Оптимизация применения гелиосистем

Поскольку речь идет об аспекте оптимизации применения гелиосистем, следует рассмотреть несколько постановок задачи.

1. Объект с традиционными плоскостными покрытиями спроектирован и жестко привязан к участку строительства. Речь может идти лишь об оценке уровней поступления солнечной радиации на поверхности объекта без возможности управления формой и положением последнего.
2. Объект имеет жестко заданную геометрию, однако возможно его произвольное размещение на площадке строительства. В данном случае возникает задача оптимальной ориентации объекта по сторонам света с целью максимизации поступления солнечной энергии.
3. Заметим, что достаточно несложно смоделировать (с учетом вероятностных поправок) процесс накопления или усреднения количества солнечной энергии, поступающей в расчетную точку в течение заданного промежутка времени (произвольный световой день, некоторый интервал года или год в целом — в зависимости от режима эксплуатации гелиосистемы).
4. Возможность варьировать геометрию объекта и его ориентацию обусловлена более гибкой постановкой задачи оптимизации. В данном случае можно оценить уровни поступления солнечной радиации (прямой, рассеянной, суммарной, с частичным затенением — в зависимости от постановки) для плоскостей различных ориентаций и углов наклона, а также для разных временных периодов. В качестве исходной модели для расчетов используется модель конуса солнечных лучей. При частичном затенении плоскости расположения гелиоприемника производится соответствующая коррекция модели. Эта же схема применяется при расчетах, производимых для отдельно расположенных стационарных гелиосистем.
5. При проектировании комплексной застройки, позволяющей управлять расположением единичных объектов, производится усреднение, состоящее в определении рациональных ориентаций объектов с учетом их взаимного затенения с последующей взвешенной оценкой уровней поступления солнечной радиации на радостроительное образование в целом и для заданного периода эксплуатации гелиосистемы.
6. Проектируемый объект имеет сложные геометрические поверхности (как правило, это пространственные покрытия). Даже мгновенное положение Солнца определяет на сложной поверхности зоны большего и меньшего прогрева — солнечно-радиационные зоны. Усреднение в течение дня, сезона или года позволяет определить на проектируемом или уже построенном объекте участки, рациональные для расположения гелиосистем.
7. Геометрия пространственного покрытия имеет свободные параметры варьирования. В данном случае задача рассматривается как формообразование поверхности пространственного покрытия по наперед заданным условиям, одним из которых является оптимизация размеров эффективной солнечно-радиационной зоны. В процессе формообразования возможна реализация различных подходов. В частности, производится максимизация размеров зоны рационального размещения гелиоприемников по нижнему порогу уровня солнечной радиации: находится полоса «пикового» прогрева — так называемая следящая зона и т. п.
8. Если геометрически сложные объекты в застройке образуют, в свою очередь, «сложную сцену», то в методике компьютерного проектирования применяется так называемое прослеживание объектов, на которых предполагается размещение гелиосистем для затенения в различные интервалы дня и в течение сезона эксплуатации в целом.

Например, в проекте торгово-развлекательного центра (разработка КиевЗНИИЭП) предусмотрены три павильона, образованные вантовыми покрытиями сложной формы. На поверхностях покрытий запроектировано расположение стационарных гелиоприемников. Солнечно-радиационные зоны, рациональные для размещения гелиосистем, показаны на темно-красным цветом.

Применение солнечной энергии в технологии строительного производства. Применение теплоты солнечного излучения для поддержания температурных режимов технологических процессов в промышленности весьма перспективно с точки зрения эффективности и экономичности. Особый интерес представляет термообработка бетонов при использовании солнечной энергии.

Наиболее энергоемкой операцией в технологическом процессе производства железобетона является тепловая обработка — около 70% энергетических затрат приходится на интенсификацию твердения изделий. Разработаны и внедрены в производство различные способы тепловой обработки железобетонных изделий с использованием солнечной энергии, которые позволяют в регионах с жарким климатом в течение 6…7 месяцев в году практически полностью отказаться от традиционного метода пропаривания.

В Украине проведены фундаментальные исследования физико-химических и термохимических процессов гелиообработки бетонов, созданы и реализованы новые подходы к использованию солнечной энергии в современной технологии изготовления сборных бетонов и железобетонных изделий, а также конструкций в открытых цехах и на полигонах. Наиболее простым и эффективным является решение, при котором прогреваемое изделие одновременно выполняет функции гелиоприемника — твердеющий бетон является поглощающим и аккумулирующим элементом приемника, а крышка формы со специально рассчитанными свето- и теплотехническими параметрами выполняет роль прозрачного покрытия приемника, обеспечивающего одновременно и теплоизоляцию твердеющего бетона. В настоящее время оптимальными для применения в производственных условиях являются следующие способы ускоренною твердения бетона.

