Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску

Возобновляемое тепло - это применение возобновляемой энергии, и оно относится к возобновляемому производству тепла, а не к электроэнергии (например, замена котла, работающего на ископаемом топливе, с использованием концентрации солнечного тепла для питания радиаторов). Технологии возобновляемого тепла включают возобновляемое биотопливо, солнечное отопление, геотермальное отопление, тепловые насосы и теплообменники для восстановления потерянного тепла. Большое внимание уделяется утеплению.

Во многих более холодных странах для обогрева потребляется больше энергии, чем электроэнергии. Например, в 2005 г. Соединенное Королевство потребляло 354 ТВтч [1] электроэнергии, но потребность в тепле составляла 907 ТВтч, большая часть которой (81%) была удовлетворена за счет газа. Только жилищный сектор потреблял 550 ТВтч энергии на отопление, в основном в виде газа. Почти половина конечной энергии, потребляемой в Великобритании (49%), приходилась на тепло, из которых 70% использовалось домашними хозяйствами, а также в коммерческих и общественных зданиях. Домохозяйства использовали тепло в основном для отопления помещений (69%) и нагрева воды. [2]

Относительная конкурентоспособность возобновляемой электроэнергии и возобновляемого тепла зависит от национального подхода к энергетической и экологической политике. Немногие возобновляемые технологии (будь то тепло, электричество или транспорт) могут конкурировать с ископаемым топливом без какой-либо оценки углерода или субсидий. В этих странах, таких как Швеция, Дания и Финляндия, где вмешательство государства было ближе всего к технологически нейтральной форме оценки углерода (например, налоги на выбросы углерода и энергию), возобновляемое тепло играет ведущую роль в очень существенном вкладе возобновляемых источников в конечное потребление энергии. В этих странах, таких как Германия, Испания, США и Великобритания, где вмешательство правительства было установлено на разных уровнях для разных технологий, применений и масштабов, вклад технологий возобновляемого тепла и возобновляемой электроэнергии зависел от относительных уровней поддержки и в целом привели к более низкому вкладу возобновляемых источников в конечное потребление энергии.

Ведущие технологии возобновляемого тепла [ править ]

Солнечное отопление [ править ]

Солнечное отопление - это стиль строительства здания, при котором энергия летнего или зимнего солнечного света используется для обеспечения экономичного снабжения здания первичным или дополнительным теплом. Тепло можно использовать как для отопления помещений (см. Солнечное нагревание воздуха ), так и для нагрева воды (см. Солнечное нагревание воды ). Конструкции солнечного отопления делятся на две группы:

  • Пассивное солнечное отопление зависит от конструкции и конструкции дома для сбора тепла. При проектировании пассивных солнечных батарей также необходимо учитывать хранение и распределение тепла, которое может осуществляться пассивно, или использовать воздуховоды для активного отвода тепла к фундаменту здания для хранения. В одной из таких конструкций была измерена температура в доме до 24 ° C (75 ° F) в частично солнечный зимний день (-7 ° C или 19 ° F), и утверждается, что система пассивно обеспечивает большую часть отопление здания. [3] Дом площадью 4000 квадратных футов (370 м 2 ) стоил 125 долларов за квадратный фут (или 370 м 2 по цене 1351 доллар / м 2 ), что аналогично стоимости традиционного нового дома.
  • В активном солнечном отоплении используются насосы для перемещения воздуха или жидкости из солнечного коллектора в здание или складское помещение. Такие приложения, как солнечное нагревание воздуха и солнечное нагревание воды, обычно улавливают солнечное тепло в панелях, которые затем могут использоваться для таких применений, как обогрев помещений и дополнение к водонагревателям в жилых помещениях. В отличие от фотоэлектрических панелей , которые используются для выработки электроэнергии, солнечные нагревательные панели менее дороги и улавливают гораздо большую долю солнечной энергии.

Для систем солнечного отопления обычно требуется небольшая дополнительная резервная система отопления, обычная или возобновляемая.

Геотермальное отопление [ править ]

Горячие источники расположены в Неваде.

