Энергия солнца и земли

тепловой насос  Сразу хочется оговориться, солнце греет в наших краях не настолько сильно, чтобы обеспечить полноценное отопление наших домов. Поэтому солнечную энергию можно использовать не для отопления, а для получения горячей воды. Что касается отопления, то один из самых прогрессивных способов на данный момент — получение тепла из земных недр с помощью тепловых насосов.

В России даже термин «тепловой насос» непривычен, а уж о том, как работает это устройство, многие даже не догадываются. При этом в Японии, в странах Западной и Северной Европы такой способ отопления активно используется уже не одно десятилетие.

Геотермальное отопление

Как это ни удивительно, концепция тепловых насосов была разработана еще в очень далеком 1852 году. это сделал выдающийся британский физик и механик Уильям Томсон. Немногопозднее концепция Томсона усовершенствована и детализирована австрийским инженером Питером Риттер фон Риттингером. Он спроектировал и установил первый известный тепловой насос в 1855 году. Почти 100 лет прошло, пока тепловые насосы нашли практическое применение. Это случилось в начале 1940-х годов.

Главным достоинством теплового насоса является то, что он в разы сокращает расход электроэнергии на отопление дома
и горячее водоснабжение. Т.е.,  по сравнению с обычным электрокотлом эксплуатационные расходы будут гораздо ниже. С другой стороны, в России очень низкая стоимость магистрального природного газа, поэтому если сравнивать тепловой насос с  газовым котлом, работающем на магистральном газе с точки зрения расходов, то второй, без сомнений, выигрывает.ж Если же использование магистрального газа в вашем случае невозможно, то использование теплового насоса вполне разумно рассмотреть.

Чем хорош тепловой насос?

тепловой насос дом  Если рассматривать отопление дома с помощью электроэнергии, то тепловым насосам нет равных. Во-первых, так как стоимость электроэнергии очень высока их использование дает ощутимую экономию. Во-вторых, можно использовать электроэнергию для отопления даже тогда, когда на дом выделено не очень много киловатт. (Стоит знать: для отопления дома 250 кв.м нужна мощность порядка 25 кВт, которая совсем не часто выделяется на один участок)

Тепловой насос — это абсолютно не похожее на отопительный котел устройство. В нем энергия затрачивается не на выработку тепла, а только на перенос энергии из одного места в другое, что не так энергозатратно. Энергию можно забирать из глубин земли — ведь даже зимой грунт теплый. Источники низкопотенциальной тепловой — это и атмосферный воздух, тепло грунтовых, артезианских вод, озер и морей.

По принципу кондиционера

Чтобы разобраться в принципе работы теплового насоса, посмотрим на то, как работает более привычное нам устройство — кондиционер. В кондиционере тепло переносится из помещения за его пределы, и в помещении становится прохладнее (а на улице, наоборот, теплее). Примерно также в тепловых насосах тепло переносится из земли внутрь дома, а обратно, из здания в землю, переносится, холод! Затраты энергии в этом случае расходуются не на выработку тепла, а на его перемещение. В итоге, затратив один киловатт электроэнергии, можно получить несколько киловатт тепловой энергии. Тепло, получаемое с применением теплового насоса, может использоваться как для отопления, так и для горячего водоснабжения.

Гелиоэнергетика

Как уже говорилось выше, на большей части территории России отапливать дома только с помощью энергии солнца пока невозможно. Зато ее вполне реально использовать для нагрева воды и получения электричества. В районах же, где наблюдается высокая солнечная активность при построении комбинированных котельных тепло от солнечных коллекторов можно использовать в системах отопления, в переходные периоды года. Благодаря такому подходу можно повысить эффективность котельной установки.

Собираем энергию солнца

солнечный коллектор  Для сбора тепловой энергии солнца используют специальные устройства, которые называют «солнечными коллекторами».

Все многообразие солнечных коллекторов можно подразделить на два основных типа: плоские солнечные коллекторы и вакуумные солнечные коллекторы.