1. В гелиоформах с применением светопрозрачных теплоизолирующих покрытий; имеется ряд разновидностей этого способа, позволяющих повысить коэффициент поглощения солнечной радиации путем нанесения на свежеуложенный бетон специальных составов, обеспечить применение специальной оснастки, максимальное использование прямой и рассеянной солнечной радиации, а также ее аккумулирование для использования в периоды отсутствия солнечной энергии.
2. В гелиоформах с применением пленкообразующих составов, обеспечивающих одновременно влагозащиту свежеуложенного бетона и эффективное поглощение им солнечной радиации в сочетании с последующим термосным выдерживанием и аккумулированием тепла.
3. В гелиоформах с аккумулирующими бортами и поддонами; разработаны разновидности этих форм с комплектующими элементами, увеличивающими солнцевоспринимающие поверхности систем и повышающие длительность теплового воздействия на бетон.
4. В гелиоформах с применением специальных теплоаккумулирующих стендов-массивов.

Светопрозрачное и теплоизолирующее покрытие представляет собой конструкцию из нескольких слоев светопрозрачного материала с организованными замкнутыми воздушными прослойками между ними, параметры которых обеспечивают максимальное использование солнечной энергии. В качестве светопрозрачных материалов гелиопокрытий применяются полимерные пленки (полиэтиленовая, поливинилхлоридная и др.), стекло, оргстекло и пр. Для удобства изготовления и эксплуатации гелиокрышек наиболее эффективными считаются полимерные пленки.

Герметичность воздушной прослойки между поверхностью твердеющего бетона и нижним слоем с вето прозрачного материала создается с помощью уплотняющей прокладки, расположенной по периметру поверхности обечайки покрытия и замковых устройств, прижимающих гелиокрышку к борту формы. Производственные испытания в полигонных условиях показали, что изготовление сборного железобетона по этой технологии позволяет стабильно обеспечить суточный оборот форм, так как за 20…22 часа выдерживания обеспечивается прочность бетона, достаточная для распалубки изделий и размещения их на посту последующего ухода. Такая распалубочная прочность достигается в районах с жарким климатом в течение 5…7 месяцев в году (апрель—октябрь). Увеличения этого интервала до 7…9 месяцев в году можно достичь при использовании гелиоформ различных типов, высокомарочных быстротвердеющих цементов, а также эффективных химических добавок. Диапазон толщин изделий, пригодных для гелиотехнологий, находится в пределах 30…400 мм. Доля таких изделий в общей номенклатуре сборного железобетона составляет примерно 70…80 %. К ним относятся: плиты дорожных покрытий, плиты облицовки каналов, панели железобетонных оград, лестничные панели и марши, панели стен и перегородок, межколонные плиты для перекрытий из пустотных панелей, ребристые плиты перекрытий и покрытий, а также другие типы обычно армированных железобетонных элементов.

Долговечность гелиобетонов в условиях гелиотермообработки определяется фазовым составом продуктов твердения, характером пористости и прочностью контактной зоны раствор-заполнитель. Проведенные испытания конструкций, полученных в промышленных условиях, показывают, что прочность, деформативностъ, морозостойкость и водонепроницаемость удовлетворяют требованиям стандартов даже при использовании некондиционных заполнителей; при этом гелиотехнология обеспечивает лучшие структурные характеристики бетона, поэтому морозостойкость и водонепроницаемость бетона выше, чем при использовании традиционных технологий. В условиях гелиотермообработки получены шлакощелочные бетоны, характеризующиеся морозостойкостью более 200 циклов, прочность которых в 2…3 раза превышает прочность бетона на основе портландцемента.

В климатометеорологических условиях Украины производство сборных железобетонных изделий в гелиоформах возможно на протяжении 4…6 месяцев в интервале географических широт 40…44° с.ш. Верхняя граница этого региона проходит через города Харьков, Киев, Львов, а нижняя — через южное побережье Крымского полуострова.

Дата публикации: 11.05.2013

Похожие записи:

• Разновидности гелиосистем
• Активные и пассивные гелиосистемы
• Солнечная энергия в архитектуре и строительстве
• Водородная энергетика. Состояние и перспективы для Украины
• Водородная энергетика. Проекты и опытные установки
• Водородная энергетика. Современное состояние