Доступ к геотермальной энергии осуществляется путем бурения водяных или паровых скважин в процессе, аналогичном бурению на нефть. Геотермальная энергия - это огромный, недостаточно используемый ресурс тепла и электроэнергии, который является чистым (выделяет мало или совсем не выделяет парниковые газы), надежным (средняя доступность системы составляет 95%) и выращивается внутри страны (что снижает зависимость населения от нефти). [4]

Земля поглощает солнечную энергию и сохраняет ее в виде тепла в океанах и под землей. Температура почвы остается постоянной на уровне от 42 до 100 ° F (от 6 до 38 ° C) круглый год в зависимости от того, где вы живете на Земле. Геотермальная система отопления использует постоянную температуру, находящуюся под поверхностью Земли, и использует ее для обогрева и охлаждения зданий. Система состоит из серии труб, установленных под землей и соединенных с трубами в здании. Насос циркулирует жидкость по контуру. Зимой жидкость в трубе поглощает тепло земли и использует его для обогрева здания. Летом жидкость поглощает тепло из здания и сбрасывает его в землю. [5]

Тепловые насосы [ править ]

Тепловые насосы используют работу для перемещения тепла из одного места в другое и могут использоваться как для отопления, так и для кондиционирования воздуха. Несмотря на капиталоемкость, тепловые насосы экономичны в эксплуатации и могут питаться от возобновляемой электроэнергии. Два распространенных типа тепловых насосов - это воздушные тепловые насосы (ASHP) и грунтовые тепловые насосы (GSHP), в зависимости от того, передается ли тепло из воздуха или из земли. Тепловые насосы с воздушным источником не эффективны, когда температура наружного воздуха ниже, чем примерно -15 ° C, в то время как тепловые насосы с источником тепла не работают. Эффективность теплового насоса измеряется коэффициентом полезного действия.(CoP): На каждую единицу электроэнергии, используемую для перекачки тепла, тепловой насос с воздушным источником генерирует от 2,5 до 3 единиц тепла (т. Е. Имеет CoP от 2,5 до 3), тогда как GSHP вырабатывает от 3 до 3,5 единиц тепла. Исходя из текущих цен на топливо в Соединенном Королевстве, предполагая, что CoP составляет 3–4, GSHP иногда является более дешевой формой отопления помещений, чем электрическое, масляное и твердотопливное отопление. [6] Тепловые насосы могут быть связаны с межсезонным накопителем тепловой энергии (горячей или холодной), удваивая ЦС с 4 до 8, отбирая тепло из более теплой земли. [7]

Межсезонный теплообмен [ править ]

Основная статья: Сезонное хранение тепловой энергии

Тепловой насос с межсезонной теплопередачей сочетает в себе активный сбор солнечной энергии для хранения излишков летнего тепла в тепловых банках [8] с тепловыми насосами из грунтовых источников для извлечения его для отопления помещений зимой. Это уменьшает необходимый "подъем" и удваивает КП теплового насоса, поскольку насос запускается с теплом от теплового банка вместо холода от земли.

CoP и лифт [ править ]

ЦС теплового насоса увеличивается по мере уменьшения разницы температур, или «подъема», между источником тепла и местом назначения. КПД можно максимизировать во время проектирования, выбрав систему отопления, требующую только низкой конечной температуры воды (например, теплый пол), и выбрав источник тепла с высокой средней температурой (например, земля). Для горячего водоснабжения (ГВС) и обычных радиаторов требуется высокая температура воды, что влияет на выбор технологии теплового насоса. Низкотемпературные радиаторы представляют собой альтернативу обычным радиаторам.

