автореферат диссертации по процессам и машинам агроинженерных систем, 05.20.02, диссертация на тему:Метод расчета и проектирования солнечной теплицы для региона Сибири

На правах рукописи

МАЗАЕВ Леонид Романович

МЕТОД РАСЧЕТА И ПРОЕКТИРОВАНИЯ СОЛНЕЧНОЙ ТЕПЛИЦЫ ДЛЯ РЕГИОНА СИБИРИ

Специальность 05. 20.02 - Электротехнологии и электрооборудование в сельском хозяйстве

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

-8 ДЕК 2011

«о из

Барнаул - 2011

005006603

Работа выполнена в ФГОУ ВПО « Бурятская государственная сельскохозяйственная академия им. В.Р.Филиппова»

Научный руководитель - доктор технических наук

ТАЙСАЕВА Валентина Табановна

Официальные оппоненты - доктор технических наук, профессор

ХУДОНОГОВ Анатолий Михайлович (ФГБОУ ВПО «Иркутский государственный университет путей сообщения»); кандидат технических наук, доцент МЕНОВЩИКОВ Юрий Александрович (ФГОУ ВПО «Новосибирский государственный аграрный университет»)

Ведущая организация - ГОУ ВПО Восточно-Сибирский

государственный технологический университет

Защита состоится 23 декабря 2011 года в 13 часов на заседании диссертационного совета Д 212.004.02 при ФГБОУ ВПО «Алтайский государственный технический университет им. И.И.Ползунова» по адресу: 656038, Алтайский край, г. Барнаул, пр. Ленина,46, факс (8-3852) 36 71 29,

http://vvww.altstu.ru; е-пшЫзсЩезеП.зеспа.ги; еЫа^псЬхти

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Алтайского государственного технического университета им. И.И. Ползунова

Отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенные печатью Вашего учреждения, просим направлять по указанному адресу на имя ученого секретаря диссертационного совета.

Автореферат разослан « 22 » ноября 2011 года

Ученый секретарь диссертационного совета д.т.н., профессор

Куликова Л.В.

Общая характеристика работы Актуальность темы.

В настоящее время в России себестоимость овощей, выращенных в теплицах, существенно выше, чем в странах, имеющих высокий уровень сельскохозяйственного производства. Спрос на свежую овощную продукцию отечественный производитель удовлетворяет на 30%, остальное - импорт. Развитию тепличного овощеводства препятствует недостаток и функционирование морально и физически устаревших теплиц, а высокая себестоимость производства внесезонных овощей связана, в первую очередь, с высокими затратами на энергоносители. Сейчас удельный вес энергозатрат в структуре себестоимости овощной продукции закрытого грунта составляет до 70%. Это связано с неэффективным использованием электрической и тепловой энергии в теплицах, отсутствием солнечных теплиц как таковых и моделей, реализующих оптимизацию энергетических процессов в ней.

Мировой опыт развития тепличного производства указывают на практически повсеместный переход к способам выращивания растений в закрытом грунте, использованию новых конструкций, материалов и энергосберегающих технологий на базе солнечной энергии. Так, например, в Северном Китае сосредоточено более 263 тыс. га солнечных теплиц, где выращиваются 90 % зимних овощей

Цель диссертационной работы - разработка энергоэффективной солнечной теплицы для выращивания экологически чистых овощей и снижения потребления органического топлива.

Объектом исследования являются технологические процессы: теплоснабжение теплиц и свойства теплоаккумулирующих материалов.

Предмет исследования - закономерности, связывающие параметры систем солнечного теплоснабжения теплиц с показателями энергетической, экологической и экономической эффективности.

Для достижения поставленной в работе цели исследования сформулированы следующие задачи:

1. Провести анализ современного состояния использования солнечной энергии для отопления теплиц в условиях климата северных широт.

2.Разработать математическую модель солнечной теплицы.

3.Разработать опытные образцы солнечных коллекторов с теплоносителем воздуха и тепловых аккумуляторов с насадками галька и цеолиты, а также экспериментальные установки для снятия их теплотехнических характеристик.

4.Разработать методики экспериментальных исследований и определения теплотехнических и энергетических характеристик опытных образцов гелиотехнического оборудования.

5.Провести технико-экономическую оценку эффективности основных результатов исследований.

Методы исследоваш!!. Методы теории вероятностей и математической статистики, теория активного планирования эксперимента, системный анализ и имитационное моделирование.

Научную новизну исследований представляют:

метод расчета энергоэффективной солнечной теплицы, заключающийся в оптимально сконструированной форме конструкции всех элементов теплицы;

теоретические исследования теплоаккумулирующих пористых насадок, позволяющие определить наиболее оптимальный режим аккумуляции тепла в насадках при заданных значениях массового расхода воздуха С и скорости V для различных сочетаний параметров слоя;

уравнение, учитывающее влияние семи переменных на количество аккумулируемого тепла;

экспериментальные исследования солнечных коллекторов, тепловых аккумуляторов с различными теплоаккумулирующими насадками. Практическую значимость работы представляют: методика расчета эффективности функционирования солнечных теплиц с пассивными солнечными системами;

методика расчёта энергоэффективности тепловых аккумуляторов (ТА) с различными параметрами насадки, геометрией слоя, скоростями движения теплоносителя и удельной теплоёмкостью;

гибридные солнечные коллекторы с теплоносителем «вода-воздух», тепловые аккумуляторы с ТАН галька и цеолиты.

Апробация работы. Содержание и отдельные положения диссертационной работы докладывались на международных и российских научных конференциях: всероссийском энергетическом форуме «ТЭК России в 21веке. Актуальные вопросы и стратегические ориентиры» (Москва, 2002 ); международной научно-технической конференции «Энергосбережение в сельском хозяйстве» (Москва, 1998); международных научных конференциях «Возобновляемые источники энергии для устойчивого развития Байкальского региона» (Улан-Удэ, 2001,2003, 2008); международном симпозиуме «Экологические и инженерно-экономические аспекты жизнеобеспечения» (Ганновер 2008, 2010 ); VI международной конференции «Возобновляемая и малая энергетика -2009» (Москва, 2009).

На защиту выносятся следующие положения: ¡.Метод оптимизации формы конструкции теплицы, обеспечивающей максимальный приход солнечной радиации в теплицу в отопительный период.

2.Результаты теплопроизводительности теплицы с пассивными солнечными системами для отопления и солнечным коллектором для ГВС.

3.Результаты энергоэффективпости тепловых аккумуляторов теплоаккумули-рующей пористой насадкой и ночным тепловым экраном светопрозрачного покрытия.

4.Метод расчета и проектирования энергоэффективной солнечной теплицы. Публикации. По теме диссертации опубликовано 21 научная работа, в

том числе 4 работы - в изданиях, рекомендованных ВАК.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из'введения, четырёх глав, выводов, списка литературы из 98 источников, Работа изложена на 170 страницах текста, содержит 64 иллюстрации, 45 таблиц. Основное содержание работы

Во введении обосновывается актуальность темы, сформирована цель и определены задачи исследования, аргументированы выбор объекта и предмета исследования, отражены научная новизна и полученные практические результаты, дана общая характеристика работы - показаны роль и значимость технического потенциала солнечной энергии для применения в тепличном хозяйстве для устойчивого развития Байкальского региона.

В первой главе проанализирована информация зарубежных исследований в последние два десятилетия по изучению возможностей использования солнечной энергии для отопления теплиц. Исследования, проведенные в Китае, Канаде, США, Франции, направленные на улучшение эффективности пассивных солнечных систем, показали, что использование их в теплицах экономически целесообразно для продления вегетационного периода выращивания овощей.

Из анализа исследований, проведенных Огайас1еШ5 (1991г.) нами установлено, что солнечным прудам, с фазовым изменением материалов и тепловым насосам необходим высокий уровень инвестиций.

Из крупных отечественных исследований, проведенных в конце XX иска, следует отметить работы Р.Б. Байрамова и Л.Е. Рыбаковой (НПО "Солнце'' АН Туркмении), Ю.Н Якубова (Узбекистан), А.Б. Вардияшвили (Грузия).

Проведенный анализ позволяет сделать вывод: наиболее эффективными являются пассивные солнечные теплицы с тепловыми аккумуляторами, однако недостатком их является большой объем теплоаккумулирующей массы. С целью возможности повышения эффективности тепловых аккумуляторов в диссертации обоснована целесообразность применения пористых материалов Забайкалья, Холинского и Мухор-Талинского месторождений.

Во второй главе проведено теоретическое обоснование моделирования солнечной теплицы с пассивной солнечной системой (ПСС) и теплового аккумулятора (ТА) с пористой насадкой. Схема алгоритма энергетической модели представлена на рисунке 1.

Рисунок 1 .Сяема алгоритма расчета энергоэффективности солнечной

теплины

1. Для выбора формы теплицы рассчитан:

а) Оптимальный угол наклона светопрозрачного покрытия теплицы, при котором в теплицу поступает максимальное количество солнечной радиации за отопительный период. Расчет выполнен для г. Улан-Удэ (широта 52.3 с.ш, и 107.5° в.д) (Таблица 1).

б) Для обоснования формы теплицы рассмотрены четыре типа теплиц (Рисунок 2) используемых в настоящее время в холодном климате и аксонометрический вид 4

типа теплицы ( Рисунок 3).

Рисунок 2 - Четыре типа теплиц разных форм площадью 100м2 Солнечная радиация в гелиотегшицу поступает в основном через ее прозрачные поверхности, а суммарные теплопотери определяются общей поверхностью ограждения.

Таблица 1. Данные расчета оптимальной ориентации теплицы

Я зависимости от угла наклона светопрозрачного покрытия

Месяц Могоиный ппихол солнечной радиации в мдж/м

|3=0 гориз Р~20 Р=40 Р=50 15=60 р=70 Р=90

II 258,44 376,32 488,88 528,92 567,2 572,32 527,24

III 483,6 605,43 695,95 769,73 758,34 730,36 656,58

IV 608,1 630,6 631,5 639 622 593,1 491,7

V 730,36 716,72 676,73 659,06 631,24 572,88 446,09

IX 429,6 470,4 487,5 512.4 495 500,1 421,2

X 301,63 433,69 526,69 551,18 563,58 562,03 514,29

XI 166,2 292,8 392,7 429,6 455,1 468,3 460,8

Вегет.период 2977,93 3525,96 3899,95 4089,89 4092,46 3999,09 | 3517,9

Рисунок 3.

Аксонометрический вид теплицы четвертого типа Ь - длица теплицы Ь, Ь, - высота теплиц РьРг, Рз " Углы наклона светопрозрачного покрытия

Зависимость аккумулируемого тепла (от размеров и типов теплиц, определяем по уравнению теплового баланса: = 0Цют + (1ж 0)

или 1 - + - Величина Ял™- =а- есть коэффициент тепло

Пс ^а* /-!<'

V прош ЪСп/ит

вых потерь, а (1-а)~П— коэффициент аккумуляции тепла. Аккумулируемое тепло дак выразится через (1- а) как: ()ак = (1 - а)<2приш (2)

Когда эти факторы заданы, тогда а и П зависят только от размеров и типов теплиц. Для определения такой зависимости при расчете за исходные геометрические размеры можно принять длину Ь и высоту И теплицы, так как через них при заданных значениях углов определяются все остальные размеры теплицы. Теплица как защищенный фунт характеризуется геометрическим показателем эффективности, определяемый отношением площади защищенного грунта к сумме площадей ограждающих конструкций.

