Масса и место размещения теплоаккумулятора
Масса и место размещения теплоаккумулятора
Поступающая через светопрозрачные поверхности остекления солнечная радиация поглощается частью внутренних поверхностей отапливаемых помещений здания или отражается на другие внутренние поверхности. Энергия, поглощенная поверхностью, передается внутрь материала путем теплопроводности.
Увеличение температуры теплоаккумулирующих элементов, вызываемое поглощением солнечной энергии, может быть приближенно определено по формуле
где,
Qпогл — количество поглощенной энергии, Дж;
V — объем теплоаккумулирующего элемента, м3;
C' — удельная объемная теплоемкость материала, Дж/(м3*°C).
Поглощательная способность поверхности зависит от материала, из которого она сделана, и ее цвета. При падении солнечных лучей по нормали к поверхности поглощательная способость α различных материалов имеет следующие значения:
Поглощательная способность α зависит также от цвета поверхности:
Эффективность пассивных систем солнечного отопления существенно зависит от массы теплоаккумулирующих элементов и их размещения в здании. Увеличение суммарной теплоемкости солнцеулавливающих теплоаккумулирующих элементов, отнесенной к 1 м2 площади остекленных поверхностей здания, повышает эффективность пассивной гелиосистемы прямого улавливания солнечной энергии до определенного предела. При C = 175...225 Вт*ч/(м2*°C) график зависимости эффективности системы от общей теплоемкости стремится к горизонтальной линии, т.е. достигается максимальная эффективность. Поэтому минимальная масса теплоаккумулирующих элементов соответствует значению суммарной теплоемкости C, отнесенной к 1 м2 площади остекленных поверхностей, пропускающих солнечную энергию внутрь здания, равному 175 Вт*ч/(м2*°C). При больших значениях массы теплоаккумулирующих элементов вся или почти вся уловленная солнечная энергия полезно используется, поглощаясь теплоаккумулирующими элементами, и не происходит перегрева здания, а суточные изменения температуры воздуха внутри помещений будут небольшими. Верхний предел массы всех теплоаккумулирующих элементов определяется технико-экономическим расчетом.
Пример 1
Рассчитать требуемый суммарный объем теплоаккумулирующих элементов из бетона [C'б = 522 Вт*ч/(м2*°C)] и в виде емкостей с водой [C'в = 1163 Вт*ч/(м2*°C)] при их суммарной теплоемкости, отнесенной к 1 м2 солнцеулавливающей остекленной поверхности, равной C = 200 Вт*ч/(м2*°C) для дома с площадью остекления южного фасада Aост = 40 м2.
Объем теплоаккумулирующих элементов из бетона равен
Теплоаккумулирующие элементы следует размещать таким образом, чтобы они могли непосредственно получать солнечное излучение или поглощать излучение, отраженное другими поверхностями интерьера. Наилучшим твердым теплоаккумулирующим материалом является бетон, затем следуют кирпич, дуб, сосна, гипс. Теплоаккумулирующие элементы могут служить ограждениями здания, т.е. его стенами, полом, потолком. При этом наружная поверхность этих элементов должна быть теплоизолирована.
Таблица 1. Зависимость площади поверхности бетонной теплоаккумулирующей плиты от ее толщины
| Толщина теплоаккумулирующего элемента, мм | Площадь поверхности теплоаккумулирующего элемента, отнесенная к 1 м2 площади светопрозрачного ограждения (остекления южного фасада), м2 |
| 50 | 7 |
| 100 | 5 |
| 200 | 3 |
Эти данные относятся к элементам, непосредственно поглощающим солнечное излучение, т.е. они должны быть размещены так, чтобы солнечное излучение попадало на них не менее 4 ч/день. В случае, когда теплоаккумулирующие элементы (потолок, стены) расположены так, что на них не попадает прямое солнечное излучение, и они нагреваются за счет отраженного солнечного излучения и излучения внутренних поверхностей или конвективного теплообмена с воздухом, толщина материала или площадь поверхности теплоаккумулирующего элемента, отнесенная к 1 м2 площади остекления южного фасада, должна быть приблизительно в 2 раза больше, чем в первом случае.
Третий вариант размещения теплоаккумулирующих элементов соответствует случаю, когда они не являются частями ограждения и строительных конструкций, а установлены внутри помещений, отапливаемых за счет прямого поступления солнечного излучения. Это могут быть емкости с водой или элементы, выполненные из строительных материалов. При этом относительная площадь освещенной солнечным излучением поверхности элемента, приходящаяся на 1 м2 площади остекления, составляет 2 м2 для элемента из кирпича (толщиной 200 мм) или бетона (толщиной 150 мм), а емкости с водой должны иметь объем не менее 0,3 м3 на 1 м2 остекления.
Суммарная теплоемкость (Вт*ч/°C) теплоаккумулирующих элементов составляет
где,
Aост — площадь остекления (солнцеулавливающей прозрачной изоляции), м2;
C1 — теплоемкость теплоаккумулирующего элемента, отнесенная к 1 м2 площади остекления, Вт*ч/(м2*°C).
Требуемый объем теплоаккумулирующих элементов
где,
C' — удельная объемная теплоемкость теплоаккумулирующего материала, Вт*ч/(м3*°C).
Пример 2
Определить требуемый объем теплоаккумулирующих бетонных элементов для помещения площадью 100 м2, имеющего южные окна суммарной площадью 25 м2, при минимально допустимой удельной теплоемкости 200 Вт*ч/(м2*°C).
Общая теплоемкость теплоаккумулирующих элементов
Требуемый минимальный объем теплоаккумулирующих элементов из бетона
Распределение этого объема теплоаккумулирующего материала может быть выполнено, если на основе плана и разреза помещения по азимуту и углу высоты Солнца определить площади пола и стены, освещаемые Солнцем в течение не менее 4 ч в день в зимний период. При заданной толщине теплоаккумулирующих элементов и выбранном материале можно определить площади поверхностей освещаемых и не освещаемых теплоаккумулирующих элементов.
Пример 3
По данным предыдущего примера выполнить распределение массы теплоаккумулирующих бетонных элементов стен, пола и отдельно стоящих колонн.
Принять, что масса распределяется между указанными элементами в соотношении 3:2:1.
Суммарный объем теплоаккумулирующих бетонных элементов составляет 9,6 м3, а объем теплоаккумулирующих стен, пола и колонн равен соответственно 4,8; 3,2 и 1,6 м3.
Автор: mensh /Олег Б. Меньшенин/
Интересно почитать