Как это ни удивительно может показаться на 1-ый взор, может быть отапливать дом, отбирая тепло от прохладного воздуха, воды либо льда. Все вещество вокруг нас нагрето солнцем до температуры в три сотки градусов по абсолютной шкале. В нем содержится много термический энергии, но при незначительно более низкой температуре, чем та, которая нужна нам для отопления и жаркого водоснабжения. На техническом уровне ее можно повысить, подобно тому, как трансформаторы увеличивают напряжение тока.

Зададимся вопросом: где больше тепла, в стакане кипяточка либо в глыбе льда? Естественно, руки о глыбу льда не погреешь, но тепла в ней, поточнее, термический энергии все таки больше. Тепло это — механическая энергия движения молекул, у отдельной молекулы во льду она меньше, чем в кипяточке, но суммарная энергия по всем молекулам больше. Коль скоро в глыбе льда либо в любом другом прохладном теле есть энергия, можно поставить вопрос: нельзя ли ее каким то образом извлечь? Оказывается, можно и такие устройства есть практически в каждом доме.

Тепло самопроизвольно перетекает от жарких тел к прохладным, но не напротив, но при помощи дополнительной издержки энергии, к примеру электронной либо механической, можно его вынудить течь от прохладных тел к жарким, подобно тому, как насос принуждает течь воду ввысь. По аналогии такие устройства окрестили термическими насосами. По другому говоря, чтоб перекачивать энергию против направления ее естественного течения (от жарких тел к прохладным), требуется затрачивать какую-либо другую энергию, к примеру электронную. Это подобно тому, как человек прогуливается в лес за дровами для печки. Чтоб добыть горючее, он сам затрачивает энергию, но это оправданно, так как получаемая в виде дров запасенная от солнца энергия больше затраченной на ее доставку. Аналогично и в термическом насосе, на его привод затрачивается энергии в 3 — 5 раз меньше, чем он дает в виде тепла (также, кстати, имеющего первоисточником солнце). Другими словами на один кв затраченной энергии выходит 3—5 кв на выходе насоса. Имеющему термический насос не надо ходить в лес за дровами, он получает термическую энергию, запасенную от Солнца в грунте, водоеме либо воздухе.

Казалось бы, термический насос — это техно диковина, которую изредка узреешь. На самом же деле обыденный бытовой холодильник работает и как термический насос. Холодильник — это всегда «гермафродит». Он не может охлаждать в одном месте, не нагревая в другом. Потрогайте его морозилку — холодильник, потрогайте заднюю панель — нагреватель. То, что мы называем холодильником, не только лишь охлаждает, да и нагревает. Это устройство разводит температуру «по различные стороны баррикад», т. е. грубо говоря делает, к примеру, из нуля градусов -20 и +20.

Если мы желаем от этого устройства побольше тепла, то нужно морозилку прирастить в размерах и вынести на улицу, с тем чтоб прирастить охлаждаемый объем. При этом для работы термического насоса лучше охлаждать то, что «погорячее». А что зимой погорячее? Наши же вентиляционные выбросы и стоки (+16—18°С), грунт уже на глубине нескольких метров (+5—8°С), вода в реке либо озере (+4—10°С) и т.д. В эти среды и помещают бывшую морозилку, сейчас называемую испарительным теплообменником либо сборником низкопотенциального тепла.

Термическому насосу для работы нужен подвод наружной энергии, в большинстве случаев электронной. Но, на выходе он дает энергии в пару раз больше, чем было затрачено (хотя это различные виды энергии, их можно измерять в одних единицах), чем и определяется необходимость его внедрения.

Еще лучше, если нам необходимы сразу и холод и тепло; в данном случае коэффициент трансформации (отношение приобретенной энергии к затраченной) будет еще выше, до 6—8. Очередное преимущество термического насоса в том, что он может быть реверсивным: зимой греть, летом охлаждать. Из-за этих нужных параметров термические насосы находят все более обширное применение в мире для отопления и жаркого водоснабжения.

Таким макаром, термический насос извлекает тепло из воздуха, грунтовых вод и земли и вводит его в отопительное кровообращение дома. В отличие от солнечных коллекторов термические насосы не превращают конкретное солнечное излучение в полезное тепло, напротив, они черпают его там, где длительное время скапливалось солнечное тепло — в глубинных слоях Земли, в грунтовых водах и в окружающем воздухе.