Тип и источник насосаТипичный вариант использованияВариация CoP теплового насоса в зависимости от выходной температуры
35 ° C
(например, стяжка с подогревом)		45 ° C
(например, низкотемпературный радиатор или стяжка пола с подогревом)		55 ° C
(например, низкотемпературный радиатор или деревянный пол с подогревом)		65 ° C
(например, стандартный радиатор или ГВС)		75 ° C
(например, стандартный радиатор и ГВС)		85 ° C
(например, стандартный радиатор и ГВС)
Высокоэффективный воздух ASHP при -20 ° C [9] 2.22.0----
Двухступенчатый ASHP воздух при -20 ° C [10]Низкая температура источника.2,42.21.9---
Высокоэффективный воздух ASHP при 0 ° C [9]Низкая температура на выходе.3.82,82.22.0--
Прототип транскритического СО
2(R744) Тепловой насос с трехсторонним охладителем газа, источник при 0 ° C [11]		Высокая температура на выходе.3.3--4.2-3.0
Вода GSHP при 0 ° C [9] 5.03,72,92,4--
GSHP, измельченный при 10 ° C [9]Низкая температура на выходе.7.25.03,72,92,4-
Теоретический предел цикла Карно , источник -20 ° C 5,64.94.44.03,73,4
Теоретический предел цикла Карно, источник 0 ° C 8,87.16.05.24.64.2
Теоретический предел цикла Лоренца ( CO
2насос), возвратная жидкость 25 ° C, исходная 0 ° C [11]		 10.18,87.97.16.56.1
Теоретический предел цикла Карно, источник 10 ° C 12,39.17.36.15,44.8

Резистивный электрический нагрев [ править ]

Возобновляемая электроэнергия может быть произведена с помощью гидроэнергии, солнечной энергии, ветра, геотермальной энергии и сжигания биомассы. В некоторых странах, где возобновляемая электроэнергия стоит недорого, резистивный нагрев является обычным явлением. В таких странах, как Дания, где дорогое электричество, не разрешается устанавливать электрическое отопление в качестве основного источника тепла. [12] Ветровые турбины имеют большую мощность в ночное время, когда есть небольшой спрос на электроэнергию, накопительные нагреватели потребляют эту более дешевую электроэнергию ночью и выделяют тепло в течение дня.

Пеллетное отопление [ править ]

Дровяная печь.
Древесные пеллеты.

Отопление на древесных пеллетахи другие типы систем отопления на дровах достигли наибольшего успеха при обогреве помещений, не подключенных к газовой сети, обычно предварительно обогреваемых печным топливом или углем. Для твердого древесного топлива требуется большое количество специальных складских помещений, а специализированные системы отопления могут быть дорогими (хотя во многих европейских странах существуют схемы предоставления грантов для компенсации этих капитальных затрат). Низкие затраты на топливо означают, что отопление на древесном топливе в Европе часто возможно. для достижения срока окупаемости от 3 до 5 лет. Из-за больших потребностей в хранении топлива древесное топливо может быть менее привлекательным для городских жилых домов или для помещений, подключенных к газовой сети (хотя рост цен на газ и неопределенность поставок означают, что древесное топливо становится более конкурентоспособным.Также растет беспокойство по поводу загрязнения воздуха от отопления дровами по сравнению с теплом нефти или газа, особенно мелкими частицами.

Дровяное отопление [ править ]

Сжигание древесного топлива на открытом огне крайне неэффективно (0-20%) и загрязняет окружающую среду из-за частичного сгорания при низкой температуре. Точно так же, как сквозняки в здании теряют тепло из-за потери теплого воздуха из-за плохой герметизации, открытый огонь несет ответственность за большие потери тепла, вытягивая очень большие объемы теплого воздуха из здания.

Современные конструкции дровяных печей позволяют более эффективно сжигать и отводить тепло. В Соединенных Штатах новые дровяные печи сертифицированы Агентством по охране окружающей среды США (EPA) и горят чище и эффективнее (общая эффективность составляет 60-80%) [13] и потребляют меньшие объемы теплого воздуха из здания.