~ Рца/ (^с ^сса.ст 2Рт()рц- ^пот) (-0

где: Рс - площадь светопрозрачного покрытия Рсевст - площадь северной стены ; Ртст - площадь торцевой стены Рпот. - площадь потолка. Прошедшее солнечное излучение через застекленную поверхность теплицы, определяется

как: = ч'Э, (4)

где: /;- оптический КПД светопрозрачного ограждения; Эр - количество суммарной солнечной радиации, падающей на наклонную светопрозрачную поверхность. Тепловые потери проводимостью через оболочку теплицы, включающие северную стену, две торцевые стены, северную крышу и свето-прозрачное покрытие из поликарбоната определяются как:

дпгр = I к 0^Дг (5)

■у

где: Ко - коэффициент теплопередачи (Вт/ м~°), Р - полная площадь поверхности оболочки теплицы(м2),Д1 - перепад внутренней температуры теплицы и наружного воздуха (°С) , Р- площади РС1:ахт,РтРкрРтст северной стены, светопрозрачного покрытия , крыши и торцевых стен (м") и соответственно, к„ст к,ш к0т к()ст - их коэффициенты теплопередачи.

Площади поверхностей Р1Щ Р„К, Ркр равны hjL.BC Ь и СО-Ь {Рисунок.З) Р„кт -площадь торцевых стен, т.е. многоугольник /\BCDENA. Коэффициент тепловых потерь а (2), выраженный через тригонометрические функции углов /?, высоту // и длину/, после преобразований примет вид:

Ъ-

а+ I значения комплексов а,6,с,¿в кВт-ч/день приведены втаб-а _ __ лице 2, а их зависимость от й/Ь на рисунке 4. Значения а -

с + А ■—- коэффициента тепловых потерь, ¡л- геометрического показателя теплицы и П- коэффициента аккумуляции тепла вычислены для 4 типов теплиц Р= 100м2.

Не только коэффициенты а иц , но и их произведение имеет физический

Ятт.1^ '

смысл:а-/л =——где 0,тт/РОСр.- удельные теплопотери через

^прош'^^прозр

ограждения, апрот = (2„рош /Рпртр.- удельный солнечный приток тепла, Йакк=(-!-а) удельная аккумулируемая энергия. При максимальном

значении а-ц значение ШЬ становится критическим и при проектировании необходимо соблюдать условие: Ы1<(к/1)кр, (6)

Значения комплексов а,Ь,с,с! в кВт-ч/день для декабря приведены в таблице 2 , а их зависимость от ЫЬ - на рисунке 4.. Теплицы ориентированы на юг, торцевые стены на восток и запад под углом 90° , свегопрозрачное покрытие - 6мм поликарбонат. В качестве ограждающих конструкций пола, потолка, стен - плиты железобетонные многопустотные, армированные стержнями из стали Ат+У. Значения ( Ь/Ь)кр вычислены для 4 типов (таблица 2.) для II 4м при Р = 100 м2 пола.

Из кривых видим, что с возрастанием Л/1 вначале я у/ растет , достигая критического максимума, затем медленно уменьшается.

Таблица 2. Значения комплексов а,б,с, (I (кВт-ч); П с]„г„ш

Тип теплицы а ь с (1 / Яирош |1/Ь)к1>

1 0,975 1.30 4.06 1.27 0.409 0.376

И 0,690 0.60 2.84 0.55 0.393 0.216

III 0,590 0.56 2.60 0.52 0.306 0,194

IV 0.903 1.30 3.70 1.24 0.359 0,327

Из таблицы 2 следует, что строить теплицы выгодно с наибольшим значением П/'я„рои, (отношение коэффициента аккумуляции тепла к удельному количеству прошедшего солнечного-тепла) с энергетической и экономической точки зрения. Наибольшее значение П/Ц,,,,,,,,, у типов I и II, выбираем тип II, у которого (И/Ь)кр = 0.216 , длину теплицы при соблюдении условия (5) не превышения 1кр = 18.5 м, берем равной 18.2 м. Для Республики Бурятия, располагаемой в широтах <р=52°- 53.5° теплица (5= 100 м3, а = 60°, !ю = 30°) будет иметь оптимальные геометрические размеры пола 18,2x5,5 м при работе её 180 дней в году с 15 февраля по 15 ноября.

с) Расчет аккумулируемого солнечного тепла торцевыми стенами, потолком , северной стеной определяем как:

0 »■•/; _ (с р V "-'п + С "°л) р V ) А / , (7)

где: У'Т и Утт - обьем теплоаккумулирующей массы потолка, торцевых стен, почвы и теплицы, м3; ртЛ р„,Р - плотность воздуха и ограждающих

0.12

0.10

П.03

0.4

0.8 ЬЯ-

И1С.4. Кривые зависимостей удельного прошедшего солнечного тепла и тепловых потерь от

ыг

конструкций, кг/м3; С"'п, С™м - удельная теплоемкость ограждающих конструкций и воздуха Дж/кг°С А( = - /^-температура внутренняя ограждающих конструкций и внутреннего воздуха теплицы,°С

Количество тепла аккумулируемое северной стеной определяется как:

Яш = СС,пРстУ<тЬТ ст (8)

где: да„. - тепло, аккумулированное в северной стене (Вт) V - объем стены, (м-3). С т< Сюч(. - удельная теплоемкость стены (Дж/кг°С) /Л„ - плотность стены (кг/м3);Д/ - перепад температур в стене, (°С) А г -/ ->

1 ' ' \ /• ст П11Г/! I т ,

Здесь: температура пограничного слоя теплоаккумулирующей стены,°С 1„„ - температура внутреннего воздуха теплицы,СС

Расчет поглощенной солнечной радиации £>„„,, определяем по формуле:

<27,.-, = Г От е ««Г^/7,,,,,, (9)

где: 2" дпр

прошедшее количество солнечной энергии через остекление, кВт-ч-Е - коэффициент поглощения солнечной радиации; И,,,,,, - площадь поглощающей поверхности, м2.^7 - угол между нормалью к поглощающей поверхности и направлением солнечных лучей:

Расчетные данные нагрузки отопления и вентиляции по известному тепловому балансу; прошедшей, поглощенной, аккумулированной солнечной энергии элементами ограждающих конструкций, рассчитанные по формулам (4,7,9) сведены в таблицу 3.

Таблица 3. Расчетные данные теплового баланса теплицы, кВт-ч

в, Градусо-Д1Ш Расход тепловой энергии на отоплением вентиляцию Прошелцая солнечная энергия,О,,,,,,,,,. Поглощенная солнечная энергия Аккум энергия огр.констр. (торн.ст потолок) Тепло, поступившее внутрь теплицы Дефицит тепла 11 эбыток прош.солн. энергии

6701,3 43343 69133,5 21104,07 6386 15093 - 28250 +48029,5

Приведенные выше расчеты баланса теплицы показывают, что для эффективного функционирования солнечной теплицы необходимо рационально использовать избыток солнечного тепла .С этой целью рассмотрена пассивная солнечная система (ПСС) отопления, совмещенная с северной стеной теплицы (Рисунок 5), которая выполняет функции как конструктивного назначения, так и функции восприятия, аккумулирования и транспортировки тепла в теплице. На внешней поверхности размещается изоляция, а в межстекольном пространстве - теплоприемный абсорбер- экран с высокой теплопроводностью.

В верхней и нижней части стены имеются каналы для циркуляции теплоносителя воздуха. В период инсоляции воздух, находящийся в воздушной прослойке между стеной и стеклом, нагревается и поступает через верхние каналы в теплицу.

Рисунок 5. Схема ПСС отопления теплицы

1 - утепленная крыша

2 - изоляция северной стены

3- северная стена

4- пограничный слой 5

5- светопрозрачное покрытие

6- абсорбер теплоприемник 7 - воздушный поток

а) При конструировании расстояние между теплоприемным экраном и стеклом -8|, а также между экраном и стеной 5: выбраны на основании общеизвестных уравнений пограничного слоя для турбулентного режима естественной конвекции: д = Н(0.96 Рг * р'-ч,,■ (10)

2.14 + Р,2П

где: Н - высота теплоприемного экрана, м; N.. - число Нуссельта;

- число Грасгофа; Р, - критерий Прандтля. V, м/с; - средняя скорость движения воздуха в прослойке равна:

У= ¡2*£*Н*р,„ (11)

где: р - средняя плотность воздуха в прослойке, кг/м3; А - толщина воздушной прослойки, мм; Д = 45; ^ - ускорение свободного падения, м/с2; А - высота между центрами входного и выходного отверстий, м; Рвх - плотность входящего в теплоприемник воздуха, кг/м3; Рвч - плотность воздуха на выходе из теплоприемника, кг/м3; £ с,- сумма местных сопротивлений. Площадь сечения Ржс входных и выходных каналов определяется из уравне-

(12)

ния:

Г

„ ¡2* с * /г * (Р„, - )

—

где: ш0 - суммарный (т.е. на проектируемую поверхность) массовый расход воздуха в межстекольном пространстве теплоприемника, кг/ч. б) Для расчета теплопроизводительности абсорбера ПСС (Рисунок 5) находим температуру абсорбера (теплоприемника), обладающего незначительной тепловой инерционностью из зависимости:

-{т*СХ-, = ^ -и,,,]-?^,}. °3)

ах

Где: таб - масса абсорбера; Ср{а6) - удельная теплоемкость материала абсорбера, кДж/кг°С; г,-, - температура абсорбера,°С; РаГ, - площадь поверхности абсорбера, м2; а^, - среднее значение коэффициента теплообмена в пограничном слое, Вт/м С; 1поп,(х) - температура воздуха в пограничном слое, °С;

«й

Чпп.-мт)" плотность потока солнечной радиации, поглощенного поверхностью абсорбера, которая преобразуется в тепло, Вт/м2.

Решение (13) при условии рассмотрения функции гпогр(т), 1аб(Т), <7",",.|(г)в дискретном изображении даст:

={!'.....„„.„-',,,-, ] + }*{1-ехр(-2*а"' * А г)}

2 «... СД„.

Где: Дт - расчетный интервал дискретности функции, ч. Изменение температуры воздуха, движущегося в пограничном слое, определяют из уравнения :

~(т*С ) = *а *г, 1,17 1 (15)

Где: х - координата расчетной точки по высоте абсорбера;К-коэффициент теплопередачи через остекление к наружному воздуху; Гн(т) - температура наружного воздуха, °С.

Решение уравнения (15) имеет вид:

'„„., Ч, ={и Ч^*^^^-5^1^*Аг)) (16)

Совместное решение уравнений (16) и (14) после подстановки исходных данных абсорбера-теплоприемника 6 ( Рисунок 5). Раб = 18,0м х 1,7м = 30,5 м2; ан = 3,75 Вт/м2оС; (тС„)а6 = 1 1739 кДж/ °С К = 2,9 Вт/м20С; ан = 3,75 Вт/м2оС для пограничной температуры примет вид:

и-го ■ о - 1ыо = 0,3 0„(1. „ - 1„1!Ш) + 0,0132 ц(17)

- 1ш,и) находим из известного уравнения теплового баланса теплицы путем подстановки исходных данных элементов ограждающей конструкции. !)Р,ш,а=100 м2/ /■"„„,„ 70.2м2;^т(т=26м2; ^,П1/)=78.26м2; У=170м3; коэффициентов теплообмена внутренней и наружных стен «,.„=5.7 Вт/м2оС, а,,=23 Вт/м2оС,

2)полученных уравнений для внутренней температуры стен потолка и пола

тст' = 0,7651„ + 0,2351н + я„*0. 235/а„;

тпот' = 0,785*1в + 0.2!51н + Ч„*0.215/ан I ; (18)

тлол' = 0,781% + 0,21 *1Н+ цп*0.2/ан; J

3) значений (тС р )^ = 38,9 кДж/мгоС и (1™р - и.