Подобно тому как работа водяного насоса облегчается при уменьшении высоты подъема воды, эффективность термического насоса подымается при уменьшении температурного перепада на входе и выходе. Чтоб получить от теплонасоса термическую энергию, нужно затратить какую-то другую энергию на его привод. Закономерен вопрос, стоит овчинка выделки. Не всегда, но нередко оказывается, что стоит, так как получаемой энергии оказывается обычно в пару раз больше, чем затраченной. Отношение получаемой энергии к затраченной именуется для термического насоса коэффициентом трансформации. Для реально эксплуатирующихся современных теплонасосов он составляет от 3 до 5 и более. Этот коэффициент тем выше, чем меньше разница температуры меж прохладным и «горячим» телами, меж которыми прокачивается тепло. Потому из вероятных тел — источников «холодной» термический энергии выбирают те, которые «потеплее».

На входе хоть какого теплонасоса размещен низкотемпературный теплообменник для отбора тепла от прохладной среды, на выходе — высокотемпературный для отдачи термический энергии при завышенной температуре. В случае, если может быть организовать через входной теплообменник поток вещества, его можно сделать меньше по размерам, что дешевле. Не считая того, прибыльно выбирать массив вещества для теплоотбора с очень высочайшей температурой. Этим условиям как раз удовлетворяет удаляемый из помещения вентиляционный воздух. Потому целенаправлено делать канализованное удаление воздуха (через особое отверстие с вентилятором) и ставить в его поток теплонасос либо хотя бы теплообменник.

Кажущийся КПД теплонасоса составляет 300—500%. Это, на 1-ый взор, припоминает нескончаемый движок. Но никакого нарушения физических законов тут не происходит, так как энергия не появляется из ничего, а берется из среды, которая даже зимой нагрета до высочайшей температуры по сопоставлению с абсолютным нулем — до 253 градусов по Кельвину (при -20°С). Поверхность Земли греется в главном от солнца, как следует термические насосы относятся к возобновляемым источникам энергии.

Вопрос о выгодности либо невыгодности внедрения теплона-сосов одним только коэффициентом трансформации не исчерпывается. В энергетике существует такое понятие, как качество энергии. Чем легче определенный вид энергии передавать, хранить и преобразовывать в другие, тем выше его качество. В этом ряду лучшей считается электронная энергия, менее ценной — термическая. Для привода теплонасосов в большинстве случаев употребляется электроэнергия, получаем же мы термическую, т.е. низкокачественную из качественной. Потому чтоб такое преобразование было оправданным, коэффициент трансформации должен быть довольно высочайшим. Произнесенное можно проиллюстрировать последующим примером. Пусть мы используем термический насос с коэффициентом трансформации 3. Сетевая электроэнергия для него выходит на ТЭЦ с КПД примерно 35%, остальное пропадает. Тогда нет особого смысла в термическом насосе, проще привезти горючее в дом и спалить его с термическим КПД 80-90%. Выигрыш от теплонасоса в данном случае мал, а сам он дороже и труднее, в том числе в эксплуатации, чем котел либо печь. Но ситуация поменяется, если мы представим, что термическая энергия на ТЭЦ не пропадает, а полезно употребляется, к примеру, для отопления построек. Для системной свойства работы теплонасоса применяется топливный показатель эффективности, равный отношению приобретенной термический энергии к энергосодержанию горючего, затраченного на электростанции для привода насоса. При величине этого показателя порядка единицы и выше, применение теплонасосов может быть оправданным. Таким макаром, вопрос о принципной рациональности внедрения теп-лонасосов оказывается зависимым от построения определенного энергетического цикла.

Во всяком случае, теплонасосы непременно в пару раз прибыльнее, исходя из убеждений действенного использования энергии, чем обширно всераспространенные прямые электронные обогреватели. При прямом нагреве мы получаем из одной единицы электроэнергии одну тепла, с помощью теплонасоса — три—5. Потому прямой электронагрев с позиций энергоэффективности — очень энергорасточительная, отсталая разработка.

На входе и выходе теплонасоса могут находиться вещества в разном агрегатном состоянии: жестком, водянистом, газообразном. Соответственно и теплонасосы систематизируют по этому признаку на воздухо-воздушные, воздухо-водяные, грунто-жидкостные и т. д.

