XII Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2020

Применение возобновляемых источников энергии в значительной степени улучшает энергоэффективность, а также снижает выбросы вредных веществ.

Они применяются в отоплении, в нагреве воды, в электроэнергии и др. Например:

- энергия Солнца может использоваться в системах отопления, для нагрева воды;

- ветроэнергетика является отдельной отраслью производства различных видов энергии, таких как: электрическая, механическая, тепловая и т. д.;

- энергия Солнца, воды, грунта, воздуха может использоваться в тепловых насосах.

Для построенных зданий рекомендуется термомодернизация – это использование возобновляемых источников энергии.

1) Энергия Солнца.

Самым эффективным способом использования энергии Солнца являются солнечные коллекторы (рис.1).

Рисунок 1 – Солнечные коллекторы

Они состоят из элемента, поглощающего солнечное излучение (абсорбер), прозрачного покрытия, термоизолирующего слоя.

Коллекторы устанавливаются на крышах домов под углом к горизонту и монтируются на кровле. Оптимальный угол наклона солнечного коллектора β к горизонту принимается для системы сезонного действия равным широте φ минус 15° [2].

Максимальная температура нагрева теплоносителя в них не превышает 100°С и зависит от климатических данных района (средняя температура нагрева 55-80°С).

Задачей солнечного коллектора является обогрев помещения, бассейнов или производить горячую воду. Эти системы могут быть использованы в индивидуальных жилых домах, в школах, больницах, спортивных базах и т.д.

Таблица 1 – Виды солнечных коллекторов

	Плоские	Вакуумные
Достоинства	- способность очищаться от снега и инея; - высокая производительность в теплое время года; - отличное соотношение цена/производи-тельность для южных широт и теплого климата; - возможность установки под любым углом; - меньшая начальная стоимость.	- низкие теплопотери; - работоспособность в холодное время года до -30°С; - способность генерировать высокие температуры; - длительный период работы в течение суток; - удобство монтажа; - отличное соотношение цена/произво-дительность для умеренных широт и холодного климата.
Недостатки	- высокие теплопотери; - низкая производительность в холодное  время года; - сложность монтажа.	- неспособность к самоочистке от снега; - относительно высокая начальная стоимость проекта; - рабочий угол наклона не менее 20°

Наиболее эффективно использовать солнечный коллектор совместно с системой отопления "теплый пол". В таком сочетании достигается максимальный эффект.

2) Энергия ветра.

Ветроэнергетика является отдельной отраслью производства различных видов энергии, таких как: электрическая, механическая, тепловая и т. д.

Во всех случаях первичным источником служит кинетическая энергия ветра, путем использования различных механизмов, преобразуемая в требуемый вид энергии [4].

Рисунок 2 – Ветровые установки

Возможность использования энергии ветра, в различных регионах России, можно оценить, посмотрев на карту ветровых зон:

Рисунок 3 – Ветровые зоны в России

Из приведенной карты видно, что потенциально, использование ветровых установок, возможно на значительной территории страны.

Таблица 2 – Достоинства и недостатки ветровой энергии

Достоинства	Недостатки
- возобновляемый источник энергии; - экологичность; - быстрый монтаж ветровых установок	- КПД ветровых установок (зависит от географического месторасположения, погодных условий, сезона и времени суток); - для установок большой мощности требуется значительная территория; - значительные начальные затраты; - потенциальная опасность для птиц, насекомых и др.

Наличие отрицательных качеств, которыми обладает ветроэнергетика, не может перевесить количество положительных.

3) Тепловой насос.

Тепловой насос – это устройство, работающее по такому же принципу как холодильник, только наоборот, т.е. получает энергию из среды с низкой температурой и передает ее в приемник с более высокой температурой.

Тепловые насосы являются возобновляемыми источниками энергии, позволяющими получать дешевое тепло без вреда для окружающей среды.

Существуют самые разные варианты классификации тепловых насосов. Разберем некоторые из них.

По виду передачи энергии тепловые насосы бывают:

- Компрессионные (основным элементом является компрессор, конденсатор, расширитель и испаритель). Данный вид тепловых насосов прост, высокоэффективен и наиболее популярен.

- Абсорбционные (в качестве рабочего тела используют абсорбент-хладон).

По источнику теплоты тепловые насосы бывают:

- Геотермальные (тепловая энергия извлекается из грунта или воды).

- Воздушные (тепловая энергия извлекается из воздуха).

- Использующие вторичное тепло.

По виду теплоносителя входного/выходного контура:

1) «Воздух-воздух».

Принцип работы данного теплового насоса и его эффективность напрямую зависят от температуры окружающей среды. При температуре окружающей среды ниже -25°С работа теплового насоса прекращается (у большинства моделей). Чтобы компенсировать недостаток теплоты, нужно установить резервный котел [5].

Данный вид теплового насоса состоит из двух блоков: наружного и внутреннего размещения. Их конструкция напоминает сплит-систему.

2) «Вода-вода».

Режим работы данного теплового насоса эффективен круглогодично по той причине, что река или другой водоем, никогда не замерзают полностью [3].

Зимой на глубине более 3-х метров температура воды достаточна для нагрева. Льдом покрывается только поверхность, создавая надежную теплоизоляцию.

3) «Воздух-вода».

Технические характеристики данных тепловых насосов существенно улучшены, по сравнению с обычной климатической техникой [3].

Обогрев помещения возможен до тех пор, пока температура не опустится до -15°С…-25°С, а в некоторых моделях и до -32°С, включительно. 

4) «Грунт-вода».

Данные тепловые насосы выполняют функции обогрева, охлаждения и обеспечения потребности в ГВС. Земля, ниже точки промерзания, сохраняет положительную температуру. На стабильность температуры не влияют природные факторы и время года [3].

Трубы укладывают на 30-50 см ниже точки промерзания. Внутри труб, по замкнутому кругу, циркулирует солевой раствор или пропиленгликоль. Жидкость нагревается до 8°С, после чего направляется в тепловой насос. Такой температуры гликоля более чем достаточно для нагрева теплоносителя.

Подводя итоги, необходимо отметить, что в наше время возобновляемые источники энергии набирают всё большую популярность. Они являются экологически чистыми, дешевыми, неиссякаемыми источниками энергии. Наиболее эффективно можно использовать описанные выше источники энергии в совокупности. Таким образом, постепенно можно отказаться от привычных нам источников теплоты.

Список литературы:

1. Дергунов Д.В. Технология строительства здания с нулевым потреблением энер-гии. – Санкт-Петербург, 2013 г. – 76 с.

2. Климов Г.М. Использование солнечной энергии для теплоснабжения зданий. Методические указания. – Н. Новгород: ННГАСУ, 2006. – 44 с.

3. Автономное тепло [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://avtonomnoeteplo.ru/altenergiya

4. Экоэнергия [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://ekoenergia.ru/energiya-vetra/energiya-vetra.html

5. Remont-Sistem [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://remont-system.ru/alternativnaya-energiya/ustroystvo-i-primenenie-teplovogo-nasosa-vozduh-vozduh

Код для цитирования: Скопировать