Методические рекомендации по применению наиболее эффективных способов энергосбережения и рационального использования энергоресурсов в быту (стр. 3 )

Система отопления в комплексе: тепловой насос и водяной теплый пол

Теплый пол и тепловой насос - это наиболее эффективное сочетание. Энергия не только «производится» экономно, но и экономно используется! Водяной теплый пол - низкотемпературная система отопления (температура теплоносиградусов). Если же сравнивать её с традиционной «радиаторной» (температура теплоносиградусов) системой отопления, то экономия тепловой энергии может достигать до 40-50%. Отношение затраченной электроэнергии к выработанной тепловой энергии тепловым насосом («КПД теплового насоса») во многом зависит от системы отопления, для которой поставляет тепло тепловой насос: чем меньше расчетная температура теплоносителя, тем больше эффективность теплового насоса. В силу технических ограничений температура, подаваемая в систему отопления из теплового насоса, не превышает 55 градусов, причем температура обратной воды не должна превышать 50 градусов. Даже при правильном расчете радиаторной системы отопления использование системы отопления «теплый пол» всегда будет давать более эффективное использование энергии, накопленной в окружающей среде! Кстати, тепловой насос вырабатывает тепло не только в отопительный период, тепло для системы горячего водоснабжения вырабатывается круглый год. А для среднего индивидуального дома затраты на приготовление горячей воды составляют около 15-20 процентов.

Источник энергии. Необходимые требования

Источником энергии может быть грунт, скальная порода, открытый водоем, воздух (для специальных моделей), вообще любой источник тепла с температурой - 1 градус Цельсия и выше, доступный в зимнее время.

. Внешний контур, собирающий тепло окружающей среды, представляет собой полиэтиленовый трубопровод, уложенный в землю или в воду.

Материал трубопровода – полиэтилен низкого давления. Диаметр трубопровода - 40 мм.

Теплоноси% раствор этиленгликоля (либо этилового спирта).

Скважина

При использовании в качестве источника тепла скалистой породы трубопровод опускается в скважину. Не обязательно использовать одну глубокую скважину, можно пробурить несколько не глубоких, более дешевых скважин, главное получить общую расчетную глубину.

Для предварительных расчетов можно использовать следующее соотношение: на 1 метр скважины приходится 50-60 Вт тепловой энергии. Таким образом, для установки теплового насоса производительностью 10 кВт необходима скважина глубиной 170-200 метров.

Земляной контур

При использовании в качестве источника тепла участка земли трубопровод зарывается в землю на глубину промерзания грунта (выбирается для конкретного региона. Минимальное расстояние между соседними трубопроводами - 0,8 -1,2 м. Специальной подготовки почвы, засыпок и т. п. не требуется. Предпочтения к грунту - желательно использовать участок с влажным грунтом, идеально с близкими грунтовыми водами, однако сухой грунт не является помехой - это приводит лишь к увеличению длины контура.

Ориентировочное значение тепловой мощности, приходящейся на 1 метр трубопровода,Вт.

Таким образом, для установки теплового насоса производительностью 10 кВт необходим земляной контур длинной 333-500 метров. Для укладки такого контура потребуется участок земли площадью около 400-600 кв. метров соответственно. При правильном расчете контур, уложенный в землю, не оказывает влияния на садовые насаждения, и участок может использоваться для выращивания культур точно также, как и при отсутствии внешнего коллектора.

Вода открытых водоемов

При использовании в качестве источника тепла воды ближайшего водоема, реки контур укладывается на дно. Этот вариант является идеальным с любой точки зрения: короткий внешний контур, «высокая» температура окружающей среды (температура воды в водоеме зимой всегда положительная), высокий коэффициент преобразования энергии тепловым насосом. Главное условие - водоем должен быть проточным и достаточным по размерам. Ориентировочное значение тепловой мощности, приходящейся на 1 метр трубопровода, 30 Вт. Таким образом, для установки теплового насоса производительностью 10 кВт необходимо уложить в озеро контур длинной 333 метра. Для того чтобы трубопровод не всплывал, на 1 погонный метр трубопровода устанавливается около 5 кг груза.

Воздушный контур

Вместо того, чтобы извлекать энергию из скважин, земли или водоема теплонасосная установка собирает энергию из окружающего воздуха. Если возможности разместить земляной коллектор нет, данная модель теплонасосной установки является наилучшим выбором.

