечной энергии / пер. с англ.; под ред. Б.В. Тарнижевского. М.: Энергоатомиздат, 1981. - 216 с.

52. Мальцева, А.В. Концентраторы солнечного излучения в энергетике // Энергия.-2005.-№7.-С. 16-24.

53. Мануйленко, А.Г. Кисловодская опытно-экспериментальная солнечная электростанция / А.Г. Мануйленко, В.В. Ильенко, М.М. Кастун и др. // Энергетик. 1994. -№12. - С. 31-36.

54. Метод расчета солнечных водонагревателей // Использование солнечной энергии / АН СССР. 1975. - №1. - С. 177-201.

55. Назаров, С.М. Перспективы развития энергетики в Ростовской области // Теплоэнергетика. 2001. - №7. - С. 10-14.

56. Научно-прикладной справочник по климату СССР. Часть 3. Солнечная радиация. Выпуск 13. Ч. 1: Солнечная радиация и солнечное сияние. Л.: Гидрометеоиздат, 1990.5 8.Нетрадиционные возобновляемые источники энергии/ http://sl.vntic.org.ru/an/2an-2-8.htm

57. Низовцев, М.И. Влияние толщины межстекольной прослойки на теплоизолирующие свойства однокамерного стеклопакета // Современные оконные системы Сибири и Дальнего Востока 2005. - №5. - С. 46-47.

58. Отчет по Восточной Сибири // http://homepages.irk.ru/tgv/Otchet2.htm64.0фициальный сайт thermal energy system specialists / http://www.trnsys.com

59. Панцхава, E.C. Преобразование энергии биомассы. Опыт России / Е.С. Панцхава, В.А. Пожарнов, J1.B. Зысин и др. // Энергия. 2005. -№6.-С. 10-19.

60. Перспективы использования возобновляемой энергии в России / Международный журнал «The Green Cross Optimist» / http://www.optimistmag.org/ru/0003/article.php?id=948

61. Пивоварова, З.И. Радиационные характеристики климата СССР.-Д.: Гидрометеоиздат, 1977. 335 с.

62. Пивоварова, З.И. Характеристика радиационного режима на территории СССР применительно к запросам строительства. Л.: Гидрометеоиздат, 1973.-128 с.

63. Попель, О.С. Обобщенные показатели типичной индивидуальной солнечной водонагревательной установки в климатических условиях различных регионов России / О.С. Попель, С.Е. Фрид, Э.Э. Шпильрайн // Теплоэнергетика. 2003. - №1. - С. 12-18.

64. Расчет теплопроизводительности систем солнечного горячеговодоснабжения для южных районов СССР / JI.B. Авдеева, С.И. Смирнов, Б.В. Тарнижевский, О.Ю. Чебунькова // Гелиотехника. 1983. - №3. - С. 39-42.

65. Ресурсы и эффективность использования возобновляемых источников в России / Коллектив авторов. Под общей ред. П.П. Безруких. СПб.: Наука, 2002.-314 с.

66. Рустамов, Н.А. Биомасса источник энергии / Н.А. Рустамов, С.И. Зайцев, Н.И. Чернова // Энергия. - 2005. - №6. - С. 20-28.

67. Саплин, J1.A. Экономические обоснование использования нетрадиционных возобновляемых источников энергии в Челябинской области / http://aomai.ab.ru/Books/Files/1999-01/HTML/21/pap21.html

68. Справочник по климату СССР. Вып.20. Томская, Новосибирская, Кемеровская области и Алтайский край. Ч. 1: Солнечная радиация, радиационный баланс и солнечное сияние.-Д.: Гидрометеорологическое изд-во, 1966.-76 с.

69. Стребков, Д.С. Сельскохозяйственные энергетические системы и экология// Альтернативные источники энергии: эффективность и управление. 1990. -№1. - С. 39-40.

70. Стребков, Д.С. О развитии фотоэлектрической энергетики в России / Д.С. Стребков, H.JI. Кошкин // Теплоэнергетика. 1996. - №5. - С. 8-12.

71. Стребков, Д.С. Энергосбережение и возобновляемые источники энергии / Д.С. Стребков, В.П. Муругов //Вестник сельскохозяйственной науки.-М.: Агропромиздат. 1991. -№2. - С. 117-125.

72. Су гробов, В.М. Перспективы использования геотермальных ресурсов Камчатки / В.М. Сугробов, В.И. Кононов, О.Б. Вереина // Труды Международного геотермального семинара. Петропавловск-Камчатский.2004.-С. 9-14.

73. Танака, С. Жилые дома с автономным солнечным теплохладоснабжением / С. Танака, Р. Суда; пер. с яп. Е.Н. Успенской; под ред. М.М. Колтуна, Г.А. Гухман. М.: Стройиздат, 1989. - 184 с.

74. Тарнижевский, Б.В. Нетрадиционные источники энергии: вчера, сегодня, завтра / http://solar-battery.narod.ru/aItenerg2.htm

75. Тарнижевский, Б.В. Проблемы современной солнечной энергетики // Тяжелое машиностроение. 2001. - №1. - С. 11-13.

76. Тарнижевский, Б.В. Солнечные коллекторы и водонагревательные установки /Б.В. Тарнижевский, В.Б. Алексеев, З.А. Кабилов, И.М. Абуев // Теплоэнергетика. 1995. - №6. - С. 4-7.

77. Тарнижевский, Б.В. Эффективность пассивных систем солнечного теплоснабжения в климатических условиях России // Теплоэнергетика. -2000.-№1.-С. 14-17.

