Пассивные солнечные системы. Тепловая масса (аккумуляция тепла). Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники / Альтернативные источники энергии

 Комментарии к статье

Солнечная радиация, падающая на стены, окна, крыши и другие поверхности, поглощается зданием и сохраняется в виде тепловой массы. Затем это тепло излучается внутрь здания.

Тепловая масса в солнечной системе теплоснабжения выполняет ту же самую функцию, что и батареи в солнечной фотоэлектрической системе: накопление солнечной энергии для ее дальнейшего использования.

Тепловая масса может быть интегрирована в пассивную солнечную систему различными способами: от покрытого плиткой пола до заполненных водой емкостей. К материалам, которые поглощают и сохраняют тепло, относятся: бетонные плиты для пола, каменные стены и другие тяжелые строительные материалы. Они являются основным элементом в домах, пассивно использующих солнечную энергию. Даже если большая часть окон здания обращена на юг, но при этом нет запаса тепловой массы, то такой дом не будет энергоэффективным. Необходимо знать, что темная поверхность меньше отражает и больше поглощает тепло. Если пол покрыть темной плиткой, то он будет поглощать тепло в течение дня и излучать ночью. Величина теплового потока зависит от температурного различия между источником тепла и объектом, на который он направлен.

Как описано выше, тепло перемещается тремя способами: благодаря проводимости (передача тепла твердыми материалами), конвекции (перемещение тепла благодаря движению жидкостей или газов) и излучению. Поверхность дома теряет тепло также благодаря этим трем способам. Хороший дизайн пассивного солнечного здания помогает минимизировать потерю тепла и максимизировать его эффективное распределение. Количество необходимой тепловой массы (материалы, аккумулирующие тепло) в большой степени зависит от климата. Тяжелые здания с большой тепловой массой более комфортны в жарком сухом или холодном климате, но в жарком и влажном климате такие здания малоэффективны. В прохладном климате тепловая масса действует как тепловой резерв на случай холодной погоды, улучшая, таким образом, комфортность и сокращая потребность во вспомогательном обогреве, за исключением пасмурных или очень холодных дней.

Обеспечение адекватной тепловой массы - обычно самая сложная задача для проектировщика в области пассивного солнечного строительства. Потребность в тепловой массе определяется общей площадью окон, обращенных на юг, и месторасположением здания. Для обеспечения эффективного дизайна необходимо следовать таким принципам:

• Располагайте тепловую массу в местах падения солнечных лучей. Тепловая масса, расположенная в местах прямого падения солнечных лучей, более эффективна по сравнению с массой, помещенной в труднодоступное для солнца место. Здания, проект которых рассчитан на косвенное поглощение солнечных лучей, нуждаются в 34 раза большем количестве тепловой массы, чем те, которые используют прямое.
• Распределяйте тепловую массу. Дома, использующие пассивный солнечный дизайн, более эффективны, когда тепловая масса относительно тонкая и распределена на большую площадь. Площадь поверхности тепловой массы должна быть, по крайней мере, в 3 раза, а предпочтительнее даже в 6 раз больше, чем суммарная поверхность окон, обращенных к югу. Плиты для пола, толщина которых составляет 8 - 10 см, более эффективны, чем пол толщиной в 40 - 50 см.
• Не покрывайте тепловую массу. Ковры и дорожки препятствуют передаче энергии к пассивным солнечным элементам и от них. Каменные стены могут иметь сухую отделку, но они не должны быть покрыты большими настенными гобеленами или деревянной обшивкой. Сухая отделка должна наноситься непосредственно на стену, а не на покрытия, прикрепленные к стене и создающие нежелательное изолирующее воздушное пространство между отделкой и тепловой массой.
• Изолируйте внутренние поверхности тепловой массы. Есть несколько методов изолирования плит для пола и внешних каменных стен. Такие меры необходимы для сбережения энергии. К сожалению, иногда могут возникнуть проблемы, например, появление термитов в пенопластовой термоизоляции для панелей перекрытия.
• Тепловая масса должна иметь многоцелевое назначение. Для оправдания финансовых затрат тепловая масса должна служить не только как аккумулятор тепла, но и для других целей. Например, каменные стены, способные хранить тепло, хотя и являются одним из элементов пассивного солнечного дизайна, но имеют неоправданно высокую стоимость, если необходимы только как тепловая масса. Покрытый плиткой пол сохраняет тепло, служит в качестве структурного элемента и является красивым элементом оформления. Внутренние каменные стены являются структурным элементом, разделяют комнаты и хранят тепло.