После ряда преобразований при дискретном изменении /„, во

времени получим уравнения изменения температуры воздуха внутри теплицы без абсорбера ПСС (19) и с абсорбером ПСС (20).:

- '«, = 0.035 * (/„^ - /„„ ) + 0.0029 * д„ (19)

"'.„(/♦и -'„</, = 0.144(Г„((+1) - '„„(,+!)) + 0.016 д "й»,-,(,+1) + 0.009 (20) В настоящее время в северных широтах широко используются для укрытия теплиц на ночь теплые экраны. При укрытии светопрозрачного покры-

тия теплым одеялом (из хлопка с Я=0.9 м2°С/Вт) на ночь с 18ч до 9 утра , расход тепловой энергии на отопление и вентиляцию снижается в 2 раза в) Рассчитанные по (19,20) почасовые значения температуры воздуха внутри теплицы с ПСС на северной стене, без теплового экрана и с тепловым экраном показали, что она может эффективно функционировать с 15 февраля по 15 ноября

Для определения количества теплоты, поступающей от абсорбера тепло-приемника ПСС, используем формулу:

Отп — (тСр)П0ф(1П0Гр - 1вн )(а-1), Вт (21)

Где: ^ - средняя по объему теплицы внутренняя температура воздуха, °С; а - сторона теплицы, где расположен теплоприемник (в данном случае длина теплицы Ь) при (тСр)погр= 38,9 кДж/м2 °С; (¿¡ц = 0,185 (1тгр - кВтч/'С 3. Расчет энергоэффективности тепловых аккумуляторов (ТА).

Для аккумуляции избыточного солнечного тепла проведен расчет ТА с теплоаккумулирующими насадками (ТАН) галька и цеолиты для чего: а) определены потери давления ДР в ТА по формуле:

д (22)

2 I е

где:£ - коэффициент сопротивления насадки: Н - высота насыпи, м; у/ -коэффициент формы зерна; эквивалентный диаметр; У0 - скорость воздуха, отнесенная ко всему поперечному сечению насадки, м/с; £ - порозность насадки; рк - плотность воздуха, кг/мЗ; п - показатель степени, зависящий от

критерия Рейнольдса для турбулентного течения, 11=2.

б) Количество тепла, аккумулируемое в насадке, находим по уравнению:

а^ЛХАТ-,,, (23)

Где: - площадь насадки, обдуваемая тепловым потоком, м2; а ц -коэффициент теплоотдачи с единицы площади,

п.ГмЧ Г. I ^ ) ...... -Ю.ЗВт!мгК\а = ,2

с1Т ■ к

Здесь Д7„ - приращение температуры насадки Максимальный перепад температур в начале зарядки и в конце составил у насадки: - цеолиты ДТ„ =4,5 К; галька-Д7„ = 3,2 К.

в) Расчет энергоэффективности ТА с разными ТАН ведем по уравнению:

=ан?&Н'ау&Ти, (24)

После преобразования его, подставляя значения входящих в него параметров, получили уравнение, учитывающее влияние семи переменных на количество аккумулируемого тепла:

= 5,69 1^(1 - е)Г АГ................ (25)

Ь снрн 5Ч,

Уравнение (25) позволяет определить наиболее оптимальный режим аккумуляции тепла в насадках при заданных значениях массового расхода (7 и скорости V воздуха для разных сочетаний параметров слоя (£,3 ,1//), при фиксированной плотности и удельной теплоемкости насадки.

После подстановки значений Сп,Сп,р11, которые постоянны для определенного вида насадки, в формулу (26) получим:

ОГ' = 10,0 /-[у/(1-с)1и5—Д7" Я'Т" = 8.43^-^/(1 -г-)]"-"— АТ <27)

» е 8Ч. »

в) Важными факторами, влияющими на эффективность ТА являются затраты энергии на фильтрацию теплоносителя через слой и получаемый теплосъем с поверхности насадки. В результате проведенных теоретических и экспериментальных исследований получена формула энергетической эффективно-

стиТАН: Е =-—--: (28)

сир„НУ1-3[(1~£)^- ^т

Формула (28) позволяет сравнивать между собой различные варианты ТА еще на стадии проектирования с различными параметрами насадки е,у/,5 ;

геометрией слоя Н, ; V ; си и р в .нашем случае при известных значениях сп и рп гальки и цеолитов формула (28) примет вид:

Е= 13.0<5фс" ДТ дЛя гальки (29); - для цеолитов (30);

НУп[(\-ф^Ат ~ //г' 1[(1 -£)у/]п;'дг

Каждый параметр насадки имеет свой энергетический оптимум, у насадки -цеолиты при \р=1„25, с,,=0,56, У=0,6 м/с, р=2500 кг/и , Е =2.39, что на 30% выше Е гальки, что говорит о высокой энергоэффективности пористых тел. В III главе представлены методики и результаты: испытаний: 1) встроенной солнечной теплицы в жилой дом 2) воздухонагревательной установки; 3) теплоаккумулирующих насадок (ТАН)

1) для обоснования эффекта теплового экрана проведен эксперимент с встроенной теплицей площадью 20м2 в жилой дом на демонстрационном полигоне г.Улан-Удэ ( Рисунок 6). Испытания проводились в феврале и марте. Внутренняя температура повышается сразу, как только теплый экран - одеяло убирается (9:00ч) и начинает уменьшаться после 16:00ч. Самая высокая температура в теплице была зарегистрирована днем между 13:00ч и 16:00ч. Теплица с экраном обеспечила 85% потребной нагрузки, а с ПСС без экрана 60%, хотя приток солнечной радиации в отопительный период в теплице ориентированной под углом 90° на 574,56 кВт-ч меньше ,чем в теплице с остеклением под углом 60°. На рисунке 7 приведены сравнительные кривые хода температур внутри теплицы с ПСС и экраном и без экрана и ПСС.

Рисунок 6. Встроенная теплица в жилой дом

1 - пульт управления ПЭУ-9; 2 - электрокотел; 3-бак-аккумулятор; 4 - солнечные коллекторы; 5- вытяжная труба биотуалета; 6 - фотомодули, 7 - биотуалет;8 - вентилятор: 9- каменная насадка ТА I - Встроенная пассивная солнечная теплица 10,11- черная стена (ПСС) 12 - остекление - поликарбонат

Кривые изменения температуры воздуха внутри теплицы по результатам экспериментальных исследований подтверждают достоверность полученных уравнений (19,20). Процент расхождения не превысил 10 %.( Рисунок 7).

Мар*

э>, Вг/м3

S60

АйО 400 520 240

Рисунок 7 .Кривые хода суточных температур в солнечной в теплице: 1 - расчетная по уравнению (19) без экрана и ПСС; 2-эксперимент. без экрана и ПСС; 3- расчетная по уравнению(20) с экраном и ПСС; 4 - эксперимент, с экраном и ПСС; 5- солнечная радиация на наклонную поверхность, 6- наружная температура

2).Экспериментальное определение характеристик солнечного коллектора с теплоносителем воздух. Был разработан гибридный СК с теплоносителем вода - воздух (рисунок 8) с теплопоглощаюшей панелью из металлических труб и перфорированного (4 мм) алюминия, покрашенных в черный цвет.

Рисунок .8. Солнечный гибридный коллектор с теплоносителем воздух-вода

1- светопрозрачное покрытие

2-теплопоглощающая перфорированная черная пластина

3-«гребенка»-коллекторная труба

4-теплоаккумулирующая масса( мет. стружки)

5- вход холодного воздуха в перфорированный воздуховод

6-металлические водяные тру-бы(1/2") солнечного коллектора

7-приточный перфорированный воздуховод

8- выход горячей воды

9- вентилятор

а) Для определения коэффициента сопротивления трения ^ рабочей камеры СК была разработана экспериментальная установка ЭУ-1 с центробежным вентилятором для подачи воздуха . Расход воздуха СК с поперечным сечением камеры 0,175м'. подачей воздуха 20 м3/ч, для измерения скорости воздушного потока применяли трубы Вентури. Перепад давления в контрольном участке и в рабочей камере СК измеряли микроманометром. Для измерения скорости использовалась пневмометрическая трубка Прандтля.

Общие потери давления ЛРобщ в солнечном воздухонагревателе состоят из потерь давления ДРВХ, выходного ДРВЫХ участков и рабочей камеры ДРК, ДРобш = ДРВХ + ДРвых + ЛРК .Согласно расчетам (по геометрическим размерам установки), значения длины I, и гидравлический диаметр Ог м. рабочей камеры СК , составляют соответственно: 0,4 м и 1,29 м.

В таблице 4 приведены исходные данные для расчета аэродинамического сопротивления 4 и потерь давления Д Р в СК.

Таблица 4. Данные аэродинамического сопротивления £, и потерь давления АР

Яе Коэффициент аэродинамического сопротивления £, 1ёЯе 18(100*4) АР, Па X С»..,. кг/м с

2100 0,476 3,32 1,67 4 0.03 0,027

1800 0,556 3,25 1,74 3 0,0355 0,02025

1500 0,667 3,17 1,82 2 0,0426 0,0135

1200 0,834 3,07 1,92 1 0,0533 0,00675

б) В результате испытаний солнечного коллектора определены: - "разгонная" характеристика Х,= и постоянная времени тс = 5,2 мин соответствующее Х(Х) ~ 0,632. При этом задавались следующие значения параметров: скачок радиации в 300 Вт; температура окружаю-

шего воздуха - 293-295К; угол наклона СК к горизонту - 60°; плотность потока солнечного излучения - 800 Вт/м2 с погрешностью ±50 Вт/м2; входная температура теплоносителя - 295К; скорость ветра - от 0 до 3 м/с; расход воздуха в СК для нагрева воздуха - G = 20 м7ч. - кривая КПД 7] = f(T'), где: Т' = (Т,.м - Та)! S, м2К/Вт По данным, полученным в результате испытаний, рассчитаны значения г| и Т и получено уравнение: rj = 0,685 - 4,081*. где Т* приведенная температура. 3.Определение характеристик теплоаккумулирующих насадок а) Экспериментальная установки ЭУ-2 (Рисунок 9) состоит из: центробежного вентилятора Ц4-75, расходомера Вентури, воздуховода с насадкой, манометра, дифференциальной напорной трубки, пористой зернистой насадки. Перепад давления ДР в насадках определялся при помощи дифференциального манометра (рабочая жидкость - спирт этиловый безводный).Скорость воздуха определялась при помощи дифференциальной напорной трубки в отверстии расходомера Вентури. Замерялись одновременно:динамическое Рди„; статическое Рст; и полное давление Рдин = Рп0л - Рст

t

Рисунок 9. Общий вид (а) и схема экспериментальной установки ЭУ-3 (б) 1 - вентилятор ; 2 - расходомер Вентури; 3 - дифференциальная напорная трубка; 4 - воздуховод с насадкой; 5 - манометр дифференциальный для расходомера Вентури; 6 - манометр дифференциальный для насадки.