Точно так же как и обычные теплонасосные установки дает тепло и горячую воду в дом и сокращает потребление энергии до 75%. Однако, в силу технических причин, теплонасосные установки с воздушным контуром имеют серьезное ограничение в применении: минимальная температура наружного воздуха - 200С. Причем, начиная с температуры наружного воздуха 00С установка ступенями подключает электрические ТЭНы, так как коэффициент преобразования (КПД теплового насоса) снижается. И, таким образом, при температуре -200С и ниже, по сути, работает только электрический нагрев

Пиковый электродогрев

Практически во всех моделях тепловых насосов дополнительно установлен электронагреватель. Зачем? Дело в том, что при выборе отопительной установки номинальная мощность рассчитывается, исходя из максимальной потребности тепла, т. е. для покрытия тепловой нагрузки в самый холодный зимний день. Однако, исходя из многолетних наблюдений, длительность такой температуры всего лишь несколько дней в году, а это значит, что при расчете на максимальную мощность значительная часть потенциала теплового насоса будет использоваться очень редко. Для выбора соотношения мощностей теплового насоса и электронагревателя существует специальный интегральный график.

График показывает, что если источник тепла будет состоять из 2-х источников, один - дорогостоящий, но вырабатывающий «дешевую» энергию (тепловой насос) с номинальной мощностью 60% от расчетной нагрузки, и другой, дешевый, но вырабатывающий «дорогую» энергию (электронагреватель), то за год первый источник выработает приблизительно 92% энергии, а второй около 8% энергии. Такая комбинация позволяет снизить стоимость капитальных затрат и увеличить срок окупаемости теплонасосной установки. Причем определяющим фактором является не стоимость самой установки, а стоимость обустройства внешнего контура - скважины либо земляного контура.

Пассивное охлаждение

При пассивном охлаждении компрессор теплового насоса не работает, и теплоноситель просто циркулирует между скважиной и фанкойлами. Таким образом, холод из скважины напрямую поступает в систему кондиционирования.

Активное охлаждение

Если пассивного охлаждения не достаточно, в системе кондиционирования используется холод, производимый тепловым насосом. При этом автоматически включается компрессор теплового насоса, и теплоноситель из скважины дополнительно охлаждается тепловым насосом.

Виды эксплуатации

  Возможны следующие виды эксплуатации: 

Моновалентный (только тепловой насос). Тепловой насос является единственным генератором тепла, и покрывает 100% потребности тепла. Пригодны для рабочих температур до макс. 55°С. Бивалентный (тепловой насос и котел) или моноэнергетический (тепловой насос и электрический контактный нагреватель). Тепловой насос несет тепловую нагрузку совместно с другой отопительной системой.

  Выбор теплового насоса

  После того, как установлены: источник тепла (расчетная температура), тепловая потребность и максимальная рабочая температура, то на основании данных о производительности может быть выбран соответствующий тип теплового насоса. Тепловые насосы надежны, автоматика не нуждается в специальном обслуживании, а управление несложно. Размеры обычного насоса не превышают размеров бытового холодильника.

Еще одним преимуществом тепловых насосов является возможность переключения с режима отопления зимой на режим кондиционирования летом: просто вместо радиаторов к внешнему коллектору подключаются фанкойлы или системы «холодный потолок».

К недостаткам тепловых насосов, используемых для отопления, следует отнести большую стоимость установленного оборудования. Для установки теплового насоса необходимы высокие первоначальные затраты: стоимость насоса и монтажа системы составляет $ на 1 кВт необходимой мощности отопления. Время окупаемости тепловых насосов составляет 4-9 лет, при сроке службы по 15-20 лет до капитального ремонта. Поэтому массовое использования тепловых насосов в частном секторе можно ожидать, если стоимость теплонасосного оборудования будет сопоставима с затратами на установку газового отопления и подключения к газовой сети.

В развитых странах тепловые насосы применяются давно — и в быту, и в промышленности. Сегодня в Японии, например, эксплуатируется около 3 миллионов установок, в Швеции около домов обогревается тепловыми насосами различных типов.

2.3. Ветроэнергетические установки

Глобальная энергетическая и экологическая проблемы дали толчок к поиску и развитию новых, более совершенных технологий генерирования электрической энергии. Увеличивается число потребителей, которые отдают предпочтение автономному энергоснабжению посредством установки ветровых генераторов. Экологичность, доступность и неисчерпаемость ветряной энергии, простота эксплуатации - основные факторы успеха ветроэнергетического оборудования.

Ветряной генератор - экологичное энергогенерирующее оборудование, позволяющее преобразовывать кинетическую энергию движущихся воздушных потоков в постоянный и переменный электрический ток.

Индивидуальные ветроустановки малой мощности способны обеспечить автономного потребителя необходимым количеством электроэнергии. Мощность таких ветроустановок, как правило, не превышает 5-10 кВт. Средний диапазон скоростей ветра для выдачи мощности у таких ветрогенераторов находится в пределах 5-7 м/с. Срок службы устанавливаемых ветроустановок варьируется от 20 до 30 лет.

