Использование солнечной энергии для подогрева сезонных бассейнов на приусадебных участках Самарской области
|
Введение 3
Глава 1 Обзор существующих способов подогрева сезонных бассейнов в климатических условиях Самарской области 6
1.1 Предпосылки использования солнечной энергии для подогрева
сезонных бассейнов на приусадебных участках Самарской области 6
1.2 Обзор гелиосистем, применяемых для подогрева сезонных
бассейнов 12
1.3 Оценка поступления солнечной энергии для подогрева сезонных
бассейнов в Самарской области 37
Глава 2 Расчет теплообмена сезонных бассейнов на приусадебных участках Самарской области 45
2.1 Определение составляющих теплового баланса при эксплуатации
сезонных бассейнов 45
2.2 Анализ потерь и поступлений тепла при эксплуатации сезонных
бассейнов 51
Глава 3 Определение необходимой площади солнечного коллектора для подогрева сезонного бассейна в Самарской области 56
3.1 Определение необходимой площади солнечного коллектора для
подогрева сезонного бассейна в Самарской области 56
3.2 Анализ эффективности применения солнечных коллекторов для подогрева сезонного бассейна в Самарской области и мероприятия, повышающих сроки эксплуатации такого бассейна 61
Заключение 64
Список используемых источников 66
Глава 1 Обзор существующих способов подогрева сезонных бассейнов в климатических условиях Самарской области 6
1.1 Предпосылки использования солнечной энергии для подогрева
сезонных бассейнов на приусадебных участках Самарской области 6
1.2 Обзор гелиосистем, применяемых для подогрева сезонных
бассейнов 12
1.3 Оценка поступления солнечной энергии для подогрева сезонных
бассейнов в Самарской области 37
Глава 2 Расчет теплообмена сезонных бассейнов на приусадебных участках Самарской области 45
2.1 Определение составляющих теплового баланса при эксплуатации
сезонных бассейнов 45
2.2 Анализ потерь и поступлений тепла при эксплуатации сезонных
бассейнов 51
Глава 3 Определение необходимой площади солнечного коллектора для подогрева сезонного бассейна в Самарской области 56
3.1 Определение необходимой площади солнечного коллектора для
подогрева сезонного бассейна в Самарской области 56
3.2 Анализ эффективности применения солнечных коллекторов для подогрева сезонного бассейна в Самарской области и мероприятия, повышающих сроки эксплуатации такого бассейна 61
Заключение 64
Список используемых источников 66
Актуальность и научная значимость настоящего исследования. В последнее время наметилась устойчивая тенденция массовой миграции населения из городов на приусадебные участки, дачи, в сельскую местность для сезонного или круглогодичного проживания. Одним из элементов современного приусадебного участка превращающих его в свой личный курорт является не дорогой каркасный бассейн. Эксплуатация сезонных бассейнов на таких участках ограничена во времени в связи с температурой воды и воздуха, которая зависит от климатических особенностей нашего региона. Существенным образом продлить период эксплуатации бассейнов на приусадебных участках, можно применяя искусственный подогрев воды. Для этого наиболее интересным с экономической и экологической точки зрения представляется использование солнечной энергии.
При уменьшении стоимости гелиооборудования для подогрева сезонных бассейнов в Самарской области возможно появление серьезных предпосылок для активного внедрения в жизнь данного вида теплоснабжения.
Ввиду большого количества факторов, влияющих на мощность гелиоустановки и на потерю тепла бассейном, подбор необходимого оборудования нагрева воды в бассейне для рядового гражданина также представляет сложность, поэтому изучение вопроса использования солнечной энергии для подогрева сезонных бассейнов на приусадебных участках Самарской области с последующей выработкой рекомендаций представляет актуальную задачу.
Объект исследования: Гелиосистема для подогрева сезонных бассейнов на приусадебных участках Самарской области.
Предмет исследования: Уменьшение стоимости (совершенствование) абсорбера солнечного коллектора, увеличения срока эксплуатации сезонного бассейна на приусадебных участках Самарской области.
Цель исследования: разработка и апробация технологических решений для увеличения сроков эксплуатации сезонного бассейна, а также расчет необходимой площади конструкции солнечного коллектора с использованием его в качестве источника тепловой энергии для систем подогрева сезонных бассейнов на приусадебных участках Самарской области.
Гипотеза исследования состоит в том, что при правильном подборе площади абсорбера применение солнечной энергии для подогрева воды сезонных бассейнов позволит продлить срок их эксплуатации в климатических условиях Самарской области.
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
1. Исследование способов использования солнечной энергии для подогрева сезонных бассейнов на приусадебных участках Самарской области.
2. Анализ составляющих теплового баланса каркасных сезонных бассейнов на приусадебных участках Самарской области, с оценкой возможностей применения солнечной радиации.
3. Анализ мероприятий, применяемых для максимально возможного увеличения срока эксплуатации сезонного бассейна на приусадебных участках Самарской области.
4. Анализ полученных результатов. Расчет увеличения сроков эксплуатации сезонного бассейна на приусадебных участках Самарской области в зависимости от площади солнечного коллектора с использованием его в качестве источника тепловой энергии для систем подогрева воды.
