Консультационный центр

Региональный Call центр

"Горячая" линия 8 800 300 4435

Полезный совет

Уезжая на долгое время, отключите из розеток все электроприборы

Калькуляторы расчета эффективности потребления

Методические материалы по энергосбережению

Социологический опрос

Энергосберегающие технологии

Развитие рынка тепловых насосов в Японии

На протяжении уже многих десятилетий, Япония является мировым лидером инновационных технологий. Успехи японской экономики достигаются тем, что правительство и бизнес работают сообща, объединяя свои усилия по достижению наибольшей эффективности и обеспечения лучшего будущего. Конкретный пример успешности в области тепловых насосов - работа фонда «Тепловые насосы», который был создан в 1986 году Японским Технологическим Центром Тепловых Насосов (HPTCJ) и правительством.

Катастрофа на АЭС Фукусима стимулировала дальнейшее развитие энергосберегающих технологий

Прошло совсем немного времени после 2011 года, когда произошла катастрофа на АЭС Фукусима, однако её последствия всё ещё остаются неясными для наших читателей. К концу 90-х годов японское правительство субсидировало много программ, уменьшающих зависимость страны от природного газа. Эти программы развивали технологии производства электроэнергии на АЭС, а также стимулировали внедрение энергосберегающих технологий, особенно в секторе потребления электроэнергии.

И сегодня, спустя 18 месяцев после катастрофы, долгосрочная политика правительства относительно будущего АЭС в Японии все еще остаётся непонятной. Но энергоэффективные технологии будут поощряться правительством Японии еще больше, продолжая следовать целям Киотского протокола, несмотря на произошедшее.

Структура рынка климатического оборудования

Очевидным является тот факт, что рынок страны сильно зависит от климатических условий. В Японии, климат относительно умеренный, но большие колебания могут наблюдаться: от влажного континентального на севере до субтропического на юге архипелага. Поэтому, для основной группы пользователей необходимы комбинированные системы отопления и кондиционирования.

Как следствие, тепловые насосы «воздух-воздух» стали чрезвычайно популярными в Японии, с годовым объемом продаж более 8 200 тысяч единиц, особенно учитывая общее количество зданий - около 57 млн. Рынок климатического оборудования Японии развивался в течение многих лет, в основном в направлении увеличения производительности оборудования. Японские тепловые насосы не имели больших различий по сравнению с теми, которые уже были известны в западных странах, например на рынке Северной Америки.

Реализуя геополитическую стратегию по сокращению зависимости от ископаемых видов топлива и для обеспечения высокой эффективности энергетических систем, правительство решило изучить последствия развития использования тепловых насосов в системах теплоснабжения. Были определены две основные сферы - горячее водоснабжение на всей территории и отопление зданий в холодных регионах Японии.

Программа ГВС

Еще в 1995 году Центральный научно-исследовательский институт электроэнергетики (CRIEPI) и TEPCO (Tokyo Electric Power Company) начали исследования систем горячего водоснабжения. По сравнению со средними показателями использования ГВС в западноевропейских странах, нужно отметить, что средний японский показатель использования горячей воды намного выше в ежедневном потреблении.

Привычка японцев принимать горячие ванны, приводит к среднему расходу горячей воды на 1-го жителя около 420 литров горячей воды за сутки при температуре 85 ° C. Это составляет около 34% от общего потребления тепловой энергии в зданиях. Инновационным решением стало использование CO2 в качестве хладагента для тепловых насосов - это позволило обеспечить необходимый комфорт и значительно снизило потребление энергии.

Японское правительство, которое стимулировало эти исследования с самого начала, решило включить эту идею в программу страны по сокращению выбросов СО2 в рамках Киотского протокола. Программа получила название "Ecocute", что обозначает её экологические и экономические цели. Важно подчеркнуть, что эта программа стратегически направлена на полный анализ жизненного цикла теплоснабжения, а не просто замкнута на энергоэффективности. В результате этой долгосрочной стратегии был выбран новый хладагент (диоксид углерод), который уступал по коммерческим показателям, но являлся экологически значимым. Кроме того, стала естественной замена природным хладоном СО2 искусственных хладонов, приводящих к разрушению озонового слоя и являющихся горючими и токсичными хладагентами.

В 2001 году первые тепловые насосы "Ecocute" были уже в продаже

На сегодняшний день более 3,5 миллионов единиц тепловых насосов "Ecocute" уже установлены в Японии, в то время как их годовой объем продаж постоянно растет, достигнув более чем 550 000 проданных единиц в год. Это эквивалентно поглощению выбросов СО2, которое происходит на площади лесных насаждений равной 15 000 км ².

Продажи и установленные мощности Ecocute (CO2 тепловые насосы для ГВС) в Японии, начиная с 2003 года.

Использование геотермальных тепловых насосов для холодных регионов

В феврале прошлого года состоялась выставка HVAC & R в Токио. Это позволило нам хорошо понять будущее тепловых насосов. Помимо хорошо известных тепловых насосов «воздух-воздух», реверсивных тепловых насосов, были представлены геотермальные тепловые насосы (GSHP), специально разработанные для холодных регионов в Японии.

С учетом требований к росту энергетической эффективности систем теплоснабжения, Япония приняла решение о приоритете тепловых насосов в холодных регионах страны. Зная о существующих технологиях ТН по всему миру, японские инженеры разработали новые продукты, приспособленные к потребностям и ограничениям холодных регионов: меньшей площади зданий, низким температурам наружного воздуха, новые ТН получили очень высокий сезонный фактор производительности (SPF) и очень зеленые и безопасные хладоны.

Параллельно, японские инженеры направили свои усилия на улучшение конструкции, внешнего вида и полезных свойств ТН, чтобы сохранить восприятие Японии как технологического лидера и экологически сознательной страны, которая вносит свой вклад в сокращение выбросов CO2 в мире. Эти идеи и интересные разработки были доведены до рыночных требований и требований массового производства путем совершенствования компрессоров, теплообменников и других частей ТН.

Интеллектуальные механизмы стимулирования

Реализация программы Ecocute, которая была направлена на улучшение полного анализа жизненного цикла системы, а не только показателей энергоэффективности, доказала преимущества комплексной национальной энергетической политики, что привело к появлению лучших продуктов на рынке ТН. Однако, самым главным стало то, что достижение высоких объемов продаж и снижение их стоимости, были грамотно спланировано в национальном масштабе, все стимулы были использованы, чтобы ускорить внедрение экологически чистых технологий.

Например, поддерживаемая субсидиями правительства технология Ecocute, позволила быстро увеличить годовые продажи новых ТН до более чем 550 000 штук в 2010 году, начиная с нуля. В результате, программа субсидирования ТН успешно завершилась в 2010 году после выхода внутреннего рынка на заранее спланированную величину. Как принято европейских странах, тепловые насосы в Японии имеют право на получение субсидии при достижении заданного правительственными программами уровня эффективности.

Дополнительные налоговые льготы и стимулы используются правительством Японии для разработки и внедрения ТН с более высокой эффективностью (т.е. производителям необходимо доказывать свои сбережения в плане энергопотребления и выбросов CO2), особенно стимулируется производство тепловых насосов с использованием природных хладагентов.

Япония создаёт современное видение для мирового климатического рынка

Японская промышленность уже многие годы является ведущей на мировом климатическом рынке оборудования. Тем не менее, глобальная конкуренция становится все жестче. Для того, чтобы сохранить свои позиции, японская промышленность совместно с правительством разрабатывает новые интересные программы и стратегии привлечения зеленых технологий в энергетические проекты.

В рамках этих стратегий, в настоящее время проводится совместная работая с экспертами для того, чтобы создать новые стандарты для инженерных систем будущих умных домов.

Источник: Портал Энерго

Современные кабельно-проводниковые системы. СИП-7 для воздушных линий

Не так давно один из региональных представительств "МРСК" обратился к инженерам "Севкабеля" с просьбой разработать новый провод с защитной изоляцией для воздушных линий электропередачи на напряжение 110 кВ. Так появился СИП-7. О разработке компании рассказывает технический директор компании «Севкабель-Инжиниринг» Павел Прокопенко.

– Павел Вячеславович, расскажите, пожалуйста, как появилась идея разработать новый вид продукции СИП-7. Как шел процесс разработки и кто занимался этим вопросом?

– «МРСК Волги» обратилась на завод «Севкабель» с предложением проработать возможность изготовления провода с защитной изоляцией для воздушных линий электропередачи на напряжение 110 кВ с характеристиками, позволяющими при его применении уменьшить размер охранной зоны по сравнению с размером, установленным для неизолированного провода.

Специалисты «Севкабеля» разработали и освоили выпуск данного провода. На опытную партию были разработаны технические условия и получен сертификат соответствия. Согласно техническим условиям, при использовании провода с защитной изоляцией для воздушных линий электропередачи на 110 кВ минимальный размер охранной зоны составляет всего 5 м.

– Есть ли уже примеры внедрения СИП-7 в эксплуатацию?

– Изолированный провод СИП-7 использовался при строительстве высоковольтной линии в условиях плотной городской застройки в г. Энгельс Саратовской области – отпайка на ПС 110/6 кВ «Восток» от ВЛ-110 кВ «ТЭЦ-3¬¬ ¬– Красный Яр». Линия введена в эксплуатацию в 2011 году.

– В каких ситуациях целесо¬образно применение СИП-7?

– Разработка провода с защитной изоляцией для воздушных линий электропередачи на напряжение 110 кВ была вызвана необходимостью поиска альтернативного решения в случаях, когда прокладка кабельной линии либо невозможна, либо экономически нецелесообразна, а прокладка воздушной линии, выполненной голыми проводами, экологически недопустима.

Защищенные провода на 110 кВ могут быть востребованы при проектировании линий вблизи населенной местности или непосредственно через нее, через парковые зоны и т. д.

– Каково основное предназначение этих проводов?

– Основное предназначение СИП-7 – в его использовании при реконструкциях в черте городов и поселков ВЛ-110 кВ, отслуживших более 40 лет и имеющих неудовлетворительное состояние, с целью соблюдения требований правил устройства электроустановок (ПУЭ-7).

Это относится к линиям, расположенным в относительно небольших и мелких городах, где полностью отсутствует развитая подземная инфраструктура (которая уже имеется в мегаполисах), в результате чего отсутствует возможность прокладки КЛ-110 кВ или ее стоимость получается неоправданно высокой. Также СИП-7 может использоваться при строительстве ВЛ в заповедной зоне или местах с большой стоимостью земли.

– Может ли СИП-7 использоваться в тех же нишах, что и современные неизолированные провода?

– СИП-7 может использоваться в тех же нишах, что и Aero-Z от Nexans или провода с композитным сердечником от Composite Technology Corp.’s и General Cable. В данном случае СИП-7 может конкурировать по своим механическим свойствам, а также по уменьшению охранной зоны ВЛ.

– Есть ли у СИП-7 какие ¬то преимущества перед другими проводами для ВЛ-110 кВ?

