XII Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2020

Введение

На современном этапе развития экономический рост в любой стране самым тесным образом связан с функционированием топливно-энергетического комплекса. При этом наиболее конкурентоспособными являются те страны, где энергетические ресурсы используются с высокой степенью эффективности. Сегодня ведущее место в производстве электроэнергии как в мире, так и в России занимают тепловые электростанции, принцип действия которых основан на сжигании органического топлива. Истощение месторождений нефти, угля и газа может привести к глобальной энергетической катастрофе, поскольку традиционные источники энергии ограничены.

В последнее время во всем мире ведется интенсивный поиск экологически безопасных технологий, основанных на использовании нетрадиционных источников энергии – энергии ветра, солнца, рек, морей и океанов. Особый интерес проявляется к солнечной энергии. В районах, где уровень инсоляции достаточно высок, развитие фотоэнергетики не только оправдано с позиции ресурсосбережения и экологии, но и экономически выгодно. Применение фотоэлектрических установок обеспечит автономное энергоснабжение населения, а также будет способствовать выполнению Рамочной Конвенции ООН об изменении климата, согласно которой развитые страны могут финансировать проекты по внедрению экологически безопасных технологий, основанных на использовании возобновляемых источников энергии. Установка солнечных батарей для снабжения электричеством здания поможет сократить энергопотребление на 70%, а, значит, и материальные расходы.

Также существует природный аккумулятор тепла – грунт поверхностных слоёв Земли, благодаря которому возможно снабжение зданий горячей водой, обеспечение отопления, а также кондиционирования. На глубине около 3 м температура почвы в течение года практически не изменяется: зимой – от +5 до +7 ºС, а летом – от +10 до +12 ºС. В зимний период грунтовой теплообменник может нагреть приточный воздух, поступающий в помещение, на температуру больше 0 ºС, а в летний период – охладить до +18…+20 ºС. С этой целью используется тепловой насос, передающий тепловую энергию из грунта воде в системе отопления. Грунт является хорошим источником тепла, которое не иссякает, так как грунт вбирает солнечную энергию и тепло недр, сохраняя при этом стабильные параметры независимо от времени года и погодных условий.

Для комфортного самочувствия и высокого уровня трудоспособности каждому человеку необходим свежий и чистый воздух. Для обеспечения подачи свежего воздуха в помещении предназначена система вентиляции воздуха, для работы которой необходимо использование электроэнергии.

Цель исследования. Целью данной статьи является определение возможности использования нетрадиционных возобновляемых источников энергии для энергоснабжения зданий общественного назначения, выработки электроэнергии, обеспечения отопления помещений, а также подачи в них воздуха системами вентиляции.

Материалы и методы исследования. В статье были рассмотрены перспективы использования существующих источников возобновляемой энергии, таких как солнечная энергия и тепло земли, для энерго- и электроснабжения зданий. А также проанализированы существующие системы вентиляции, позволяющие эффективно очищать воздух и всегда подавать его свежим в помещения.

Результаты исследования и их обсуждение.

В результате анализа существующей информации были выбраны наиболее эффективные виды и способы исполнения солнечных панелей, грунтовых насосов и систем вентиляции, которые возможно применить для электро- и энергоснабжения общественных зданий, а также обеспечения воздухообмена в помещениях.

–       Наиболее эффективными и современными солнечными панелями являются монокристаллические. Для производства таких элементов используется кремний высокой чистоты. Такие солнечные панели изготавливаются в виде силиконовых сот (ячеек), соединенных в одну структуру. Они характеризуются высоким коэффициентом полезного действия (на уровне 20%) и сроком службы не менее 50 лет. Период окупаемости панелей составляет 2 года. Солнечные панели такого типа рекомендуется устанавливать на крыше здания.

–       Среди тепловых грунтовых насосов наиболее удобными в эксплуатации и эффективными являются вертикальные. Вертикальный коллектор для грунтовых насосов – это длинный трубопровод, опущенный в скважину, глубина которой составляет от 40 до 150 м. Эффективность этого вид теплообменника в сравнении с горизонтальными объясняется тем, что на достигаемой глубине температура выше, поэтому количество необходимых скважин меньше. Также для установки коллектора вертикального земляного теплового насоса не требуется занимать значительные земельные территории, в отличие от горизонтального.

–      Для постоянного воздухообмена в помещениях, а также для очистки поступающего загрязняющего воздуха, рекомендуется использовать принудительную приточно-вытяжную систему вентиляции. Утилизацию тепла вентиляционного воздуха предлагается производить с помощью рекуператора с использованием грунтового теплообменника, который служит для предварительного нагрева приточного воздуха, поступающего в рекуператор. Достоинство такой системы вентиляции заключается в пониженном или даже нулевом потреблении энергии (электрической или тепловой, в зависимости от калорифера), необходимой для нагрева приточного воздуха.

Заключение. В статье были рассмотрены и рекомендованы к применению методы по энерго- и электроснабжению общественного здания. С помощью возобновляемых источников энергии (энергии солнца и тепла земли) можно без нанесения вреда окружающей среде и без излишних затрат на отопление, вентиляцию и кондиционирование помещений, обеспечить бесперебойную работу этих систем в современном общественном здании.

Список литературы

Статьи из журналов

Аль-Шариф А.Г. Перспективы использования солнечной энергии для отопления дома в России // Молодой ученый. — 2014. — №6. — С. 127-131. — URL: https://moluch.ru/archive/65/10633/

Кряклина И.В., Шешунова Е.В., Грек И.Л. Энергоэффективный дом с нетрадиционными и возобновляемыми источниками энергии // ФГБОУ ВПО «Ярославская государственная сельскохозяйственная академия», Ярославль, Россия. 2014. yaragrovuz.ru

Интернет-документы

Федеральное информационное агентство ИА REGNUM https://regnum.ru/news/society/2471609.html;

Первый Международный форум «Возобновляемая энергетика: пути повышения энергетической и экономической эффективности» (REENFOR-2013) / www.reenfor.org/;

Рамочная конвенция Организации объединенных наций об изменении климата http://unfccc.int/resource/docs/convkp/convru.pdf.

Книги, монографии, учебники

Шматко С. Об энергоэффективных технологиях// Энергосвет. – 2011;

Филиппов С.П. Перспективы применения тепловых насосов в России// Энергосвет. – 2011;

Вентиляция и кондиционирование воздуха на промышленных предприятиях. Методическое пособие. Б.Г.Борисов, А.Я.Шелгинский, под ред.В.Н.Папушкина. М.: Издательство МЭИ, 2012.

Нормативно-технические документы

СНиП 41-01-2003 Отопление, вентиляция и кондиционирование. М., ФГУП ЦПП, 2004;

Материалы конференций

Академик Фортов В.Е. – Председатель Программного комитета Форума REENFOR-2013, д.т.н. Попель О.С. – Председатель Организационного комитета Форума REENFOR-2013 Возобновляемые источники энергии в мире и в России // Объединенный институт высоких температур РАН, Москва, 2013.