Основными характеристиками ТАН являются: аэродинамическое сопротив-тивление , потери напора по высоте насадок ДР и расход электроэнергии на привод вентилятора, которые связаны с равным:

(29)

Ранее экспериментально были определены: значения формы зерна у,: для гальки уг=1,12, для цеолита уц=2,14. Эквивалентный диаметр частиц §,=0,028 м, и порозность зерен для гальки ег=0,54, цеолита ец=0,56 Используя экспериментальные данные вычислены аэродинамическое сопротивление Е,, ^ \% Яе и сведены в таблицу 5

Таблица 5. Расчетные данные аэродинамического сопротивления ^ Яе

Ие 5 18 5 ■йИе йе 1Е£, 1йКе

9649,6 1,596 0,203 3,9845 9995,3 0,2 3,99

9165,4 1,612 0,207 3,962 9442,1 0,204 3,973

8733,1 1,628 0,211 3,941 9163,4 0,207 3,962

8231,6 1,647 0,217 3,915 8231,6 0,216 3,915

7695,5 1,67 0,222 3,886 9442,1 0,204 3,973

7090,2 1,6977 0,2298 3,85 9442,1 0,204 3,973

б) Методика определения гидравлической и теплообменной характеристик ТАН солнечной воздухонагревательной установки

Разработаны опытные образцы ТА. Экспериментальная установка состоит из СК( 4 м2 каждый), 2-х ТА с насадками цеолиты и галька), осевых вентиляторов (1,25 ЭВ-2,8-327044), располагаемых на выходе из СК, центробежных вентиляторов ВЦ-4-75-2,5 и воздуховодов.

Варьируемые параметры имели следующий диапазон: Н = 0,25... 1 м, рн = 2200...2500 кг/м3; £ = 0,5...0,65; О = 0,5... 1,2 кг/м2К.

Замерялась: температура входящего воздуха Твх, температура по слоям насадки Тнас в обеих ТА с насадкой галька и цеолиты, температура входящего теплого воздуха от СК и наружного воздуха Т0;скорость воздуха V и приход солнечной радиации на наклонную поверхность ((}„;,д).

В режиме аккумулирования замеры температуры,, прихода солнечной радиации велись непрерывно. Экспериментальные данные получены при испытании ТА в режимах зарядки и разрядки.

Количество полезного тепла (<3,гол), полученного от гибридного СК в режиме воздухонагревателя в ясный день октября составило 2.1 кВт ч .

По данным эксперимента построены кривые изменения температуры насадки в режиме аккумулирования и разрядки (Рисунок 10).и приведены графики изменения Твьк воздуха из ТАН и температур насадки по 4 слоям в за-

Цеолнты —•— Галька

Рисунок 10. Кривые зависимости температуры насадки от времени в режиме: а - аккумулирования, б - разрядки

Как видно из графика, динамика изменения температуры насадки - галька и цеолиты разная, не совпадают также по фазе и при разрядке. Получено

уравнение температуры выходящего воздуха Твьк в режиме разрядки: Для гальки Темх =3,63 (0.33Т1ШС-0,057Т„ар,. (30)

Для цеолитов Т«ш = 2,27 (0,5Тнас-0,057Т!Шр), (31)

В режиме зарядки получены уравнения температуры насадки: Для гальки Т„т = 1, ]9Тнасо+0,19Те . (32)

Для цеолитов Т„ас= 1,13Т„ас(,+0, !3'Г,.с, (33)

По результатам эксперимента ДТ равен у насадки - цеолиты 4,3 К, гальки - 3 К. По другим данным эксперимента ДТ колеблется у цеолита от 5,4 до 4,5 К, у гальки от 4,3 до 3 К.

В IV главе дан технико-экономический анализ эффективности теплицы с солнечными системами теплоснабжения

Уточненный баланс солнечной теплицы с разработанными гибридными солнечными системами теплоснабжения и тепловым аккумулятором с пористой насадкой проведен для 6701 градусо-дней отопительного периода г Улан-Удэ с определения нагрузки отопления L0T и горячего водоснабжения LrBCfl™ по известным формулам при разных значениях термического сопротивления R, м2оС/Вт и коэффициента теплоотдачи к0 F,Bt/ mzoC с тепловым экраном и без экрана. Расчетные данные расхода тепла на отопление вентиляцию и ГВС, приведены в таблице 6.

Таблица 6. Расход тепловой энергии на отопление, вентиляцию и ГВС,кВт ч

• • т______— _________ гт____

D, Градусо-дни ГВС Вентиляция K„F=0.275 N,„„=3.70. R„=3.70 ДхтчсгО-«

6701,3 8906 8088,5 64427

KuF=0.202 R„„=5; R„=3.70 R,,™K1=0.46

52249,4

kof=0.07c экраном R„„=5 ; R„=3.70

31198

■ ' ^ 1 V»! V »IV»-' ----------Г » 1

нечной теплицы (Рисунок 11) с двумя пассивными солнечными системами 1,11 и тепловым подпочвенным аккумулятором ТА: Энергетический эффект пассивных солнечных систем 1,11 и ТА :

Коэффициент замещения f нагрузки ГВС гибридными солнечными коллекторами площадью 10 м2 (рис 5) в режиме нагрева воды для полива составил 0.6 (37ГДж) на 20% больше, чем 10 м2 СК «Сокол» 0.4 (24.54 Гдж).

Энергетический эффект полученный от встроенной теплицы с ПСС с теплым экраном в жилой дом позволяет рекомендовать теплицы для отопления жилых домов, молочных и свжюводческих ферм.

Пассивные солнечные системы замещают в теплице с февраля по ноябрь до 52% потребного количества тепловой энергии, используя только 39% прошедшей солнечной радиации Эпрош

При применении теплового экрана и изолированного отражателя процент использования Эпрош увеличивается до 34.8%,в т.ч. в гибридной южной при-• ставке до 3053 кВт«ч ( 4.4 % ), в теплице - 21051,4 кВт»ч(30.4%). В итоге в солнечной теплице будет замещаться 51419 кВт-ч из 52249,4 потребной , т.е. почти 100 %, используя 70% Эпрош , остаётся ещё летний резерв 25396,87 кВт* ч и 30% неиспользованной Эпрош - 17714,5, итого 4311 1,375кВт*ч.

Рисунок 11. Разрез энергоэффективной солнечной теплицы. 1- теплый свернутый экран; 2 -.вертикальный воздуховод; 3 - перфорированный воздуховод; 4 -ПСС с абсорбером ; 5-.блок управления воздушным потоком;

6 - труба отбора теплой воды для полива;

7 - бак-аккумулятор (БА) солнечной системы ГВС;

8 - насос забора холодной воды из скважины.

9 - циркуляционная труба поступления горячей воды от СК в БА;

10 - труба поступления холодной воды из БА в СК; 11-экран -отражатель;

12.- СЖ с теплоносителем вода - воздух. 13.- приточный перфорированный воздуховод подачи теплого воздуха; 14 - проход между грядками;

15 - подпочвенные перфорированные трубы ,

16 - ТА солнечной гибридной системы,

17 - внутрипочяенные перфорированные трубы теплого полива растений.

Утепление потолка до Япот =5 м2оС/Вт снижает расход тепловой энергии в 1.3, а с экраном на ночь в 2.5 раза, чем в теплице с КОСТ=0.46 и Япот=3.7 м2 °С. В самый холодном феврале аккумулируется до 10 кВтч в сутки тепла достаточного для использования позже, чтобы нагреть теплицу в течение 5-10 часов.

Сравнительные показатели эффективности солнечной теплицы с обычной теплицей, обогреваемой котлом типа " К4М-5" мощностью 15кВт, показали:

- себестоимость выработки тепловой энергии в солнечной теплице в 1.5 раза ниже по сравнению с теплицей , традиционно отапливаемой котлом типа "К4М-5» на угле.

- снижение в 4 раза выбросов углекислого газа.

Основные выводы и результаты

1. Разработанная оптимальная форма конструкции солнечной теплицы обеспечивает максимальный приход солнечной радиации в отопительный период, что позволяет эффективно использовать пассивные солнечные системы (ПСС) для теплоснабжения теплиц в условиях Сибири и выращивать ран-

не- весенние и поздне- осенние экологически чистые овощи .

2. Разработанная методика определения теплопроизводительности теплицы с ПСС для условий Забайкалья может рекомендована в регионе Сибири с аналогичными климатическими условиями до 7000 градусо-дней отопительного периода и приходом солнечной радиации, отличной до 10%.

3. Разработанный метод расчета энергоэффективности тепловых аккумуляторов (ТА) с теплоаккумулирующими насадками (ТАН) позволил получить впервые уравнение, учитывающее влияние 7 переменных на количество аккумулируемого тепла с оптимизацией аккумуляции тепла в насадках.

Уравнение позволяет также рассчитать оптимальную геометрию слоя: высоту Н, поперечное сечение аккумулятора Р, что ранее в уравнениях энергетического баланса не учитывалось.

4. Разработанный гибридный солнечный коллектор (СК) с теплоносителем «вода- воздух» и полученные теплотехнические и гидравлические характеристики в режиме водо - и воздухонагревателя позволяют эксплуатировать СК круглый год.

5. Разработанные методики определения гидравлической и теплообмен-ной характеристик ТА с ТАН галька и цеолиты позволили экспериментально получить уравнения температуры выходящего воздуха Твьгх и температуру насадок Ттк в режимах - а) разрядки и - б) зарядки (аккумулирования):

а) Тт,х=2.27(П,5Ттк-0,057Тш11)- цеолиты и Ткых=3,63(0,332Т,шс,0,057Г,ш^гапька

б) Т„ас =/, ¡ЗТ1ШС„+0,13Твх - цеолиты и Т„ас =/, 19Т„ж.о+0,19Т11Х - галька

6. Получены показатели энергетического эффекта ПСС для теплоснабжения теплицы и подпочвенного аккумулятора :

- коэффициент замещения Р нагрузки ГВС гибридными СК площадью 10 м2 в режиме нагрева воды для полива составил 0.6(37ГДж) на 20% больше, чем 10 м2 СК «Сокол» 0.4 (24.54Гдж).

- для аккумулирования тепла на одни сутки в подпочвенном слое теплицы необходим ТА с насадкой галька объемом 5м3, а с насадкой цеолиты 2.8 м3, энергетическая эффективность ТА с насадкой цеолиты в 1.7 раза выше галечного.

7. Достигнуто: экономия 51419 кВт*ч тепловой энергии из 52249,4 потребной ; снижение себестоимости выработки тепловой энергии ПСС в 2 раза ниже по сравнению с тепловой энергией, вырабатываемой традиционным котлом на угле; снижение выбросов углекислого газа в 4 раза, что подтверждает высокую экологическую эффективность солнечной теплицы.

Основное содержание диссертации опубликовано в следующих работах

Публикации в изданиях, включенных в перечень ВАК РФ

1. Мазаев, Л.Р. Метод определения энергоэффективности тепловых аккумуляторов солнечной теплицы [Текст] / Л.Р.Мазаев //Вестник БГСХА.- 2011. -№3. вып.24.-С.55-60.

2. Мазаев, Л.Р.Эффективный тепловой аккумулятор для солнечной теплицы [Текст] / Л.Р Мазаев //Техника в сельском хозяйстве.-2011.№5.С.12-13.

3. Мазаев, JI. Р. Оптимизация режимов работы аккумуляторов тепла с разными материалами в солнечной теплице. [Текст] /Л.РМазаев //Вестник ИркГСХУ,- 2011.- №4 - Вып.46.- С. 92-98.