Плоский солнечный коллектор — это теплоизолированная застекленная панель, в которой помещена пластина поглотителя с высокоселективным покрытием. Данная пластина собирает солнечную энергию и передает тепло в заполненные жидкостью циркуляционные трубы. Несмотря на качественную термоизоляцию нижней и боковых стенок плоского коллектора зимой его производительность уменьшается за счет теплопотерь с солнечной стороны. В солнечных водонагревательных установках, которые можно использовать круглый год обычно используются вакуумные солнечные коллекторы, хотя возможно использование и плоских коллекторов с эффективной теплоизоляцией. Плоские коллекторы популярны благодаря невысокой стоимости.

Солнечный «термос»

Вакуумный солнечный коллектор — состоит из набора вакуумных трубок, в которых солнечное излучение преобразуется в тепловую энергию. Конструкция каждой отдельно взятой трубки вакуумного коллектора чем-то напоминает конструкцию обычного термоса — одна стеклянная трубка вставлена в другую. Только внешняя часть трубки прозрачная, а внутренняя трубка покрыто специальным покрытием, улавливающим солнечную энергию. Много отдельных трубок, расположенных параллельно друг другу, в сумме образуют вакуумный коллектор.

Собранное в трубках коллектора тепло остается только перенести к объекту, который требуется нагреть. В зависимости от потребностей в тепловой энергии выбирают нужное количество вакуумных коллекторов, которые можно разместить на крыше и (или) стенах здания.

Солнечные водонагреватели

Две основные составляющие любого солнечного водонагревателя — это солнечный коллектор и аккумулятор тепла. Солнечные лучи нагревают промежуточный теплоноситель (специальный антифриз или воду) в коллекторе, который передает тепло через теплообменник в накопительный водонагреватель. Он должен быть качественно утеплен, чтобы не было ненужных теплопотерь. Роль такой емкости часто играет обычный накопительный электрический водонагреватель.

Применение в качестве емкости электроводонагревателя имеет свои достоинства — такой вариант позволяет иметь горячую воду в моменты отсутствия солнца. В этом случае автоматически включается ТЭН водонагревателя, который поддерживает заданную температуру воды.

Активные и пассивные системы

Теплоноситель между коллектором и водонагревателем передвигается двумя способами. Первый, самый несложный, — методом естественной циркуляции. Второй — циркуляция теплоноситяля происходит благодаря использованию  специального насоса. Благодаря насосу система становится более эффективной, так как за счет принудительной циркуляции можно передавать большее количество тепла. Системы с естественной циркуляцией принято называть пассивными, а с принудительной — активными.

В основе движения теплоносителя в системах с естественной циркуляцией лежит принцип гравитации. Всем известно, что горячая вода более легкая чем холодная, она поднимается вверх, а холодная устремляется вниз. Холодная вода, нагретая в коллекторе, становится легче и стремится вверх. И она замещается более холодной водой, которая так же медленно нагревается. Данный процесс происходит беспрерывно и бесконечно долго. Движение теплоносителя в этом случае получается не таким быстрым. Специальный насос позволяет этот процесс ускорить.

Немного статистики

По исследованиям специалистов Российской академии наук, с ранней весны до осени (с марта-апреля по сентябрь) на большей части территории России средняя дневная сумма солнечного излучения достигает 4,0-5,0 кВтч/м2.

Для сравнения, на юге Испании — 5,5 — 6,0 кВтч/м2, на юге Германии — до 5 кВтч/м2. Интересно, что по среднегодовому поступлению солнечной радиации в России в лидерах Забайкалье, Приморье и юг Сибири. Жаль, но в России солнечные коллекторы используются не так часто, как в европейских странах. Если у нас доля солнечных коллекторов составляет 0,2 м2/1000 чел., то на Кипре, например, — 800 м2/1000 чел., а в Австрии — 450 м2/1000 чел.

Использование для отопления и горячего водоснабжения возобновляемых источников энергии — это уже не перспективное направление, а реальная необходимость. Чем раньше будет осознано, тем в более чистом и комфортном мире мы будем жить завтра.

Post navigation