Введение к работе
Актуальность темы
Одним из перспективных путей решения проблемы рационального потребления естественных ресурсов топлива является использование экологичной возобновляемой солнечной энергии при теплоснабжении инновационных энергоэффективных зданий с целью минимизации потребления тепловой и электрической энергии
Эффективность мероприятий по энергосбережению зданий с использованием солнечной энергии зависит не только от технических решений, но и от климатических условий, в которых предполагается их эксплуатация и, прежде всего, от радиационного режима территории Анализ климатической информации является необходимым этапом исследования, предшествующим разработке энергоэффективньгх зданий и последующей их эксплуатации
Изучению радиационного режима территории страны посвящены работы М И Будыко, 3 И Пивоваровой, Е П Барашковой, Т Г Берлянд, К Я Кондратьева, В В Стадник, на Дальнем Востоке исследования этого направления отражены в работах А А Цвида, К П Березникова, Г Ф Давыдюк, В А Паталеева и др В основном в отмеченных работах рассматривался режим солнечной радиации и его учет при планировке и застройке населенных пунктов Исследования специализированных климатических параметров проводились только в тех районах, где использовалась солнечная энергия в системах теплоснабжения
Актинометрическая сеть метеорологических станций, которые ведут наблюдения за солнечной радиацией, имеет недостаточную плотность для оценки потенциала солнечной энергии, данные актинометрических станций освещают радиационный режим районов их расположения и не являются репрезентативными для большей части исследуемой территории в связи со сложной орографией и муссонным климатом юга Дальнего Востока Именно погодно-климатические факторы как стимулируют, так и накладывают ограничения на потребление и объем использования солнечной энергии при проектировании энергоэффективных зданий Строительное климатическое районирование выполнено условно - по широтам, что не отражает реальной картины распределения основных климатических характеристик В СНиП 23-01-99 характеристики радиационного режима приведены поширотно, исходных климатических данных для проверки наружных ограждений на теплоустойчивость явно недостаточно В связи с этим необходима оценка потенциала солнечной энергии и разработка специализированных климатических параметров, включающих радиационные и температурно-ветровые характеристики для всей исследуемой территории
Цель работы - определение потенциала солнечной энергии на основе вновь полученной базы актинометрических и метеорологических данных для учета его при разработке энергоэффективных зданий в условиях муссонного климата на примере территории юга Дальнего Востока России
Задачи исследования
1 Обобщить исследования потенциала солнечной энергии и его
использования в решении прикладных задач строительного направления
2 Оценить физико-географическое положение исследуемой территории в
соответствии с поставленной целью
3 Получить дополнительную актинометрическую информацию о
составляющих потенциала солнечного излучения расчетным путем на основе
базы метеорологических и актинометрических данных, оценить
достоверность расчетных величин
4 Рассчитать статистические характеристики составляющих потенциала
солнечной энергии, установить закон распределения рядов исследуемых
величин, выявить закономерности пространственно-временного
распределения характеристик потенциала солнечной энергии на отдельных
районах исследуемой территории
5 Обосновать и рассчитать специализированные климатические
показатели поступления солнечной энергии для разработки
энергоэффективных зданий и горячего водоснабжения
6 Районировать территорию по расчетным характеристикам потенциала
солнечной энергии
-
Охарактеризовать выделенные районы территории по основным величинам радиационного режима и распределению расчетных климатических воздействий применительно к строительным задачам Рекомендовать благоприятные районы использования солнечной энергии
-
В качестве примера привести технике - экономический расчет простейшей солнечной водонагревательной установки
Район исследования включает территории Приморского (Приморье) и южную часть Хабаровского краев (Приамурье) и определен согласно климатическому районированию Б П Колесникова термином «юг Дальнего Востока России» Исследуемый район представляет обширную территорию со сложным пересеченным рельефом, расположенный на границе огромного Евроазиатского материка и водных просторов Тихого океана Физико-географическое положение формирует муссонный тип климата умеренных широт, к основным чертам которого относится сезонная смена воздушных потоков над территорией и связанная с этим сезонная смена погодных условии Влияние муссонной циркуляции, близость береговой черты, сложность и неоднородность физико-географического положения обуславливают определенные закономерности радиационного режима и в целом климата, характерные только для рассматриваемой территории
Методы исследований. В работе использовались статистические методы обработки информации, позволяющие выявить закономерности пространственно-временного распределения основных составляющих радиационного режима Климатологическая и статистическая однородность исходных выборок оценивалась использованием критерием ^.-Колмогорова и информативности значений автокорреляционного анализа Оценка
достоверности статистических характеристик проведена расчетом абсолютных и относительных ошибок
Методы расчета мощности солнечного излучения основаны на использовании данных по облачности и продолжительности солнечного сияния Для расчета суммарной радиации использовался метод Савинова -Онгстрема, для расчета прямой радиации - метод Т А Голубовой с уточненными коэффициентами для территории Дальнего Востока Информационная база данных увеличена до 36 пунктов, является репрезентативной и равномерно освещает исследуемую территорию
Метод представления климатологической информации в гелиотехнических расчетах - по «типичному году», то есть расчет выполняется по реальным данным каждого часа дней месяца, имеющего статистические характеристики, совпадающие со средними многолетними