4. Мазаев, Л.Р.Определение теплопроизводительности теплицы с пассивной солнечной системой [Текст] / Л.Р Мазаев // Вестник ВСГТУ. - 2011.- Вып. 44.-С. 45-48.

Публикации в других изданиях

5. Мазаев, Л.Р.Разработка экопоселения с энергосберегающими технологиями на базе возобновляемых источники энергии. [Текст] / Л.Р Мазаев,, В.В Малых // Возобновл. источники энергии для устойчивого развития Байкальского региона: Материалы III Межд. научной конф./ под редакц. В.Т.Тайсаевой. Улан-Удэ, июнь 2008,- С.39-42.

6. Мазаев, Л.Р. Состояние теплоснабжения в жилом секторе и сельском хозяйстве Байкальского региона.[Текст] /Л.Р Мазаев // Возобновл.источники энергии для устойчивого развития Байкальского региона: Материалы III Межд. научной конф. / под редакц. В.Т.Тайсаевой. УланУдэ, июнь 2008.-С.34-38.

7. Мазаев, Л.Р.Концепция развития нетрадиционной энергетики для теплоснабжения г. Улан-Удэ [Текст] / В.Т.Тайсаева, Л.Р. Мазаев и др. //Сб. докладов Международной научно- техн. конференции «Энергосбережение в сельском хозяйстве» 5-7окт. 1998г., Москва-ВИЭСХ Часть11,-С. 183-185.

8. Мазаев, Л.Р. Определение теплотехнических характеристик солнечной водонагревательной установки. [Текст] / В.Т.Тайсаева, Л.Р.Мазаев, Г.В. Халь-хаев //Возобн.ист.энергии для устойч.разв.Байк.региона Матер.П Междунар .науч. конф./под редакц. В.Т.Тайсаевой. Улан-Удэ, Изд-во БГСХА, Улан-Удэ 2005.- С..45-51.

9. Мазаев, Л.Р.Анализ эффективности использования энергосберегающих технологий с гибридными солнечными системами теплоснабжения.[Текст] / В.Т.Тайсаева, Л.Р. Мазаев // Возобновляемые источники энергии для устойчивого развития Байкальского региона: Материалы Ш Межд. научной конф./ под редакц. В.Т..Тайсаевой .Улан-Удэ, июнь 2008,- С.45-48.

10. Мазаев, Л.Р. Определение характеристик теплоаккумулирующей насадки теплового аккумулятора солнечной установки.[Текст] / В.Т.Тайсаева, J1.T. Дашибалова, Л.Р. Мазаев .// Возобновл.источники энергии лля устойчивого развития Байкальского региона:Материалы II Межд. научной конф./под редакц. В.Т.Тайсаевой. Улан-Удэ, июль 2004.-С.41-45.

11. Отчет НИОКР: Разработка и изготовление опытных образцов солнечных коллекторов с теплоносителем вода и воздух на базе композитов из местного сырья и отходов производства. Ответств.исполнитель Л.Р.Мазаев,- Улан-Удэ, 2001 - инв. № 02.200.202236, Per. № 012002Ö4215.

12.Сооружение экспериментального энергоэффективного экологически чистого фермерского хозяйства на основе солнечной, ветровой и теплонасосной установок общей мощностью 100 кВт в бассейне оз.Байкал»:Отчет по хоздо-

говору5/93//РАСХН.ВИЭСХ.ВОСТОКСИБВИЭСХ. Ответств. исполнитель JI.P Мазаев .Улан-Удэ. 1993г.( рукопись).

13. Мазаев, Л.Р.Экодом с автономными системами гелиотеплоснабжения и утилизации бытовых отходов в условиях Байкальского региона. [Текст] / В.Т.Тайсаева, Л.Р.Мазаев //Бизнес и инвестиции в области возоб-новл. источников энергии в России / Труды Международ, конгресса / Под ред.

A.Б.Яновского, П.П.Безруких. - часть III, Москва, 1999.

М.Мазаев, Л.Р. Энергосберегающие автономные системы жизнеобеспечения жилого дома в условиях Республики Бурятия. [Текст] / В.Т.Тайсаева, Л.Р. Мазаев //Возобн.ист.энергии для устойч.разв.Байк.региона Матер.1 Междунар .науч. конф./под редакц. В.Т.Тайсаевой. Улан-Удэ, Изд-во БГСХА, Улан-Удэ 2001.

15.Мазаев, Л.Р.Гидравлический и теплотехнический расчет характеристик аккумуляторов теплоты.[Текст] / В.Т.Тайсаева, Л.Т. Дашибалова, Л.Р. Мазаев .// Возобновл.источники энергии лля устойчивого развития Байкальского ре-гиона:Материалы II Межд. научной конф./под редакц. В.Т.Тайсаевой. Улан-Удэ, июль 2004.-С.96-104.

16.Мазаев, Л.Р.РекомеГндации по выбору параметров солнечных нагревательных установок. [Текст] / Л.Р. Мазаев // Труды 5-й Междунар .науч-техн.. конф..Часть 4. Возобновляемые источники энергии. Местные энергоресурсы .Экология.-М.- ГНУ ВИЭСХ,2006,- С. 195-200.

П.Мазаев, Л.Р. Создание экопоселения с автономными энергосберегающими системами жизнеобеспечения на базе возобновляемых источников энергии [Текст] / В.Т Тайсаева, В.В,Малых, Л.Р Мазаев.// Малая энергетика.-2009.№1-2(10).-С.61-67.

18.Мазаев, Л.Р. Создание энергоэффективных солнечных теплиц с тепловыми аккумуляторами в условиях Сибири. [Текст] /В.Т.Тайсаева, Л.Р Мазаев // Малая энергетика.-2011.-№1-2.-С.50-57..

19.Мазаев, Л.Р.Методика расчета энергетической эффективности аккумуляторов теплоты.[Текст] / В.Т.Тайсаева, Л.Р.Мазаев. //Возобн.ист.энергии для устойч.разв.Байк.региона Матер.И Междунар .науч. конф./под редакц.

B.Т.Тайсаевой. Улан-Удэ, Изд-во БГСХА, Улан-Удэ 2005.-С. 104-111.

20.Мазаев, Л.Р. Солнечные теплицы в условиях Сибири. [Текст] /В.Т.Тайсаева, Л.Р Мазаев // Монография.-Улан-Удэ: Изд-во БГСХА, 2011.-200с.

21.Мазаев, Л.Р. Нетрадиционные возобновляемые источники энергии. Расчет энергетических показателей. [Текст]: учебное пособие для вузов /. В.Т.Тайсаева, Л.Р Мазаев / под ред. В.Т.Тайсаевой. Допущено УМО вузов по агроинженерному образованию в качестве учебного пособия для студентов вузов, обучающихся по специальности 311400 « Электрификация и автоматизация сельского хозяйства» . - Улан-Удэ: изд-во БГСХА, 2002 - 106 с.

Подписано в печать 18.11.2011. Формат 60x84 1/16 Бум.тип.№1. Усл.печ.л. 1,3. Тираж 100. Заказ № 873. Цена договорная.

Издательство ФГБОУ ВПО «Бурятская государственная сельскохозяйственная академия им. В. Р. Филиппова» 670024, г.Улан-Удэ, ул. Пушкина,8

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА I. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ СОЛНЕЧНОГО ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ ТЕПЛИЦ ЗАЩИЩЕННОГО ГРУНТА

1.1.Технологии отопления солнечных теплиц.

1.1.1 .Пассивные солнечные системы для отопления теплиц.

1.1.2.Солнечные теплицы с тепловыми аккумуляторами с подземными системами отопления и охлаждения.

1.1.3 .Влияние параметров теплоаккумулирующей массы на аккумулирование солнечной энергии. 25'

1 ^.Характеристики и свойства теплоаккумулирующих материалов.

1.2.1.Состав и адсорбционные свойства пористых материалов Забайкалья. 29 Выводы по главе 1.

ГЛАВА 2. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ СОЗДАНИЯ ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНЫХ СОЛНЕЧНЫХ ТЕПЛИЦ 2.1. Обоснование выбора формы теплицы.

2.1.1 Расчет оптимального угла установки светопрозрачного покрытия.

2.1.2. Расчет прихода солнечной радиации на наклонную поверхность и оптимального угла установки светопрозрачного покрытия теплицы.

2.2.Моделирование энергоэффективной солнечной теплицы

2.2.1. Методика оптимизации геометрических параметров теплицы.

2.2.2 Расчет энергетического баланса солнечной теплицы.

2.2.2.1. Расчет суммарного аккумулируемого тепла.

2.2.3. Расчет поглощенной солнечной радиации.

2. 3. Расчет пассивных солнечных систем.

2.3.1. Пассивные закрытые системы солнечного отопления

2.3.2. Определение теплотехнических параметров солнечной теплицы.

2.3.2.1 .Уравнение теплового баланса для закрытой пассивной системы.

1 2.3.2.2.Определение температуры внутренних поверхностей ограждающих конструкций и температуры воздуха внутри теплицы.

2.3.2.3. Определение теплопроизводительности теплоприемника.

2.3.3 .Гидравлический и теплотехнический расчет характеристик аккумуляторов теплоты с насадками галька и цеолиты

2.3.3.1. Расчет потерь давления и гидравлического сопротивления.

2.3.3.2. Расчет потребной мощности вентилятора на валу.

2.3.3.3. Расчет аккумулируемого тепла в насадке.

2.3.3.4. Методика расчета энергоэффективности тепловых аккумуляторов с различными теплоаккумулирующими насадками.

Выводы по главе II.

ГЛАВА III. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ И РАЗРАБОТКА ГЕЛИОТЕХНИЧЕСКОГО ОБОРУДОВАНИЯ

Цель и задачи экспериментов по испытанию оборудования ССТ.

3.1.1 .Разработка солнечных коллекторов с теплоносителем «вода- воздух».:.

3.2.Методика испытаний гелиотехнического оборудования

3.2.1 Методика тепловых испытаний солнечного коллектора в режиме водонагревателя.

3.2.2.Методика тепловых испытаний солнечного коллектора в режиме воздухонагревателя.

3.2.2.1 Методика определения аэродинамического сопротивления £ и потерь давления АР солнечного коллектора в режиме воздухонагревателя

3.3. Методика определения характеристик теплоаккумулирующих насадок (ТАН) теплового аккумулятора.

3.3.1. Определение аэродинамических характеристик теплоаккумулирую-щего материала и коэффициента формы зерна.

3.4. Методика определения эффективности теплового экрана солнечной теплицы.

Выводы по главе III.

ГЛАВА IV. ТЕХНИКО -ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНОСТИ ПАССИВНЫХ И АКТИВНЫХ СОЛНЕЧНЫХ СИСТЕМ ДЛЯ РАЗРАБОТКИ ПРОЕКТА СОЛНЕЧНОЙ

ТЕПЛИЦЫ

4.1. Расчет нагрузки теплоснабжения теплицы.

4.1.1. Расчет нагрузки отопления.

4.1.2. Расчет солнечной системы ГВС для полива растений.

4.2. Разработка проекта энергоэффективной солнечной теплицы.

4.2.1.Технико- экономические показатели энергоэффективной солнечной теплицы.

Выводы по IV главе.

ПЕРЕЧЕНЬ ВНЕДРЕННЫХ РАЗРАБОТОК, РЕКОМЕНДАЦИЙ, ОПУБЛИКОВАННЫХ

Тепличное производство в настоящее время развивается как динамичная и эффективная отрасль сельского хозяйства, имеющая большое значение для снабжения населения свежими и богатыми витаминами овощами, когда из открытого грунта не поступает продукция.

