Енергийноефективни сгради

01.03.2008, Брой 2/2008 / Технически статии / Енергийна ефективност

 

Съвременни технологии за оползотворяване на енергията от слънцето, вятъра, земята и биомасата

Не е нужно човек да е Ал Гор, за да е наясно, че последиците от глобалното затопляне и нарушаването на природното равновесие не са теоретична абстракция от бъдещето. Именно поради тази причина, преобразуването на енергията на слънцето, вятъра, земните недра, моретата и биомасата в топлинна и електрическа енергия е сред основните направления в развитието на съвременните индустриални технологии. През последните години в света бяха инвестирани огромни средства в изграждането на енергийноефективни сгради, които сами произвеждат необходимата за функционирането на инсталациите им енергия.

Инвестицията в енергийнонезависимите административни и офисни сгради, оползотворяващи геотермална, слънчева, вятърна енергия и други, се стимулира в някои държави от различни правителствени и обществени организации. И въпреки че все още сме много далеч от момента, в който строителството на подобни сгради ще има масов характер, свидетелство за актуалността на темата е например фактът, че китайците са на път да построят първия в света напълно

Енергийноезависим и екологично

чист град

Екоградът се казва Донгтън и ще бъде изграден на остров в Северно Китайско море. Проектът, финансиран от Шанхайския индустрален инвестиционен фонд, е разработка на водещата консултантска фирма Аруп Груп.





Цялата необходима енергия за функционирането на град Донгтън ще се добива от възобновяеми енергийни източници. Градът ще рециклира всичко, което е във възможностите на съвременните технологии, и ще преработва отпадните води, които са лимитирани до 150 литра на човек. Водата от офисите и домовете ще се отвежда директно към преработвателни заводи, където, в зависимост от произхода си, ще се преработва с различна цел. Извлечената биомаса ще се използва за генериране на енергия, било то чрез изгарянето й или с цел производство на метан.

“Това, което ще се опитаме да направим в Донгтън, не е технологична иновация, а комбинация от отдавна познати на човечеството технологии. Проектът по-скоро ще покаже как хората могат да направят нов град по правилния начин”, коментира главният архитект на Аруп Груп в информация, публикувана на интернет страницата на проекта.

Очаква се до 2050 г. островът да бъде населен от половин милион жители. В града няма да се допускат каквито и да било замърсяващи въздуха автомобили, дори и най-новите модели. Като средства за придвижване е планирано да се използват електрически автомобили, велосипеди и плавателни съдове по изградените изкуствени канали.

В различни точки на Земята предстои да се изпълнят, вече се изграждат или дори са завършени успешно наистина мащабни проекти, сред които прави впечатление

Енергийнонезависимият офис

на Google

Американският интернет гигант Google също планира да реализира впечатляващ проект. В края на миналата година Google Inc. обяви, че планира да вложи стотици милиони долари в разработването на технологии за енергийно оползотворяване на слънчева, вятърна и геотермална енергия, както и други възобновяеми енергийни източници. Компанията планира първоначално да използва произведеното електричество, за да покрива собствените си нужди, след което ще продава на други потребители ненужното й количество, или да лицензира разработената технология.

От няколко месеца настоящият офис на компанията в Маунтин Вю, Калифорния, произвежда 9000 kWh електрическа енергия, благодарение на монтираните върху покривите на корпоративния комплекс 9212 полисилициеви слънчеви фотоелектрически панели. При окончателното завършване на проекта се очаква инсталираната мощност на колекторите да достигне 1.6 мегавата (равняващ се на необходимата енергия за 1000 домакинства в Калифорния), с които компанията ще може да покрива около 30% от необходимата за административния комплекс енергия в пиковите часове на деня и същевременно да икономиса 16 300 тона въглеродни емисии годишно.

Къде сме ние?

Известно е, че България се намира в област с висока интензивност на слънчевото греене - особено южните й части. Оползотворяването на слънчевата енергия, обаче, все още е далеч от постиженията на някои от европейските ни партньори. По-мащабните проекти, свързани с добиването на енергия от алтернативни източници, са сравнително малко на брой, а строителството на енергонезависими сгради в момента е по-скоро изключение.