Преимущества ветроэнергетической установки

Отсутствие негативного влияния на окружающую среду. Доступность и неисчерпаемость энергии ветра. Возможность мобильного и автономного использования ветрогенераторов индивидуальными хозяйствами и потребителями. Отсутствие расходов на приобретение топлива для ветроустановки. Низкие шумовые характеристики бытовых ветряков. Необходимость в дополнительном техническом обслуживании оборудования, как правило, возникает с периодичностью один раз в течение 5-6 лет непрерывной работы. Генерирование электрической энергии происходит даже при незначительном движении ветра со скоростью 2-5 м/с. Разнообразие конструктивных особенностей и рабочих мощностей ветрогенераторов. Внедрение ветроэнергетической установки позволяет значительно уменьшить статью расходов на электрическую энергию. Возможность комбинации с другими технологиями генерирования электрического тока, например солнечными панелями и модулями.

Ветряной генератор  - это целый комплекс, куда обязательно входят:

·  ветроэлектрический агрегат - это генератор (синхронный трехфазный с возбуждением от постоянных магнитов), мачта с растяжками, лопасти, узел крепления к мачте; кроме того, сюда может входить регулятор скорости вращения винта (центробежный, механический) и устройство ориентации на ветер (хвост или виндроза);
Мачта может быть как специальная, так и сооруженная из водопроводной трубы или столба;

·  аккумуляторные батареи (автомобильные);

·  блок обработки электроэнергии и зарядки аккумуляторов (Блок ОЭЗА);

·  преобразователь напряжения (инвертор) - 48В, 220В, 50Гц.

 Аккумулятор является необходимым элементом системы, являясь накопителем и перераспределителем энергии, что обеспечивает надежность электроснабжения. Контроллер необходим для управления поворотом лопастей, заряда аккумуляторов, выполняет защитные функции. Инвертор преобразует ток из постоянного в переменный, стабилизирует выходящее напряжение. Благодаря этим компонентам обеспечивается надежное электроснабжение как при порывистом ветре, так и в безветренную погоду. Во многих моделях ветроустановок предусмотрена ориентация угла установки лопастей для увеличения выдаваемой мощности, а также защита от сильного ветра (перевод ветроколеса во флюгерное положение).

Виды ветрогенераторов

Ветроэнергетические установки (ВЭУ) могут быть с горизонтальной и вертикальной осью вращения. Последние разработаны не так давно и могут работать даже при слабых потоках воздуха. Иными словами, главным достоинством ветрогенераторов с вертикальной осью вращения является то, что им не требуется стабильный сильный ветер.

Недостатки применения ветрогенераторов

Основным недостатком ветрогенераторов было и остается нестабильность ветра. Прежде чем приобрести ветроустановку, следует подробно изучить среднегодовую скорость ветра в той местности, где планируется размещение ветрогенератора.

Для небольшого индивидуального дома при наличии среднегодовой скорости ветра более 4 м/с достаточно ветроустановки мощностью:

·  около 150-200 Вт для покрытия базовых потребностей в электроэнергии - освещение, телевизор, связь, радио, другая маломощная нагрузка. Если в доме есть небольшой холодильник, то нужна ветроустановка мощностью 0,5-1 кВт;

·  от 1 до 5 кВт для электроснабжения почти полностью потребителей в типовом индивидуальном доме, включая стиральную машину, холодильник, компьютеры и т. п. Более правильно сравнивать ветроустановки по количеству вырабатываемой энергии за месяц или год при определенной средней скорости ветра.

К сожалению, в Беларуси среднегодовая скорость ветра не всегда достаточна для эффективной работы ветроустановки. Нужно принимать решение о целесообразности установки ветряка в каждом конкретном случае с учетом среднемесячных и среднегодовых скоростей ветра, рельефа местности и задач, которые нужно решить. Малые ветроустановки мощностью от 0,1 до 2 кВт вполне могут себя оправдать даже в режиме "дачного" применения. Особенно выгодно использование малых ветроустановок в автономных системах электроснабжения совместно с солнечными батареями и дизель-генераторами при использование в качестве дополнительного источника энергии.

Помимо получения электроэнергии промышленного качества, когда энергия накапливается в аккумуляторах, стоит рассмотреть возможность получения постоянного или переменного тока с преобразованием его с помощью ТЭНов в тепло для обогрева жилья и получения горячей воды.

Такое использование целесообразно по многим причинам:

основное энергопотребление дома или коттеджа приходится на отопление; существенно упрощается схема управляющей автоматики, в самом простом случае она может быть построена на нескольких тепловых реле; для накопления энергии можно использовать обычный тепловой бойлер для отопления и горячего водоснабжения; потребление тепла не так требовательно к качеству и бесперебойности, накопление теплой воды в бойлере компенсирует возможные колебания, связанные с переменой силы ветра.