– В сравнении с воздушными линиями, выполненными голыми проводами, линии, выполненные защищенными проводами, обладают рядом преимуществ: возможно сближение фазных проводов на расстояние до 1 метра, сближение проводов позволяет уменьшить рассеивание магнитного поля в 6 10 раз в зависимости от условий подвеса и внешних воздействующих факторов. Изолированные провода гораздо меньше обрастают мокрым снегом и гололедом; исключаются случаи короткого замыкания проводов от схлестывания, набросов; уменьшаются или исключаются потери на корону. Строительная длина провода согласовывается при заказе, что позволяет при проектировании линии обойтись без соединительных муфт.

– Вызывает ли интерес у заказчиков данный вид продукции? Планируются ли новые поставки?

– На данный момент интерес к проводу проявляют компании Сибири и Сахалина. Надеемся, со временем интерес к нашему продукту только усилится.

Источник: Энергетика и промышленность

Как сделать однотрубные системы отопления энергоэффективнее

90% российского жилфонда оснащено однотрубными системами отопления, обладающими недостаточной энергоэффективностью, что снижает эффект от внедрения технологий регулируемого потребления тепла. Выходом может стать переход на двухтрубные системы отопления или оснащение теплопроводов специальными насосами.

Панацеей от «однотрубной неэффективности» мог бы стать повсеместный переход на двухтрубные системы отопления, которые характеризуются переменным расходом по стоякам, что повышает их управляемость на уровне отопительных приборов, как следствие – достигается энергоэффективность.

В традиционных однотрубных системах расход теплоносителя постоянен, но по теории, в них также необходимо обеспечивать переменный гидравлический режим.

"За это несоответствие потребители расплачиваются высокими платежами за отопление, а государство – высоким энергопотреблением ЖКХ - Виктор Пырков, заместитель генерального директора «Данфосс ТОВ» (Украина) по научной работе.

Однако, учитывая масштабы жилой застройки, повсеместный переход на двухтрубную систему представляется невозможным: для этого необходимо будет массово реконструировать здания. При этом существуют альтернативные решения, позволяющие модернизировать однотрубную систему в уже построенных домах, вплотную приблизив ее по показателям энергоэффективности к двухтрубной.

Одно из таких решений — устройство AB-QT Danfoss - клапан с регулируемой термоголовкой, которую настраивают на температуру «обратки» в соответствии с заданным графиком. При перегреве стояка клапан пропорционально прикрывается, уменьшая расход воды. Автоматизированный привод AB-QTE позволяет дистанционно контролировать температуру теплоносителя и автоматически корректировать режим работы клапанов.

Разработанная система успешно внедрена в Германии, Польше и Венгрии. Ее эффективность подтверждают сокращение потребления энергии и поддержание необходимого уровня температуры в квартирах. Российский опыт также свидетельствует об эффективности технологии термостатирования стояков.

В результате реконструкции однотрубных систем по улице Обручева в Москве за счет установки системы AB-QT зимой 2010—2011 года теплопотребление снизилось по сравнению с предыдущим годом почти на 12%, а снижение потребления в результате комплекса мероприятий составило 44,6%.

Источник: Greenevolution

Индукционная технология в освещении

Не так давно, на одной из выставок бросилась в глаза экспозиция с яркими лампами. Светодиодные? Галогенные? Оказывается, индукционные. Технология инновационная, перспективная и в будущем потеснит светодиоды, объяснили на стенде. Утверждение сомнительное, поэтому EnergyLand.info решил разобраться в вопросе. Знакомьтесь: индукционная лампа

Как следует из названия, в основе работы лампы лежит принцип электромагнитной индукции. Конструкция лампы предполагает наличие специальной колбы, изнутри покрытой люминофором, индуктора с ферритовым сердечником и генератора высокочастотного тока. Протекая через индуктор, высокочастотный ток индуцирует переменное электрическое поле, вызывающее газовый разряд в колбе. Под воздействием электрического поля происходит ускорение свободных электронов, они сталкиваются с атомами ртути и возбуждают их, а затем, возвращаясь в нормальное состояние, атомы ртути излучают ультрафиолет. Ультрафиолетовое излучение, в свою очередь, поглощается люминофором газоразрядной колбы и преобразуется в видимый свет.

«Основное достоинство индукционных ламп — большой ресурс работы, — поясняет Михаил Исупов, старший научный сотрудник Института теплофизики Сибирского отделения РАН (г. Новосибирск). — У обычных газоразрядных ламп срок службы составляет приблизительно 10 000 часов. У мощных (десятки киловатт) ламп он сокращается до нескольких сотен часов из-за быстрого разрушения электродов. Переход к безэлектродному (индукционному) принципу работы позволяет полностью исключить разрушающиеся элементы (электроды) и, соответственно, увеличить срок службы ламп приблизительно в 10 раз.

Принцип работы индукционной лампы.

1: Генератор подает высокочастотный ток на индуктор с ферритовым сердечником; 2: Протекая через индуктор, ток индуцирует переменное электрическое поле; 3: Амальгама; 4: Ускорение свободных электронов; 5: Возвращаясь из возбужденного в нормальное состояние, атомы ртути излучают ультрафиолет; 6: Люминофор поглощает УФ-излучение; 7: Видимый свет

Источник: agtus.org

Для справки: Лучшим для проиводства ламп считается люминофор, произведенныйхимической промышленностью Японии. Согласно российским тестам, он сделан из самых чистых компонентов (как того и требует технология производства люминофора) и имеет приемлемую однородность свечения. Хотя японский люминесцентный пигмент и гидрофобен, яркость свечения и его длительность достаточны для индукционных ламп.

Однако широкому распространению индукционных ламп препятствует высокая себестоимость их изготовления. Конструкция газоразрядной колбы у них сложнее, чем у обычных люминесцентных ламп, к тому же используется специальный высокочастотный источник питания».

Через Запад на Восток

Оказалось, что в теоретическом плане индукционные лампы, как и немало других связанных с электричеством изобретений, восходят корнями к открытиям Николы Тесла. Прототип индукционной лампы был создан в 1960-е гг. в General Electric. В 1990-е компания Philips выпустила на рынок первый коммерческий продукт, лампы QL, с той же технологией в основе. Свой вариант индукционной лампы — Endura — появился и у Osram, а GE выпустил лампу с созвучным названием Genura. Одним словом, практически все лидеры рынка светотехники отдавали должное данной технологии. Но продолжалось это до поры, до времени. В современных продуктовых линейках западных производителей индукционная лампа лишь одна. Возникает вопрос: почему?

«Действительно, в период с 1995 по 2007 гг. компания Philips выпускала семейство ламп QL мощностью 55 Вт, 85 Вт и 165 Вт, — рассказал Виталий Степанов, к.т.н., технический консультант Philips «Световые решения». — Производились и несколько серий светильников для работы с этими лампами. Это был «нишевый» продукт, обладающий беспрецедентно длительным сроком службы: сначала 60 000, а затем — 100 000 часов. Применять его целесообразно было там, где существовали проблемы с доступом к осветительному оборудованию при его обслуживании, например, в очень высоких вестибюлях торговых центров, или там, где организация обслуживания была сопряжена с возникновением неудобств для пользователей объекта — в аэропортах, вокзалах.

Сборка светильников ФСП 4001И для индукционных ламп (фото IEK)

Стоимость ламп и светильников была достаточно высокой, и это служило основным препятствием для широкого применения этих изделий. Спрос на индукционные светильники оказался невелик, и с выходом на рынок светодиодных систем освещения, обладающих столь же длительным сроком службы, а в дополнение — множеством других преимуществ, лампы QL были сняты с производства».

Сегодня индукционные лампы, представленные на рынке, в основном китайского производства. Российские дилеры этой продукции утверждают, что изготовление индукционных ламп требует ручной сборки, поэтому в Европе оно не рентабельно, а значит, западные производители не выдержали ценовой конкуренции с коллегами из Китая. К слову, и китайские индукционные лампы, не смотря на налаженное массовое производство, недешевы, их цена остается в районе $100 за одну лампу с источником питания.

И последний штрих к противостоянию Востока и Запада на рынке индукционных ламп. На протяжении шести лет, вплоть до 2011 г., немецкая Osram судилась c шанхайской Hongyuan, выпускающей лампы марки LVD, по поводу нарушения патента на производство ламп Endura. В результате суд постановил, что технические решения хоть и сходны, но не одинаковы, соответственно, нарушений со стороны Hongyuan нет, что позволило компании получить патент на лампы LVD и с новым энтузиазмом взяться за освоение мировых рынков.

У России, как всегда, свой путь

В нашей стране обсуждаемая тема также получила развитие. Так, в Институте теплофизики СО РАН была разработана серия индукционных ламп, предназначенных для различных целей. Во-первых, мощные ртутные лампы высокого давления, мощностью 5–50 кВт, для освещения больших открытых площадей (например, cтройки, карьеры, железнодорожные станции), а также для проведения фотохимических реакций. Во-вторых, неоновые лампы низкого давления, 100–1000 Вт, для архитектурной подсветки зданий и сигнального освещения. И наконец, ртутные лампы низкого давления, 50–500 Вт, для ультрафиолетового обеззараживания и проведения фотохимических реакций.

Очевидно, себестоимость российской индукционной лампы не позволяет ей конкурировать с массовым китайским производством, но от развития интересного направления в СО РАН не отказываются, а сосредоточились на специализированных типах ламп, которые пока никто в мире не разрабатывает и не производит. В первую очередь это безэлектродные УФ-лампы для обеззараживания и модули для очистки воды на их основе.

С 1995 по 2007 гг. компания Philips выпускала индукционные лампы QL (фото Philips)

Светильник для лампы

Но вернемся к индукционным лампам для освещения. Виталий Степанов совершенно справедливо замечает, что сама по себе лампа никому не нужна, если нет соответствующего ей светильника. Нужно понимать, что индукционные лампы, как правило, требуют специализированного светильника, причем достаточно серьезных габаритов. Исключение составляет Genura, имеющая стандартный цоколь Е27 (однако и ее срок службы — 15 000 часов — не слишком отличается от прочих компактных люминесцентных ламп).

Отсутствие подходящих светильников на рынке, по всей видимости, и подтолкнуло российскую компанию IEK разработать такой продукт.

«Недостатком индукционных ламп можно считать тот факт, что из-за тороидальной формы им подходят отражатели только определенной конструкции, обеспечивающей правильное распределение светового потока, — объясняет Елизавета Шонина, руководитель светотехнического направления ГК IEK. — Именно поэтому мы предлагаем укомплектованные светильники, в которых специально разработанный отражатель оптимально распределяет световой поток ламп и обеспечивает равномерность освещенности.

Массово светильники ФСП 4001И начали выпускаться в конце 2012 г. Прежде чем начать производство, наша компания основательно изучила рынок. По нашим наблюдениям, ежегодно происходит пусть незначительное, но снижение цены на индукционные светильники, на промышленных и торговых объектах происходит постепенная замена металлогалогенных и даже модных светодиодных светильников на индукционные. Последние набирают популярность потому, что по ряду параметров они превосходят те же светодиоды».