Въпреки това, специалисти от фирми, предлагащи технически решения за оползотворяване на възобновяеми енергийни източници, споделят, че се наблюдава значителен ръст в търсенето им. Все повече инвеститори се интересуват от съществуващите решения за производство на гореща вода и отопление, както и от възможностите, които предлагат термопомпените инсталации.

Развитието на пазара на ВЕИ технологии у нас е подкрепен и от приетата законова рамка, включително Закона за възобновяемите и алтернативните енергийни източници и биогоривата. Според документа, основна цел на закона е насърчаване развитието и използването на технологии за производство и потребление на енергия, произведена от възобновяеми и алтернативни енергийни източници. Законът урежда обществените отношения, свързани с насърчаване на производството и потреблението на електрическа, топлинна енергия и/или енергия за охлаждане от възобновяеми енергийни източници и от алтернативни енергийни източници, на производството и потреблението на биогорива и на други възобновяеми горива в транспорта.

През 2007 г. влезе в сила и европейската програма Нова интелигентна енергия - Европа II, която в период от пет години ще подпомага финансово определени действия за увеличаване на пазарния дял на енергийноефективните продукти и проекти, които биха насърчили потребителите да употребяват такива стоки. Бенефициенти на програмата са всички юридически лица, публични или частни, които са регистрирани в страна-членка на Европейския съюз. Бюджетът на програмата за целия период е 727,3 милиона евро, с които ще се финансират до 75% от стойността на проектите.

Демонстрационният център за енергиен

мениджмънт

Сред проектите, целящи популяризиране на съвременните технологии за оползотворяване на възобновяеми енергийни източници у нас, е инициативата на студенти от Архитектурния факултет на Университета по архитектура, строителство и геодезия в столицата. Те подготвят идеен проект за превръщането на бившата отоплителна централа в Зона Б5 в София в Демонстрационен център за енергиен мениджмънт, се посочва в съобщение на Софийска енергийна агенция СОФЕНА. В него ще бъдат представени различни видове енергийноефективни системи, оползотворяващи енергията от слънцето, включително слънчеви колектори и фотоелектрически системи.

На покрива ще бъдат монтирани слънчеви колектори, а работата на всяка система ще се следи от датчици автоматично. Ще има и резервоари за акумулиране на “уловената” слънчева енергия. Студентите проучват и възможността за използване на земносвързани термопомпени инсталации за оползотворяване на топлинната енергия на високите подпочвени води, както и подходящите места за монтирани на вятърни генератори. Анализират се и възможностите за изграждане на двойно остъклена фасада, оранжерии и други.

С усвоената енергия студентите считат, че могат да се спестят разходите за отопление на Дома за възрастни хора, на детските градини и на местното училище.

Енергията на слънцето, вятъра,

земните недра, моретата…

Едва ли има човек, който се нуждае от убеждаване в мощта на природата. Технологиите, впрягащи енергията на вятъра, слънцето, моретата и земните недра, за удовлетворяване на енергийните нужди на човечеството все още не могат икономически да се конкурират с експлоатираните от години традиционни технически решения. Но в развитието на съществуващите и разработването на нови технологии за оползотворяване на възобновяемите енергийни източници се влагат много усилия и финансови средства, което вероятно ще доведе до по-високата им икономическа ефективност. От този брой списание Технологичен дом стартира поредица от статии, посветени на технически решения, които биха могли да превърнат една сграда или комплекс от сгради в енергийнонезависими.

Енергията на Слънцето

Слънцето е огромен енергиен източник. Енергията, която Земята получава ежегодно, е много повече в сравнение с днешните енергийни нужди на човечеството. Принципно, слънчевите системи са два основни вида - слънчеви колектори, използвани за производство на битова гореща вода и отопление, и фотоелектрически системи, които преобразуват слънчевата енергия в електрическа.

