Енергозберігаючі технологіі. Альтернативне опалення

Робота з впровадження та використання нетрадиційних і відновлювальних джерел енергії ведеться практично у всіх областях України, проте у зв'язку з кліматичними умовами та специфікою розвитку матеріально-сировинної бази кожна область змушена спеціалізуватися на своїх певних напрямках впровадження нетрадиційних та відновлювальних джерел енергіі.Використання нетрадиційних і відновлювальних джерел енергії та альтернативних видів палива дозволило протягом одного 1997 заощадити близько 1.1 млн. т у.п., Тільки в Донецькій, Запорізькій, Луганській областях за рахунок використання штучного пального газу і метану вугільних родовищ забезпечило 80% в цій економії [9].

Обсяги енергії, які виробляються в Україні за допомогою нетрадиційних джерел, становлять близько 0,5% загального споживання паливно-енергетичних ресурсів [10].

Вітчизняна промисловість залишається однією з найбільш енергоємних у світі. Власники підприємств впритул зайнялися впровадженням енергозберігаючих технологій лише після суттєвого подорожчання палива. Але довести до кінця більшість розпочатих проектів промисловцям завадила криза, що позбавив їх вільних коштів і доступу до банківського кредитування.

За останні 10 років споживання паливно-енергетичних ресурсів в Україну скоротилося майже вдвічі-с 600млн. т до 320 млн. т умовного палива. Аналогічні темпи зниження енергоємності ВВП. Так, за розрахунками Інституту загальної енергетики НАНУ, якщо у 1997р., Щоб зробити $ 1 ВВП, доводилося спалювати 612 г нафтового еквівалента палива, то в 2000р. -540,9 Г, в 2005 р.-392, 5 г, а в 2007 р-357 р. [11]. В цілому альтернативні джерела забезпечують не більше 1% усього споживання енергії, тоді як в Австрії та Швеції цей показник вже досяг 24%, у Фінляндії-19, 3%, Португалії-17, 5%, Німеччини-12%. Нарощувати частку альтернативної генерації планувалося за рахунок створення привабливих умов інвестування в галузь. На початку 2000-х рр.. були наміри ввести так звані «зелені тарифи», за якими буде оплачуватися електроенергія, вироблена альтернативної генерацією. Але відповідний закон був прийнятий лише в минулому році. Так, для установок, які виробляють електроенергію з біомаси, цей коефіцієнт становить 2,3; для вітроелектростанцій потужністю понад 2 МВт-2, 1; для установок, що виробляють струм за рахунок споживання сонячного випромінювання, -4,8. Відразу після цього нововведення енергія, яку виробляє ВЕС потужністю 2 МВт і більше, подорожчала на 50%-до 1,2 грн / кВт-год, вартість струму, виробленого сонячними енергоустановками, виросла в 3,5 рази - більш ніж 2,8 грн / кВт -ч. Завдяки цьому термін окупності вітроелектростанцій і сонячних батарей скоротився з кількох десятиліть до семи-восьми років. Однак і цей закон фахівці вважають недосконалим [12]. Наука безпосередньо впливає на розвиток енергетики та сферу застосування електроенергії. З одного боку наука сприяє розширенню сфери застосування електричної енергії і тим самим збільшує її споживання, але з іншого боку в епоху, коли необмежене використання не відновлюваних енергетичних ресурсів несе небезпеку для майбутніх поколінь, актуальними завданнями науки стають завдання розробки енергозберігаючих технологій і впровадження їх в життя .

Роздiл 2. ЕНЕРГОЗБЕРIГАЮЧI ТЕХНОЛОГII У ЖИТЛОВОМУ БУДIВНИЦТВI.

2.1 Традиційні способи опалення житлових приміщень.

Сонячні колектори, як опалювальні прилади

Одним з найефективніших способів альтирнативного опалення є використання енергії сонця. За останні роки на ринку з’явилася велика кількість геліосистем, в основі яких сонячні батареї i сонячні колектори. Найбільш широке застосування знаходять геліосистеми на основі вакуумних сонячних колекторів. Сонячні колектори останніх років розробки досить ефективні в роботі, що є дуже важливо. Такий варіант альтирнативного опалення легко інтегрується в класичні системи опалення. Монтаж сонячного колектора не викликає особливих труднощів. Ціна сонячного колектора за останні роки сильно знизилася. Принцип дії сонячного колектора полягає в тому , що випромінювання Сонця поглинається розміщеними над панеллю колектора трубами й потім перетвориться в тепло. Трубки, по яким циркулює теплоносій, розташовані по центру сонячної труби, передають тепло в трубку теплозбірника.

Вода циркулює по трубі теплозбірника, що нагнітається насосом, який працює в повторно-короткочасному режимі. Коли вода проходить через теплозбірник, вона нагрівається на 10-15 градусів . При цьому втрати тепла в сонячному колекторі зведені до мінімуму. Це означає , що практично все тепло після поглинання віддається воді теплозбірника, замість того щоб піти в навколишнє середовище. А оскільки ефективність передачі тепла тепловими трубками дуже висока, те й сонячний колектор має високу теплопродуктивність більшу частину року. Як показують спостереження, у теплу пору року сонячні колектори здатні заощаджувати до 70-80% коштів на підігрів води. Крім того, геліосистеми дозволяють абсолютно безкоштовно опалювати басейни й суттєво підтримувати тепловий баланс системи опалення в міжсезоння. Також геліосистеми використовують для підтримки системи опалення (типу водяних теплих підлог).