При конструировании термического мотора стараются получить максимум механической энергии при минимуме издержек теплоты (горючего), другими словами, достигнуть большего КПД. Теп-лонасос — та же термическая машина; что и движок и подчиняется этим же физическим законам. Только при конструировании тепло-насоса цели будут оборотными — получение максимума теплоты при минимуме издержек энергии на привод насоса. Наибольший на теоретическом уровне вероятный КПД термического мотора, как понятно из школьного курса физики, равен (Т1-Т2)/Т1, где (Т1-Т2) — разность меж наибольшей и малой температурами рабочего тела (при расчетах температуру нужно брать по шкале Кельвина: Т О К = Т°С + 273). Соответственно наибольший на теоретическом уровне вероятный коэффициент преобразования (КП) теплонасоса будет Т1/(Т1-Т2), откуда следует, что его эффективность тем выше, чем меньше разность температур Т1-Т2 на которой работает теплонасос. Верхний предел температуры Т1 задается получателем теплоты, если это, к примеру, напольная система отопления, то это 35—40°С. Тело либо среду-донора термический энергии следует выбирать, из суждений эффективности, «погорячее» — к примеру удаляемый вентиляционный воздух (Т2=180°С) либо грунт (на глубине > 3 м 6—8°С), воду в близком водоеме (зимой не ниже 40°С). При всем этом теоретические КП будут равны соответственно 25, 13, 12. Реально достижимый КП будет ниже, у современных термических насосов он невысок, составляет обычно 3-5, но имеет тенденцию к увеличению.

Бытовые отопительные теплонасосы устанавливают обычно снаружи дома, подобно газовым баллонам, либо в подвале. Низкотемпературные системы отопления с температурой теплоносителя 30—50°С обеспечивают довольно высочайшие коэффициенты преобразования теплонасосов 3,5—5,0.

Применение децентрализованных систем теплоснабжения на базе термических насосов дает возможность избежать многих технологических экономических и экологических недочетов систем централизованного теплоснабжения.

В техническом плане, за редчайшим исключением, вокруг хоть какого жилья довольно ресурсов природной теплоты для экономически оправданного использования термических насосов. Потому в экономически продвинутых странах термические насосы для отопления внедряются на данный момент ускоренными темпами и в массовом порядке. Число их, уже установленных в жилом секторе, измеряется десятками миллионов и продолжает стремительно расти. Согласно прогнозам Мирового энергетического комитета, к 2020 г. 75 % коммунального и производственного теплоснабжения в экономически продвинутых странах будет осуществляться при помощи термических насосов.

В США 30% вновь строящихся низкоэтажных домов оснащаются теплонасосными установками. Разработаны действенные технологии и технические средства для отбора теплоты грунта

Действует действенная система штрафов за выброс С02 при сжигании горючего и поощрений за внедрение термических насосов.

В Швеции около половины тепла уже вырабатывается тепло-насосными установками. В Германии выплачиваются более большие дотации за внедрение теплонасосов, за один кВт введенной термический мощности из бюджета выплачивается 300 марок. Мировой опыт указывает, что энерго и экологические задачи с неизбежностью приводят к необходимости широкого внедрения термических насосов.

Применение термических насосов в Рф более животрепещуще, чем где бы то ни было еще, из-за беспримерной суровости ее климата. Но число установленных в отопительных системах теплонасосов измеряется только сотками.

Как всякая термическая машина, термический насос обратим, т.е. при наличии 2-ух масс вещества с разной температурой за счет теп-лопотока меж ними при помощи термического насоса, работающего напротив, можно получать электронную энергию. Таким макаром, в неких случаях теплонасос может служить возобновляемым источником электронергии. Термические насосы летом можно использовать для остывания помещений, а высвобождающееся тепло может закачиваться в сезонные батареи.

[Вернуться к оглавлению]



3. Вихревые теплогенераторы

В ближайшее время для отопления построек удачно используются так именуемые вихревые теплогенераторы. Устроены они довольно легко — состоят из электромотора, крутящего центробежный водяной насос специальной формы. Вода в нем закручивается, завихряется и на выходе из устройства греется. Самое замечательное, что на выходе теплоты выходит существенно больше, чем было затрачено электроэнергии на привод устройства. А это формально является нарушением закона сохранения энергии. Создателей устройства пробовали обвинить в пропаганде лженауки и в подтасовках. Но бессчетные кропотливые проверки подтвердили факт того, что КПД устройства может быть выше 100%, а в отдельных случаях он может достигать 300%. Такие характеристики позволяют советовать эти генераторы для отопления и жаркого водоснабжения с применением электроэнергии.