Слънчеви технологии за

производство на топла вода и

отопление

Безспорно, слънчевите колектори са сред най-популярните и широко използвани технологии за оползотворяване на слънчевата енергия. Те са и сред най-приложимите в областта на гражданското строителство. Използват се основно за производство на топла вода за БГВ (битово горещо водоснабдяване) или за отопление на еднофамилни жилища, хотели, обществени сгради, както и за загряване на водата в басейни. Съвременните технологии позволяват прилагането на слънчевите колекторни системи целогодишно, дори и през зимните месеци. Възможността за целогодишното използване на слънчевите колектори основно се определя от вида на колектора, т.е. способностите му да оползотворява слънчевата енергия. През по-студените месеци от годината е важно и колекторът не само да улавя колкото може повече от слънчевата енергия, но и да да не я отдава обратно, т.е. да се минимизират загубите.

Основно се използват три вида слънчеви колекторни технологии - плоски панели, колектори с вакуумни тръби и вакуумни колектори с термотръби.

Плоските слънчеви колектори са най-често използваните към момента. Изграждат се от рамка от алуминиев профил, в която се поставя серпантина от медни тръби. Върху серпантината се заварява абсорбционна пластина, която поглъща слънчевите лъчи. В алуминиевата рамка, най-отгоре, се поставя стъкло, което все повече отстъпва място на поликарбонатна пластина с по-малък коефициент на отражение, позволяваща на колектора да абсорбира по-голяма част от попадналата върху него слънчева енергия.

Колекторите с вакуумни тръби имат по-сложна конструкция от плоските, по-ефективни са, но съответно и по-скъпи. Изградени са от стъклени тръби, в които се поставя абсорберът във вид на медни тръбички. В тръбите се подържат условия на дълбок вакуум, приблизително 100 Pa, който осигурява изключително добра изолация на абсорбера и защита от корозия. Вакуумът предотвратява загубите на топлинна енергия от абсорбера към околнaта среда и обезпечава ефективната работа на колектора и при ниски температури.

Вакуумните колектори с термотръби се определят от специалисти като най-добрите в технологично отношение слънчеви системи за производство топла вода. Напълно логично, вакуумните колектори с термотръби са и най-скъпите. Работят дори при минусови температури, ако има слънчево греене. Конструктивно наподобяват колекторите с вакуумни тръби, но при тях в медните тръбички не циркулира вода, а течност с ниска температура на изпарение - обикновено около 10 оC.


 

Термосифонна инсталация. Те са изключително достъпни като инвестиция. Основното, което отличава термосифонната от останалите слънчеви системи, е работата й на принципа на естествената или т.нар. пасивна циркулация. При нея топлоносителят циркулира между отделните елементи на системата по естествен път, без да се налага включването на помпа. За да функционира нормално, е необходимо най-ниската точка на акумулаторния съд да бъде разположена по-високо от най-високата точка на слънчевия колектор и на отстояние, не по-голямо от 3-4 м.

Оказват влияние върху

архитектурата на сградата

Комплекс фактори оказват влияние върху ефективната работа на слънчевите колектори. Сред тях са ориентацията и наклона на слънчевия колектор. Препоръчва се колекторите да са с южна, или ако това не е възможно, югоизточна и югозападна ориентация. Препоръчителният наклон е около 45 градуса спрямо хоризонталата. Често слънчевите системи се комплектоват с допълнителен енергиен източник, чрез който се компенсират моментите, в които соларната инсталация не може да осигури достатъчно топла вода.

Обикновено слънчевите колектори се разполагат на открити незасенчени места, най-често върху покривите на сградите, а по-рядко на специални площадки върху метална конструкция. Когато инсталацията е с по-голяма мощност, размерите на колектора са значителни и това може да окаже влияние върху архитектурния облик на сградата или на околното пространство. При големи инсталации, когато за задоволяване на нуждите от топлинна енергия е необходимо да се монтират голям брой колектори, се използват специално обособени площадки на земята.

Фотоелектрически слънчеви

системи

Освен като енергиен източник за производство на топлина, слънчевата енергия се преобразува и в електроенергия. За целта се използват различни фотоелектрически слънчеви системи, известни още като слънчеви клетки. Подобни системи отдавна се използват за захранване на малки консуматори, като калкулатори и часовници.