Использование электроэнергии от ветра экономически выгодно при среднегодовых скоростях ветра более 5 м/с, либо при отсутствии или нерегулярной подаче сетевого электричества. Особое внимание стоит уделять не только мощности ВЭУ (именно ВЭУ, а не инвертора, входящего в комплект), но и при какой скорости ветра эта мощность может быть получена.

Серьезным фактором при выборе ветрового генератора служит, конечно же, стоимость. Следует признать, что цена ветрогенераторов достаточно высока, однако следует учитывать срок окупаемости и впоследствии существенную экономию при получении практически дармового электричества.

Европейский лидер в сфере малой ветроэнергетики - Великобритания. По статистическим данным ведущей британской специализированной ассоциации в области возобновляемой энергии RenewableUK (бывшая Британская ассоциация ветроэнергетики – BWEA), в 2010 г. компании Соединенного Королевства смонтировали 2853 ветроустановки, мощность каждой из которых не превышает 100 кВт (в 2009 г., до наступления последствий мирового финансового кризиса, смонтировали 3280). А с 2005 по 2010 г. британцы ввели в эксплуатацию около 17 тыс. малых ветроустановок. И, что примечательно, свыше 2,5 тыс. штук из них заняли свое место над зданиями. В той же ассоциации полагают, что к 2020 г. общая установленная мощность британской малой ветроэнергетики, в том числе ветрогенераторов над зданиями, может достигнуть 1,3 ГВт. Активно развивается малая ветроэнергетика также в Китае, Индии и ряде других стран.

2.4. Солнечные коллекторы

Солнечный водонагревающий коллектор (СВК) используется для получения горячей воды заданной температуры. Принцип работы СВК основан на преобразовании солнечного излучения в тепловую энергию. СВК может быть представлен в моно - или полифункциональном исполнении. В зависимости от исполнения коллектор может обеспечивать следующие потребности:

горячее водоснабжение;

отопление;

устройство теплого пола;

нагрев бассейнов.

СВК - идеальное дополнение ветроустановки. Особенно в летний период! Мощность её меньше, но зато энергия от солнечных батарей идет постоянно, а не пульсируя. Традиционно солнечные модули монтируются на крышах домов или на земле на неподвижных опорах. Хотя сегодня уже производятся и поворотные мачты, позволяющие изменять угол наклона фотоэлектрических модулей и поворачивать их к солнцу. Это даёт солидную прибавку в эффективности работы самих модулей и облегчает процесс их очистки от пыли и осадков.

Как устроены солнечные коллекторы

Классический солнечный коллектор представляет собой металлические пластины черного цвета, установленные на крыше дома. Цвет и положение коллектора предполагает максимальное поглощение и накапливание солнечной энергии. Эти металлические пластины помещаются в корпус, изготовленный из стекла или пластмассы. Наклон к южной стороне, при установке позволит увеличить количество поглощаемой радиации. Проще говоря, солнечный коллектор – это миниатюрная теплица, которая накапливает солнечную энергию под стеклянной панелью. Солнечная радиация распределяется по поверхности равномерно, по этому, чем больше площадь коллектора, тем больше энергии будет поглощено.

На сегодняшний день солнечная энергетика развита достаточно обширно, это дает возможность устанавливать солнечные панели различных комплектаций и размеров. Этот аспект позволяет солнечным коллекторам обеспечивать хозяйственные нужды человека, такие как отопление и снабжение горячей водой.

 К примеру, существует несколько отдельных видов солнечных коллекторов, которые различаются, в зависимости от температуры, до которой они способны достигать.

Коллекторы низких температур. Такие коллекторы дают достаточно низкие температуры – не выше 50 С. Такие коллекторы, широко применяются для подогрева воды в бассейнах, и в других случаях, когда не требуется слишком высокая температура воды.

Коллекторы средних температур. Такой тип коллекторов способен нагревать воду от 50 до 80 С. Зачастую, такой коллектор представляет собой плоскую остекленную пластину, в которой с помощью жидкости происходит теплопередача или же это коллекторы-концентраторы. В последних тепло концентрируется и может использоваться для нагрева воды в жилых секторах. Представлен коллектор-концентратор, в большинстве случаев, вакуумированным трубчатым коллектором.

Коллекторы высоких температур. Зачастую имеют форму параболических тарелок. Такое устройство, в большинстве случаев используется большими предприятиями, которые генерируют электричество и распределяют его для городских электросетей.

Интегрированный коллектор

Накопительный интегрированный коллектор

На данный момент одним из самых простых видов солнечных коллектором является емкостной коллектор, который еще называются термосифонным коллектором. Такое название данный генератор получил за счет того, что он одновременно может и аккумулировать тепло, и хранить определенное, уже нагретое, количество воды. Такие коллекторы зачастую используются для начального нагрева воды, которая впоследствии нагревается до необходимой температуры стандартными установками (газовыми, электрическими колонками и другими). Такой метод позволяет экономить на потреблении электричества за счет того, что в бак котла поступает уже подогретая вода.