Разумно представить, что в этом случае мы имеем дело с новым физическим феноменом, природу которого наука пока не узнала. Можно привести по этому поводу выражение 1-го ученого XIX века, о том, что неведение законов пищеварения не является для него поводом для отказа от принятия еды. Исследования биологов не выявили очевидного вреда для живых организмов от работы вихревых теплогенераторов. Следует только из осторожности располагать ось вращения генератора таким макаром, чтоб она не пересекала жилые помещения. Вобщем, это справедливо и для всех других крутящихся устройств.

Относительным недочетом вихревых теплогенераторов будет то, что их КПД непредсказуем, он возможно окажется для определенного устройства в определенном месте как высочайшим, так и не очень. Подбор характеристик для заслуги высочайшего КПД остается пока искусством, которым обладают только немногие разработчики.

[Вернуться к оглавлению]



4. МикроГЭС

На заре периода широкого строительства гидроэлектростанций (ГЭС) они пропагандировались не только лишь как дешевенькие, да и как экологически идеальные источники энергии. Практика их эксплуатации показала, что, напротив, они причиняют значимый экологический вред. Этот пример учит тому, что к хоть каким новым сообщениям об открытии обильных источников безобидной энергии, которые, кстати, возникают часто, следует относиться с огромным скепсисом. В каждом случае нужно кропотливо рассматривать вероятные отрицательные последствия. До сего времени не найдено источников энергии, внедрение которых не сопровождалось бы теми либо другими ненужными эффектами. По-видимому, это закон природы и так будет и в предстоящем. Пропагандируемые, в том числе и в этой книжке, солнечные и остальные ВИЭ также небезупречны, но преимущество их в том, что они наносят намного наименьший вред природе, чем топливные либо атомные электростанции. Очередной вывод, который отсюда следует, заключается в том, что сберегать энергию либо увеличивать энергоэффективность экономики и потребительской сферы животрепещуще будет всегда.

В отличие от средних и огромных малые ГЭС могут быть экологически практически безобидными. В особенности это относится к современным станциям, а которых устранены многие недочеты, присущие старенькым конструкциям. В ближайшее время на рынке появились и микроГЭС, которые для начала работы время от времени просто довольно опустить в реку. Российские гидрогенераторы Для малых и микроГЭС очень совершенны и пользуются спросом за рубежом. Малые и микроГЭС, там где есть возможность их установки, являются комфортными энергоисточниками для экодо-мов и экопоселков.

[Вернуться к оглавлению]



5. Остальные типы ВИЭ

Выше рассматривались самые всераспространенные, обширно доступные источники возобновляемой энергии. Это не значит, что для энергоснабжения экодома нельзя использовать и другие, более специальные ВИЭ, такие как геотермальные, приливные, волновые, осмотические и т.д., если для этого есть способности.

Площадь, требующаяся для производства единицы энергии при помощи разных энергоисточников (с учетом вспомогательных площадей: шахт, рудников, водохранилищ), приведена в таблице ниже.

Обзор программ по развитию ВИЭ в мире

Практический фуррор первой программки «1000 солнечных крыш»в Германии как в отношении избранных технических решений, так и в части экономических и правовых устройств реализации, содействовал возникновению программ «70 000 солнечных крыш» в Стране восходящего солнца, «100 000 солнечных крыш» в Германии, «Миллион фотоэлектрических установок» в Европейском союзе.

Практическая реализация солнечных энергетических технологий в США началась с середины 70-х годов и интенсивно развивалась в следующие годы. В 1997 году в США была принята программка «Миллион солнечных крыш», предусматривающая установку солнечных энергосистем, фотоэлектрических и термических, на крышах 1-го миллиона городских и личных домов к 2010 году.

Прямо за экономически развитыми странами программки развития и поддержки ВИЭ приняли и многие развивающиеся страны, а именно Индия, Китай, Монголия. В Монголии принята программка «100 000 солнечных домов (юрт)», в какой ценность отдается фотоэлектрическим установкам. Под патронажем ЮНЕСКО действует Глобальная программка по солнечной энергетике на 1996—2005 гг.

