ИЗГОТОВЛЕНИЕ И ПРИМЕНЕНИЕ СОЛНЕЧНОГО ПАРАБОЛИЧЕСКОГО КОНЦЕНТРАТОРА УПРОЩЕННОЙ КОНСТРУКЦИИ
Отопление домов энергией солнечного излучения известно с древнейших времен, так как наши предки строили дома окнами на юг. Идея, основанная на пассивном отоплении, была соблюдена при строительстве школы № 236. Удачное расположение 71,4 % окон школы на юг позволило сэкономить тепло в классах и способствовало дополнительному освещению их в зимнее время года.
Однако 28,6 % учебных классов школы, окна которых направлены на север, не неэффективно используют энергию солнечного излучения.
Цель данной работы — на конкретном примере школы № 236 создать параболический концентратор упрощенной конструкции для дополнительного освещения и отопления школьных классов, окна которых расположены на север, а также части территории сада внутри школы, куда не попадает солнечное излучение.
Для достижения поставленной цели необходимо было на территории школы № 236 решить следующие задачи:
1. Определить количество классов, окна которых расположены на юг, путем проведения непосредственного подсчета.
2. Выяснить природу дополнительного нагревания и освещения классов в зимнее время, окна которых направлены на юг.
3. Создать параболический концентратор упрощенной конструкции диаметром 1 м с целью дополнительного освещения и отопления школьных классов, окна которых расположены на северной части школы, а также части территории сада внутри школы, куда не попадает солнечное излучение.
4. На конкретном примере школы №236 показать новые возможности использования параболического концентратора упрощенной конструкции для дополнительного освещения и отопления школьных классов, окна которых расположены на север, а также территории сада внутри школы, куда не попадает солнечное излучение.
Методы исследования заключались в визуальном и инструментальном измерении. Полученные результаты сопоставлялись с данными прошлого года, представленными школьной администрацией и проверялись дополнительными наблюдениями.
В результате исследования выяснено следующее:
Во-первых, был проведен непосредственный подсчет количества классов (25 классов), окна которых расположены на юг. Окна кабинетов химии, физики, библиотеки школы, а также окна кабинетов директора и секретаря ориентированы на север. Учительская, кабинет компьютерной техники, актовый и инструментальный зал расположены в восточной части школы и имеют минимальное освещение солнечным излучением.
Во-вторых, была выяснена природа дополнительного нагревания и освещения в зимнее время года классов, окна которых направлены на юг, и найден ответ на вопрос: «Почему же классы школы, с расположением окон на юг, дополнительно нагреваются?»
Из всего диапазона длин волн солнечного излучения в дневное время суток в классы школы лучше всего проходит сквозь стекло коротковолновое излучение. Оно нагревает предметы и переходит в часть длинноволнового излучения, которое не может пройти обратно через стекло, то есть наружу. Таким образом, классы постепенно нагреваются.
На основе полученных результатов создан параболический концентратор простой конструкции диаметром 1 м с целью дополнительного освещения и отопления школьных классов, окна которых расположены на север, а также части территории сада внутри школы, куда не попадает солнечное излучение (рис.1).
Для изготовления одного параболического концентратора упрощенной конструкции необходимы материалы:
1. Параболический концентратор из термостойкого материала (примерно диаметром 1,2 м);
2. Алюминиевая фольга (около 3 кв. м);
3. Клейкая пленка (скотч, самоклейка);
4. Термометр.
Сборка параболического концентратора упрошенной конструкции выполняется следующим образом:
1. Покрыть внутреннюю поверхность параболического концентратора фольгой;
2. Покрыть внешнюю сторону параболического концентратора фольгой;
3. Установить параболический концентратор на солнце и отрегулировать его позицию для оптимального отражения солнечных лучей на внутреннюю часть классов, окна которых расположены на север и запад;
4. Повесить термометр внутри класса и следить за повышением температуры;
5. Измерить, какой максимальной температуры внутри класса удалось достичь.
Монтаж и установка солнечного параболического концентратора стоит недорого.
Для этого потребуются:
1. Термостойкий материал размером 1,3 кв. м. - 10 долл. США;
2. Алюминиевая фольга около 3 кв. м - 10 долл. США;
3. Металлический закрепитель - 30 долл. США.
Все затраты для постройки одного параболического концентратора, как видно из перечня, составляют не более 50 долл. США.
В целом, солнечный параболический концентратор позволит не только обеспечить дополнительное отопление и освещение школьных классов, но и площадей, куда солнечное излучение не попадает и количество посадочных культур ограничено. Проект может быть предложен для жителей многоэтажных домов, окна которых расположены на север и запад, а также он может быть использован с целью получения дополнительного солнечного тепла, необходимого для развития садов и растительного покрова с северной и западной сторон многоэтажных зданий.
Возможны варианты усовершенствования солнечного параболического концентратора упрощенной конструкции за счет более эффективных материалов, имеющих высокую отражательную способность солнечного излучения.