Солнечный пруд
25.04.2009
     Этим термином именуют ограниченного объема водоем, в котором либо отсутствует, либо сильно уменьшена конвекция, то есть перемешивание слоев.
     Ее отсутствие резко снижает потери тепла в окружающую среду, и в результате нижние слои воды могут значительно прогреваться - иногда до 90-100оС.
     Такого рода водоемы встречаются в природе: в них конвекция подавлена разным содержанием соли в слоях воды.
     Примером природных солнечных прудов может служить ряд озер в Венгрии и в Румынии, а также восточное побережье Красного моря.
     На этом побережье температура поверхностного слоя может составлять 16 градусов, а на глубине 1,5 м - 48 градусов.
     Имеется природный солнечный пруд даже в Антарктиде: это - озеро Ванда глубиною 6 км, в котором при температуре воздуха -20оС температура воды достигает +25оС.
     Еще в 50-х годах вблизи Мертвого моря был построен первый искусственный солнечный пруд, и температура его придонных (насыщенных солями) слоев оказалась около 96оС.
     Исследования показали, что эту горячую воду можно из водоема извлекать, пропускать через теплообменник и возвращать обратно, не нарушая при этом общего режима пруда.
     А в качестве растворяемых в водоеме солей использовать, например, NaCl в количестве 300 кг/мз, а также MgCl2 и NaHCO3.
     Можно, однако, обойтись и без соли, применив вместо этого для подавленияконвекции между слоями прозрачные мембраны из полиэтиленовой пленки.
     А можно - и без того, и без другого, и тогда солнечный пруд окажется конвекционным, то есть вода в нем будет перемешиваться.
     Слой ее в этом случае должен быть тонким - не более 10 см, а отгороженное пеноизоляцией от грунта днище - выкрашенным в черный цвет.
     От воздуха вода тоже должна быть изолирована, например стеклом.
     Но все же неконвекционные природные солнечные пруды обходятся дешевле, а наиболее экономичными оказываются те из них, акватория которых не менее нескольких квадратных километров (то есть мелководные озера или лиманы).
     На территории СНГ перспективны с этой точки зрения Аральское море и залив Кара-Богаз -Гол.
Солнечный пруд - водоем, поглощающий и аккумулирующий тепло солнечной радиации круглый год. Таким образом, он служит одновременно коллектором и аккумулятором теплоты и отличается низкой стоимостью по сравнению с обычными коллекторами солнечной энергии. Требуемый размер зависит от:

               климата;
               типа здания;
               конструкции системы.
Схема солнечного пруда и график изменения температуры по его глубине даны на рис. 1.

Рис. 1. Схема солнечного пруда (а) и изменение температуры (б) жидкости по высоте пруда:
1 - пресная вода; 2 - изолирующий слой с увеличивающейся книзу концентрацией; 3 - слой горячего раствора; 4 - теплообменник.
     В солнечном пруду происходит одновременно улавливание и накапливание солнечной энергии в большом объеме жидкости.
     Обнаружено, что в некоторых естественных соленых озерах температура воды у дна может достигать 70°С.
     Это обусловлено высокой концентрацией соли. В обычном водоеме поглощаемая солнечная энергия нагревает в основном поверхностный слой и эта теплота довольно быстро теряется, особенно в ночные часы и при холодной ненастной погоде из-за испарения воды и теплообмена с окружающим воздухом.
     Солнечная энергия, проникая через всю массу жидкости в солнечном пруду, поглощается окрашенным в темный цвет дном и нагревает прилегающие слои жидкости, в результате чего температура ее может достигать 90...100°С, в то время, как температура поверхностного слоя остается на уровне 20°С.
     Благодаря высокой теплоемкости воды в солнечном пруду за летний сезон накапливается большое количество теплоты, и вследствие низких тепловых потерь падение температуры в нижнем слое в холодный период года происходит медленно, так что солнечный пруд служит сезонным аккумулятором энергии.
    Теплота к потребителю отводится из нижней зоны пруда.
     Обычно глубина пруда составляет 1...3 м. На 1 м2площади пруда требуется 500...1000 кг поваренной соли, ее можно заменить хлоридом магния.     Вышеописанный эффект достигается благодаря тому, что по глубине солнечного пруда поддерживается градиент концентрации соли, направленный сверху вниз, т.е. весь объем жидкости как бы разделен на 3 зоны, концентрация соли в которых возрастает от поверхности к дну.
     Верхний тонкий слой (10...20 мм) практически пресной воды граничит с неконвективным слоем жидкости большой толщины, в котором концентрация соли по глубине постепенно увеличивается и достигает максимального значения на нижнем уровне.
     Толщина этого слоя составляет 2/3 общей глубины водоема.
     В нижнем конвективном слое концентрация соли максимальна и равномерно распределена в объеме жидкости.
     Итак, плотность жидкости максимальна у дна пруда и минимальна у его поверхности в соответствии с распределением концентрации соли.
     Отвод теплоты из солнечного пруда может осуществляться либо посредством змеевика, размещенного в нижнем слое жидкости, либо путем отвода жидскости из этого слоя в теплообменник, в котором циркулирует теплоноситель.
     При первом способе меньше нарушается температурное расслоение жидкости в пруду, а второй способ теплотехнически более эффективен и экономичен.
     Солнечные пруды могут быть использованы в гелиосистемах отопления и горячего водоснабжения жилых и общественных зданий, для получения технологической теплоты, в системах кондиционирования воздуха абсорбционного типа, для производства электроэнергии.

 

     При сопоставлении с проточными коллекторами стоимость систем с плавающими коллекторами и солнечных прудов оказывается в 2 раза ниже.

 
 
< Пред.   След. >
 
 
 
 
НОВОСТИ

 
 
Объединенная Термоэнергетическая компания © 2017