Особенно актуально использование продуктов тепличных хозяйств в странах с суровыми климатическими условиями, к которым относятся большинство регионов России. Мировые тенденции развития тепличного производства указывают на практически повсеместный переход способам выращивания растений в закрытом грунте, использованию новых конструкций, материалов и энергосберегающих технологий.

Так например в Северном Китае более 263 тыс. га солнечных теплиц, где -выращиваются 90 % зимних овощей. Научные разработки и инновации в этой области поддерживаются как на государственном уровне, так и в частном порядке заинтересованными компаниями [72].

По данным диетологов из московского НИИ Питания, каждый житель России должен потреблять не менее 87,6 кг овощей в год. С учетом климатических условий, минимум 13 кг овощей из этого количества должны выращиваться в теплицах.

Для обеспечения минимальной медицинской нормы потребления свежих тепличных овощей, годовой валовой сбор овощной продукции защищенного грунта в России должен составлять около 1,9 млн. тонн. В то же время, реальное отечественное тепличное производство дает только около' 630 тысяч тонн овощей в год [6].

В холодном климате, значительное количество дополнительного тепла необходимо теплицам в зимний сезон. Согласно Комиссии Европейского экономического сообщества, больше 75 % тепловой энергии в сельском хозяйстве в северных странах затрачивается на отопление теплиц. Это говорит о том, что сокращение потребления топлива на отопление теплиц является первостепенной значимостью существования тепличного хозяйства в будущем [78]. Главная проблема производства внесезонных овощей - их высокая себестоимость вследствие значительных затрат на энергоресурсы. Удельный вес энергозатрат достигает от 40% до 60 % в структуре себестоимости овощной продукции закрытого грунта. В холодный период года, у тепличных хозяйств, расположенных в северных широтах, этот показатель достигает 70%-80% в структуре себестоимости.

Расход газа на 1 кг тепличной продукции в России составляет от 3 до 5,5 куб. м, в отдельных случаях - до 6 куб.м. Согласно указу «О некоторых мерах по повышению энергетической и экологической эффективности Российской экономики» к 2020 году энергоемкость валового внутреннего продукта Российской Федерации по отношению к 2007 году должна снизиться не менее чем на 40 процентов за счет обеспечения рационального и экологически ответственного использования энергии и энергетических ресурсов. В этом случае государственный закон говорит о поддержке и стимулировании реализации проектов по использованию возобновляемых источников энергии и экологически чистых производственных технологий [76], в первую очередь касается агропромышленного комплекса, где защищенный грунт должен решать важную народнохозяйственную проблему снабжения населения свежими овощами и зелеными культурами в поздне-осенний, зимний и весенне-летний периоды.

В настоящее время во многих странах защищенный грунт лидирует в производстве овощей, в то время как в нашей стране площади культивационных сооружений продолжают сокращаться.

Из всех видов ВИЭ наибольшее развитие в мире получило преобразование солнечной энергии в тепло невысокого потенциала, достаточного, однако, для горячего водоснабжения и отопления.

Использование солнечной энергии для теплоснабжения позволит: - замещать от 20 до 60% тепловой нагрузки объектов сельского хозяйства в зависимости от климатического расположения;

- исключить затраты на доставку органического топлива (что важно для удаленных потребителей);

- предотвратить загрязнение окружающей среды и сельскохозяйственной продукции

Основой развития отрасли овощеводства защищенного грунта в Сибири является обеспечение высокопродуктивной витаминной продукцией населения, в том числе и северных районах региона.

В целом по стране в 90—е годы 20-го столетия площадь зимних теплиц составила 4500 га. В настоящее время защищенный грунт Российской Федерации (2009 г.) составляет 2486- га. По данным Росстата производство продукции в защищенном" грунте снижается. В 2009 г. производство составило 595 тыс. т., однако это составляет лишь около 20% медицинской нормы потребления.

С 19904 г. и по настоящее время отрасль защищенного грунта находится в упадке. Происходит износ основных фондов старых теплиц на 80-85 %; идет ежегодное сокращение используемых производственных площадей. К настоящему времени сохранилось 1800 га зимних стеклянных теплиц, из них в Сибирском федеральном округе 125,8 га — 7 % от общего числа. Только 250ä га из общего-количества можно назвать современными, в Сибирском округе таких теплиц всего 1,7,8 га., где производится около 50 тыс. тонн, овощей. На одного человека приходится менее 4 кг, при» медицинской норме — 13 кг, т.е. всего 30%. Ежегодно в регион завозится до 15 тыс.т овощной продукции защищенного грунта из других регионов страны и импортных овощей [4]. k Для максимального обеспечения населения экологически безопасными с* овощами во внесезонный период необходимо строительство новых современных энергосберегающих теплиц, позволяющих обеспечивать показатели урожайности овощных культур в 2,5 раза выше, чем существующие. Удельный вес стоимости энергоносителей в структуре затрат на производство овощей доходят до 55%, а цены на энергоносители за последние 10 лет возросли в 4,5 раза, что является сдерживающим фактором дальнейшего развития тепличных предприятий.

Низкопотенциальное солнечное тепло можно широко использовать для отопления и горячего водоснабжения теплиц, жилых домов. Однако до настоящего времени оно не используется в крупном масштабе на промышленной основе. Главная причина в прерывистости солнечной радиации (зависит от облачности небосвода,, широты места, времени года и других факторов), но ее можно сглаживать аккумуляторами солнечной энергии. Аккумулирование солнечной энергии в виде тепла и холода широко используется для создания сглаженного температурно-влажностного режима в жилых зданиях, что дает возможность в среднем на 40-60% экономить топливо.

Необходимо отметить особую роль в экономии тепловой энергии (затрачиваемой на теплоснабжение зданий) исследований, направленных на разработку пассивных солнечных систем (ПСС). В России опыт создания ПСС крайне ограничен. За рубежом же очень активно ведутся работы по использованию ПСС, так по данным Евростата [12] к 2010 г. предполагается в странах-членах ЕС, довести потребление солнечной энергии за счет: ПСС до 24 млн. тонн нефтяного эквивалента (т.н.э.) - 2,2 % о обшего использования энергоресурсов.

Как правило, в тепловых аккумуляторах тепла (ТА) ПСС применяются традиционные строительные материалы: галька, щебень. Их обычно называют аккумуляторами емкостного типа. Теплообмен и аэродинамические процессы в подобных конструкциях аккумулирования исследованы доста-точно подробно [10,14,19] .Исследования по использованию насад очных (галечных) аккумуляторов теплоты для систем солнечного отопления, проведенные как у нас [23,94], так и за рубежом[40,70], показывают, что насадка из галечника при низкой стоимости обладает рядом технических преимуществ: аккумулирует как тепло, так и холод; имеет значительную тепловоспринимающую поверхность; сочетает в одном агрегате теплообменник и ТА.

Однако галечный аккумулятор по сравнению с водяным при одинаковой энергоемкости имеет в 3 раза больший объем. Эффективность ТА емкостного типа можно повысить с использованием пористых материалов для насадки, таких как активированный уголь, силикагели, искусственные и природные цеолиты, обладающих гораздо большей удельной поверхностью и следовательно большим тепловым эффектом.

Объем использования энергетического потенциала солнечной энергии в теплицах можно значительно расширить за счет следующего» технического решения: широкого применения 11СС с сочетании с активными солнечными системами и энергоэффективными тепловыми аккумуляторами.

В связи с чем была поставлена: Цель диссертационной работы - разработка энергоэффективной солнечной теплицы для выращивания экологически чистых овощей и снижения потребления органического топлива;

Объектом исследования являются , технологические процессы: теплоснабжение теплиц и свойства теплоаккумулирующих материалов.

Предмет исследования - закономерности, связывающие параметры систем солнечного теплоснабжения теплиц с показателями энергетической, экологической и экономической эффективности.

Для достижения поставленной в работе цели исследования сформулированы следующие задачи:

1.Провести анализ современного состояния использования солнечной энергии для отопления теплиц в условиях климата северных широт.

2.Разработать математическую модель солнечной теплицы.

3-Разработать опытные образцы . солнечных коллекторов с теплоносителем воздух и тепловых аккумуляторов с насадками галька и цеолиты, а также экспериментальные установки для снятия их теплотехнических характеристик.

4.Разработать методики экспериментальных- исследований и определения теплотехнических и энергетических характеристик опытных образцов гелиотехнического оборудования.

5.Провести технико-экономическую: оценку эффективности основных результатов исследований.

Методы исследований:. Методы, теории вероятностей и математической статистики, теория активного планирования эксперимента, системный анализ и имитационное моделирование.

Исследования, на основе которых выполнена работа, проведены:

- В ОАО « Институт солнечной энергетики»:

-но Распоряжению? Министерства- науки и технологий РФ №1644Ф от 21 октября 1999г. «Разработка макетных образцов' солнечного коллектора, свободно - поточной гидротурбины, проекта солнечной теплицы»

- по Госконтракту 2.21.4 «Разработка и изготовление опытных образцов солнечных коллекторов (СК) с теплоносителем вода и воздух на базе, композитов из местного сырья и- отходов производства» (2000-2001гг.), выполненной на основании Федеральной Программы социально-экономического- развития. РБ ( Постановление Правительства РФ от 15.04.: 1996г.№442).

- по контракту с ЕК 012012 relating to project " Renewable energy certificates as instrument: to; monitor and stimulate RE development in Russia( зеленые сертификаты как инструмент для мониторинга возобновляемой: энергии и стимулирования развития возобновляемой энергетики в России» ( 2005—2006 гг.)

- по контракту с ФГУП ФЦГС «Экология» «Подготовка перечня объектов возобновляемых источников энергии с указанием их предварительных технических и экономических характеристик и плана их строительства на Байкальской природной территории» в рамках подготовки; Российской программы развития ВИЭ (№ 03 - РПРВИЭ - 06/2006).

Научную новизну исследований представляют:

- метод расчета энергоэффективной солнечной теплицы, заключающийся в оптимально сконструированной форме конструкции всех элементов теплицы;

- теоретические исследования теплоаккумулирующих пористых насадок, позволяющие определить наиболее оптимальный режим аккумуляции тепла в насадках при заданных значениях массового расхода воздуха О и скорости V для различных сочетаний параметров слоя;

- уравнение, учитывающее влияние семи переменных на количество аккумулируемого тепла;

- экспериментальные исследования солнечных- коллекторов, тепловых аккумуляторов с различными теплоаккумулируюгцими насадками.

Практическую значимость работы представляют:

- методика расчета эффективности функционирования солнечных теплиц с-пассивными солнечными.системами;

- методика расчёта энергоэффективности тепловых аккумуляторов (ТА) с различными параметрами насадки, геометрией слоя, скоростями движения теплоносителя и удельной теплоёмкостью;

- гибридные солнечные коллекторы с теплоносителем «вода-воздух»,-тепловые аккумуляторы с ТАН галька и цеолиты.

Апробация работы. Содержание и отдельные положения диссертационной работы докладывались на международных и российских научных конференциях: всероссийском энергетическом форуме «ТЭК России в 21 веке. Актуальные вопросы и стратегические ориентиры» (Москва, 2002 ); международной научно-технической конференции «Энергосбережение в сельском хозяйстве» (Москва, 1998); международных научных конференциях «Возобновляемые источники энергии для устойчивого развития Байкальского региона» (Улан-Удэ, 2001,2003, 2008); международном симпозиуме «Экологические и инженерно-экономические аспекты жизнеобеспечения» (Ганновер 2008, 2010 ); VI международной конференции «Возобновляемая и малая энергетика -2009» (Москва, 2009).