В всераспространенный набор способов стимулирования развития ВИЭ, обширно используемых в мире, входят: создание особых программ и демо проектов, освобождение от налогов либо их понижение, субсидирование инвестиций, льготные ссуды на инвестиции, ускоренная амортизация, государственное финансирование научных разработок, законы, обязывающие энергокомпании брать энергию ВИЭ по завышенным фиксированным ценам, установление экологических налогов на ископаемое горючее, мораторий на строительство атомных электрических станций и т.д.

Правительством Рф в целях соблюдения интернациональных приличий принята программка развития ВИЭ, но она очень слаба. В ней, а именно, не предвидено каких или действующих мер по стимулированию производителей и потребителей возобновляемых ВИЭ.

Экономичность ВИЭ для экодома

В текущее время цена электроэнергии, вырабатываемой на термических станциях, использующих ископаемое горючее, составляет около 7 центов за киловатт-час. Данные о стоимости солнечной электроэнергии, приводимые разными создателями в текущее время, характеризуются значимым разбросом. По одним данным, они только некординально превосходят цены ТЭС, по другим — превосходят их в пару раз. Лучше обстоят дела с экономичностью ветроисточников, вырабатываемая ими энергия по цены приближается к «тепловой» либо даже, по отдельным сообщениям, спускается ниже. Так, за восьмидесятые годы стоимость ветроэлектроэнергии, вырабатываемой в США, уменьшилась в 10 раз и составила 7 центов. Это было достигнуто на морально устаревших установках. В США прогнозируется в связи с внедрением новых ветроустановок понижение цены их энергии до 3,5 цента за киловатт-час.

Необходимо подчеркнуть, что в цена энергии, получаемой на обычных источниках, не врубается цена наносимого при ее производстве экологического вреда, потому прямое стоимостное сравнение с энергией возобновимых источников неправильно. С учетом же экологической составляющие цены солнечная и ветровая энергия экономически прибыльнее классической уже на данный момент, и в дальнейшем этот разрыв будет только возрастать.

Так как создание установок для выработки возобновляемой энергии просит использования определенных ресурсов и в том числе энергетических, полностью легитимным является вопрос, будет ли внедрение в доме ВИЭ с учетом всего их цикла жизни ресурсно и экологически эффективнее обычных энергоисточников? Исследования, проведенные по этому вопросу, позволяют дать положительный ответ и утверждать, что преимущество ВИЭ перед классическими энергоисточниками будет возрастать.

Экономия в доме термический энергии и воды просит хотя и маленького, но неотклонимого дополнительного расходования электроэнергии. По этой причине добиться существенного понижения расхода электроэнергии (при сохранении обыденного стиля жизни) в энергоэффективном доме трудно. В реально эксплуатируемых теплонулевых домах потребление электроэнергии не удалось пока понизить более чем на 25%.

[Вернуться к оглавлению]



6. Системы аккумулирования энергии

Как уже было отмечено, энергия от возобновляемых источников поступает нерегулярно и не всегда непредсказуемо, более того, от солнечных коллекторов она поступает, обычно, в противофазе к графику потребности в ней. Вправду, энергии больше требуется в течение года зимой и в течение суток в черное время, когда солнечные установки не действуют. В связи с этим появляется задачка аккумулирования энергии, следующего преобразования ее и выдачи в необходимое время в подходящей форме и количестве потребляющим устройствам. Эта задачка остается пока на техническом уровне более сложной, чем просто получение энергии, и не имеет еще довольно эконом решений. Задачка заключается в разработке действенных и дешевых сезонных (месяцы), среднесрочных (недели), и маневренных (деньки, часы) аккумов. Самую большую значимость и трудность представляет создание сезонных аккумов, от которых требуется сохранение огромного количества энергии в течение нескольких месяцев для обеспечения зимнего пика употребления.

Зимой в обилии холод, летом — доступное тепло. Если б удалось сделать экономные и вместительные сезонные батареи энергии, можно было бы обогреваться зимой летним теплом, а летом не гонять напрасно холодильники. Но до сего времени довольно действенных и дешевых сезонных аккумов энергии сделать не удалось, и создание их представляет животрепещущую, но непростую делему.