При разработке пассивной солнечной системы в процессе выбора строительных материалов необходимо обратить внимание на их способность удерживать тепло. Эта величина называется объемной теплоемкостью (Дж/м3-оС) или, другими словами, это то количество тепла, которое способен поглотить и хранить материал.

Величина объемной теплоемкости для некоторых часто используемых строительных материалов:

Раньше проектировщики, работающие в области пассивного солнечного строительства, в качестве теплоносителя использовали воду, хранящуюся в больших контейнерах. Хотя вода и является дешевой, контейнеры и место, которые они занимают, стоят достаточно дорого. Некоторые проектировщики перешли к емкостям, заполненным камнями, используя их как резервуары для тепловой массы. Нужно учитывать, что для сохранения того же количества тепла потребуется камней в три раза больше, чем воды. Однако влажная среда, образующаяся в местах, где устанавливаются емкости с водой, вызывает появление резкого неприятного запаха и является благоприятной средой для размножения грибков и бактерий. Эти проблемы подорвали репутацию такого варианта пассивного солнечного строительства.

Хранение тепла с помощью воды и камней требует сложных систем управления, насосов, и вентиляторов. Такой процесс сохранения тепла сегодня почти не используется. Основная причина этого состоит в том, что функционирование таких систем зависит от электроэнергии, эти системы требуют обслуживания, подвергаются периодическим поломкам и, соответственно, требуют ремонта.

Смотрите другие статьи раздела Альтернативные источники энергии.

Читайте и пишите полезные комментарии к этой статье.

<< Назад

Последние новости науки и техники, новинки электроники:

Экраны влияют на детей неравномерно в разном возрасте 01.08.2026

Планшеты и смартфоны давно стали привычной частью повседневной жизни даже самых маленьких детей. Родители часто используют гаджеты, чтобы успокоить малыша или занять его на время, однако ученые все чаще задаются вопросом, как экранное время сказывается на развитии мозга и будущей способности к обучению. Новое исследование показывает, что значение имеет не только продолжительность просмотра, но и возраст, в котором ребенок проводит время перед экраном. Ученые наблюдали детей от рождения до 8 лет. Оказалось, что больше всего экраны влияют на мозг в два периода - в раннем младенческом возрасте и перед поступлением в школу. У детей, много времени проводивших перед экранами в эти возрастные точки, в 9 лет были несколько хуже успехи в обучении, а в 10,5 лет хуже работала рабочая память - способность удерживать и обрабатывать информацию здесь и сейчас. Исследователи из Франции и Сингапура проанализировали данные 502 детей и выделили два ключевых этапа. У младенцев мозг развивается очень ...>>

Умные жилеты, спасающие от жары 01.08.2026

Летняя жара в больших городах все чаще становится серьезным испытанием для людей, работающих на открытом воздухе. Мусорщики, строители и другие специалисты вынуждены проводить часы под палящим солнцем, рискуя перегревом. Китайские инженеры предложили практичное решение - специальные охлаждающие жилеты, которые помогают снизить ощущаемую температуру примерно на 10 градусов. Пока мир страдает от сильной жары, китайские инженеры разработали "умные" жилеты с климат-контролем. Жилеты с кондиционированием почти не отличаются от обычной рабочей одежды. Главное отличие - в системе охлаждения. В городе Нанкин в жилет вмонтированы два вентилятора, работающих от портативных аккумуляторов. Одного заряда хватает на 3-4 часа непрерывной работы. В Чанчжоу решили разместить в карманах охлаждающие элементы с материалом, который при нагревании переходит из твердого состояния в жидкое, активно поглощая тепло. Это поддерживает комфортную температуру в течение 2,5-4 часов. Такие жилеты выглядят почти ...>>