Фотоелектрическите, наричани и фотоволтаични панели, се предлагат в различни типоразмери. Свързани заедно, слънчевите клетки образуват слънчеви модули. Модулите, на свой ред, могат да се комбинират и свързват, образувайки фотоелектрически системи с различни размери и изходна мощност.

Фотоелектрическите клетки се изработват от различни материали. Трудно е да се изброят материалите, които се произвеждат или все още са на експериментален етап от разработката си. При системите за директно преобразуване на слънчевата светлина в електричество се използват основно полупроводникови материали като кристалния силиций, например. През последните години все по-голям дял заемат и фотоелектрическите клетки, произведени на базата на тънкослойни покрития, които са изградени от слоеве полупроводникови материали с дебелина от няколко микрометра, отложени върху нескъпа основа - като стъкло, гъвкава пластмаса или неръждаема стомана. Други технологии за производството на фотоелектрически клетки са разработени на основата на елементи от III и V групи от периодичната система на химичните елементи. Характерен за тях е високият КПД при нормална и концентрирана слънчева светлина.

Стремежът към повишаване

ефективността на

фотоелектрическите клетки

води до разработването на високоефективни клетки с множество p-n преходи. Те представляват пакети от отделни слънчеви клетки, поставени една върху друга с цел постигане на максимално улавяне и преобразуване на слънчевата енергия. Най-горният слой преобразува слънчевата светлина, съдържаща най-голямо количество енергия. Слоят пропуска свободно останалата слънчевата енергия към останалите по-долни слоеве, които я абсорбират и преобразуват. За производството на такива високоефективни клетки широко се използва галиевият арсенид и неговите сплави, а така също аморфният силиций, медно-индиевият диселенид, галиево-индиевият фосфид и други.

В процес на разработка са разнообразни технологии за производство на т.нар. усъвършенствани слънчеви клетки. При някои от тях вместо от полупроводникови материали, слънчевите клетки се изработват от импрегниран със светлочувствителна боя слой от титаниев диоксид. Други нови технологии, например, се базират на използването на полимерни материали.

Видове слънчеви

фотоелектрически системи

Съществуват различни видове слънчеви фотоелектрически системи, изпълняващи специфични приложни задачи, сред основните от които са - самостоятелни или автономни слънчеви фотоелектрически системи; акумулаторни слънчеви фотоелектрически системи; фотоелектрически слънчеви системи с резервирано генераторно захранване; хибридни слънчеви фотоелектрически системи; фотоелектрически слънчеви системи, присъединени към електрическата мрежа; фотоелектрически слънчеви централи и други.

Описаната категоризация на фотоелектрическите слънчеви системи е повече или по-малко условна. Компаниите, предлагащи слънчеви фотоелектрически системи, в по-голяма или в по-малка степен използват фирмени наименования при класификацията на предлаганите от тях решения.

Автономните фотоелектрически системи, известни у нас и с английския термин off-grid systems, генерират електрическа енергия, независимо от централната електроснабдителна мрежа. Приема се, че са особено подходящи за места, отдалечени от мрежата на местното електроснабдително дружество, с високи екологични изисквания, като националните паркове, например. Характерно за тези системи е, че функционират единствено през светлата част от денонощието. Повечето от тях са оборудвани с акумулаторни батерии, така че произведената през деня еелектрическа енергия би могла да се използва и през нощта.

Присъединени към електрическата мрежа системи, наричани още on-grid systems. За да работят ефективно, голяма част от изгражданите слънчеви фотоелектрически системи се свързват към централната електрозахранваща мрежа - когато тя има капацитет за това. В зависимост от текущата електроконсумация, системата подава или черпи енергия. По този начин отпада необходимостта от използването на батерийно захранване.

Хибридни фотоелектрически слънчеви системи. При тях фотоелектрическите слънчеви системи се комбинират с други електрогенериращи технологии като дизел генератори, вятърни генератори, малки водно-електрически централи и други.

Слънчеви фотоелектрически централи. Изграждат се с цел производство на електрическа енергия за захранване не на собствени, а на външни мощности.

Цената на енергията от

слънцето е по-висока

Използването на една технология зависи от това до каква степен тя е икономически ефективна. Все още производството на електрическа енергия от слънцето трудно се конкурира ценово с традиционните електропроизводствени мощности. Друг недостатък на слънчевите централи е и фактът, че те генерират енергия само през деня и изходната им мощност е функционално зависима от климатичните условия.