В 80-х годах в Северной Европе при координации интернационального энергетического агентства производилось выше 30 проектов строительства и исследования сезонных аккумов тепла для отопительных нужд.

Для работы с воздушными гелиоколлекторами более оптимальными числятся гравийно-галечные батареи. Они дешевы, ординарны в строительстве. Гравийную засыпку можно расположить в теплоизолированной заглубленной цокольной части дома. Теплый воздух нагнетается в аккумулятор при помощи вентилятора. Для дома площадью 60 м объем аккума составляет от 3 до 6 м3. Система солнечного теплоснабжения дома с гравийно-галечным аккумом может работать в 4 режимах: отопление и аккумулирование термический энергии; отопление от аккума; аккумулирование термический энергии; отопление от коллектора.

Вода обладает большей удельной теплоемкостью посреди всераспространенных веществ, потому очень комфортна как теплохранитель. Дневные и недельные теплоакку-муляторы для 1-го дома имеют объемы от единиц до нескольких 10-ов кубометров и обширно всераспространены. Но сезонные водяные теплонакопители обязаны иметь вместимость в сотки кубометров, требуют огромных издержек на строительство, потому известны только как малочисленные экспериментальные эталоны.

Для сезонных теплоаккумуляторов критичны теплопотери, которые пропорциональны их поверхности. С повышением размеров объем вырастает кубически, а поверхность квадратично, и отношение объема к площади поверхности возрастает, что делает огромные установки более действенными. Все же, проведенные в ряде североевропейских государств тесты водяных сезонных коллективных теплоаккумуляторов выявили их чрезвычайно огромную цена и эксплуатационные издержки. Цена аккума в Роттвайле (600 м3) 700 Dm/м3, В Гамбурге (4500 м3) — 400 Dm/м3, во Фридрихсхафене (12 500 м3) — 250 Dm/м3. В новых аккумах, построенных по принципу U-образных зондов, цена ниже, в Неккарсульме (20 000 м3) она составляет 90—160 Dm/м3. Одно из недавнешних новшеств — аккумуляция тепла и холода в подземных водоносных пластах. Способ удачно реализуется в Нидерландах, где имеются водоносные слои на глубине более 15 метров с низкой скоростью течения воды в 10— 40 м/год и температурой 10—13°С. Летом в их по скважинам закачивается тепло, зимой — холод. Утраты тепла за сезон не превосходят 5—15%.

Продолжают разрабатываться батареи на других принципах, так многообещающими для использования в домах являются теплоаккумуляторы на фазовых переходах, использующие сокрытую теплоту плавления. Такое аккумулирование позволяют выполнить ряд веществ, таких как хлористый кальций, глауберова соль, парафин, фосфат натрия, углекислый натрий и другие, имеющие температуру плавления в спектре 30 — 90 градусов. По энергетической емкости в расчете на объем они превосходят водяные батареи на порядок. Но эксплуатация таких аккумов связана с дополнительными сложностями, связанными с необходимостью чистки и повторяющейся подмены реагентов.

Более многообещающим направлением представляется внедрение грунтовых аккумов. При их устройстве конкретно под домом они могут предупредить теплоотдачи строения через стенки и пол фундамента, не считая того, они могут его конкретно обогревать. Допустимые свойства грунтовых аккумов определяются и лимитируются инженерно-геологическими критериями в месте строительства. Так, к примеру, понятно, что глину нельзя нагревать выше 25—40 градусов. Таким макаром, грунтовые батареи должны быть низкотемпературными. Тепло из их можно извлекать при необходимости как впрямую, так и при помощи термических насосов. При их конструировании нужно выбирать решения, которые бы учитывали местные геологические и гидрологические условия и не нарушали бы их чрезвычайно. Грунтовые теплоаккумуляторы можно отнести к классу не только лишь сезонных, да и долголетних, потому что в их можно копить энергию в течение многих лет. Зарядку их можно создавать во время летних избытков солнечной энергии.

Для средне- и короткосрочной утилизации, хранения и выдачи термический энергии, лучшими являются классические водяные батареи. Вода — вещество с уникальными качествами, в том числе с аномально высочайшей теплоемкостью, что делает ее комфортной и в качестве теплохранителя. При помощи теплообменников в теплоизолированный водяной аккумулятор просто добавлять избыточное тепло, образующееся при работе разных устройств, и таким же образом отбирать его при необходимости. Может быть применение двухконтурных теплоаккумуляторов с водяным аккумом в качестве низшей ступени.