Рассмотрим основные плюсы такого вида коллекторов. Первое – это, конечно же, экономия на электричестве. Второе – это возможность использовать достаточно дешевую альтернативу солнечной водонагревательной системе. Третьим плюсом стоит отметить простоту использования коллектора – минимум технического обслуживания, за счет отсутствия в нем движущихся частей (насосов и прочего).

Такие коллекторы бывают также "Integrated Collector and Storage" или, проще говоря, интегрированными коллекторами-накопителями. Такой вид коллектора зачастую представлен одним или несколькими баками, которые заполнены водой. Эти баки помещаются в теплоизоляционный ящик и накрываются стеклянной крышкой. Порою, в этот же ящик помещаются прибор-рефлектор, который позволяет увеличивать солнечное излучение. Принцип действия данного устройства достаточно прост – солнечный свет, проходя через стекло, нагревает воду. Такая простота функционирования обуславливает достаточно не большую цену самого устройства. Однако стоит помнить, что в холодное время года, воду стоит защищать от замерзания, или же сливать.

Плоские коллекторы

Такие коллекторы, пожалуй, самые популярные для использования в бытовых условиях, для нагрева воды и в отопительных системах. Внешне такое устройство выглядит как обычный металлический ящик. Однако внутри него находится черная платина, которая поглощает солнечный свет. Крышка у этого ящика должна быть в обязательном порядке стеклянной или пластмассовой, дабы лучше пропускать солнечную энергию.

Остекление плоского солнечного коллектора может быть прозрачным или матовым. Зачастую, все же, отдается предпочтение матовому остеклению, поскольку такое стекло позволяет пропускать только свет. А также, содержание железа в стекле должно быть очень низким, чтобы позволить пропускать большую часть поступающего света в коллектор. Принцип действия заключается в том, что солнечный свет попадает на тепловоспринимающую пластину, которая и вырабатывает тепло. Стекло служит теплоизоляцией, а для повышения КПД коллектора его стенки прокладывают теплоизолятором. Такая конструкция позволяет снизить тепловые потери до минимума.

Пластина абсорбента, или же пластина, поглощающая солнечный свет, зачастую окрашена в черный цвет, дабы увеличить количество поглощаемой солнечной энергии, ведь тот факт, то темные тела притягивают ее больше – ни для кого не секрет. Проходя через стекло и попадая на поглощающую пластину, солнечная радиация превращается в тепловую энергию. Далее, чтобы продолжить процесс, полученное тепло передается тепловому носителю. Тепловым носителем может выступать воздух или жидкость, которые циркулируют в трубах. К сожалению, даже полностью черные поверхности, способны отражать около 10% солнечной радиации, падающей на нее. Дабы избежать этого, абсорбирующие пластины покрываются дополнительно специальным покрытием, которое призвано удерживать солнечный свет, попадающий на пластину. Такое покрытие служит дольше обычной краски и позволяет повысить КПД коллектора. В состав такого селективного покрытия входит слой аморфного полупроводника, который наносится на металлическое основание пластины.

Абсорбирующие пластины изготавливаются из металла, который наилучшим образом проводит тепло. Высокий уровень теплопроводности металла позволит уменьшить теплопотери при передаче переработанной энергии теплоносителю. К списку таких металлов можно причислить медь и алюминий. Разница между ними заключается в том, что медная пластина способна лучше проводить тепло и более устойчива к коррозиям, в отличие от алюминиевой пластины.

Плоские солнечные коллекторы бывают жидкостными или воздушными. А в зависимости от наличия остекления, и тот и другой вид бывает как остекленным, так и не остекленным.

Жидкостные коллекторы

В солнечных коллекторах этого типа теплоносителем выступает жидкость. Солнечная энергия перерабатывается в поглощающей пластине в тепло и передается жидкости, которая течет по трубам, прикрепленным к пластине. Эти трубы могут идти параллельно друг другу, но на каждой, в обязательном порядке, должно быть входное и выходное отверстие. Существует возможность расположения труб в виде змеевика. Такое положение уменьшает количество соединительных отверстий, что, в свою очередь, снижает вероятность протекания. Таким образом, змеевидное расположение обеспечивает более равномерный поток жидкости-теплоносителя. Однако, могут возникать сложности при спуске жидкости перед похолоданием, поскольку в изгибах трубы может остаться жидкость.