Однако не следует путать «очиститель» с «чистым». Австралийское исследование реальных выбросов от нагревателей древесины, удовлетворяющих действующим австралийским стандартам [14], показало, что выбросы твердых частиц составляют в среднем 9,4 г / кг сожженной древесины (диапазон от 2,6 до 21,7). Таким образом, обогреватель со средним расходом древесины 4 тонны в год выделяет 37,6 кг PM2,5, то есть частицы размером менее 2,5 микрометров . Это можно сравнить с легковым автомобилем, удовлетворяющим текущим стандартам Евро 5 (введенным в сентябре 2009 г.) из расчета 0,005 г / км. Таким образом, один новый дровяной обогреватель выбрасывает столько PM2,5 в год, сколько 367 легковых автомобилей, каждая из которых проезжает 20 000 км в год. Недавнее европейское исследование [15]определили PM2,5 как наиболее опасный для здоровья загрязнитель воздуха, который, по оценкам, стал причиной преждевременной смерти 492 000 человек. Следующий по величине загрязнитель - озон - стал причиной 21 000 преждевременной смерти.

Из-за проблем с загрязнением Австралийский фонд легких рекомендует использовать альтернативные средства для контроля климата. [16] Американская ассоциация легких "настоятельно рекомендует использовать более чистые, менее токсичные источники тепла. Перевод дровяного камина или печи на природный газ или пропан устранит воздействие опасных токсинов, образующихся при сжигании древесины, включая диоксин, мышьяк и формальдегид. . [17]

«Возобновляемые источники энергии» не следует путать с «теплично-нейтральными». В недавней рецензируемой статье было обнаружено, что даже при сжигании дров из экологически чистых источников выбросы метана из типичного австралийского дровяного обогревателя, отвечающего текущим стандартам, вызывают большее глобальное потепление, чем отопление того же дома газом. Однако, поскольку большая часть дров, продаваемых в Австралии, не из экологически чистых источников, австралийские домохозяйства, использующие дровяное отопление, часто вызывают большее глобальное потепление, чем отопление трех аналогичных домов газом. [18]

Печи с высоким КПД должны соответствовать следующим критериям проектирования:

  • Хорошо герметизирован и точно откалиброван для всасывания небольшого, но достаточного объема воздуха. Ограничение воздушного потока имеет решающее значение; меньший приток холодного воздуха меньше охлаждает печь (таким образом достигается более высокая температура). Это также дает больше времени для отвода тепла из выхлопных газов и отводит меньше тепла от здания.
  • Топка должна быть хорошо изолирована, чтобы повысить температуру горения и, следовательно, целостность.
  • Хорошо изолированная печь излучает мало тепла. Таким образом, тепло следует отводить из канала выхлопных газов. Эффективность поглощения тепла выше, когда теплообменный канал длиннее, а поток выхлопных газов медленнее.
  • Во многих конструкциях теплообменный канал сооружается из очень большой массы теплопоглощающего кирпича или камня. Такая конструкция заставляет поглощенное тепло выделяться в течение более длительного периода - обычно в течение дня.

Возобновляемый природный газ [ править ]

Возобновляемый природный газ определяется как газ, полученный из биомассы, качество которого повышено до качества, аналогичного природному газу . [ необходима цитата ] Повышая качество до качества природного газа, становится возможным распределять газ среди потребителей через существующую газовую сеть. [19] По данным Центра энергетических исследований Нидерландов, возобновляемый природный газ «дешевле, чем альтернативы, когда биомасса используется на теплоэлектроцентрали или на местной установке сжигания». [20] Удельные затраты на энергию снижаются за счет «благоприятного масштаба и рабочих часов», а капитальные затраты конечного пользователя устраняются за счет распределения через существующую газовую сеть.

Энергоэффективность [ править ]

Возобновляемое тепло идет рука об руку с энергоэффективностью . Действительно, успех проектов возобновляемого отопления во многом зависит от энергоэффективности; в случае солнечного отопления, чтобы снизить потребность в дополнительном отоплении, в случае отопления на древесном топливе для снижения стоимости закупаемой древесины и объема хранимого, а в случае тепловых насосов для уменьшения размера и инвестиций в тепловой насос, затраты на теплоотвод и электроэнергию.