Методы исследования: Математическое моделирование с апробацией результатов.
Научная новизна исследования:
Теоретическое обоснование технологии использования гелиосистем для подогрева сезонных бассейнов на приусадебных участках Самарской области.
Практическая значимость работы заключается в прогнозировании срока эксплуатации сезонного бассейна (его увеличения), при использовании гелиосистем на приусадебных участках Самарской области.
Личное участие автора состоит в обосновании темы, постановке цели и задач, расчета и апробации способа прогнозирования срока эксплуатации сезонного бассейна (его увеличения), при использовании подогрева за счет гелиосистем на приусадебных участках Самарской области.
Апробация и внедрение результатов работы велись в течение всего исследования. Его результаты докладывались на следующих конференциях:
- Всероссийская студенческая научно-практическая междисциплинарная конференция «Молодежь. Наука. Общество», Тольятти.
2021. Выступление с докладом «Предпосылки использования солнечной энергии для подогрева сезонных бассейнов на приусадебных участках Самарской области».
- Научно-практическая конференция: «Дни науки ТГУ», Тольятти,
2022. Выступление с докладом «Расчет теплообмена сезонных бассейнов на приусадебных участках Самарской области».
Полученные в работе результаты, опубликованы в научных журналах, в государственном университете города Тольятти сделаны доклады на конференции.
На защиту выносятся: Способ оценки увеличения срока эксплуатации при использовании солнечной энергии для подогрева воды каркасного сезонного бассейна на приусадебных участках Самарской области.
Структура магистерской диссертации. Работа состоит из введения, 3 глав, заключения, содержит 45 рисунков, 4 таблиц, список использованной литературы (70 источников). Основной текст работы изложен на 74 страницах.
При уменьшении стоимости гелиооборудования для подогрева сезонных бассейнов в Самарской области возможно появление серьезных предпосылок для активного внедрения в жизнь данного вида теплоснабжения.
Ввиду большого количества факторов, влияющих на мощность гелиоустановки и на потерю тепла бассейном, подбор необходимого оборудования нагрева воды в бассейне для рядового гражданина также представляет сложность, поэтому изучение вопроса использования солнечной энергии для подогрева сезонных бассейнов на приусадебных участках Самарской области с последующей выработкой рекомендаций представляет актуальную задачу.
Объект исследования: Гелиосистема для подогрева сезонных бассейнов на приусадебных участках Самарской области.
Предмет исследования: Уменьшение стоимости (совершенствование) абсорбера солнечного коллектора, увеличения срока эксплуатации сезонного бассейна на приусадебных участках Самарской области.
Цель исследования: разработка и апробация технологических решений для увеличения сроков эксплуатации сезонного бассейна, а также расчет необходимой площади конструкции солнечного коллектора с использованием его в качестве источника тепловой энергии для систем подогрева сезонных бассейнов на приусадебных участках Самарской области.
Гипотеза исследования состоит в том, что при правильном подборе площади абсорбера применение солнечной энергии для подогрева воды сезонных бассейнов позволит продлить срок их эксплуатации в климатических условиях Самарской области.
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
1. Исследование способов использования солнечной энергии для подогрева сезонных бассейнов на приусадебных участках Самарской области.
2. Анализ составляющих теплового баланса каркасных сезонных бассейнов на приусадебных участках Самарской области, с оценкой возможностей применения солнечной радиации.
3. Анализ мероприятий, применяемых для максимально возможного увеличения срока эксплуатации сезонного бассейна на приусадебных участках Самарской области.
4. Анализ полученных результатов. Расчет увеличения сроков эксплуатации сезонного бассейна на приусадебных участках Самарской области в зависимости от площади солнечного коллектора с использованием его в качестве источника тепловой энергии для систем подогрева воды.
Методы исследования: Математическое моделирование с апробацией результатов.
Научная новизна исследования:
Теоретическое обоснование технологии использования гелиосистем для подогрева сезонных бассейнов на приусадебных участках Самарской области.
Практическая значимость работы заключается в прогнозировании срока эксплуатации сезонного бассейна (его увеличения), при использовании гелиосистем на приусадебных участках Самарской области.
Личное участие автора состоит в обосновании темы, постановке цели и задач, расчета и апробации способа прогнозирования срока эксплуатации сезонного бассейна (его увеличения), при использовании подогрева за счет гелиосистем на приусадебных участках Самарской области.
Апробация и внедрение результатов работы велись в течение всего исследования. Его результаты докладывались на следующих конференциях:
- Всероссийская студенческая научно-практическая междисциплинарная конференция «Молодежь. Наука. Общество», Тольятти.
2021. Выступление с докладом «Предпосылки использования солнечной энергии для подогрева сезонных бассейнов на приусадебных участках Самарской области».
- Научно-практическая конференция: «Дни науки ТГУ», Тольятти,
2022. Выступление с докладом «Расчет теплообмена сезонных бассейнов на приусадебных участках Самарской области».
Полученные в работе результаты, опубликованы в научных журналах, в государственном университете города Тольятти сделаны доклады на конференции.