Реализация результатов исследования

Разработанное учебное пособие «Нетрадиционные возобновляемые источники энергии. Расчет энергетических показателей» допущено УМО вузов по агроинженерному образованию в качестве учебного пособия для студентов .вузов по специальности 311400 - «Электрификация и автоматизация сельского хозяйства»

Разработанные опытные образцы солнечных коллекторов. (СК) по Распоряжению Министерства науки и технологий РФ № 1644Ф от 21.10. 1999г. и по Госконтракту 2.21.4 «Разработка и изготовление опытных образцов СК с теплоносителем вода и воздух на базе композитов из местного- сырья и отходов производства» были внедрены как солнечные: установки для ГВС фермерских хозяйств в Закаменском, Кижингинском, Иволгинском районах РБ; душевой в пансионате «Колос» на берегу оз. Байкал; приставки к электрокотельной профилактория Бурятэнерго.

На защиту выносятся следующие положения:

1.Метод оптимизации формы конструкции теплицы, обеспечивающей максимальный приход солнечной радиации в теплицу

2.Результаты теплопроизводительности теплицы с пассивными солнечными' системами для отопления и солнечным коллектором для ГВС.

3.Результаты энергоэффективности тепловых аккумуляторов теплоаккуму-лирующей пористой насадкой и ночным тепловым экраном светопрозрачного покрытия.

4.Метод расчета и проектирования энергоэффективной солнечной теплицы.

Выводы по главе III

1. Разработаны методики испытаний гибридного солнечного коллектора с теплоносителем «вода — воздух» и экспериментального определения их теплотехнических характеристик на созданных опытных образцах

В результате испытаний получены уравнения кривой КПД гибридного СК: щ =0,685 — 4,08Т в режиме воздухонагревателя jj = tj0- F¡lUl ■ Тж = 0,64 - 4,85 • Т* в режиме водонагревателя

2.Получены на экспериментальных установках ЭУ-1 и ЭУ-2 гидравлические характеристики - количественные зависимости:

- аэродинамического сопротивления рабочей камеры СК от критерия Re

- потерь давления АРК в рабочей камере СК от объемного расхода воздуха.

- аэродинамического сопротивленияТАН от скорости прохождения воды;

3. Определены коффициенты формы зерна ТАН: цеолиты» - у/ц=2,14; «галька» - у/г=1,12;

4. Разработаны методики определения гидравлических характеристик ТАН По данным эксперимента получено уравнение температуры выходящего воздуха Твых в режиме разрядки:

ТвЬ1Х=3,63(0,332Тшс-0,057Тнар)-галька;ТвЬ1Х =2,27(0,497Тиас-0,(7Тнар) -цеолиты; В режиме зарядки температура насадки выражается.уравнен иями: Тнас = 1,19Тнас0+0,19Твх - галька; Тнас = 1,13Тнас0+0,13Твх - цеолиты.

5. Больший температурный перепад получен для ТАН- « цеолиты»( АТ = 4.3 К -эксп., 4.5 К - расч.), ТАН галька {АТ = 3.0 К-эксп.; 3.2 К — расч.). Экспериментальные и расчетные данные дают расхождение в пределах 4%.

6. Установлено в солнечной теплице с тепловым экраном:

- температурный перепад в марте на 20°С больше, чем в обычной теплице.

- ежедневное аккумулирование энергии в стене ПСС составило: - в феврале 2370 кДж/м2 или 47,4 МДж, отдача тепловой энергии - 40 МДж

- на внутреннюю температуру влияет больше солнечное излучение, чем наружная температура.

Данные среднемесячных нагрузок Ьот и Ьвешп приведены в таблице 4.2. В таблице 4.3. приведены среднемесячные значения вн, наружного воздуха по ст. Иволгинск РБ и расчетные данные производительности вентиляторов и мощности <2воу

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Работа представляет законченное исследование, в котором дано научно-техническое решение важной научно-технической задачи создания энергоэффективной солнечной теплицы для производства экологически чистых овощей. Проведенные исследования позволили сформулировать основные выводы и рекомендации:

1. Разработанная оптимальная форма конструкции солнечной теплицы обеспечивает максимальный приход солнечной радиации в отопительный период, что позволяет эффективно использовать пассивные солнечные системы (ПСС) для теплоснабжения теплиц в условиях Сибири и выращивать ранне- весенние и поздне- осенние экологически чистые овощи .

2. Разработанная методика определения теплопроизводительности теплицы с ПСС для условий Забайкалья может рекомендована в регионе1 Сибири с аналогичными климатическими условиями до 7000 градусо-дней отопительного периода и приходом солнечной радиации, отличной до 10%. г

3. Разработанный метод расчета энергоэффективности тепловых аккумуляторов (ТА) с теплоаккумулирующими насадками (ТАН) позволил получить впервые уравнение, учитывающее влияние 7 переменных на количество-аккумулируемого тепла с оптимизацией аккумуляции тепла в насадках.

Уравнение позволяет также рассчитать оптимальную геометрию слоя: высоту Н, поперечное сечение аккумулятора Е, что ранее в уравнениях энергетического баланса не учитывалось.

4. Разработанный гибридный солнечный коллектор (СК) с теплоносителем «вода- воздух» и полученные теплотехнические и гидравлические характеристики в режиме водо - и воздухонагревателя позволяют эксплуатировать СК круглый год.

5. Разработанные методики определения гидравлической и теплообменной характеристик ТА с ТАН галька и цеолиты позволили экспериментально получить уравнения температуры выходящего воздуха Тных и температуру насадок Тнас в режимах - а) разрядки и - б) зарядки (аккумулирования): ъ)Твых=2,27(0,5Тиас-0,057Тнар) - цеолиты и ТвЬ1Х=3,63(0,332Тнас-0,057Тиар)-галька б) Тнас =7,13Тнас0+0,13Твх - цеолиты и Тнас =1,19Тнас0+0,19Твх - галька

6. Получены показатели энергетического эффекта ПСС для теплоснабжения теплицы и подпочвенного аккумулятора :

- коэффициент замещения Г нагрузки ГВС гибридными СК площадью 10 м2 в режиме нагрева воды для полива составил 0.6(37ГДж) на 20% больше, чем Юм2 СК «Сокол» 0.4 (24.54Гдж) .

- для аккумулирования тепла на одни сутки в подпочвенном слое теплицы необходим ТА с насадкой галька объемом 5м3, а с насадкой цеолиты 2.8 м3, энергетическая эффективность ТА с насадкой цеолиты в 1.7 раза выше галечного.

7. Достигнуто: экономия 51419 кВт«ч тепловой энергии из 52249,4 потребной ; снижение себестоимости выработки тепловой энергии ПСС в 2 раза ниже по сравнению с тепловой энергией, вырабатываемой традиционным котлом на угле; снижение выбросов углекислого газа в 4 раза, что подтверждает высокую экологическую эффективность солнечной теплицы.

1. Авезов В.Р., Барский-Зорин М.А., Васильева И.М. и др. Системы солнечного тепло- и хладоснабжения. М.: Стройиздат, 1980 - 328 с.

2. Авезов P.P., Орлов А.Д. Солнечные системы отопления и горячего водоснабжения Ташкент: ФАН, 1988. - с. 97.

3. Александрян К.В., Цатурян А.И. Использование солнечной энергии в теплицах. // Механизация и-электрификация сельского хозяйства. № 1, 1986 с 7-9.

4. Ануфриев В.М. Сравнительные. исследования конвективных поверхностей на основе энергетических характеристик. //Энергомашиностроение, 1964.№5.С. 47-54.

5. Ассоциация «Теплицы России», апрель 2007 годЭлектронный ресурс. — Режим доступа:.http:WWW.greenhouses.ru;

6. Аэров М.Э. , Тодес О.М., Назинский-Д.А. Аппараты со стационарным зернистым слоем. Гидравлические и тепловые основы работы. Л. Химия, 1979.- 76 с.

7. Аэров М.Э., Тодес О.М. Гидравлические и тепловые основы аппаратов со стационарным и кипящим зернистым слоем. М. Химия, 1968.- 510 с.

8. Аюкаев Р.И., Мельцер В.З. Производство и применение Фильтрующих материалов для очистки воды: Справочное пособие — Л: Стройиздат, ЛО, 1985 -120 с.

9. Ю.Байрамов Д. Исследование условий осуществления температурных режимов теплицы с замкнутым водным циклом. Автореферат канд. дис., Ашхабад, 1971.

10. П.Бекман У., Клейн С., Даффи Дж. Расчеты систем солнечноготеплоснабжения. М.: Энергоиздат, 1982.

11. Белая книга (финальный документ Комиссии Европейского Союза)/Энергия будущего: возобновляемые источники энергии. Москва, 1999.

12. Богословский В.Н Строительная теплофизика М.: Высшая школа, 1982-415 с 4.

13. Боев H.H. Вильковисский Н.Э. Труды Уз. ГУ. ТIV Самарканд, 1936

14. Вардиашвили А.Б., Ким В.Д. Гидравлический и теплотехнический расчет подпочвенной аккумулирующей системы гелиотеплиц. //Гелиотехника. 1980. №6. С. 48-53.

15. Вардиашвили А.Б., Ким В.Д., Мурадов М.У. Математическая модель галечного аккумулятора тепла и метод его теплотехнического расчета. //Гелиотехника. 1967. №2, с. 38-43.

16. Вардиашвили А.Б., Ким В.Д., Мурадов М.У. Теплотехнические и гидравлические расчеты и примеры низкопотенциальных тепловых солнечных установок. Ташкент, Гос. пед. ин-т им. Низами, Г987.

17. Вардияшвили А.Б. Теплообмен и гидродинамика в комбинированных солнечных теплицах с субстратом и аккумулированием, тепла. -Ташкент: ФАН, 1990 196 с.

18. Вейнберг В.Б. Оптика в установках для использования солнечной энергии. М., 1959.

19. Даффи Дж. Л., Бекман У.А. Тепловые процессы с использованием солнечной энергии. / пер. с англ. М.: Мир, 1977 - 429 с.21.3аболодский С.С. Гидродинамика и теплообмен в псевдоожиженном слое. М.: Госэнергоиздат, 1963. 488 с.

20. Иванько АА, Калиниченко АП. Солнечный Вегетарий витаминное изобилие круглый год. Анфас.- К.: 1996 г.

21. Инструкция по применению местных материалов в водоочистных фильтрах. -М.: Стройиздат, 1987. 27 с.

22. Использование солнечной энергии для горячего водоснабжения всельском хозяйстве Новосибирской области: Метод.рекомендации подг. ТайсаеваВ.Т/ ВАСХНИЛ.Сиб.отд ние.СибИМЭ.-Новосибирск, 1990.

23. Использование технических ресурсов энергии солнца и ветра в Бурятии. Сб.научн.тр. « Энергосберегающие технологии в сельском хозяйстве.» .Т.81 М.: ВИЭСХД994.С.82-91.

24. Исследование путей эффективности использования солнечной энергии для энергоснабжения: Промежуточный отчет № 80032788 / Груз. НИИЭКС Тбилиси, 1980 - 54 с.