Энергоэффективность здания можно улучшить двумя основными способами:

Изоляция [ править ]

Улучшение изоляции может значительно сократить потребление энергии, удешевляя обогрев и охлаждение помещения. Однако улучшить существующее жилье часто бывает сложно или дорого. В новых зданиях можно использовать многие методы суперизоляции . Старые здания можно улучшить несколькими способами:

  • Изоляция сплошных стен: здание с сплошными стенами может выиграть от внутренней или внешней изоляции. Изоляция внешней стены включает добавление декоративных непогоды изоляционных панелей или другой обработки на внешней стороне стены. В качестве альтернативы внутренняя изоляция стен может быть нанесена с использованием готовых ламинатов теплоизоляции / гипсокартона или другими способами. Толщина внутренней или внешней изоляции обычно составляет от 50 до 100 мм.
  • Изоляция полых стен : здание с полыми стенами может извлечь выгоду из изоляции, закачанной в полость. Эта форма изоляции очень рентабельна [ требуется пояснение ] [ необходима ссылка ] .
  • Программируемые термостаты позволяют отключать обогрев и охлаждение помещения в зависимости от времени, дня недели и температуры. Например, спальню не нужно отапливать днем, но не нужно обогревать гостиную ночью.
  • Утепление крыши
  • Изолированные окна и двери
  • Черновая проверка

Полы с подогревом [ править ]

Полы с подогревом иногда могут быть более энергоэффективными, чем традиционные методы обогрева:

  • Вода циркулирует в системе при низких температурах (35 ° C - 50 ° C), что значительно повышает эффективность газовых котлов, дровяных котлов и тепловых насосов.
  • В комнатах с подогревом теплее под потолком, где тепло не требуется, но теплее под ногами, где больше всего необходим комфорт.
  • Традиционные радиаторы часто устанавливают под плохо изолированными окнами, нагревая их без надобности.

Рекуперация тепла сточных вод [ править ]

Утилизация тепла.

С помощью рециркуляции тепла горячей воды можно регенерировать значительное количество тепла из отработанной горячей воды . Основное потребление горячей воды - это раковины, душевые, ванны, посудомоечные машины и стиральные машины. В среднем 30% горячей воды в доме используется для принятия душа. [21] Поступающая пресная вода обычно имеет гораздо более низкую температуру, чем сточная вода из душа. Недорогой теплообменник утилизирует в среднем 40% тепла, которое обычно теряется, за счет нагрева поступающей холодной пресной воды теплом исходящих сточных вод.

См. Также [ править ]

  • Тепловые насосы с воздушным источником
  • Автономное здание
  • Архитектурное Проектирование
  • Биогаз
  • Энергосбережение
  • Тепловой насос наземного источника
  • Зеленая архитектура
  • Зеленое здание
  • Утилизация тепла горячей воды
  • Суперизоляция
  • Устойчивость
  • Экологичный дизайн
  • Смягчение глобального потепления
  • Естественное здание
  • Пассивный дом
  • Пассивный солнечный
  • Возобновляемая энергия
  • Развитие возобновляемой энергетики
  • Солнечное тепло воздуха
  • Солнечная комбинированная система
  • Солнечная горячая вода
  • Солнечная энергия
  • Европейская ассоциация биомассы
  • Теплоизоляция
  • Пол с подогревом
  • Древесные брикеты
  • Здание с нулевым потреблением энергии

Ссылки [ править ]