Но термическая энергия, тем паче низкотемпературная, имеет ограниченный круг внедрения (теплорегуляция помещений, горячее водоснабжение) и плохо преобразуется в другие виды, что делает нужным припасать энергию и в других видах.

[Вернуться к оглавлению]



7. Водородный энергетический цикл

В доме целенаправлено иметь маленький короткопериодный электроаккумулятор для согласования колебаний прихода и расхода энергии с периодом до нескольких суток. Для этой цели нередко употребляются обыденные кислотные либо щелочные батареи. Но актуальный цикл (создание, эксплуатация, утилизация) их пока очень неэкологичен, так как связан с попаданием в окружающую среду огромного количества вредных веществ, в том числе таких высокотоксичных, как томные металлы. Недочетами современных электроаккумуляторов являются и их маленький, порядка 50%, КПД и маленькой срок службы. Тотчас в экодомах без их нельзя обойтись, но их внедрение стараются свести к минимуму. Потому неувязка разработки экологичного электроаккумулятора для экодома очень животрепещуща. Огромные надежды в деле автономного энерго- и в особенности электрообеспечения жилища спецы ложут в текущее время на водородную энергетику.

В природе обширно всераспространен водородный энергетический цикл, который, а именно, употребляется растениями для фотосинтеза. Он перспективен и для экодома, так как водород как горючее комфортен и для долгого хранения, и для получения из него электронной либо высокопотенциальной термический энергии. Очень ценным свойством водорода является то, что его можно получать из воды (электролизом), и после использования его в качестве горючего он снова преобразуется в воду, что дает возможность избежать загрязнения среды.

На данный момент в стадии разработки находится ряд технологий по прямому получению водорода при помощи солнечной энергии с внедрением разных фотохимических либо фотоорганических частей, подобно тому, как это происходит в растениях при фотосинтезе. Но достоинства водорода в качестве энергоэлемента в доме настолько значительны, что даже существующая схема двухступенчатого получения водорода (электролиз воды энергией, приобретенной от фотоэлектрических модулей) оказывается симпатичной.

Огромным преимуществом будет то, что водород можно аккумулировать не только лишь в сжатом и сжиженном виде, да и в химически связанном в металлопорошковых аккумах. Механизм работы их основан на свойстве неких полиметаллических композиций всасывать в огромных количествах водород. Один из видов акого аккума представляет собой емкость из нержавеющей стали, заполненную сплавом титана, ванадия и железа. Сплав обладает свойством выделять при нагревании незапятнанный водород, даже если он аккумулировался с примесью кислорода и воды. Такое хранение водорода оказывается довольно неопасным.

Разработка сотворения металлгидридных аккумов водорода развита к истинному времени так, что ряд ведущих авто компаний объявил о разработке предсерийных образцов водородных автомобилей. Так как весовые, габаритные, ценовые ограничения и аспекты безопасности при размещении на автомобилях еще жестче, чем в домах либо на участке рядом с ними, то ясно, что для внедрения в бытовых целях металлгидридных аккумов в текущее время нет препятствий. Расчеты демонстрируют, что металлгидридный водородный аккумулятор объемом 2-3 м3 способен с лихвой обеспечить энергопотребности одноквартирного энергоэффективного дома в средней полосе Рф на отопительный сезон.

Не так давно появились сообщения о разработке хим аккумов водорода с внедрением тонких углеродных волокон. Удельная весовая емкость по водороду у их выше, чем у металлгидридных аккумов, более чем на порядок. Если на их базе получится сделать приемлемую фактически конструкцию, это будет огромным фуррором в решении задачи сотворения сезонных аккумов.

Источником электроэнергии для получения водорода, не считая солнечных батарей, могут быть ветровые установки. 1-ые ветровые электростанции с внедрением водорода для аккумуляции энергии были построены в Рф еще в 30-х годах. Если дом размещен в ветреном районе, что часто бывает на морских побережьях, ветроагрегаты, работающие на выработку водорода, могут не только лишь на сто процентов удовлетворить все энергопотребности дома, да и обеспечить заправку переведенного на водородное горючее автомобиля.