Като техни предимства се посочват по-бързото им изграждане, тъй като фотоелектрическите модули се отличават с лесен монтаж и свързване. Изграждането на слънчеви централи в отдалечени от централните мрежи райони, характерно за някои държави, предотвратява загубите на електроенергия, характерни за преноса й на големи разстояния. И, за разлика от традиционните електроцентрали, модулните слънчеви електрогенериращи мощности могат да се разширяват поетапно в съответствие с нарастването на консумацията и не замърсяват въздуха и водите, запазвайки екологичното равновесие в природата.

Термопомпени инсталации

Слънчевите колектори и фотоелектрическите системи използват предимно директно излъчваната към Земята слънчева енергия. Голяма част от нея, обаче, се акумулира в заобикалящата ни среда - земя, въздух и вода. На практика, на определена дълбочина в земните пластове и във водните басейни температурата слабо се влияе от външните атмосферни условия и се запазва относително постоянна през цялата година. С помощта на термопомпите тази акумулирана слънчева енергия може да се използва за отопление, производство на гореща вода или за производство на студ. Самата термопомпа представлява топлинна машина, преобразуваща топлина с нисък топлинен потенциал в топлина с по-висок, но за целта е необходима допълнителна енергия.

Термопомпите се класифицират на основата на различни принципи. Сред основните са вид и агрегатно състояние на енергоносителя, вид на топлоносителя, предназначение на консуматора, принцип на действие и други. Най-вече термопомпите се класифицират спрямо агрегатното състояние на енергоносителя, според което са термопомпи въздух-въдух, въздух-вода, вода-въздух, вода-вода, земя-вода. Според вида на източника на енергия, термопомпите се определят като термопомпи, оползотворяващи енергия на околния въздух, водоеми, земни пластове, отпадъчна и технологична топлина, слънчева енергия и геотермална енергия.

Ефективност на термопомпите

Термопомпа, която изцяло задоволява потребностите от топлина на приложението, се среща сравнително рядко в практиката. Най-често термопомпената инсталация се комбинира с конвенционален топлинен източник, който допълва недостига на топлина. Целта е термопомпената инсталация да задоволява по-голямата част от топлинните потребности, което да доведе до ограничаване на разходите за първични енергийни източници.

Основен показател за ефективността на термопомпите е коефициентът на преобразуване COP (Coefficient Of Performance). Той е равен на съотношението на топлопроизводителността на термопомпата към потребяваната мощност. Най-често този коефициент се използва за определяне на ефективността на термопомпата в режим на отопление. За същата цел, но за режим на охлаждане, в описанията на повечето климатични устройства се използва коефициентът EER (Energy Efficiency Ratio), с който изчислява съотношението на студопроизводителността на термопомпата към потребяваната мощност.

Почвата, водата и въздухът

като топлинни източници

Въздухът е най-предпочитаните източници на топлинна енергия. При тези термопомпи, обаче, при понижаване на външните температури бързо се понижава мощността и производителността на термопомпата. През зимата при много ниски температури се получава голяма разлика между температурите на кондензация и изпарение, което също намалява ефективността на процеса. Освен външният въздух, с термопомпите може да се оползотвори топлината на отвеждания от вентилационните системи въздух.

Водата, която се използва в термопомпените инсталации, би могла да бъде с различен произход. Например, геотермални води или от естествени водоеми като езера, реки, морета. Теоретично, речната и езерната вода са привлекателни източници, но имат един съществен недостатък. През зимата температурата на водата може да достигне до 0 oС. Добър източник на топлина е морската вода, тъй като на дълбочина от 25 до 50 метра морската вода има постоянна температура в интервала от 5 до 8 oС. Подпочвените води също се отличават с относителна висока и стабилна температура през цялата година.

Почвата е своеобразен акумулатор на слънчева енергия. В повърхностния слой на земята с времето се натрупва топлина, която може да се използва за отопление през зимата и за охлаждане през лятото. В сравнение с температурата на въздуха, която е с голяма годишна амплитуда, тази на почвата поддържа постоянни нива около 10 - 12 oС. Термопомпите от този тип са подходящи за жилищни, търговски и административни сгради.