До проблемних сторін сонячних колекторів, як альтернативних джерел тепла, можна віднести їхню високу вартість. За оцінками фахівців сонячні колектори починають окупати себе після 7-8 років експлуатації. Крім того, ефективність такого альтернативного опалення суттєво залежить від пори року й кількості сонячних днів у році. Геліосистеми потребують регулярного технічного обслуговування.[13]

Теплові насоси

Теплові насоси – зовсім інше джерело альтернативного тепла. Принцип роботи теплових насосів досить простий. Тепловий насос стискає (концентрує) розсіяне тепло за допомогою компресора. Завдяки чому, теплова енергія отримує більш високу концентрацію і температуру. За тим самим принципом тепло можна витягати також з повітря . На практиці це відбувається в такий спосіб – під землею майже скрізь є ґрунтові води, температура водоносних шарів відносно стабільна (зазвичай близько 10 °С). Після того як тепловий насос зробить стискання, температура води на виході з опалювального контуру буде вже близько 60-70°С.[14]

Сама по собі вода, безумовно, не піддається стисканню. Стискається теплообмінник – інертний газ фреон, який дуже чутливий до температури. Газ легко забирає тепло від ґрунтової води й через випарник, що являє собою фреоновий контур, з 10°С у води буде відібрано близько 4°С. У такий само спосіб тепло може бути відібране й через конденсатор. Важливо те, що при інсталяції такої системи весь процес підтримки температури в будинку можна доручити автоматиці. Автоматика теплового насоса зможе утримувати потрібну температуру в будинку незалежно від погодних умов.У період з листопада по квітень температура ґрунтових вод коливається в межах від 8 до 10°С. Теплові насоси, що працюють на електриці, відбирають тепло води й у дренажну свердловину скидаються вже остиглу воду. Відібране тепло, насоси по системі вентиляції направляють у житлове приміщення. Як показує практика, таким чином можна вирішити проблеми теплопостачання середнього за площею будинку приблизно на 80% від його загальних потреб в теплі. Потужність теплового насоса й периметр його теплообмінної системи можуть бути різними.

Усе як завжди впирається в гроші. Так для опалення приміщення площею 100 кв.м. доведеться вкласти в устаткування суму від 4 до 6 тис. євро. Для опалення 200кв.м. відповідно 8-10 тис. і так далі. Бурові роботи можуть зайняти 2-3 дня, а глибина свердловини для теплового насоса повинна бути залежно від місцевості в межах від 60 до 200 м. при ширині 10-15 см. До позитивних сторін цього рішення можна віднести те, що установку можна застосувати навіть на малій площі ділянки. Обсяг робіт на реанімацію ділянки після буріння незначний. Установка теплового насоса не впливає на рівень і температуру ґрунтових вод, оскільки самі по собі ґрунтові води безпосередньо не задіяні в процесі теплообміну. У той же час ефективність теплового насоса виходить досить високою. У середньому, витрачаючи 1 кВт енергії на переміщення рідини під землю й назад, Ви отримуєте на виході 5-6 кВт енергії на опалення.

За приблизними оцінками опалення на теплових насосах в 5-6 разів вигідніше електричного. Тепловий насос може працювати як у режимі опалення, так і якщо буде потреба в режимі кондиціювання, що дає можливість підтримувати в будинку температуру від 16 до 30 градусів. Тепловий насос простий у використанні, вибухо- і пожежобезпечний. Але, як було сказано, з самого початку потрібні серйозні інвестиції для встановлення такого джерела альтернативного опалення.[15]

Плівкові обігрівачі

Все частіше в якості альтернативи газового опаленню застосовують плівкові електронагрівачі – ПЛЕН. Плівковий нагрівач, по суті, є сендвіч–гнучкою стрічкою (або точніше сказати рулоном), що складається із двох або більше шарів лавсанової плівки. Конструктивно є два варіанти виконання плівкового нагрівача:

1.    між двома шарами  лавсанової плівки знаходиться  резистивний гріючий шар з  тонкої металевої нитки високого  опору.

 2.    нагрівальним елементом є алюмінієва фольга, до якої приламіновано зовнішній шар лавсанової плівки.

Товщина отриманої стрічки, як правило, не перевищує 1мм. Плівковий обігрівач (ПЛЕН) випромінює тепло в інфрачервоному діапазоні досить близькому до тепла сонячного світла, яка не поглинається повітрям. Виробники стверджують, що це найбільш корисне для організму випромінювання середнього діапазону, довжина хвилі якого 9-15 мкм.