Индукционная неоновая лампа 500 Вт (фото Института теплофизики института СО РАН)

Про-индукционные фантазии

Тут мы сталкиваемся с основным спорным вопросом: что же все-таки лучше — светодиоды или индукция? Увы, увлекаясь продвижением своей продукции или в расчете на невежество потребителя, иные российские дилеры ламп LVD и других, менее известных китайских марок, начинают передергивать факты. В итоге в потоке откровенных преувеличений и ошибок даже реальные данные о преимуществах индукционных ламп начинают вызывать недоверие.

К примеру, утверждают, что светодиоды не поддаются диммированию, или что гарантийный срок работы у светодиодных светильников ниже, хотя многие производители дают те же пять лет, что и у индукционных ламп. В сравнительных рекламных проспектах можно увидеть, что световая отдача светодиодных ламп, как и индукционных, составляет всего 80–110 лм/Вт, в то время как уже два года назад стандартной светоотдачей диодных офисных светильников считались 120–130 лм/Вт при максимальном показателе в 160–170 лм/Вт, а в 2013 г. Philips анонсировал прототип лампы со светоотдачей в 200 лм/Вт.

Еще один забавный рекламный трюк — некий странный показатель «эффективная светоотдача». По данным продавцов, у индукционных ламп она в два раза выше, чем «номинальная», то есть около 160 лм/Вт. Якобы этот показатель отражает восприятие света человеческим глазом. Почему бы тогда не умножить реальную светоотдачу на три и не получить космические 240 лм/Вт? Каким прибором следует замерять «эффективную светоотдачу», при этом не уточняется.

Индукционная неоновая сигнальная лампа 2 кВт (фото Института теплофизики института СО РАН)

Лучше светодиодов?

Даже отметая подобные сюрреалистические аргументы, истину обнаружить не просто. Как правило, в качестве наиболее выигрышных характеристик индукционных ламп называют высокую светоотдачу, низкое энергопотребление, высокий индекс цветопередачи, мгновенный старт, большой срок службы, неограниченное количество циклов включения-отключения. Что может сказать по этому поводу специалист?

«Необходимо понимать, что по принципу генерации светового излучения индукционные лампы аналогичны люминесцентным лампам с тем лишь отличием, что они — безэлектродные, — объясняет Виталий Степанов. — В остальном это люминесцентные лампы со всеми плюсами и минусами последних. Плюсы — высокое качество спектров излучения (что определяется используемыми люминофорами), относительно высокая световая отдача (до 90 лм/Вт), стабильные световые характеристики (спад светового потока составляет 10–15%, если, предусмотрены меры по защите люминофора от загрязнения ртутью).

Минусы — зависимость световых характеристик от температуры окружающей среды, из-за чего индукционные лампы больше подходят для внутреннего освещения. Оптимальные характеристики достигаются при плюс 20°С, а при отрицательных температурах световой поток существенно снижается.

Сравнение же со светодиодами необходимо проводить на примерах. Нужно сравнивать характеристики конкретных изделий (ламп и светильников), а также оценивать достигаемые параметры освещения и экономические показатели в заданных условиях применения».

Действительно, представьте, что вы сравниваете с одним и тем же индукционным светильником сначала китайский светодиодный no-name, а потом, скажем, фирменный американский светильник Cree. В первом случае индукционный выиграет по техническим характеристикам, а во втором — по цене.

И, конечно, при сравнении важно учитывать назначение лампы. Для домашнего и офисного, а также уличного освещения в российском климате однозначно выигрышнее светодиоды. А вот в складских, производственных и торговых помещениях у индукционных светильников есть шансы.

Индукционные ультрафиолетовые лампы (фото Института теплофизики института СО РАН)

Быть или не быть?

Мнения наших экспертов относительно будущего индукционных ламп оказались диаметрально противоположными, что не удивительно, ведь они отражают рыночные стратегии каждой компании.

«В отличие от светодиодного направления, индукционная технология почти совершенна, — считает Елизавета Шонина. — И хотя мы не прогнозируем какого-то революционного развития, но, учитывая все достоинства индукции, ожидаем, что в ближайшие 5 лет потребители оценят ее преимущества, переходя на индукционное освещение».

Виталий Степанов же признается, что не видит перспектив для применения этих ламп, потому что их главное преимущество — длительный срок службы — оказалось невостребованным.

«По-видимому, в перспективе индукционные люминесцентные лампы не смогут конкурировать со светодиодными, — считает и Михаил Исупов.— Светодиодные лампы пока также очень дороги, но себестоимость их производства постоянно снижается, при этом их эффективность и срок службы аналогичны эффективности и сроку службы индукционных люминесцентных ламп. Но в данном случае мы говорим только о лампах для освещения. Во многих других областях светодиодная технология не применима. К примеру, в настоящее время просто не существует мощных ультрафиолетовых светодиодов, которые можно было бы использовать для обеззараживания. И вот тут индукционные лампы могли бы найти свое применение и заменить обычные электродные УФ-лампы».

Что ж, пожалуй, пока нет смысла делать однозначные выводы о будущем. Множество компаний во всем мире работает на то, чтобы приблизить наступление светодиодной революции, а в стороне от мейнстрима растет еще одна веточка в эволюции энергоэффективного освещения. И, пожалуй, у нее есть право на жизнь в тех нишах, для которых она лучше всего подходит. Но только «естественный отбор» в лице предпочтений покупателей со временем точнее ответит на поставленный вопрос.

Источник: www.EnergyLand.info

Использование низкопотенциальной тепловой энергии земли в теплонасосных системах.

Г. П. Васильев, канд. техн. наук, председатель Совета директоров ОАО «ИНСОЛАР-ИНВЕСТ»; Н. В. Шилкин, инженер, НИИСФ

Рациональное использование топливно-энергетических ресурсов представляет сегодня собой одну из глобальных мировых проблем, успешное решение которой, по-видимому, будет иметь определяющее значение не только для дальнейшего развития мирового сообщества, но и для сохранения среды его обитания. Одним из перспективных путей решения этой проблемы является применение новых энергосберегающих технологий, использующих нетрадиционные возобновляемые источники энергии (НВИЭ). Истощение запасов традиционного ископаемого топлива и экологические последствия его сжигания обусловили в последние десятилетия значительное повышение интереса к этим технологиям практически во всех развитых странах мира. Преимущества технологий теплоснабжения, использующих нетрадиционные источники энергии, по сравнению с их традиционными аналогами связаны не только со значительными сокращениями затрат энергии в системах жизнеобеспечения зданий и сооружений, но и с их экологической чистотой, а также с новыми возможностями в области повышения степени автономности систем жизнеобеспечения. По всей видимости, в недалеком будущем именно эти качества будут иметь определяющее значение в формировании конкурентной ситуации на рынке теплогенерирующего оборудования.

Анализ возможных областей применения в экономике России технологий, использующих нетрадиционные источники энергии, показывает, что в России наиболее перспективной областью их внедрения являются системы жизнеобеспечения зданий. При этом весьма эффективным направлением внедрения рассматриваемых технологий в практику отечественного строительства представляется широкое применение теплонаносных систем теплоснабжения (ТСТ), использующих в качестве повсеместно доступного источника тепла низкого потенциала грунт поверхностных слоев земли.

При использовании тепла земли можно выделить два вида тепловой энергии – высокопотенциальную и низкопотенциальную. Источником высокопотенциальной тепловой энергии являются гидротермальные ресурсы – термальные воды, нагретые в результате геологических процессов до высокой температуры, что позволяет их использовать для теплоснабжения зданий. Однако использование высокопотенциального тепла земли ограничено районами с определенными геологическими параметрами. В России это, например, Камчатка, район Кавказских минеральных вод; в Европе источники высокопотенциального тепла есть в Венгрии, Исландии и Франции.

В отличие от «прямого» использования высокопотенциального тепла (гидротермальные ресурсы), использование низкопотенциального тепла земли посредством тепловых насосов возможно практически повсеместно. В настоящее время это одно из наиболее динамично развивающихся направлений использования нетрадиционных возобновляемых источников энергии.

Низкопотенциальное тепло земли может использоваться в различных типах зданий и сооружений многими способами: для отопления, горячего водоснабжения, кондиционирования (охлаждения) воздуха, обогрева дорожек в зимнее время года, для предотвращения обледенения, подогрева полей на открытых стадионах и т. п. В англоязычной технической литературе такие системы обозначаются как «GHP» – «geothermal heat pumps», геотермальные тепловые насосы.

Климатические характеристики стран Центральной и Северной Европы, которые вместе с США и Канадой являются главными районами использования низкопотенциального тепла земли, определяют главным образом потребность в отоплении; охлаждение воздуха даже в летний период требуется относительно редко. Поэтому, в отличие от США, тепловые насосы в европейских странах работают в основном в режиме отопления. В США тепловые насосы чаще используются в системах воздушного отопления, совмещенного с вентиляцией, что позволяет как подогревать, так и охлаждать наружный воздух. В европейских странах тепловые насосы обычно применяются в системах водяного отопления. Поскольку эффективность тепловых насосов увеличивается при уменьшении разности температур испарителя и конденсатора, часто для отопления зданий используются системы напольного отопления, в которых циркулирует теплоноситель относительно низкой температуры (35–40 °C).

Большинство тепловых насосов в Европе, предназначенных для использования низкопотенциального тепла земли, оборудовано компрессорами с электрическим приводом.

За последние десять лет количество систем, использующих для тепло- и холодоснабжения зданий низкопотенциальное тепло земли посредством тепловых насосов, значительно увеличилось. Наибольшее число таких систем используется в США. Большое число таких систем функционируют в Канаде и странах центральной и Северной Европы: Австрии, Германии, Швеции и Швейцарии. Швейцария лидирует по величине использования низкопотенциальной тепловой энергии земли на душу населения. В России за последние десять лет по технологии и при участии ОАО «ИНСОЛАР-ИНВЕСТ», специализирующегося в этой области, построены лишь единичные объекты, наиболее интересные из которых представлены в [2 ,6].

В Москве в микрорайоне Никулино-2 фактически впервые была построена теплонаносная система горячего водоснабжения многоэтажного жилого дома [8, 9]. Этот проект был реализован в 1998–2002 годах Министерством обороны РФ совместно с Правительством Москвы, Минпромнауки России, НП «АВОК» и ОАО «ИНСОЛАР-ИНВЕСТ» в рамках «Долгосрочной программы энергосбережения в г. Москве».

В качестве низкопотенциального источника тепловой энергии для испарителей тепловых насосов используется тепло грунта поверхностных слоев земли, а также тепло удаляемого вентиляционного воздуха. Установка для подготовки горячего водоснабжения расположена в подвале здания. Она включает в себя следующие основные элементы:

- парокомпрессионные теплонаносные установки (ТНУ);

- баки-аккумуляторы горячей воды;

- системы сбора низкопотенциальной тепловой энергии грунта и низкопотенциального тепла удаляемого вентиляционного воздуха;

- циркуляционные насосы, контрольно-измерительную аппаратуру.

Основным теплообменным элементом системы сбора низкопотенциального тепла грунта являются вертикальные грунтовые теплообменники коаксиального типа, расположенные снаружи по периметру здания. Эти теплообменники представляют собой 8 скважин глубиной от 32 до 35 м каждая, устроенных вблизи дома. Поскольку режим работы тепловых насосов, использующих тепло земли и тепло удаляемого воздуха, постоянный, а потребление горячей воды переменное, система горячего водоснабжения оборудована баками-аккумуляторами.