25. Карнаухов А.П. Адсорбция в микропорах. Новосибирск «Наука», 1999 -472 с.

26. Ким М. Исследование радиационного и теплового режимов в гелиопарниках с аккумулятором тепла в условиях Юга Средней Азии. Автореферат канд. дисс. Ташкент, 1973.

27. Кирпичев М.В., Михеев М.А. Моделирование теплозых устройств. М.: Изд-во АН СССР, 1936. 320 с.

28. Кисторян Х.А. Аккумулирование тепла в солнечных отопительных устройствах. Автореферат канд. дисс. М., 1959.

29. КОНЦЕПЦИЯ развития овощеводства Сибирского федерального округа до 2020 года/Электронный ресурс. — Режим доступа: http://www.energosovet.ru/npb 1128.html.

30. Коробов А.Д. Некоторые особенности формирования цеолитов Бурятии // Мецнииереба, 1985. с. 49-52.

31. Лунин В.Ю. Оценка энергетического потенциала и численное имитационное моделирование систем солнечного теплоснабжения. / Авт. диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук. М.: 1990.

32. Лыков A.B. Теоретические основы строительной теплофизики. Минск: Изд-во АН БССР. 1969, 519 с.

33. Лыков A.B. Теория теплопроводности. М.: Высшая школа, 1967. 600 с.

34. Лыков A.B. Тепломассообмен. Справочник. M.: Энергия 1972. 519с.

35. Метеорологические ежемесячники Забайкальского и Иркутского управления по гидрометеорологии // Часть II. Вып. 22 с января по декабрь, 1980-1990.

36. Методические рекомендации по расчету и применению автоматизированных энергосберегающих систем электротеплоснабжения для рассадных теплиц. - М.: ВИЭСХ, 1990.

37. Петухов Б.Вг- Материалы конференции курсов по солнечным водонагревателям. М., 1957.

38. Расчет ресурсов солнечной энергетики. В.И. Виссарионов, Г.В. Дерюгина, C.B. Кривенкова, BiA. Кузнецова, Н.К. Малинин. / Под ред В.И. Виссарионова. М.: Изд-во МЭИ, 1998 - 61 с.

39. Рзаев П.Ф. Исследование теплового режима гелиотеплицы. Технико-экономическое обоснование использования е ней обогрева естественных источников энергии на примере Апшеронского района. Автореферат канд. дисс. Баку, 1967.

40. Рязанцев Л.а!., Цыцыктуева Л.А., Дашибалова А.Т. Физикохимические свойства цеолитов Холинского месторождения. //Комплексное использование минерального сырья. Алма-Ата. 1989. -№6. с.44-46.

41. СНиП II-3-79. Строительная теплотехника. Минстрой России. М.: ГПЦПП, 1995 - 29 с.

42. Справочник по климату СССР// Выпуск 23. JL: Гидрометеоиздат. -1966.

43. Справочник проектировщика. Вентиляция и кондиционирование воздуха. М.: Стройиздат, 1978. 508 с.

44. Тайсаева В.Т., Мазаев JI.P. Нетрадиционные возобновляемые источники энергии. Расчет энергетических показателей. Улан-Удэ: изд-во БГСХА, 2002 - 106 с.

45. ТайсаеваВ.Т. Возможности энергосбережения в Республике Бурятия. Тезисы докладов Международной научно — техн. конф. «Энергосбережение в сельском хозяйстве» 5—7окт. 1998г., М.: — ВИЭСХ. Часть I.

46. ТайсаеваВ.Т., Мазаев JI.P. и др. Концепция развития нетрадиционной энергетики для теплоснабжения г. Улан-Удэ. Тезисы докладов Международной научно техн. конференции «Энергосбережение в сельском хозяй-стве» 1998г., М.:-ВИЭСХ Часть11,С. 183-185.

47. ТайсаеваВ.Т.Возможности использования солнечной энергии в сельском хозяйстве. Материалы научн. конф. наука пр — ву «Вопросы комплексной ме-ханизации с/х пр-ва и повышения эффективности использования техники». Алма —Ата,1988.

48. ТайсаеваВ.Т.Технический потенциал возобновляемых источников энергии Байкальского региона. /Инф. бюлл. Возобновляемая энергия //Издво «Интер-соларцентр»,М.:сентябрь, 2001.

49. Тарнижевский Б.В. Определение показателей работы солнечных установок в зависимости от характеристик радиационного режима. // Теплоэнергетика. Вып. 2 1960 - с. 18-26.

50. Теплотехнический справочник. Т.2. М.: Энергия, 1976. 895 с.

51. Трушевский С.Н. К вопросу об энергосбережении в теплицах. /Возобновляемая энергетика для сельского хозяйства. Сб. научных трудов, том 86 - М., 2000 - с. 112-125.

52. Указ Президента Российской Федерации №889 «О некоторых мерах по повышению энергетической и экологической эффективности российской экономики» от 4 июня 2008 г. Электронный ресурс. — Режим доступа: http ://www.energosovet.ru/npb 1128.html.

53. Умаров Г.Я., Авезов P.P., Хатамов С.О. Использование солнечной энергии для отопления и охлаждения //Доклады I Всесоюзной научн.-техн. конф. по ВИЭ. Вып.1. М.: Энергия, 1972, с. 158-165.

54. Усманов М. Теоретическое и экспериментальное исследование теплового режима ССБ. Автореферат канд. дисс. Ташкент, 1973.

55. Харченко Н.В. Индивидуальные солнечные установки. М.: Энергоиздат, 1991 - 208 с.

56. Хатамов С.О. , Захидов М.М. Исследование температурного режима одноэтажного дома с системой солнечного отопления. //Гелиотехника. 1979, №6, с. 72-80.

57. Шишко Г.Г и др. Отопление и вентиляция теплиц./ Г.Г Шишко, В.А, Л.Л Злобин .-К. : «Буд1вельник», 1984 с.88-89.

58. Эрат Б., Вулстон Д. Теплица в вашем доме. Справочное пособие. М.; Стройиздат, 1994.-191 с.

59. Якубов Ю.Н. Аккумулирование энергии солнечного излучения. -Ташкент: Изд-во «Фан» УССР, 1981 с. 105.

60. Airhart, D.L., 1984. Overcoming horticultural problems in solar greenhouses. ActaHort. 148: 785-789.

61. An attached Solar greenhouse design and constructed by Colorado Sunworks 1978.

62. Anon, nd Solar Greenhouse Plans and Information. Sun Country Greenhouse Company. Accessed at: www.hobby-greenhouse.com/FreeSolar.html

63. Butler, Nancy J. 1985. A Home Greenhouse—Dream or Nightmare? Weed Em and Reap; Feb.-March. MSU Cooperative Extension Service. Accessed at: wvvw.hobbv-greenhouse.com/ UMreport.htm

64. Calefacción solar para regiones frias: quia tecnológica de aplicación para la vivienda y la agricultura en paises de desarrollo/jean-Francois Rozis y Alain Guinebault.- Lima : ITDG,1997.

65. Cold Climate Solar Greenhouse (SCCG) Design Andy Smith-P: Eng. Rob Harlan Grant MacEwan University April 27, 201 l.pdf

66. Charles Kutsher. Curtis, EWJ, Solar energy applications in. architecture,-Department of Environmental Design, Polytechnic of North London, February, 1974.v

67. David Roper, Solar greenhouse: Электронный ресурс. — Режим доступа: http://arts.bev.net/RoperI.David/; roperld@vt.edu

68. Е. Beshada, Q. Zhang, R. Boris,2005. Performance of a Solar Greenhouse under Manitoba's Winter Weather Conditions.05-071 1 .pdf

69. Edey, Anna. 1998. Solviva: How to Grow $500,000 on One Acre and Peace on Earth. Trailblazer Press, Vineyard Haven, MA. 225 p.

70. EREC. nd Phase Change Drywall. EREC Reference Briefs. Министерство энергетики США. Office of Energy Efficiency and Renewable Energy. Accessed at: www.eere.energy.gov/ troughnet/pdfs/tamme concrete tes.pdf

71. European Commission, European Ecolabel for Soil Impover fnd Growing Media ,Revision2005, n.3 September 2005.

72. Grafiadellis I., Traka-Mavrona E., Heating Greenhouses with Solar Energy New Trends and Developments, CIHEAM - Options Mediterraneennes, vol.31, pp.l 19-135, 1998.

73. Hof G.O., El- Wakil M.M., Chou I.R. Residential Heating with solar Heated Air-the Colorado Solar//ASHRAE Journal. 1963. Vol. 5 N 10. P. 77- • 86.

74. Karkkainen S., Ranne A. Varmelagringens grunder och komponentstudier for langtidslagring 'Tiedokan. Sahkotern. lab." 1980, N49, p. 64.

75. Margen P. Swedish practice developments and cost projections. Swedish Council for Building research. Document D4: 1981, p. 40.

76. Monk, GJ, DH Thomas, JM Molnar, and LM Staley. 1987. Solar Greenhouses for Commercial Growers. Publication 1816. Agriculture Canada. Ottawa, Canada.

77. NREL. 1994. Sunspace Basics. Energy Efficiency and Renewable Energy Clearinghouse. National Renewable Energy Laboratory. Министерство энергетики США. Accessed at: www 1 .eere. energv.gov/office eere/pdfs/solar fs.pdf

78. NREL. 1999. Building a Better Trombe Wall. National Renewable Energy Laboratory, http://attra.ncat.org/attra-pub/solar-gh.html

79. Nuess, Mike. Designing and building a solar greenhouse or sunspace. University Energy Program.

80. Path to Passive Nebraska's Passive Solar Primer by Solar Energy Associates, Ltd. Omaha, Nebraska.

81. Puri, VM, and CA Suritz. 1985. Feasibility of subsurface latent heat storage for plant root zone and greenhouse heating. American Society of Agricultural Engineers (Microfiche collection) 20 p.

82. Smith, Shane. 2000. Greenhouse Gardener's Companion: Growing Food and Flowers in Your Greenhouse or Sunspace. Fulcrum Pulishers. 2-е издание. 544 pages. Excerpts accessed at: www.greenhousegarden.com/energy.htm

83. Solar ventilation wall with heat storage Электронный ресурс-Режим доступа: www.builditsolar.com/. ./SpaceHeatinq.pdf

84. Solar greenhouse: a path for income generation and food security Электронный ресурс. Режим доступа:• http://www.leholadakh.org

85. Solar Heating Systems for Confinement Livestock Buildings Электронный ресурс.— Режим доступа: http://www.ces.purdue.edu/extmedia/ae/AE-99.html

86. Solar Livestock Housing Handbook,first Edition, 1983 Электронный ресурс.-Режим доступа: www.mwps.orq/. ./solarnvestockhausinq.pdf

87. Sondern, J.А., 1967. Influence of the air temperature in tunnels by means of the accumulating effect of a water mattress. Acta Hort. 9: 59-60.

88. Thomason H.E. Experience with Solar Houses //Solar Energy. 1966. Vol. 10. N1. P. 17-22.

89. Williams, Sue E., Kenneth P. Larson, and Mildred K. Autrey. 1999. Sunspaces and Solar Porches. The Energy Event. Oklahoma State Cooperative Extension Service. A hard copy can be purchased via the following website www.osuums.com/ASPFiles/inventf md.asp

90. Woolston, S., 1985. A survey of Finnish solar greenhouse research and development. Paper presented at CNRE FAO Workshop in Cyprus on Solar. Heating of Greenhouses", FAO.- 132. Приложение I