Простые системы жидкостных солнечных коллекторов предполагают использование обычной воды, которая сразу же, нагреваясь в коллекторе, поступает пользователю. Такие модели называют «разомкнутыми» или «прямыми» системами. Однако применение таких коллекторов неудобно в регионах с низким температурным режимом. Поскольку, при снижении температуры ниже точки замерзания – необходимо сливать воду. В этот период систему использовать невозможно. Альтернативой является использование незамерзающих жидкостей вместо воды. Этот вид системы жидкостных солнечных коллекторов использует жидкие теплоноситель, который, поглощая тепло, направляется в теплообменник. Зачастую теплообменником является водяной бак, конструкция которого предполагает передачу тепла воде. Такую систему называют «замкнутой» или «непрямой».

Остекление жидкостных коллекторов позволяет нагревать воду для бытовых нужд, и для отопления дома, поскольку их КПД выше, чем у неостекленных аналогов. Неостекленные коллекторы, зачастую используют для нагрева воды в бассейнах. В последних приборах не требуется нагревать температуру до высоких температур. Это позволяет использовать менее дорогие материалы, такие как пластмасса и резина. 

Воздушные коллекторы

Теплоносителем в воздушных коллекторах выступает воздух, а он не замерзает и не кипит, в отличие от воды. Этот факт позволяет избежать проблем, которым подвержены жидкостные коллекторы. К тому же, утечка в системе воздушных коллекторов приносит намного меньше трудностей, хотя, конечно же, обнаружить ее достаточно сложно. Стоит помнить, что перед материалами, используемыми в воздушных солнечных коллекторах, не стоят особо сложные эксплуатационные задачи. Поэтому, в воздушных системах возможно использование более дешевых материалов.

Конструкция воздушных коллекторов представляет собой сочетание плоских коллекторов. Такой прибор используется в основном для просушки сельскохозяйственной продукции или же для отопления помещений. Металлические панели и многослойные неметаллические экраны могут послужить поглощающими пластинами в конструкции воздушных коллекторов. Теплоноситель проходит через стенки поглотителя с помощью естественной конвекции или с помощью специального вентилятора.

Теплопроводимость воздуха на порядок хуже, чем проводимость тепла жидкостью. Поэтому, поглотитель получает значительно меньше тепла от воздуха, чем от жидкости. Вентилятор, присоединенный к поглощающей пластине, позволяет увеличить поток воздуха, таким образом, улучшая теплоотдачу. Однако и в этой конструкции есть свои недостатки. Для работы вентиляторов необходимо дополнительно использовать электроэнергию, а это, в свою очередь, увеличивает затраты на работу системы. В условиях холодного климата необходимо направлять воздух между поглощающей пластиной и утепленной стенкой коллектора, это позволяет избежать потерь тепла. Но не стоит применять такою циркуляцию, если, все же, воздух в помещении нагревается на 170С больше, чем воздух на улице. В этом случае, воздух может спокойно циркулировать без потерь эффективности.

По сравнению с жидкостными, воздушные коллекторы занимают достаточно большую площадь за счет низкого уровня удельной теплоемкости. К тому же, требуется оборудовать длинный воздуховод для эффективной работы коллектора. И самая главная трудность – это необходимость использования электроэнергии для прогонки воздуха через функциональные части коллектора. Еще иногда встречаются сложности с аккумулированием самой теплоты. Все эти проблемы, даже в регионах с достаточным количеством солнечных дней, приводят к значительному увеличению стоимости на эксплуатацию и установку воздушных коллекторов.

Принцип действия солнечных коллекторов

Элементарный воздушный коллектор

Воздушные солнечные коллекторы делятся на две группы, в зависимости от способа циркуляции воздуха. В самом простейшем случае, поток теплоносителя (воздуха) в коллекторе проходит как раз под поглотителем. Таким образом, данный коллектор позволяет повысить температуру воздуха, не больше чем на 3-50С. Причиной такого низкого КПД является потери тепла на конвекцию и излучение.

Любой прозрачный материал с низкой проводимостью инфракрасного излучения позволяет снижать уровень теплопотерь при накрывании им поглотителя. Все дело в том, что поток воздуха образовывается или под поглотителем, или между поглотителем и данным прозрачным покрытием. Прозрачная крышка (из особого стекла или пластмассы) позволяет не на много снижать уровень излучения тепла с поглотителя. Однако, это снижение конвективных тепловых потерь может позволить увеличить температуру до 20-500С. Но и этот параметр будет зависеть от интенсивности солнечной энергии, попадающей в коллектор, и качества воздушного потока. Как плюс к этому всему, наблюдается также снижение тепловых потерь на излучение за счет снижения температуры поглотителя. Но стоит помнить, что при этом происходит еще и снижение возможности абсорбента поглощать энергию, за счет его запыления, в том случае, если поток воздуха проходит с обеих сторон.