  1. ^ Отчет Министерства торговли и промышленности UK Energy in Brief, июль 2007 г., стр. 25 Архивировано 27 мая 2008 г., в Wayback Machine (URL-адрес доступен в мае 2008 г.)
  2. ↑ Правительственный призыв правительства Великобритании о предоставлении доказательств в отношении жары, Управление по изменению климата, январь 2008 г. «Жара для получения доказательств», параграфы 11 и 12. Архивировано 27 мая 2008 г., в Wayback Machine (URL-адрес доступен в мае 2008 г.)
  3. ^ «Солнечный дом, солнечный дом, солнечный дом, солнечный дом» . Solarhouseproject.com . Проверено 2 октября 2013 .
  4. ^ «Обзор геотермальных основ» . Управление энергоэффективности и возобновляемых источников энергии. Архивировано из оригинала на 2008-10-04 . Проверено 25 июня 2009 .
  5. ^ «Что такое геотермальная энергия? - Совет по геотермальным ресурсам» . Geothermal.org. 2013-01-22. Архивировано из оригинала на 2013-10-05 . Проверено 2 октября 2013 .
  6. ^ Земные тепловые насосы: затраты, экономия и финансовая поддержка. Архивировано 2 декабря 2016 г., на Wayback Machine. Проверено2 декабря 2016 г.
  7. ^ «GSHP | Тепловые насосы из грунтовых источников | GSHP | Отопление из грунтовых источников | Коэффициент полезного действия CoP | Эффективность тепловых насосов из грунтовых источников | Накопление тепловой энергии» . Icax.co.uk . Проверено 2 октября 2013 .
  8. ^ «Тепловые банки хранят тепло между сезонами | Сезонное хранение тепла | Тепловые банки от ICAX сохраняют выбросы углерода | Хранение тепловой энергии с использованием межсезонных аккумуляторов тепла | Подземное аккумулирование тепловой энергии UTES | Многоразовое тепло» . Icax.co.uk . Проверено 2 октября 2013 .
  9. ^ a b c d Канадская сеть возобновляемых источников энергии «Коммерческие энергосистемы Земли», рисунок 29 . Проверено 29 июля 2009 года.
  10. ^ Технический институт физики и химии Китайской академии наук «Современное состояние тепловых насосов с воздушным источником для холодных регионов», рисунок 5 . Проверено 19 апреля 2008 года.
  11. ^ a b SINTEF Energy Research «Интегрированные системы тепловых насосов CO 2 для отопления помещений и горячего водоснабжения в домах с низким энергопотреблением и пассивных домах», Дж. Стин, Таблица 3.1, Таблица 3.3. Архивировано 18 марта 2009 г. в Wayback Machine . Проверено 19 апреля 2008 года.
  12. ^ http://www.seas.columbia.edu/earth/wtert/sofos/DEA_Heat_supply_in_denmark.pdf
  13. ^ «Гореть чисто: горячие советы для лучшего огня» (PDF) . Агентство по охране окружающей среды.
  14. ^ «Измерение реальных коэффициентов выбросов PM10 и профилей выбросов от древесных обогревателей с помощью мониторинга источников на месте и методов проверки атмосферы» . Environment.gov.au. 2009-09-16 . Проверено 2 октября 2013 .
  15. ^ «Оценка воздействия на здоровье PM2,5 на европейском уровне, Технический документ ETC / ACC 2009/1» . Air-climate.eionet.europa.eu. 2009-06-29. Архивировано из оригинала на 2010-07-22 . Проверено 2 октября 2013 .
  16. ^ [1] {date = 2014-06-01}
  17. ^ "Американская ассоциация легких предостерегает против сжигания древесины и призывает более чистые альтернативы для зимней жары - Американская ассоциация легких" . Lungusa.org. 2008-09-29 . Проверено 2 октября 2013 .
  18. ^ «Австралийские дровяные обогреватели в настоящее время увеличивают глобальное потепление и затраты на здоровье», Дороти Л. Робинсон, Исследование загрязнения атмосферы, статья в прессе, doi : 10.5094 / APR.2011.033
  19. ^ « „ Устойчивая газ выходит на распространение европейской газовой системы “ » (PDF) . Dgc.dk . Проверено 2 октября 2013 .
  20. ^ Центр энергетических исследований Нидерландов «Тепло из биомассы через синтетический природный газ» . Проверено 22 марта 2006 года.
  21. ^ http://www.nrel.gov/docs/fy10osti/47685.pdf pg5

Внешние ссылки [ править ]

  • Тепловые насосы на базе R744 (CO 2 ) FAQ
  • Тепловые насосы, долгожданный выход из глобального потепления - Информация от Японского центра технологий тепловых насосов и аккумуляторов
  • Департамент торговли и промышленности, исследование 2005 г. по возобновляемым источникам тепла
  • Возобновляемые источники тепла, объединяющие солнечные коллекторы из асфальта, тепловые банки и геотермальные тепловые насосы.
  • Информация Energy Saving Trust по изоляции дома
  • Отчет Гилла о биомассе в Великобритании - скачать
  • Утепление сплошных стен
  • Изоляция стен полостей