78. Твайделл, Дж. Возобновляемые источники энергии / Дж. Твайделл, А. Уэйр. М.: Энергоатомиздат, 1990. - 329 с.

79. Тепло- и массообмен. Теплотехнический эксперимент: справочник / под общ. ред. В.А. Григорьева, В.М. Зорина. М.: Энергоиздат, 1982. - 512 с.

80. Терехов, В.И. Разработка и совершенствование конструкций свегопрозрачных оконных заполнений для Сибирского региона / В.И. Терехов, А.А. Трушковская, М.И. Низовцев // Сибстройтех. №3. - 2000. - С. 15.

81. Усаковский, В.М. Возобновляющиеся источники энергии.-М.: Россельхозиздат, 1986. 126 с.

82. Федянин, В.Я. Опыт эксплуатации биогазовой установки в условиях Алтайского края / В.Я. Федянин, И.М. Лавров, М.А. Утемесов и др. // Теплоэнергетика. -1996. №2. - С. 8-11.

83. Фугенфиров, М.И. Использование солнечной энергии в России // Теплоэнергетика. 1997. - №4. - С. 6-12.

84. Харченко, Н.В. Индивидуальные солнечные установки.-М.: Энергоатомиздат, 1991. 208 с.

85. Чмиль, А.И. Технология биоконверсии сельскохозяйственных отходов в топливо, удобрения и корма // Экотехнол. и ресурсосбережение. 1995. -№4.-С. 7-12.

86. Шеклеин, А.В. Некоторые эксплуатационные характеристики селективной прозрачной изоляции / А.В. Шеклеин, Н.Б. Рекант //Гелиотехника. -1971. -№3.- С. 48-52.

87. Энергетика в России и в мире: Проблемы и перспективы. М.: МАЙК «Наука / Интерпериодика», 2001. - 136 с.

88. Энергетика мира: уроки будущего / под ред. И.А. Башмакова. М.: МТЭА, 1992.-468 с.

89. Энергия окружающей среды и строительное проектирование.-М.: Стройиздат, 1983.-487 с.

90. Энергоактивные здания / под ред. Э.В. Сарнацкого и Н.П. Селиванова -М.: Стройиздат, 1988. 374 с.

91. Юдаев, Б.Н. Техническая термодинамика. Теплопередача. М.: Высшая школа, 1988.-480 с.

92. Bouillot, J. An ecological house with transparent insulation materials in Paris // Book of Abstracts EuroSun'96,1996. P. VI-2-VI-3.

93. Duffie, J.A. Solar engineering of thermal processes / J.A. Duffie, W.A. Beckman. NY., 1991.-944 p.

94. Hunt, V.D. Solar Energy dictionary, Industrial Press Inc.-New York, 1982.-411 p.

95. Klein, S.A. A method of simulation of solar processes and its application // Solar energy. 1975. - Vol.17, №1. -P. 29-31.

96. Klein, S.A. Calculation of flat plate collector utilizability // Solar energy. -1978. - Vol.21, №6. - P. 393^402.

97. Klein, S.A. The Effects of Thermal Capasitance Upon the Performance of Flat-Plate Solar Collectors, M.S. Thesis, University of Wisconsin, 1973. -P. 19-23.

98. Klein, S.A., at all. Transient simulation program. Engineering experimentstation / Report №38. University of Wisconsin. Madison. 1974. - P. 3-16.

99. Klein, S.A. A general design method for closed loop solar energy systems / S.A. Klein, W.A. Beckman // Solar energy. - 1979. - Vol. 22, №14. - P. 269282.

100. Koenigsdorff, R. Passive solar heating versus summer cooling demand in administration and commercial buildings / R. Koenigsdorff, E. Oesterle // Book of Abstracts EuroSun'96,1996. -P. VI-33-VI-34.

101. Link, A. Optimierung von TWD-Paneelen // Book of Abstracts EuroSun'96, 1996. P. XVIII-25-XVIII-26.

102. Lui, B.Y.H. Availability of Solar Energy for Flat Plate Solar Heat Collectors, in Low Temperature Engineering Application of Solar Energy / B.Y.H. Lui, R.C. Jordan. Ch.l, ASHRAE, N.Y., 1967. - P. 21-25.

103. Marko, A. Thermische solarenergienutzung an gebauden / A. Marko, P. Braun. Berlin: Springer, 1997. - 320 p.

104. Marshall, R. TSET Analysis for TIM. Materials Using Robust Recursive Regression // Book of Abstracts EuroSun'96,1996. P. XVIII-20-XVIII-22.

105. Schneidewind, P. Helioran™ Transparent Insulation Made of Glass// Book of Abstracts EuroSun'96,1996. - P. XVIII-28-XVIII-29.

106. Schuler, M. Solar City Lenne Park, Potsdam / M. Schuler, S. Hoist // Book of Abstracts EuroSun'96,1996. P. VI-20-VI-21.

107. Schweiger, H. The potential of transparent insulation in the Mediterranean climate / H. Schweiger, A. Oliva, M. Soria, J. Cadafalch// Book of Abstracts EuroSun'96,1996. P. XVIII-14-XVIII-15.

108. Tabor, H. Radiation, Convection, and Conduction Coefficients in Solar Collectors // Bull. Res. Counc. Israel. 1958. - Sect. F, 6c - P. 155.

109. Winter, F. Heat exchanger penalties in double loop solar water heating systems // Solar energy. 1976. - Vol. 17. - №4. - P. 335-337.

110. Zwerger, M. StoTherm Solar-Application Opportunities and Practical Experience with Transparent External Insulation and Finish Systems // Book of Abstracts EuroSun'96,1996. P. XVIII-18-XVIII-19.