На защиту выносятся: Способ оценки увеличения срока эксплуатации при использовании солнечной энергии для подогрева воды каркасного сезонного бассейна на приусадебных участках Самарской области.
Структура магистерской диссертации. Работа состоит из введения, 3 глав, заключения, содержит 45 рисунков, 4 таблиц, список использованной литературы (70 источников). Основной текст работы изложен на 74 страницах.
В работе проведен обзор существующих систем способов использования солнечной энергии для подогрева воды сезонных бассейнов на приусадебных участках Самарской области. Анализ существующих гелиосистем выявил следующее:
На приусадебных участках Самарской области применяются схемы солнечного теплоснабжения сезонных бассейнов с естественной и с принудительной циркуляцией. На момент проведения исследования в продаже существуют громадное количество дешевых и дорогих гелиосистем, применяемых для подогрева воды в бассейне, начиная с открытых водяных матов, заканчивая сложнейшими системами с возможностью подключения теплового насоса. Однако четких рекомендаций по их расчету и подбору в климатических условиях Самарской области нет.
Экономическая эффективность применения солнечного теплоснабжения для подогрева воды в сезонных бассейнах Самарской области зависит от продолжительности использования их в течение года. Поступление солнечной энергии летние месяцы многократно больше, чем осенью, весной и, тем более, зимой. При попытке увеличения срока эксплуатации бассейна применением гелиоустановок, для полного замещения теплопотерь солнечные водонагревательные установки должны иметь большую поверхность коллекторов.
Анализ составляющих теплового баланса каркасных сезонных бассейнов на приусадебных участках Самарской области, показал, что наибольшие тепловые потери, при эксплуатации бассейнов, наблюдаются за счет испарения воды с поверхности бассейна. Установка дополнительного покрытия позволит резко сократить потери тепла, что является энергосберегающим мероприятием. Расчет теплового баланса выявил, что комфортный срок эксплуатации десяти кубовых каркасных сезонных бассейнов на приусадебных участках Самарской области при средней
расчетной температуре воды 29 °С без использования дополнительного обогрева составляет всего 1 месяц (июль), причем это возможно только при соблюдении энергосберегающих мероприятий. К энергосберегающим мероприятиям можно добавить утепление стен каркасного бассейна
Подогрев сезонных бассейнов солнечными коллекторами на приусадебных участках Самарской области с коэффициентом пересчета площади абсорбера К = 1,1 продлит сроки эксплуатации до 5 месяцев, а К = 2,1 до 6 месяцев. Дальнейшее увеличение площади гелиосистемы лишено смысла по климатическим соображениям.
В целях импортозамещения возникает необходимость в изготовлении гибких солнечных коллекторов в промышленных масштабах. Конструкция его предельно проста, а серийное производство позволит существенно сократить стоимость, что позволит сделать данное устройство доступным и продлить эксплуатацию сезонных бассейнов в климатических условиях Самарской области.
На приусадебных участках Самарской области применяются схемы солнечного теплоснабжения сезонных бассейнов с естественной и с принудительной циркуляцией. На момент проведения исследования в продаже существуют громадное количество дешевых и дорогих гелиосистем, применяемых для подогрева воды в бассейне, начиная с открытых водяных матов, заканчивая сложнейшими системами с возможностью подключения теплового насоса. Однако четких рекомендаций по их расчету и подбору в климатических условиях Самарской области нет.
Экономическая эффективность применения солнечного теплоснабжения для подогрева воды в сезонных бассейнах Самарской области зависит от продолжительности использования их в течение года. Поступление солнечной энергии летние месяцы многократно больше, чем осенью, весной и, тем более, зимой. При попытке увеличения срока эксплуатации бассейна применением гелиоустановок, для полного замещения теплопотерь солнечные водонагревательные установки должны иметь большую поверхность коллекторов.
Анализ составляющих теплового баланса каркасных сезонных бассейнов на приусадебных участках Самарской области, показал, что наибольшие тепловые потери, при эксплуатации бассейнов, наблюдаются за счет испарения воды с поверхности бассейна. Установка дополнительного покрытия позволит резко сократить потери тепла, что является энергосберегающим мероприятием. Расчет теплового баланса выявил, что комфортный срок эксплуатации десяти кубовых каркасных сезонных бассейнов на приусадебных участках Самарской области при средней
расчетной температуре воды 29 °С без использования дополнительного обогрева составляет всего 1 месяц (июль), причем это возможно только при соблюдении энергосберегающих мероприятий. К энергосберегающим мероприятиям можно добавить утепление стен каркасного бассейна
Подогрев сезонных бассейнов солнечными коллекторами на приусадебных участках Самарской области с коэффициентом пересчета площади абсорбера К = 1,1 продлит сроки эксплуатации до 5 месяцев, а К = 2,1 до 6 месяцев. Дальнейшее увеличение площади гелиосистемы лишено смысла по климатическим соображениям.
В целях импортозамещения возникает необходимость в изготовлении гибких солнечных коллекторов в промышленных масштабах. Конструкция его предельно проста, а серийное производство позволит существенно сократить стоимость, что позволит сделать данное устройство доступным и продлить эксплуатацию сезонных бассейнов в климатических условиях Самарской области.