Грунт как источник низкопотенциальной тепловой энергии

В качестве источника низкопотенциальной тепловой энергии могут использоваться подземные воды с относительно низкой температурой либо грунт поверхностных (глубиной до 400 м) слоев земли. Теплосодержание грунтового массива в общем случае выше. Тепловой режим грунта поверхностных слоев земли формируется под действием двух основных факторов – падающей на поверхность солнечной радиации и потоком радиогенного тепла из земных недр. Сезонные и суточные изменения интенсивности солнечной радиации и температуры наружного воздуха вызывают колебания температуры верхних слоев грунта. Глубина проникновения суточных колебаний температуры наружного воздуха и интенсивности падающей солнечной радиации в зависимости от конкретных почвенно-климатических условий колеблется в пределах от нескольких десятков сантиметров до полутора метров. Глубина проникновения сезонных колебаний температуры наружного воздуха и интенсивности падающей солнечной радиации не превышает, как правило, 15–20 м

В эксплуатационный период массив грунта, находящийся в пределах зоны теплового влияния регистра труб грунтового теплообменника системы сбора низкопотенциального тепла грунта (системы теплосбора), вследствие сезонного изменения параметров наружного климата, а также под воздействием эксплуатационных нагрузок на систему теплосбора, как правило, подвергается многократному замораживанию и оттаиванию. При этом, естественно, происходит изменение агрегатного состояния влаги, заключенной в порах грунта и находящейся в общем случае как в жидкой, так и в твердой и газообразной фазах одновременно. Иначе говоря, грунтовый массив системы теплосбора, независимо от того, в каком состоянии он находится (в мерзлом или талом), представляет собой сложную трехфазную полидисперсную гетерогенную систему, «скелет» которой образован огромным количеством твердых частиц разнообразной формы и величины и может быть как жестким, так и подвижным, в зависимости от того, прочно ли связаны между собой частицы или же они отделены друг от друга веществом в подвижной фазе. Промежутки между твердыми частицами могут быть заполнены минерализованной влагой, газом, паром и льдом или тем и другим одновременно. Моделирование процессов тепломассопереноса, формирующих тепловой режим такой многокомпонентной системы, представляет собой чрезвычайно сложную задачу, поскольку требует учета и математического описания разнообразных механизмов их осуществления: теплопроводности в отдельной частице, теплопередачи от одной частицы к другой при их контакте, молекулярной теплопроводности в среде, заполняющей промежутки между частицами, конвекции пара и влаги, содержащихся в поровом пространстве, и многих других.

Особо следует остановиться на влиянии влажности грунтового массива и миграции влаги в его поровом пространстве на тепловые процессы, определяющие характеристики грунта как источника низкопотенциальной тепловой энергии.

В капилярно-пористых системах, каковой является грунтовый массив системы теплосбора, наличие влаги в поровом пространстве оказывает заметное влияние на процесс распространения тепла. Корректный учет этого влияния на сегодняшний день сопряжен со значительными трудностями, которые прежде всего связаны с отсутствием четких представлений о характере распределения твердой, жидкой и газообразной фаз влаги в той или иной структуре системы. До сих пор не выяснены природа сил связи влаги с частицами скелета, зависимость форм связи влаги с материалом на различных стадиях увлажнения, механизм перемещения влаги в поровом пространстве.

При наличии в толще грунтового массива температурного градиента молекулы пара перемещаются к местам, имеющим пониженный температурный потенциал, но в то же время под действием гравитационных сил возникает противоположно направленный поток влаги в жидкой фазе. Кроме этого, на температурный режим верхних слоев грунта оказывает влияние влага атмосферных осадков, а также грунтовые воды.

Основные факторы, под воздействием которых формируется температурный режим грунтового массива систем сбора низкопотенциального тепла грунта, приведены на рис. 2.

Виды систем использования низкопотенциальной тепловой энергии земли

Грунтовые теплообменники связывают теплонаносное оборудование с грунтовым массивом. Кроме «извлечения» тепла земли, грунтовые теплообменники могут использоваться и для накопления тепла (или холода) в грунтовом массиве. В общем случае можно выделить два вида систем использования низкопотенциальной тепловой энергии земли:

- открытые системы: в качестве источника низкопотенциальной тепловой энергии используются грунтовые воды, подводимые непосредственно к тепловым насосам;

- замкнутые системы: теплообменники расположены в грунтовом массиве; при циркуляции по ним теплоносителя с пониженной относительно грунта температурой происходит «отбор» тепловой энергии от грунта и перенос ее к испарителю теплового насоса (или, при использовании теплоносителя с повышенной относительно грунта температурой, его охлаждение).

Основная часть открытых систем – скважины, позволяющие извлекать грунтовые воды из водоносных слоев грунта и возвращать воду обратно в те же водоносные слои. Обычно для этого устраиваются парные скважины. Схема такой системы приведена на рис. 3.

Достоинством открытых систем является возможность получения большого количества тепловой энергии при относительно низких затратах. Однако скважины требуют обслуживания. Кроме этого, использование таких систем возможно не во всех местностях. Главные требования к грунту и грунтовым водам таковы:

- достаточная водопроницаемость грунта, позволяющая пополняться запасам воды;

- хороший химический состав грунтовых вод (например, низкое железосодержание), позволяющий избежать проблем, связанных с образованием отложений на стенках труб и коррозией.

Открытые системы чаще используются для тепло- или холодоснабжения крупных зданий. Самая большая в мире геотермальная теплонаносная система использует в качестве источника низкопотенциальной тепловой энергии грунтовые воды. Эта система расположена в США в г. Луисвилль (Louisville), штат Кентукки. Система используется для тепло- и холодоснабжения гостинично-офисного комплекса; ее мощность составляет примерно 10 МВт.

Иногда к системам, использующим тепло земли, относят и системы использования низкопотенциального тепла открытых водоемов, естественных и искусственных. Такой подход принят, в частности, в США. Системы, использующие низкопотенциальное тепло водоемов, относятся к открытым, как и системы, использующие низкопотенциальное тепло грунтовых вод.

Замкнутые системы, в свою очередь, делятся на горизонтальные и вертикальные.

Горизонтальный грунтовой теплообменник (в англоязычной литературе используются также термины «ground heat collector» и «horizontal loop») устраивается, как правило, рядом с домом на небольшой глубине (но ниже уровня промерзания грунта в зимнее время). Использование горизонтальных грунтовых теплообменников ограничено размерами имеющейся площадки.

В странах Западной и Центральной Европы горизонтальные грунтовые теплообменники обычно представляют собой отдельные трубы, положенные относительно плотно и соединенные между собой последовательно или параллельно (рис. 4а, 4б). Для экономии площади участка были разработаны усовершенствованные типы теплообменников, например, теплообменники в форме спирали, расположенной горизонтально или вертикально (рис. 4д, 4е). Такая форма теплообменников распространена в США.

Если система с горизонтальными теплообменниками используется только для получения тепла, ее нормальное функционирование возможно только при условии достаточных теплопоступлений с поверхности земли за счет солнечной радиации. По этой причине поверхность выше теплообменников должна быть подвержена воздействию солнечных лучей.

Вертикальные грунтовые теплообменники (в англоязычной литературе принято обозначение «BHE» – «borehole heat exchanger») позволяют использовать низкопотенциальную тепловую энергию грунтового массива, лежащего ниже «нейтральной зоны» (10–20 м от уровня земли). Системы с вертикальными грунтовыми теплообменниками не требуют участков большой площади и не зависят от интенсивности солнечной радиации, падающей на поверхность. Вертикальные грунтовые теплообменники эффективно работают практически во всех видах геологических сред, за исключением грунтов с низкой теплопроводностью, например, сухого песка или сухого гравия. Системы с вертикальными грунтовыми теплообменниками получили очень широкое распространение.

Схема отопления и горячего водоснабжения одноквартирного жилого дома посредством теплонаносной установки с вертикальным грунтовым теплообменником приведена на рис. 5.

Теплоноситель циркулирует по трубам (чаще всего полиэтиленовым или полипропиленовым), уложенным в вертикальных скважинах глубиной от 50 до 200 м. Обычно используется два типа вертикальных грунтовых теплообменников

- U-образный теплообменник, представляющий собой две параллельные трубы, соединенные в нижней части. В одной скважине располагаются одна или две (реже три) пары таких труб. Преимуществом такой схемы является относительно низкая стоимость изготовления. Двойные U-образные теплообменники – наиболее широко используемый в Европе тип вертикальных грунтовых теплообменников.

- Коаксиальный (концентрический) теплообменник. Простейший коаксиальный теплообменник представляет собой две трубы различного диаметра. Труба меньшего диаметра располагается внутри другой трубы. Коаксиальные теплообменники могут быть и более сложных конфигураций.

Для увеличения эффективности теплообменников пространство между стенками скважины и трубами заполняется специальными теплопроводящими материалами.

Системы с вертикальными грунтовыми теплообменниками могут использоваться для тепло- и холодоснабжения зданий различных размеров. Для небольшого здания достаточно одного теплообменника; для больших зданий может потребоваться устройство целой группы скважин с вертикальными теплообменниками. Самое большое в мире число скважин используется в системе тепло- и холодоснабжения «Richard Stockton College» в США в штате Нью-Джерси. Вертикальные грунтовые теплообменники этого колледжа располагаются в 400 скважинах глубиной 130 м. В Европе наибольшее число скважин (154 скважины глубиной 70 м) используются в системе тепло- и холодоснабжения центрального офиса Германской службы управления воздушным движением («Deutsche Flug-sicherung»).

Частным случаем вертикальных замкнутых систем является использование в качестве грунтовых теплообменников строительных конструкций, например фундаментных свай с замоноличенными трубопроводами.

Грунтовой массив (в случае вертикальных грунтовых теплообменников) и строительные конструкции с грунтовыми теплообменниками могут использоваться не только как источник, но и как естественный аккумулятор тепловой энергии или «холода», например тепла солнечной радиации.

Существуют системы использования низкопотенциального тепла земли, которые нельзя однозначно отнести к открытым или замкнутым. Например, одна и та же глубокая (глубиной от 100 до 450 м) скважина, заполненная водой, может быть как эксплуатационной, так и нагнетательной. Диаметр скважины обычно составляет 15 см. В нижнюю часть скважины помещается насос, посредством которого вода из скважины подается к испарителям теплового насоса. Обратная вода возвращается в верхнюю часть водяного столба в ту же скважину. Происходит постоянная подпитка скважины грунтовыми водами, и открытая система работает подобно замкнутой. Системы такого типа в англоязычной литературе носят название «standing column well system» .

Обычно скважины такого типа используются и для снабжения здания питьевой водой. Однако такая система может работать эффективно только в почвах, которые обеспечивают постоянную подпитку скважины водой, что предотвращает ее замерзание. Если водоносный горизонт залегает слишком глубоко, для нормального функционирования системы потребуется мощный насос, требующий повышенных затрат энергии. Большая глубина скважины обуславливает достаточно высокую стоимость подобных систем, поэтому они не используются для тепло- и холодоснабжения небольших зданий. Сейчас в мире функционирует несколько таких систем (в США и Европе).