Накрытый поглотитель в воздушном коллекторе

Отказ от остекления металлического ящика и теплоизоляции, в некоторых случаях, позволяет существенно снижать затраты. Дело в том, что изготовляется такой коллектор из перфорированного металла черно цвета. Такой материал позволяет улучшать качество теплообмена. Принцип этого процесса заключается в том, что этот металл нагревается достаточно быстро, а вмонтированный вентилятор втягивает теплый воздух через отверстия в металлических листах. Коллекторы такого типа достаточно часто используются в жилых домах. Зачастую размеры такого прибора составляют 2,4 м х 0,8 м, при этом скорость нагрева воздуха составляет 0,002 м3/с. Даже в солнечный зимний день температура воздуха, который нагревается в коллекторе, может достигать разницы в 280С по сравнению с наружным. К тому же, стоит учесть, что в значительной мере улучшается качество воздуха, поскольку нагревается непосредственно воздух, поступающий снаружи.

Одним из главных плюсов подобных коллекторов, является тот факт, что они достаточно эффективны. КПД некоторых промышленных моделей может достигать 70%.

Вакуумированный солнечный коллектор

Плоские солнечные коллекторы изначально создавались для использования в местах с большим количеством солнечной энергии. При плохой погоде их эффективность достаточно не значительна. Холодная, ветреная, пасмурная погода не позволяют работать таким коллекторам в полную мощь. Но и это не все: повышенная влажность в значительной мере неблагоприятно сказывается на состоянии внутренних деталей такого коллектора. А это влечет за собой уменьшение срока службы коллектора, а также ухудшение эффективности его работы. Чтобы устранить такие недостатки были созданы вакуумированные солнечные коллекторы.

Современные вакуумированные солнечные коллекторы способны нагревать воду для обеспечения хозяйственных нужд. Принцип действия такого прибора заключается в следующем: солнечная энергия, проходя через наружную трубку, попадает в поглощающую трубку, где и происходит превращение солнечной энергии в тепло. А далее, переработанное тепло передается теплоносителю (жидкости). Сам коллектор представляет собой сочетание определенного количества параллельных рядов стеклянных трубок. К каждой из этих трубок прикрепляется трубчатый поглотитель с селективным покрытием (аналог пластины-поглотителя в вышеописанных плоских коллекторах). Нагретая в коллекторе жидкость поступает в бак - накопитель, где отдает все полученное тепло воде.

Трубки в вакуумированном коллекторе можно менять. Добавлять или даже убирать, в зависимости от необходимости. Это позволяет называть такие коллекторы модульными. Но стоит помнить, что между трубками коллектора должен быть вакуум, что бы уменьшить потери тепла в процессе конвекции. Однако, радиационная потеря тепла остается. Уточним, что радиационная потеря тепла – это то тепло, которое идет на нагревание поверхностей рабочих частей коллектора. Но не стоит думать, что эти потери существенно повлияют на эффективность работы коллектора. Радиационная потеря достаточно мала, поэтому можно уверенно считать, что рабочие характеристики вакуумированного коллектора достаточно велики.

На данный момент создано большое количество вакуумированных коллекторов, которые имеют различные комплектации, а, следовательно, и разные эксплуатационные характеристики и особенности.

Стоит помнить, что такие вакуумированные коллекторы достаточно эффективны по сравнению с обычными плоскими коллекторами. Все дело в том, что эффективность работы вакуумированного коллектора не зависит от качества радиации, т. е. как в условиях прямой, так и рассеянной радиации, данный коллектор работает одинаково эффективно. К тому же, вакуумное строение коллектора позволяет свести к минимуму потери тепла. Помимо всего вышесказанного, такие приборы достаточно долго и качественно служат, полностью обеспечивая все хозяйственные нужды человека.

Солнечные печи и дистилляторы.

Солнечная печь

Помимо всех вышеописанных приборов, существуют также приборы, которые имеют достаточно простую структуру и узкую сферу применения. К примеру, такие приборы могут выступать в роли солнечной печи, для приготовления пищи, или солнечного дистиллятора – прибора достаточно дешево очищающего воду любого состояния. Солнечные печи представляют собой достаточно хорошо теплоизолированную коробку, которая покрыта материалом, отражающим свет (фольгой, например). Эта коробка накрывается стеклом и оборудована внешним отражателем. Кастрюля черного цвета послужит поглотителем, поскольку может намного быстрее нагреваться. Такие печи, можно использовать для стерилизации воды при кипении. В результате работы дистиллятора можно получить дистиллированную воду достаточно дешево, притом, что брать воду, можно практически из любого источника. Принцип работы солнечного дистиллятора лежит в основе процесса испарения, а сам прибор использует солнечную энергию с целью ускорить этот процесс. За день работы небольшой солнечный дистиллятор может произвести около 10 литров идеально чистой воды.