[Вернуться к оглавлению]



8. Химические генераторы

Реакция горения заключается в том, что электроны отрываются от атомов горючего и с большой энергией падают на атомы кислорода. Движение электронов — это электронный ток, при горении он протекает хаотично и его энергия уходит на нагрев реагирующих веществ, что и является предпосылкой возникновения высочайшей емпературы и пламени. Но можно выполнить и так называемое прохладное горение, когда поток электронов будет упорядоченно протекать от атомов вещества-топлива к кислороду по железным проводам. Энергию же протекающего по ним тока можно использовать обыденным порядком, как и энергию хоть какого тока. Такие устройства известны как топливные элементы (ТЭ) либо химические генераторы. ТЭ были сделаны еще в 1839 году, сходу после открытия Фарадеем электролиза воды, которая после пропускания тока распадалась на две составляющие — водород и кислород. В ТЭ идет оборотный процесс: при подведении к одному из электродов горючего, а к другому кислорода, появляется электронный ток. По такому принципу работают батарейки. Разница в том, что окислитель заложен в батарейку на весь срок ее службы, а в ТЭ он (кислород) так же, как и горючее (водород), повсевременно подводятся.

По оценке профессионалов, уже в последнее время начнется вытеснение имеющейся энергетики батареями ТЭ, размещаемыми в конкретной близости от потребителей. Не в последнюю очередь это диктуется желанием обезопасить себя от огромного вреда при террористических и военных нападениях.

1-ое практическое применение «новый» хим источник тока отыскал в космосе, невзирая на то, что был открыт более 150 годов назад. Топливный элемент обладает наивысшими удельными чертами и КПД от 40 до 70%. В нем нет перемещающихся деталей, он практически бесшумен и не считая электроэнергии производит тепло и воду.

Практическое внедрение топливных частей началось в 60-х годах XX века с их внедрения на борту галлактических кораблей. Южноамериканская компания United Technology затратила на разработку ТЭ по проекту «Аполло» около 100 млн. баксов (мощность сделанной бортовой установки — 2,5 кВт). В 1977 году та же компания сделала и испытала установку мегаваттной мощности, а сначала 80-х годов в Нью-Йорке была смонтирована электрическая станция на 4,5 МВт для широкомасштабной демонстрации преимуществ «нового» метода получения электроэнергии. Мы являемся очевидцами первых шагов коммерческого использования ТЭ.

Биохимики установили, что био водородно-кислородный топливный элемент «вмонтирован» в каждую живую клеточку. Источником водорода в организме служит еда — жиры, белки и углеводы. В желудке, кишечном тракте, клеточках она в конечном счете разлагается до мономеров, которые, в свою очередь, после ряда хим перевоплощений дают водород, присоединенный к молекуле-носителю. Кислород из воздуха попадает в кровь через легкие, соединяется с гемоглобином и разносится по всем тканям. Процесс соединения водорода с кислородом составляет базу биоэнергетики организма. Тут, в мягеньких критериях (комнатная температура, обычное давление, аква среда), хим энергия с высочайшим КПД преобразуется в термическую, механическую (движение мускул), электричество (электронный скат), свет (насекомые, излучающие свет). Человек в который раз повторил сделанное природой устройство получения энергии. В то же время данный факт гласит о перспективности направления. Все процессы в природе очень рациональны, потому шаги по реальному использованию ТЭ вселяют надежду на благополучное энергетическое будущее.

Топливные элементы могут работать не лишь на водороде, да и на многих видах углерод-водородного горючего, в том числе и водянистом, к примеру на метаноле, вырабатываемом из растительной биомассы. В качестве окислителя может употребляться воздух.

Топливные элементы перспективно использовать для преобразования запасенного водорода в электронную энергию. Электронный КПД топливных частей может достигать 70%, остальная энергия выделяется в виде тепла, которое в доме может утилизироваться в том либо ином теплоаккумуляторе. На данный момент на практике электронный КПД ЭХГ добивается 40—50%. Еще пока они сравнимо дороги (7500—10 000 долл. за установленный кв, к 2003 году ожидается — 4000), имеют низкий рабочий ресурс, и другие эксплуатационные недочеты. Но уже в наиблежайшие годы году ожидается начало их внедрения на рынок комбинированных энергогенераторов для построек. По воззрению западных аналитиков, ЭХГ в близком будущем займут место основных источников энергии для отдельных домов и поселков.

[Вернуться к оглавлению]