Одно из перспективных направлений – использование в качестве источника низкопотенциальной тепловой энергии воды из шахт и туннелей. Температура этой воды постоянна в течение всего года. Вода из шахт и туннелей легко доступна.

Устойчивость» систем использования низкопотенциального тепла земли

При эксплуатации грунтового теплообменника может возникнуть ситуация, когда за время отопительного сезона температура грунта вблизи грунтового теплообменника понижается, а в летний период грунт не успевает прогреться до начальной температуры – происходит понижение его температурного потенциала. Потребление энергии в течение следующего отопительного сезона вызывает еще большее понижение температуры грунта, и его температурный потенциал еще больше снижается. Это заставляет при проектировании систем использования низкопотенциального тепла земли рассматривать проблему «устойчивости» (sustainability) таких систем.

Часто энергетические ресурсы для снижения периода окупаемости оборудования эксплуатируются очень интенсивно, что может привести к их быстрому истощению. Поэтому необходимо поддерживать такой уровень производства энергии, который бы позволил эксплуатировать источник энергетических ресурсов длительное время. Эта способность систем поддерживать требуемый уровень производства тепловой энергии длительное время называется «устойчивостью» (sustainability). Для систем использования низкопотенциального тепла земли дано следующее определение устойчивости [1, 4]: «Для каждой системы использования низкопотенциального тепла земли и для каждого режима работы этой системы существует некоторый максимальный уровень производства энергии; производство энергии ниже этого уровня можно поддерживать длительное время (100–300 лет)».

Проведенные в ОАО «ИНСОЛАР-ИНВЕСТ» исследования показали, что потребление тепловой энергии из грунтового массива к концу отопительного сезона вызывает вблизи регистра труб системы теплосбора понижение температуры грунта, которое в почвенно-климатических условиях большей части территории России не успевает компенсироваться в летний период года, и к началу следующего отопительного сезона грунт выходит с пониженным температурным потенциалом. Потребление тепловой энергии в течение следующего отопительного сезона вызывает дальнейшее снижение температуры грунта, и к началу третьего отопительного сезона его температурный потенциал еще больше отличается от естественного. И так далее. Однако огибающие теплового влияния многолетней эксплуатации системы теплосбора на естественный температурный режим грунта имеют ярко выраженный экспоненциальный характер, и к пятому году эксплуатации грунт выходит на новый режим, близкий к периодическому, то есть, начиная с пятого года эксплуатации, многолетнее потребление тепловой энергии из грунтового массива системы теплосбора сопровождается периодическими изменениями его температуры. Таким образом, при проектировании теплонаносных систем теплоснабжения представляется необходимым учет падения температур грунтового массива, вызванного многолетней эксплуатацией системы теплосбора, и использование в качестве расчетных параметров температур грунтового массива, ожидаемых на 5-й год эксплуатации ТСТ [7].

В комбинированных системах, используемых как для тепло-, так и для холодоснабжения, тепловой баланс устанавливается «автоматически»: в зимнее время (требуется теплоснабжение) происходит охлаждение грунтового массива, в летнее время (требуется холодоснабжение) – нагрев грунтового массива. В системах, использующих низкопотенциальное тепло грунтовых вод, происходит постоянное пополнение водных запасов за счет воды, просачивающейся с поверхности, и воды, поступающей из более глубоких слоев грунта. Таким образом, теплосодержание грунтовых вод увеличивается как «сверху» (за счет тепла атмосферного воздуха), так и «снизу» (за счет тепла земли); величина теплопоступлений «сверху» и «снизу» зависит от толщины и глубины залегания водоносного слоя. За счет этих теплопоступлений температура грунтовых вод остается постоянной в течение всего сезона и мало меняется в процессе эксплуатации.

В системах с вертикальными грунтовыми теплообменниками ситуация иная. При отводе тепла температура грунта вокруг грунтового теплообменника понижается. На понижение температуры влияют как особенности конструкции теплообменника, так и режим его эксплуатации. Например, в системах с высокими величинами отводимой тепловой энергии (несколько десятков ватт на метр длины теплообменника) или в системах с грунтовым теплообменником, расположенным в грунте с низкой теплопроводностью (например, в сухом песке или сухом гравии) понижение температуры будет особенно заметным и может привести к замораживанию грунтового массива вокруг грунтового теплообменника.

Немецкие специалисты провели измерения температуры грунтового массива, котором устроен вертикальный грунтовой теплообменник глубиной 50 м, расположенный недалеко от Франкфурта-на-Майне. Для этого вокруг основной скважины на расстоянии 2,5, 5 и 10 м от было пробурено 9 скважин той же глубины. Во всех десяти скважинах через каждые 2 м устанавливались датчики для измерения температуры – всего 240 датчиков. На рис. 9 приведены схемы, показывающие распределение температур в грунтовом массиве вокруг вертикального грунтового теплообменника в начале и по окончании первого отопительного сезона. В конце отопительного сезона хорошо заметно уменьшение температуры грунтового массива вокруг теплообменника. Возникает тепловой поток, направленный к теплообменнику из окружающего грунтового массива, который частично компенсирует снижение температуры грунта, вызванное «отбором» тепла. Величина этого потока по сравнению с величиной потока тепла из земных недр в данной местности (80–100 МВт/м2) оценивается достаточно высоко (несколько ватт на квадратный метр).

Поскольку относительно широкое распространение вертикальные теплообменники стали получать примерно 15–20 лет назад, во всем мире ощущается недостаток экспериментальных данных, полученных при длительных (несколько десятков лет) сроках эксплуатации систем с теплообменниками такого типа. Возникает вопрос об устойчивости этих систем, об их надежности при длительных сроках эксплуатации. Является ли низкопотенциальное тепло земли возобновляемым источником энергии? Каков период «возобновления» этого источника?

При эксплуатации сельской школы в Ярославской области [2], оборудованной теплонаносной системой, использующей вертикальный грунтовый теплообменник, средние значения удельного теплосъема находились на уровне 120–190 Вт/пог. м длины теплообменника.

С 1986 года в Швейцарии, недалеко от Цюриха, проводились исследования системы с вертикальными грунтовыми теплообменниками [4]. В грунтовом массиве был устроен вертикальный грунтовой теплообменник коаксиального типа глубиной 105 м. Этот теплообменник использовался в качестве источника низкопотенциальной тепловой энергии для теплонаносной системы, установленной в одноквартирном жилом доме. Вертикальный грунтовой теплообменник обеспечивал пиковую мощность примерно 70 Вт на каждый метр длины, что создавало значительную тепловую нагрузку на окружающий грунтовой массив. Годовое производство тепловой энергии составляет около 13 МВт•ч.

На расстоянии 0,5 и 1 м от основной скважины были пробурены две дополнительных, в которых на глубине в 1, 2, 5, 10, 20, 35, 50, 65, 85 и 105 м установлены датчики температуры, после чего скважины были заполнены глинисто-цементной смесью. Температура измерялась каждые тридцать минут. Кроме температуры грунта фиксировались и другие параметры: скорость движения теплоносителя, потребление энергии приводом компрессора температура воздуха и т. п.

Первый период наблюдений продолжался с 1986 по 1991 год. Измерения показали, что влияние тепла наружного воздуха и солнечной радиации отмечается в поверхностном слое грунта на глубине до 15 м. Ниже этого уровня тепловой режим грунта формируется главным образом за счет тепла земных недр. За первые 2-3 года эксплуатации температура грунтового массива, окружающего вертикальный теплообменник, резко понизилась, однако с каждым годом понижение температуры уменьшалось, и через несколько лет система вышла на режим, близкий к постоянному, когда температура грунтового массива вокруг теплообменника стала ниже первоначальной на 1-2 °C.

Осенью 1996 года, через десять лет после начала эксплуатации системы, измерения были возобновлены. Эти измерения показали, что температура грунта существенным образом не изменилась. В последующие годы были зафиксированы незначительные колебания температуры грунта в пределах 0,5 °C в зависимости от ежегодной отопительной нагрузки. Таким образом, система вышла на квазистационарный режим после первых нескольких лет эксплуатации.

На основании экспериментальных данных были построены математические модели процессов, проходящих в грунтовом массиве, что позволило сделать долгосрочный прогноз изменения температуры грунтового массива.

Математическое моделирование показало, что ежегодное понижение температуры будет постепенно уменьшаться, а объем грунтового массива вокруг теплообменника, подверженного понижению температуры, с каждым годом будет увеличиваться. По окончании периода эксплуатации начинается процесс регенерации: температура грунта начинает повышаться. Характер протекания процесса регенерации подобен характеру процесса "отбора" тепла: в первые годы эксплуатации происходит резкое повышение температуры грунта, а в последующие годы скорость повышения температуры уменьшается. Продолжительность периода "регенерации" зависит от продолжительности периода эксплуатации. Эти два периода примерно одинаковы. В рассматриваемом случае период эксплуатации грунтового теплообменника равнялся тридцати годам, и период "регенерации" также оценивается в тридцать лет.

Таким образом, системы тепло- и холодоснабжения зданий, использующие низкопотенциальное тепло земли, представляют собой надежный источник энергии, который может быть использован повсеместно. Этот источник может использоваться в течение достаточно длительного времени и может быть возобновлен по окончании периода эксплуатации.

Литература

1. Rybach L. Status and prospects of geothermal heat pumps (GHP) in Europe and worldwide; sustainability aspects of GHPs. International course of geothermal heat pumps, 2002.
2. Васильев Г. П., Крундышев Н. С. Энергоэффективная сельская школа в Ярославской области // АВОК. 2002. № 5.
3. Sanner B. Ground Heat Sources for Heat Pumps (classification, characteristics, advantages). 2002.
4. ORKUSTOFNUN Working Group, Iceland (2001): Sustainable production of geothermal energy - suggested definition. IGA News no. 43. January-March, 2001. 1-2.
5. Rybach L., Sanner B. Ground-source heat pump systems - the European experience.GeoHeatCenter Bull. 21/1, 2000.
6. Васильев Г.П. Энергоэффективные здания с теплонасосными системами теплоснабжения // ЖКХ. 2002. №12.
7. Руководство по применению тепловых насосов с использованием вторичных энергетических ресурсов и нетрадиционных возобновляемых источников энергии. Москомархитектура. ГУП "НИАЦ", 2001.
8. Энергоэффективный жилой дом в Москве // АВОК. 1999. № 4.
9. Васильев Г. П. Энергоэффективный экспериментальный жилой дом в микрорайоне Никулино-2 // АВОК. 2002. № 4.

Источник: http://www.santexnn.ru/

Отопление и охлаждение полом и стеной.

Отопление полом, так называемый "теплый пол", становится все более популярным. Теплый пол имеет экономические и медицинские преимущества перед другими видами отопления.

Монтаж теплых полов обычно дороже монтажа других способов отопления. Но отопление полом позволяет снизить энергозатраты и эксплуатационные расходы на отопление здания на 5 - 15% в процессе эксплуатации. Помимо фактора комфортности для жилых и офисных помещений, экономический фактор - удешевление отопления теплым полом - иногда важен и для промышленности.