Летающие ветротурбины 3 МВт вышли в серию 31.07.2026

Традиционные ветряные электростанции зависят от силы и стабильности ветра у поверхности земли, где воздушные потоки часто бывают слабыми и порывистыми. На больших высотах ветер обычно сильнее и постояннее, поэтому инженеры уже давно рассматривают возможность подъема турбин в воздух. Китайская компания сделала важный шаг в этом направлении, перейдя от испытаний к мелкосерийному производству. Компания Beijing Linyi Yunchuan Energy Technology запустила мелкосерийное производство летающей ветротурбины S2000, а в провинции Чжэцзян возводят отдельный завод по производству материалов для оболочки аппарата. У компании уже есть предварительные договоренности с прибрежными городами и горными регионами, которые рассматривают возможность использования этой технологии для удовлетворения собственных энергетических потребностей. Прототип, который полгода назад только что поднялся в небо над Сычуанем, теперь превращается в целую отрасль. Идея S2000 проста: вместо того чтобы устанавливать ветряну ...>>

Случайная новость из Архива Натрий-ионные аккумуляторы CATL 10.08.2021 Компания Contemporary Amperex Technology (CATL) пердставила натрий-ионный аккумулятор первого поколения, а также ее аккумуляторный блок AB, способный совмещать натрий-ионные и литий-ионные элементы в одном модуле. По принципу работы натрий-ионный аккумулятор аналогичен литий-ионному. Ионы натрия также перемещаются между катодом и анодом. Однако по сравнению с ионами лития ионы натрия имеют больший объем и более высокие требования в отношении структурной устойчивости и кинетических свойств материалов. Это стало сдерживающим фактором для развития промышленного производства натрий-ионных аккумуляторов. Нововведением CATL стало применение для изготовления катода материала "Prussian white" (эверитова соль) с более высокой удельной емкостью. Кроме того, компания модернизировала объемную структуру этого материала путем перераспределения электронов, что позволило решить проблему быстрого снижения емкости при циклической работе материала. В аноде CATL использовала твердый углеродный материал, отличающийся уникальной пористой структурой, обеспечивающей избыточные возможности хранения и быстрое перемещение ионов натрия, а также превосходные характеристики при циклических нагрузках. Первое поколение натрий-ионных аккумуляторов CATL, основанное на серии новых разработок в химической системе, обладает такими преимуществами, как высокая плотность энергии, возможность быстрой зарядки, превосходная термостойкость, отличные эксплуатационные свойства при низких температурах, высокая эффективность интеграции и др. Плотность энергии элемента натрий-ионного аккумулятора CATL может достигать 160 Втч/кг, а зарядка аккумулятора может производиться за 15 минут до уровня 80% при комнатной температуре. Кроме того, в условиях низких температур (-20°C) натрий-ионный аккумулятор имеет степень удержания емкости, превышающую 90%, а его эффективность системной интеграции может достигать более 80%. Термостойкость натрий-ионных аккумуляторов превосходит национальные требования по безопасности для тяговых аккумуляторов. Первое поколение натрий-ионных аккумуляторов может использоваться в различных вариантах электрификации транспорта, особенно в регионах со сверхнизкими температурами, где его преимущества становятся очевидными. Кроме того, оно может быть гибко адаптировано к прикладным потребностям всех сценариев в области накопления и хранения энергии. Целевым показателем развития следующего поколения натрий-ионных аккумуляторов является плотность энергии, превышающая 200 Втч/кг. Компания CATL разработала комплексное решение для аккумуляторной системы AB, состоящее в смешивании и подборке натрий-ионных и литий-ионных аккумуляторов в определенном соотношении и их интеграции в одну систему аккумуляторных батарей, а также управлении различными аккумуляторными системами посредством высокоточного алгоритма BMS. Аккумуляторная система AB может компенсировать нынешний недостаток плотности энергии в натрий-ионном аккумуляторе, а также расширить его преимущества в плане высокой мощности и производительности при низких температурах. Благодаря этой качественно новой структурной системе расширяются варианты применения литиево-натриевых аккумуляторных систем.

Другие интересные новости:

▪ Создана сверхпрочная форма серебра

▪ Назрела необходимость в упрощении использования сотовых телефонов

▪ Татуировки мешают потеть

▪ Высокоскоростная камера 4,8 млн кадров в секунду

▪ Риск американской диеты

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Защита электроаппаратуры. Подборка статей

▪ статья Всякой твари по паре. Крылатое выражение

▪ статья Почему Солнце светит и греет? Подробный ответ

▪ статья Главный научный сотрудник. Должностная инструкция

▪ статья Установка акустических систем. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья Прилипающие кубики. Секрет фокуса

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2026