В основу роботи нагрівача закладений той же принцип, що й у звичайному рефлекторі. При протіканні струму через резистивний елемент, у цьому випадку фольгу, вона розігрівається до температури 45-50°С. Виділене провідником тепло, випромінюється в інфрачервоному спектрі з довжиною хвилі 9 мкм. Таким чином, плівковий нагрівач (ПЛЕН) – це, по суті, багатошаровий резистор, розташовані між двома спеціальними пластиковими плівками. Випромінювання ПЛЕН поглинається поверхнею підлоги, меблями, створюючи комфортний температурний обігрів приміщення. Проте, це все-таки електричний прилад, який не використовує природну енергію, наприклад, світло сонця або силу вітру. Сам по собі ПЛЕН досить економічний і вартість його не велика в порівнянні, скажемо, з

тепловим насосом. Однак якщо застосовувати плівковий нагрівач для обігріву великих площ, то витрати на електроенергію будуть досить помітними.

Інфрачервоні нагрівачі

Ще один вид альтирнативного опалення – це інфрачервоний нагрівач. Особливість цієї системи опалення в тому, що інфрачервоний нагрівач не використовує повітря для розповсюдження тепла. Інфрачервоні конвектори рівномірно випромінюють тепло, тому температура як біля підлоги, так і під стелею зберігається приблизно на одному рівні. При цьому температура поверхні підлоги й предметів, що знаходяться у квартирі, приблизно однакова. Крім того, інфрачервоні нагрівачі не міняють у приміщенні рівень вологості й не «спалюють» кисень. Потужність їх інфрачервоного теплового потоку приблизно така сама як потужність рефлекторів з відкритою поверхнею теплонагрівального елемента. Але на відміну від традиційних рефлекторів він не є пожежонебезпечним, тому що має нитки накалювання.

Важливо й те, що в інфрачервоному конвекторі теплове співвідношення становить 0,62-0,63. Це дозволяє ефективно використовувати променеву енергію й значно підвищити ефективність обігріву. Іншими словами, при променевому опаленні відпадає необхідність витрачати енергію на обігрів кімнатного повітря. Виробники стверджують, що інфрачервоні промені сприяють поліпшенню циркуляції крові, що додатково стимулює імунну систему організму. Такі конвектори застосовуються як для загального, так і для локального обігріву приміщень, а також інфрачервоні обігрівачі застосовуються на відкритому повітрі. Такі джерела альтернативної енергії зручні у використанні, оскільки регулюються всього однієї кнопкою й оснащені дистанційним керуванням. Деякі моделі інфрачервоних обігрівачів мають таймер. Серйозним недоліком інфрачервоних обігрівачів є їх електрична ненажерливість. У середньому ці опалювальні прилади

споживають від 1800 до 3000 Вт. Тому інфрачервоні обігрівачі не рекомендуються для постійного використання.

Електричні конвектори

Ще одним варіантом, на жаль, теж досить енергоємним є застосування електричних конвекторів. Разом з тим, електричні конвектори мають ряд переваг. Важливо те, що передня панель конвектора не розігрівається понад 65 градусів, а нагрівальний елемент не окислюється й не «спалює» кисень. Прилад компактний – видима товщина становить не більш 70-80 мм. Застосування електричних конвекторів буде економічніше традиційної системи опалення навіть у тому випадку, коли вам доведеться замінювати проводку з розрахунком на збільшення споживаної потужності. Важливо й те, що монтаж конвективної системи опалення не вимагає зварювальних робіт. У цілому цей варіант дає зниження капіталовкладень у систему опалення в 4-6 раз. У випадку, якщо з якихось причин не вдалося отримати дозвіл на монтаж автономного газового опалення, цей варіант буде найкращим для автономного опалення квартир. Звичайно управління газового господарства досить неохоче видають технічні умови для підключення газових котлів у будинках і квартирах. Особливо якщо раніше вони були обладнані тільки газовими плитами. Мотивується це тим, що зовнішні газопроводи проектувалися без врахування додаткового споживання. Електричні конвектори випускаються різної потужності – від 500 до 3000 Вт. Таким чином, виробник дозволяє вибрати оптимальну потужність для приміщення. У кожному приладі встановлений вбудований термостат для контролю температури в приміщенні й автоматичного відключення конвектора при її досягненні. Це дозволяє економно споживати електроенергію. У цілому це досить економна система, але за умови, що там, де розташований ваш будинок, не часто бувають перебої з електроенергією.

2.2. Нові (енергозберігаючі) способи опалення житлових приміщень.

Система опалення житлових будинків багато в чому залежить від конструктивних особливостей будівлі, її об'єму, поверховості, протяжності, наявності внутрішньоквартальних теплотрас і т.п. Якщо брати до уваги будинки, розташовані в передмісті або на дачній ділянці, то в даному випадку системи індивідуального опалення житлового будинку виконуються автономними, тобто, призначеними для опалення одного окремо взятого будинку, що дозволяє використовувати будь-який вид палива і нагрівати приміщення в будь-який час до необхідної температури.

Недоліком колективної системи опалення житлових будинків є її залежність від роботи котельного обладнання, його зношеність і наявності запасів палива, що в наш нестабільний час частенько призводить до зривів термінів початку опалювального періоду, недогріву приміщень квартир під час морозної погоди і до поривів теплотрас в самий невідповідний час.