Обогрев теплым полом идеален в помещениях с твердыми покрытиями пола, имеющими хорошую теплопроводность. Плитка хорошо пропускает тепло. Бетон, мрамор и т.п. покрытия пола также идеальны для напольного отопления.

В некоторых случаях установить напольное отопление невозможно. Или отопление только полом, без вспомогательного отопления например радиаторами, не сможет обеспечить комфорт. Как пример - в помещениях, где необходима повышенная температура воздуха и ограничена температура поверхности пола - в бассейновых комнатах..., или при использовании некоторых видов покрытий пола:

ковер уменьшает прохождение тепла из пола в помещение. Толстый ковер не пропустит достаточно тепла. Для того, чтобы помещение обогрелось, на напольное отопление можно класть только тонкий ковер. При этом необходимо повысить температуру поверхности теплого пола. Превышать температуру теплого пола под ковром более 40 градусов неправильно - люди, особенно дети, могут обжечься из-за неосторожности, материал ковра и частицы пыли начинают разлагаться. Поэтому под ковер или мебель желательно устраивать водяной теплый пол. Температуру водяного теплого пола можно контролировать в отличие от электрического теплого пола. Электрический теплый пол перегреется под ковром или мебелью, испортит покрытие и перегорит;

пробковое покрытие на напольное отопление, как и ковер, уменьшает прохождение тепла из теплого пола в помещение. Пробка - прекрасный теплоизолятор. Класть пробковое покрытие на теплый пол неэффективно;

ламинат на напольное отопление, также как ковер и пробковое покрытие, уменьшает прохождение тепла из пола. Но теплопроводность ламината лучше ковра и пробки, поэтому некоторые виды ламината на теплый пол допускается укладывать. Ламинат должен иметь соответствующий знак от производителя, разрешающий напольное отопление;

паркет на напольное отопление, как и ламинат, уменьшает прохождение тепла. Некоторые виды паркета (из недостаточно твердых пород дерева или недосушенный) при отоплении полом могут рассыхаться и трескаться, паркет может начать скрипеть или выпадать. Поэтому, как и ламинат, паркет должен иметь соответствующий знак от производителя, разрешающий напольное отопление. Такой паркет нужно укладывать строго по технологии, определенной производителем паркета. Иначе производитель отказывается от ответственности за паркет;

паркетная доска и деревянный пол, уложенный на напольное отопление, ведет себя аналогично паркету. Соответственно, производители паркетной доски и дерева должны гарантировать сохранение эксплуатационных качеств материала при укладке на теплый пол. Местные производители, имеющие обычно нестандартизированное производство, не могут гарантировать сохранение паркетной доски и деревянного пола при напольном отоплении.

Для устранения ограничений, существующих для отопления полом, существует отопление стеной. Отопление стеной, или теплая стена, конструктивно похоже на отопление полом, но трубки с подогревающей жидкостью монтируют в стены, а не в пол. Трубки наполняют горячей жидкостью, и получают теплые, согревающие здание стены.

Настенное отопление использует тепло, излучаемое теплой стеной. Преимущество настенного отопления в том, что лучистое тепло от теплой стены обеспечивает равномерное распределение температуры между потолком и полом, создает мягкое и комфортное отопление. В отличии от традиционных систем достигается лучистый тепловой баланс между человеком и окружающими его поверхностями помещения: излучаемое человеком тепло возвращается человеку из окружающей среды.

При отоплении стеной ощущение теплового комфорта у человека возникает при температурах воздуха ниже на 1 - 2 градуса, чем при обычном отоплении. Это позволяет сократить еще на 3 - 6% затраты на отопление теплой стеной по сравнению с теплым полом.

Температура поверхности стены до 30 градусов обеспечивает малые конвективные потоки, минимальную подвижность воздуха в помещении. Отсутствует горячий воздух, поднимающийся вверх, и переносящий мелкодисперсную пыль. Это щадит легкие, что особенно важно для людей, страдающих аллергией.

Теплая стена позволяет быстро регулировать температуру в помещении за счет относительно короткого времени прогрева поверхности стены - масса штукатурки на стене или гипсоволоконной плиты значительно меньше массы бетона в теплом полу.

Настенное отопление предлагает комбинацию уюта и архитектурной свободы. Особенно отчетливо проявляются преимущества отопления стеной в комбинации с напольным отоплением - увеличивается площадь отапливаемых поверхностей, соответственно может быть снижена температура отапливаемых поверхностей и температура теплоносителя. Это дает возможность эффективно применять низкотемпературные системы отопления - тепловой насос, солнечный коллектор и конденсационный котел.

Преимущества настенного и напольного отопления, по сравнению с другими системами отопления:

оптимально здоровый температурный профиль, отсутствие циркуляции пыли;

максимально комфортное для человека мягкое лучистое тепло со всех сторон помещения;

снижение затрат на отопление, экономия энергии;

короткая фаза прогрева поверхности теплой стены позволяет регулировать температуру в помещении быстрее, чем с использованием только теплого пола;

наиболее эффективное отопление под низкотемпературные системы - тепловой насос, солнечный коллектор и конденсационный котел. Эти устройства будут работать с наивысшим КПД в соединении с отоплением теплым полом и теплой стеной;

абсолютно эстетичны ввиду отсутствия отопительных приборов.

Отопление поверхностями - полом и стеной - целесообразно особенно в помещениях с постоянным пребыванием людей, аллергиков, зонах повышенной комфортности, зонах отдыха, влажных помещениях - ванных, саунах, бассейновых.

При проектировании настенного отопления желательно заранее предусмотреть места установки шкафов, картин, плоских настенных телевизоров и т.д.

Зимой комфортно отапливать помещение теплым полом и стеной. А летом, в жаркие дни, в уложенные в стены трубки можно пустить холодную жидкость, охлаждающую стены, и забирающую тепло из помещения. Тогда система начнет кондиционирование (охлаждение) помещения стеной и/или полом.

По аналогии с теплым полом охлаждение полом называют напольное охлаждение или холодный пол. Охлаждение стеной называют настенное охлаждение или холодная стена.

Система настенного и напольного отопления и охлаждения, дополнительно к перечисленным выше преимуществам отопления полом и стеной, обеспечивает:

обогрев и охлаждение при помощи одной системы с низкими инвестиционными и эксплуатационными расходами;

высокая комфортность и здоровый микроклимат, отсутствие холодных воздушных потоков и сквозняков;

отсутствие шумов от системы охлаждения;

Охлаждение стеной целесообразно особенно в помещениях повышенной комфортности, спальнях, зонах отдыха, зонах пребывания людей с ослабленным здоровьем, страдающих болезнями давления и сердца.

Охлаждение полом целесообразно, в первую очередь, в офисных и производственных помещениях.

Источник: http://www.santexnn.ru/

Термоядерная энергия – альтернатива существующей энергетике

Спустя полвека после первого военного применения человечество вплотную подошло к использованию термоядерной реакции в мирных целях. Сегодня большой интерес в мире вызывает уникальный международный проект ИТЭР, направленный на строительство первого международного экспериментального термоядерного реактора. Что такое проект ITER – по материалам журнала Энергополис и сайта http://dom-en.ru

Сегодня большой интерес в мире вызывает уникальный международный проект ИТЭР, направленный на строительство первого международного экспериментального термоядерного реактора, крупнейшего в мире токамака (ТОроидальная, КАмера, МАгнитные Катушки). Целью проекта является демонстрация технологической возможности использования термоядерной энергии в промышленных масштабах. Первоначально название ITER было образовано как аббревиатура от английского названия International Thermonuclear Experimental Reactor (международный термоядерный экспериментальный реактор). В настоящее время оно официально не считается сокращением, а связывается с латинским словом iter, которое можно перевести как «путь». Сам проект уникален тем, что в нем ярко выражено сотрудничество всех наиболее развитых стран, а также Мексики и Бразилии. Для проекта стоимостью 10 млрд. евро создана организация, в состав которой входят более 500 профессионалов, руководящая строительством, начатым на юге Франции в Провансе.

Так как же это все начиналось?

В центре Солнца из ядер обычного водорода сначала образуется его тяжелый изотоп дейтерий, из которого в ходе серии дальнейших реакций рождается гелий. Масса ядра гелия на 0,7% меньше массы ядер водорода, из которых оно образовалось. По формуле Эйнштейна Е = mc2 эта разница в массе превращается в энергию. Вот эту энергию мы и получаем от Солнца в виде света и тепла.

Но процесс синтеза идет очень медленно. Особенно первый его этап, когда два ядра водорода сливаются в ядро дейтерия. Характерное время этой реакции исчисляется миллиардами лет. Поэтому удельная мощность термоядерных реакций в центре Солнца, как ни странно, совсем невелика – около 200 Вт/м3. Примерно в таком же темпе выделяется энергия в теле человека. Лишь за счет гигантских размеров солнечный термоядерный реактор производит поток энергии, достаточный для поддержания жизни на нашей планете.

Для земной энергетики недостаточно мощности в 200 Вт/м3. К счастью, можно обойтись без самой медленной реакции — синтеза дейтерия, поскольку он существует на Земле в готовом виде. По одному его ядру приходится на 6700 ядер водорода. В каждом кубометре воды содержится 110 кг водорода и 33 г дейтерия. Казалось бы, немного, но если этот дейтерий сжечь в термоядерных реакциях, выделится столько же энергии, как при сгорании 200 т бензина, так что запасы термоядерного топлива на Земле легко доступны и неисчерпаемы.

Все началось более 70 лет назад с предположения, что можно сжигать изотопы водорода, получать гелий и соответствующие элементы. Энергия получается большая. На выходе – дешевые нейтроны. Идея хорошая, но требуется гигантская «солнечная» температура в 150 млн. градусов. И как удержать продукты горения при этой температуре? Сегодня мы умеем это делать, но в конце 20-х годов…

Сама идея возникла в 1928 году, когда аспирант Игорь Тамм был послан в Германию, чтобы закончить диссертацию. Приехав и оглядевшись, он сделал вывод, что ему тут делать нечего: все были заняты созданием современной квантовой механики. Случайно в научном журнале он нашел задачу, связанную с альфа-распадом. Там была обоснована идея, каким образом может вылететь альфа-частица из ядра, если там есть барьер, и высказано предположение, как два электрона, словно два катера, которые буксируют корабль из гавани, вытаскивают альфа-частицу из ядра. Это очень не понравилось Тамму, и, поскольку он немного знал квантовую идею туннельного эффекта, он сразу написал свою знаменитую работу, с которой началась квантовая ядерная физика. Его идею поддержали физики Бор и Резерфорд. Были созданы ускорители, и начались экспериментальные исследования реакции протонов, ускоренных на литии. Подобные исследования проводились и в России: на стыке 20-х и 30-х годов этим занимался Игорь Васильевич Курчатов в Ленинграде.