Вятърната енергия

През последните години много у нас навлязоха и технологиите за оползотворяване на вятърната енергия. Добре познатите и използвани от векове вятърни мелници днес отстъпиха място на вятърните турбини, които превръщат енергията на вятъра в електроенергия. Редица са факторите, определящи бързото развитие на тези технологии. Вятърът на практика е неизчерпаем източник на енергия, не се заплаща и използването му не замърсява околната среда. За съжаление, вятърните турбини са сравнително скъпи съоръжения, целесъобразно е поставянето им само в зони, които се характеризират с достатъчен ветрови потенциал, а и вятърът е непостоянен източник на енергия.

Уважаеми читатели, ако имате технически коментар по отношение на публикуваната в статията информация, не се колебайте да ни пишете.

Статията продължава в следващия брой на списание Технологичен дом.



 

 

ОЩЕ ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМАТА

Сигурност в облакаТехнически статии

Сигурност в облака

Разширяването на възможностите пред технологиите за видеонаблюдение прави компаниите все по-заинтересовани от предимствата, които предлагат системите за наблюдение през IP. При проектирането на качествена система за сигурност обаче често голяма част от съображенията се концентрират върху избора на най-подходящия модел камера.

Статията представя информация за това какви устройства за съхранение на данните от системите за видеонаблюдение се предлагат на пазара и какви са техните функционални предимства.

Задава ли се нова революция в осветлениетоТехнически статии

Задава ли се нова революция в осветлението

Възможностите, които предоставя интелигентното осветление, вече позволяват на потребителите да определят обитаемостта в конкретно помещение, да следят условията и температурата на определено място, както и да следят данните за трафика в даден район.

Материалът се фокусира и върху особеностите на интелигентното осветление и новите пазарни предложения в контекста на Интернет на нещата (IoT).

Ретрофит и модернизация на ОВК системиТехнически статии

Ретрофит и модернизация на ОВК системи

Независимо колко добре се поддържа една ОВК система, идва момент, в който тя трябва да бъде заменена или най-малкото модернизирана.

Статията разглежда новите ОВК системи с цифрово управление и факта, че заемат все по-голям пазарен дял, какви са предпочитаните възможности за ретрофит, както и какви са ползите от неговото прилагане.

Решения против замръзване на тръбиТехнически статии

Решения против замръзване на тръби

В райони с по-студени климатични условия е обичайна практика през сервизните тръби и плитко разположените тръбопроводи постоянно да се пропуска вода с нисък дебит, за да се предотврати замръзване. Както е известно, когато замръзне, водата увеличава своя обем и ако няма достатъчно свободно пространство за това разширение, тръбата може да се спука. Периодът, през който през тръбите постоянно трябва да протича воден поток в страните с умерен климат, е от началото на ноември до края на март.

Топлоустойчиви кабелиТехнически статии

Топлоустойчиви кабели

Някои битови уреди и инсталации, както и редица машини в производството, работят в условията на повишена температура. Това, заедно с непрекъснатите преходи от висока към ниска температура и обратно, налага използването на кабели с проводяща сърцевина и изолация, изработени от специални материали, съобразно конкретното им предназначение. За целта производителите са създали отделен клас топлоустойчиви кабели и проводници.

Осветление на фасадиТехнически статии

Осветление на фасади

Професионалното фасадно осветление има важно значение за външния вид на хотели, музеи, художествени галерии и различни обществени сгради. Плавното взаимодействие между светлина и сянка подчертава архитектурните особености, които отличават сградата от околната среда. В днешно време все повече компании и архитекти разчитат на светодиодни осветителни системи за реализиране на приложения на открито, възползвайки се в пълна степен от големите възможности, които тези системи могат да донесат на техния проект.


АБОНИРАЙ СЕ БЕЗПЛАТНО СЕГА

 

Уеб дизайн от Ей Ем Дизайн. Списание ТД Инсталации. TLL Media © 2017 Всички права запазени. Карта на сайта.

Top