Метод технико-экономического расчета солнечной
водонагревательной установки - согласно ВСН 52-86
Научная новизна:
-
В работе проведен анализ известных методик расчета составляющих радиационного баланса и обосновано использование в диссертационном исследовании методик расчета, учитывающих циркуляционные особенности муссонного климата Выбранная методика позволила выполнить расчет месячных и годовых сумм суммарной и прямой солнечной радиации
-
Впервые выполнена детальная характеристика пространственно-временного распределения составляющих потенциала солнечной энергии на территории юга Дальнего Востока России
-
В отличие от других авторов, разработан комплекс специализированных климатических параметров, позволяющий повысить точность теплотехнических расчетов энергоэффективных зданий и систем солнечного теплоснабжения
-
Данные по часовому климатическому комплексу и комплексу специализированных климатических параметров для территории юга Дальнего Востока получены соискателем впервые, база данных является репрезентативной и равномерно освещает исследуемую территорию
-
В отличие от других авторов, районирование территории по величине потенциала солнечного излучения выполнено для отопительного (холодного) и теплого периодов года
На защиту выносятся:
-
Результаты научных исследований пространственно-временного распределения составляющих потенциала солнечной энергии
-
Разработка и определение расчетных характеристик климатических воздействий, необходимых при проектировании инновационных энергосберегающих зданий
-
Способ районирования и районирование территории по потенциалу солнечной энергии и специализированным климатическим показателям для целей теплоснабжения и горячего водоснабжения строительных объектов
4 Оценка целесообразности использования солнечной энергии в решении практических задач на юге Дальнего Востока России в отопительный и теплый периоды года
Практическая значимость работы. Полученные в работе результаты позволяют определить рентабельность использования систем солнечного теплоснабжения и горячего водоснабжения в проектировании инновационных энергоэффективных зданий Результаты работы могут быть использованы при проверке наружных ограждений на теплоустойчивость и при разработке Норм теплотехнического проектирования Результаты работы необходимы при решении проблем, обусловленных истощением ресурсов органического топлива, их доставкой или необходимостью повышения эффективности систем теплоснабжения
Апробация работы Результаты проведенных в диссертации исследований и основные положения работы доложены в 2002 - 2008 г г на научной конференции студентов и аспирантов ДВГУ (Владивосток, 2002 г ), международном рабочем совещании по изучению глобальных изменений климата на Дальнем Востоке (Владивосток, 2002 г), третьей, четвертой, пятой и седьмой региональных научно - практических конференциях к Всемирным дням Воды и Метеорологии (Владивосток, 2002, 2003, 2004, 2007 г г), Всемирной конференции по изменению климата (Москва, 2003 г), третьей международной архитектурно-строительной недели (Владивосток, 2006 г), научно-технической конференции «Строительная физика в XXI веке» (Москва, 2006), международной научно-технической конференции «Инновационные энергосберегающие технологии в странах АТЭС» (Владивосток, ТГЭУ, 8-11 ноября 2007 год), на годичном собрании Российской Академии архитектуры и строительных наук в г Белгород (май, 2008 г)
Публикации. По материалам исследований опубликовано 15 научных работ общим объемом 44 страницы, из них лично автору принадлежит 26 страниц Статья [1] опубликована в издании, приведенном в перечне ВАК РФ В статье [1], опубликованной в Известиях Орловского государственного технического университета (серия «Строительство Транспорт»), приведена комплексная характеристика солнечных энергоресурсов и сопутствующих климатологических факторов, влияющих на тепловой баланс системы наружных ограждений на примере территории юга Дальнего Востока России с муссонным типом климата В статье [3], опубликованной в Вестнике отделения строительных наук (2007 г), выполнен технико-экономический расчет простейшей солнечной водонагревательной установки в реальных климатических условиях юга Дальнего Востока В статье [4], опубликованной в журнале «Academia Архитектура и строительство», выполнена оценка потенциала солнечной энергии для разработки энергоэффективных зданий в условиях муссонного климата, даны рекомендации о возможности использования солнечной энергии в практических целях в различных районах юга ДВФО в отопительный и
теплый периоды года В статье [5], опубликованной в Вестнике отделения строительных наук (2006 г), выполнено районирование территории юга Дальневосточного Федерального округа по потенциалу солнечной энергии для отопительного периода (с целью реализации дополнительного отопления и горячего водоснабжения) и для теплого периода (для систем горячего водоснабжения) В работе [6], опубликованной в материалах научно-технической конференции «Строительная физика в XXI веке», рассчитаны специализированные климатические показатели, включающие радиационные и температурно-ветровые характеристики, необходимые при планировании и проектировании инновационных энергоэффективных зданий и систем горячего водоснабжения
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, основных результатов и выводов, списка литературы из 191 наименования, в том числе 24 на иностранных языках и трех приложений Работа изложена на 167 страницах машинописного текста, содержит 27 рисунков и 101 таблицу Общий объем диссертации, включая приложения, составляет 265 страниц
Автор приносит искреннюю благодарность и выражает глубокую признательность заведующей лаборатории Строительной климатологии ДальНИИС РААСН к г н Смирновой Галине Николаевне и доценту кафедры метеорологии, климатологии и охраны атмосферы ДВГУ к г н Давыдюк Галине Федоровне за оказанную научную консультацию и поддержку при выполнении работы