В 1929 году И. Е. Тамм опубликовал первое издание своего учебника «Основы теории электричества». В этой книге он описал теорию магнитного поля, которая заключается в том, что магнитное поле отличается от электрического. У электрического поля силовые линии уходят в бесконечность или кончаются зарядом. А в магнитном поле они могут занимать замкнутое пространство внутри некого объема. Если это замкнутое пространство, то они могут его практически все заполнить. При определенной симметрии получаются ложные поверхности, из которых, собственно говоря, родилась идея магнитных ловушек. В своем издании он нарисовал «магнитную ловушку» – вложенные друг в друга тороидальные магнитные поверхности, которые получаются, когда течет ток. Если посмотреть на картинку, которая есть в первом издании, то это практически точное изображение токамака.

В 1934 году Георгий Гамов высказал мысль, что протекающие при высокой температуре ядерные реакции могут быть источником энергии, способным в течение миллиардов лет поддерживать звезды в горячем состоянии. Детальную теорию ядерных реакций в звездах развил Ханс Бете в 1938 году. В этих реакциях из ядер водорода синтезируются более сложные ядра других элементов — гелия, лития, бора, углерода. А поскольку их образование происходит при высокой температуре, эти реакции с тех пор называют термоядерным синтезом.

Гамов, с целью объяснения вероятности проникновения альфа-частиц через барьеры, описал альфа-распад и обратные реакции, в которых заряженные частицы проникают в ядро. Он сразу же заинтересовался термоядерным синтезом. Параллельно с Гамовым в 1951 году аспирант Андрей Сахаров рассчитал плазменную и термоядерную часть, а Тамм выдвинул идею замкнутых магнитных ловушек. Вот это как раз и был токамак.

Для термоядерной реакции, с одной стороны, нужны температура и «база», а с другой – вложенные друг в друга магнитные поверхности, которые образуют термоизоляцию этой «базы» в 150 млн. градусов. Конечно, идея токамака тогда не возникла, хотя Тамм задумывался над этим. Потом началась война, и идея, которую он обсуждал с Бухариным, Сахаровым, о том, чтобы сделать термоядерную реакцию на Земле, исчезла. Впоследствии о ней вспомнили, но она стала секретной.

Вначале хотели сделать установку для получения плутония, потому что в термоядерной реакции много нейтронов, которые выгоднее всего использовать для преобразования урана в плутоний. Это была первая идея получения ядерного топлива. Позднее плутоний стали получать в обычных реакторах и постепенно поняли, что военным эти исследования не нужны, и в 1956 году эту технологию рассекретили.

Началась история токамака. Он из себя представляет трансформатор, внутри которого один плазменный виток, по которому течет ток. Были и другие схожие идеи. Американцы начали развивать идею стелларатора. Стелларатор, как и токамак, – это магнитная ловушка с замкнутыми магнитными поверхностями, но, в отличие от токамака, полоидальное магнитное поле, образующее магнитные поверхности, создается в стеллараторе с помощью внешних витков, а не током, протекающим по плазме. Эта магнитная ловушка была изобретена в Принстонской лаборатории в США Л. Спитцером. Там же были построены и первые экспериментальные стеллараторы. Стелларатор имеет большое преимущество перед токамаком – это стационарная машина, которая не требует сложных методов поддержания плазменного тока для ее стационарной работы. В то же время, в отличие от токамака, стелларатор – это принципиально аксиально-несимметричная ловушка с магнитной осью, представляющей собой трехмерную кривую, и переменным, в тороидальном направлении, сечением плазмы.

Тогда мощная программа по созданию термоядерного реактора на основе стеллараторов не была воплощена, так как они не смогли получить «базу». В тот период началась длинная дискуссия по поводу узкой диффузии, о том, что эксперименты надо делать на простых установках, об универсальной неустойчивости. Эта дискуссия продолжалась до тех пор, пока группа ученых во главе с Натаном Наумовичем Явлинским не начала трудиться над созданием токамака. В группу вошли 44 человека, которые и до сегодняшнего дня являются главной командой в России.

С тех пор как в Курчатовском институте был создан первый токамак, он стал очень популярным. Сейчас на планете более ста токамаков. Американцы быстро сориентировались и построили программу, по которой были должны в 2000 году создать в США первую демонстрационную термоядерную электростанцию. Был принят закон, выделялись деньги, но в связи со сменой власти финансирование прекратилось, так как правительство посчитало, что нет необходимости в демонстрационной станции, а частный бизнес тоже не был готов к финансированию. Вся эта огромная программа закрылась, несмотря на вложенные средства (900 млн. долларов в год).

После того как программу закрыли, американцы согласились участвовать в программе по созданию международного термоядерного реактора. Началась эра ИТЭР.

В 1975 году был составлен план развития, в 1978 году договорились о совместном проектировании. Международное агентство по атомной энергии согласилось с тем, чтобы начать проект, который назвали ИНТОР.

В связи с тем что началась война в Афганистане и был недостаток экспериментальной, физической базы для того, чтобы сразу проектировать по-настоящему термоядерный реактор, проект ИНТОР, объединивший ученых США, Европы, Японии, России, создавший термоядерное сообщество, не привел к созданию реактора. Так продолжалось до тех пор, пока к руководству страной не пришел М. С. Горбачев. Он предложил руководителям других стран превратить проект ИНТОР в реальный проект, в термоядерный реактор. В то время Япония и США очень активно готовили проект развития термоядерной энергетики на базе объединения их собственных усилий, без участия Советского Союза. Но у них не получилось. Советский Союз явился катализатором, который снял существующие между ними барьеры. Идею Горбачева поддержали Жак Ширак и Рональд Рейган. Этот проект был принят в ноябре 1985 года и получил название ITER.

Сперва был сделан проект эскизов, для чего был приглашен японец Гельмут Тавогачи, который проектировал реактор на быстрых нейтронах. Проект эскизов делали в Европе. Все понимали, что надо переходить к следующему этапу – рабочему проектированию, но здесь возникли первые трудности. Все участники, кроме Советского Союза, сказали: «Мы за, но проектирование будет происходить у нас». Об этом заявили Европа, Америка и Япония и не шли на компромисс. Наступил первый кризис, пришлось долго договариваться. Была проделана большая работа в каждой стране.

Директор института физики плазмы Декау предложил распределить проектирование между всеми участниками проекта. Интернета тогда не было, поэтому все это было похоже на большую авантюру: связать всех участников электронным образом. Было решено, что базовый центр по проектированию и интеграции будет находиться в Сан-Диего в США, центр по внешней части – в Японии, центр по внутренней части токамака – в Гашенге в Германии, инженерный советский центр был в Москве. Все шло неплохо, хотя не без проблем. Московским центром управлял европейский директор, который так и не смог объединить людей. Его сменил Айвар, который довел этот проект до конца.

В начале 90-х годов в Америке пришли к власти демократы. Председатель комиссии по науке объявил, что он будет поддерживать только те проекты, в которых доминировали США, и они вышли из проекта. С приходом старшего Буша политика вновь поменялась, и американцы опять решили заняться термоядерной энергетикой. Было принято решение войти обратно в ITER. Начался современный этап проекта, на все работы были потрачено около 2 млрд. долларов. Проект до сегодняшнего дня работает на программном обеспечении КАТИА. Эта программа была разработана во Франции и используется во всех сложных проектах. Это не только автоматизированное проектирование, но и шестимерное проектирование бизнес-планов.

В проекте ITER нет разделения на страны, национальность не играет никакой роли, сотрудники проекта – члены одной команды.

Что сейчас происходит?

Сейчас идет строительство, площадка для него уже подготовлена. Заключено более 80% контрактов на поставку оборудования. В ноябре 2019 года планируется получить первую «базу», в 2026 году – зажечь термоядерную реакцию. Вы можете сказать: «2026 год? Это кошмарный срок!» В энергетике это нормальное явление. Например, патент на «быстрый реактор» был получен в 1946 году, но до сих пор его нет. И сейчас непонятно, что быстрее заработает: «быстрый реактор» или ITER.

Проект ITER будет завершен. За это время, до 2026 года, несколько раз поменяется команда, а потом двадцать лет реактор будет эксплуатироваться. Важно подготовить кадры, а это не простая задача: необходимо тесное взаимодействие с ведущими институтами. К сожалению, в настоящее время российских специалистов, занятых в проекте, меньше, чем специалистов других стран. Ближайшая смена кадров произойдет в 2012 году.

Нехорошо заставлять весь мир ждать 2026 года, пока будет получена мощная термоядерная реакция. До 2026 года все забудут про ITER, и будет сложно убедить в его необходимости. Чтобы этого не произошло, нужно постоянно привлекать внимание общественности, показывать успехи. Например, в России будет построен целый ряд реактор, которые позволят реализовать идею, что термоядерные нейтроны можно использовать для замыкания топливного цикла в атомной энергетике. Новейший токамак «ТМ» недавно был построен в Казахстане. Он является первым реактором, предложенным для материалогических исследований, поскольку они определяют всю экономику токамака. Знания, которые черпаются из атомной энергетики, показывают, что если специально не влиять на материал, то он распухает, изменяет свои геометрические размеры. К этому приспособить термоядерный реактор очень трудно. Поэтому материаловедение – это одна из самых важных проблем в термоядерной и атомной энергетике. На месте первого токамака в ближайшее время начнется строительство совершенно нового для научных исследований и продвижения гибридных реакторов.

Итальянец Бруном Путри предложил схему инновационного токамака, очень рискованного, в котором нет дополнительных нагревов, высокого давления, больших полей. Итальянцы за свои деньги, по своему проекту полностью создадут этот термоядерный токамак в Троицке, где все специально подготовлено для термоядерных реакторов с сильным полем, потому что это требует огромного энергопитания, кроме того, речь идет об экспериментах с тритием. Он не такой большой, как те, которые строятся сейчас, и может уместиться в комнате.

Европейцы рассчитывают до конца построить свой СВОРАТУМ. Новые токамаки создаются в Японии, Корее. Китайцы построили хороший классический токамак. У них хорошо работает российский реактор Т-7.

Термоядерный синтез – это энергетика будущего. Реализация проекта ITER – это первый шаг в это будущее. И мы его уже делаем.

По материалам открытой лекции академика Е. Велихова в МИФИ записал

Путь длиною в 20 лет

Это решение положило конец растянувшимся на полтора года публичным спорам и закулисным переговорам о местоположении реактора. Оно было принято без малого через 20 лет после того, как идея создания реактора обрела международный статус. Впервые она обсуждалась на высоком уровне в начале октября 1985 года во время встречи Генерального секретаря ЦК КПСС Михаила Горбачева и президента Франции Франсуа Миттерана. Эта идея получила дальнейшее развитие через полтора месяца, когда Горбачев провел переговоры в Женеве с президентом США Рональдом Рейганом. Вскоре определился первоначальный круг партнеров по разработке реактора – СССР, США, Евросоюз и Япония (со временем к ним присоединились КНР и Южная Корея). В 1999 году США вышли из числа участников этой программы, однако через четыре года сочли за благо вновь к ней вернуться. Но, американцы, верны себе. Объявив санкции России, они заблокировали встречу специалистов проекта ITER в Санкт-Петербурге. Но отказаться от участия российских ученых в проекте не возможно. Вполне вероятно, что в скором времени к проекту присоединятся также Индия и Бразилия.