На данный момент солнечная энергия используется достаточно обширно. Одним из самых эффективных примеров его использования является метод нагрева воды солнечной энергией. Несколько миллионов жителей нашей планеты уже достаточно долго и давно используют солнечные коллекторы для обеспечения своих нужд. Такие приборы достаточно эффективны, не требуют особых затрат на эксплуатацию, к тому же не приносят вреда окружающей среде.

Если потребителю энергии от одной установки не хватает и нужно больше энергии, то нет никакой необходимости создавать новые мощные моноустановки огромных размеров. Достаточно создать энергетический комплекс, включающий в себя несколько ветряных или солнечных установок, аккумуляторную батарею и инверторов различной мощности (для обеспечения питания бытовых электроприборов 220V 50 Гц). Известной особенностью ветровых и солнечных источников энергии является их непостоянство, зависимость от погоды. Чтобы компенсировать этот недостаток в состав энергокомплекса может быть включен бензиновый или газовый электрогенератор с системой автоматического запуска в случае, если энергия в аккумуляторных батареях иссякнет.

2.5. Пленочные лучистые электронагреватели

Помимо широко известных ныне бытовых приборов, эффективно использующих электроэнергию, таких как микроволновые печи или энергосберегающие лампы, на рынке появились довольно эффективные системы электрического отопления. Эти системы используют принцип отопления инфракрасными лучами, копируя в этом смысле Солнце. Существуют и инфракрасные электрообогреватели локального обогрева, и система отопления помещения в целом. Последняя получила название «ПЛЭН». Она ещё не набрала широкую популярность, но уже доказала свою высокую эффективность.

Отопление ПЛЭН (пленочные лучистые электронагреватели) - аналог Солнца. Инфракрасными лучами оно греет предметы, а не воздух. Лучистая система на основе пленочных лучистых электронагревателей - это наиболее рациональная современная техническая система обогрева жилых и нежилых помещений. ПЛЭН может быть использован в качестве элемента основного и дополнительного отопления. Система надежно обеспечивает требуемый температурный режим при минимальном потреблении электроэнергии. Пленочный лучистый электронагреватель с дополнительной теплоизоляцией устанавливается на потолок, занимая около 80% от общей площади потолка, при этом происходит равномерный нагрев помещения, что обеспечивает высокий тепловой комфорт.

Преимущества системы отопления ПЛЭН: 

Экономичность. В зданиях средняя мощность за отопительный сезон составит 10–15 Вт/м. кв. На 100 м. кв. за 1 месяц 720–1080 кВт. ч.

Отсутствие расходов на ремонт и обслуживание системы.

Высокий уровень теплового комфорта

температура стен выше на 2–3°С в сравнении с температурой воздуха;

в помещении сохраняется естественная влажность и содержание кислорода;

многократное снижение пыли в воздухе;

благотворное влияние на организм тепловых (инфракрасных) лучей, что позволяет компенсировать «солнечный голод» в зимний период;

отсутствие продуктов сгорания, система работает абсолютно бесшумно;

система не сжигает кислород в помещении, не пересушивает воздух.

Быстрый монтаж и запуск в эксплуатацию

Для запуска системы не требуются дополнительные коммуникации, кроме электроснабжения. Срок эксплуатации 50 лет и более. Система не боится перепада напряжения и временного отключения энергоснабжения.

Комфорт

Помещение, оборудованное системой ПЛЭН, можно оставлять без присмотра продолжительный период времени. Система ПЛЭН может быть подключена на протяжении всего года, что обеспечивает температурный комфорт в прохладные летние дни.

Нагрев температуры воздуха с 10 до 20°C происходит всегоза 40–50 мин! (При конвективном способе обогрева, чтобы нагреть воздух с 10 до 20°C,  требуется более 10 часов).

В заключение хотелось бы сказать несколько слов об осветительных приборах. Известно, что освещением следующего за энергосберегающим электроламповым поколения является светодиодное. Отечественные предприятия до недавнего времени выпускали светодиодные приборы в основном для освещения рекламных щитов и декоративной подсветки. Но сегодня уже налажен выпуск таких светильников для освещения помещений. Также активно разрабатываются и уже имеются образцы светильников для освещения теплиц.

Учитывая существующие тенденции на развитие систем получения возобнавляемой энергии, с одной стороны, и средств эффективного ее использования, с другой, а также учитывая развитие способов утепления строений можно надеяться, что задача полного автономного энергоснабжения за счет источников «чистой» энергии будет все более посильной для индивидуальных застройщиков.

Содержание

D:\WORD\Пропаганда\Методические рекомендации_энергосбережение в быту. doc

Из за большого объема этот материал размещен на нескольких страницах: 1 2 3