Машина, которую построят в Кадараше, не сможет работать в качестве термоядерной электростанции, но, возможно, приблизит время ее появления. Неслучайно ее назвали ITER. Эта аббревиатура расшифровывается как International Thermonuclear Experimental Reactor, но имеет и символический смысл, по-латыни iter – дорога, путь. По замыслу конструкторов, кадарашский реактор должен проложить путь к термоядерной энергетике будущего, которая обеспечит выживание человечества и после истощения запасов угля, нефти и газа. Впрочем, она понадобится и по другой причине. Через 40–50 лет человечеству придется резко сократить использование органического топлива в связи с перегревом атмосферы, обусловленным возрастанием концентрации углекислого газа.

Немного физики

Хотя журналисты не устают твердить, что ITER воспроизведет на Земле процессы, протекающие в глубинах Солнца, это сравнение не слишком правомерно. Основой внутрисолнечного термоядерного синтеза является так называемый водородный цикл, в ходе которого четыре протона превращаются в ядро гелия-4, два позитрона и два нейтрино. Этот цикл включает в себя несколько ядерных реакций, скорости которых зависят от температуры и плотности солнечных недр. Первая из них, превращение пары протонов в ядро дейтерия, позитрон и нейтрино, в среднем требует примерно 14 миллиардов лет (стоит вспомнить, что срок жизни нашей Вселенной несколько короче). Не приходится удивляться, что реакция известна физикам лишь теоретически, в эксперименте еще никто ее не наблюдал. Конечно, некоторым протонам удается встретиться и объединиться и за много меньшее время. Будь иначе, термоядерная печь в центре сгустившейся газо-пылевой туманности, которая 4 млрд. 600 млн. лет назад дала начало нашему Солнцу, не зажглась бы и до сих пор. Однако из-за медлительности водородного цикла генерация энергии в центре Солнца в расчете на единицу массы смехотворно мала. Как ни парадоксально, один грамм солнечной материи выделяет даже меньше тепла, чем грамм человеческого тела! Исполинская мощность излучения Солнца, 3,8x1026 Вт, объясняется его гигантской массой. Поэтому в качестве источника энергии для электростанций водородный цикл явно непригоден.

К счастью для нас, на нем свет клином не сошелся, есть и другие реакции. Для энергетического реактора лучше всего подходит слияние ядер дейтерия и трития, в результате него образуется ядро гелия и нейтрон. Любопытно, что энерговыделение этой реакции значительно меньше высвобождения энергии в водородном цикле – 17,6 млн. электронвольт (МэВ) против 26,2 млн. Однако здесь счет времени идет лишь на секунды, и поэтому она вполне устраивает конструкторов термоядерных реакторов. ITER как раз и будет работать на дейтериево-тритиевой смеси. Источником дейтерия послужит обычная вода, а тритий будут получать из облученного нейтронами лития, самого легкого из всех металлов, третьего элемента таблицы Менделеева.

Для преодоления кулоновского отталкивания дейтериево-тритиевую плазму необходимо нагреть минимум до 100 млн. градусов. Однако эта температура сама по себе не повлечет за собой самоподдерживающийся термоядерный процесс. В среднем на каждые сто тысяч столкновений ядер дейтерия с ядрами трития приходится лишь единственный акт образования гелия. Поэтому для запуска реактора плазму следует не только подогреть, но и сильно сжать. Ее также надо сохранить в таком состоянии столь долго, чтобы успело сгореть заметное количество термоядерного топлива. Требуемую плотность плазмы и продолжительность ее удержания можно вычислить на основе численного критерия возникновения термоядерной реакции, установленного в 1957 году американским физиком Джеймсом Лоусоном и носящего его имя.

Как же обеспечить выполнение критерия Лоусона в лабораторных, а затем и в промышленных установках? Сейчас для этого существуют лишь два перспективных метода – магнитный и инерционный. В первом случае плазму изолируют с помощью сильных магнитных полей, которые препятствуют ее падению на стенки реактора. В соответствии с условием Лоусона, при температурах порядка 100–200 миллионов градусов требуемая плотность плазмы составляет 200–300 триллионов частиц на кубический сантиметр (звучит страшновато, но это всего лишь несколько миллиграммов на кубометр), а время удержания – 2–3 секунды. При использовании второго метода дейтериево-тритиевые мишени обжимают с помощью лазерных импульсов. Этот способ позволяет в миллиарды раз увеличить плотность плазмы и в такой же пропорции сократить длительность ее удержания. В принципе, возможно и сжатие плазмы ударными звуковыми волнами, которое периодически рекламируют как «холодный» термояд, однако оно никак не обеспечивает выполнение критерия Лоусона. ITER задуман именно как агрегат с магнитным удержанием.

Блеф и реальность

Работа над подобными системами ведется уже более 50 лет. Андрей Дмитриевич Сахаров писал в своих «Воспоминаниях», что впервые задумался об осуществлении управляемой термоядерной реакции в 1949 году, однако «без каких-либо разумных конкретных идей». Далее сработала рука судьбы в лице секретариата Берии. Летом 1950-го из грозной инстанции на заключение Сахарову было выслано письмо, отправленное в ЦК ВКП(б) младшим сержантом Олегом Лаврентьевым, который служил на Сахалине радиотелеграфистом. 24-летний Лаврентьев предложил вполне разумную схему водородной бомбы, а также конструкцию промышленного термоядерного реактора, где изоляция плазмы осуществлялась за счет постоянного электрического поля. Сахаров в своем отзыве весьма лестно отозвался о Лаврентьеве, но подчеркнул, что электростатическая термоизоляция плазмы неосуществима на практике. Тогда же Сахаров понял, что плазму можно удержать магнитным полем, замкнутым внутри тороидальной обмотки. Через несколько дней к этой проблеме подключился и Игорь Евгеньевич Тамм. Сахаров и Тамм рассчитали конфигурацию магнитных полей, способных сжимать плазму в тонкий шнур и препятствовать ее падению на стенки камеры. Эти вычисления стали основой программы разработки тороидального магнитного термоядерного реактора, утвержденной Совмином 5 мая 1951 года. Научное руководство этими исследованиями было возложено на члена-корреспондента АН СССР Л.А. Арцимовича.

Совминовское постановление было принято в изрядной спешке – и не случайно. 24 марта аргентинский президент Хуан Перон заявил, что австрийский физик-эмигрант Рональд Рихтер добился «контролируемого высвобождения ядерной энергии при температуре в миллионы градусов без применения уранового топлива». По логике, речь могла идти только о термояде. Курчатов доложил об этом Берии, который тут же пробил решение о начале работ над советским реактором. Постановление подписал сам Сталин. Что до пероновской сенсации, то она, конечно, оказалась блефом. Рихтер не был шарлатаном, он экспериментировал с высокотемпературными дуговыми разрядами и вполне мог получить температуру порядка 50 тысяч градусов, но к термояду, конечно, даже и не приблизился. В позапрошлом году журнал Physics Today сообщил, что опыты Рихтера облегчили аргентинскую казну на 62 млн. песо, около 10 млн. долларов по тогдашнему курсу.

За океаном на эту тему стали думать еще раньше. В 1946 году физики в Лос-Аламосе произвели расчеты двух конфигураций «магнитных бутылок» для удержания плазмы – цилиндрической и тороидальной. Им показалось, что такие «сосуды» неизбежно будут подтекать, и поэтому дальше вычислений дело не пошло.

В 1951 году американский физик Лайман Спитцер предложил более сложную конструкцию магнитного реактора, который он назвал стелларатором (кстати, в интервью 1988 года сам Спитцер рассказал, что к разработке стелларатора его подвигнуло сообщение о заявлении Перона). Первые эксперименты со стеллараторами оказались неудачными, но сейчас с этими системами работают в США, Японии и ФРГ. Примерно тогда же английские и американские физики начали эксперименты с магнитным удержанием газовых разрядов в трубках-бубликах (такие разряды называются тороидальными пинчами). Позднее были предложены и другие типы магнитных ловушек для плазмы. Однако, как показало время, наиболее перспективной оказалась схема Сахарова и Тамма. Именно на ее основе были созданы многочисленные реакторы-токамаки, к числу которых относится и ITER.

История Токамака

Считается, что слово «токамак» возникло как аббревиатура фразы «тороидальная камера с магнитными катушками». Однако на самом деле это всего лишь удобная расшифровка уже имевшегося названия. Основная работа над магнитными термоядерными реакторами происходила в Институте атомной энергии, который в 1950-е годы маскировался под скромным именем Лаборатории измерительных приборов АН СССР (ЛИПАН). Этим занималось особое подразделение – Бюро электрических приборов (БЭП), для которого быстренько построили отдельный дом рядом со зданием Отдела электроаппаратуры, где под руководством Арцимовича занимались электромагнитным разделением радиоактивных изотопов. В феврале 1953 года там состоялся семинар, на котором обсуждали доклад о разработке магнитного термоядерного реактора, подготовленный техническими руководителями проекта Н.А. Явлинским и И.Н. Головиным. Именно в этом сообщении будущая установка впервые была названа токамаком. Головин тогда сказал, что это просто сокращение слов «тока максимум». Авторы доклада полагали, что сила тока в тороидальных разрядах намного превысит силу тока в прямолинейных трубках, отсюда и название аппарата. Со временем эта гипотеза была опровергнута, а вот термин «токамак» остался, и с конца 1950-х пошел гулять по миру.

Вот несколько вех истории этих установок. В 1954 году сотрудники БЭП приступили к испытаниям фарфоровой тороидальной камеры с магнитной намоткой, которая стала прообразом будущих токамаков. Следует отметить, что для расчета режимов ее работы под руководством Явлинского была создана одна из первых советских электронно-вычислительных машин ЦЭМ-1. В конце 1960-х на советском токамаке Т-3А была получена плазма с температурой электронов в 20 млн. градусов, а ионов – в 4 млн. и впервые зарегистрировано устойчивое термоядерное излучение плазменного шнура. Через 10 лет принстонский токамак RLT нагрел ионы в плазме примерно до восьмидесяти миллионов градусов. В 1995 году на другом американском токамаке TFTR температура ионов была доведена до 510 млн. градусов; позднее этот рекорд был превзойден на японском токамаке JT-10, который разогрел ионы до 520 млн. градусов. Эксперименты на этих машинах и на крупнейшем в мире европейском токамаке JET позволили нагреть, сжать и удержать дейтериево-тритиевую плазму до кондиций, которые всего в пять-шесть раз не дотянули до выполнения критерия Лоусона. Это огромный скачок, если учесть, что в начале семидесятых годов критерий Лоусона удавалось реализовать лишь на малые доли процента.

Мегамашина

Установка ITER – воистину мегамашина: вес 19 000 т, внутренний радиус тороидальной камеры – 2 м, внешний – больше 6 м. Ее сооружение займет 10 лет, эксперименты начнутся не ранее 2015 года и продлятся пару десятков лет. По расчетам, на этой установке впервые удастся выполнить лоусоновский критерий для дейтериево-тритиевой плазмы и запустить в ней термоядерную реакцию. Хотя реактору потребуется постоянная внешняя энергоподпитка, он сможет стабильно генерировать в 5 раз больше тепловой энергии, чем будет истрачено на нагрев плазмы (а в пиковых режимах – даже и в 10 раз). ITER сможет развивать мощность в 500 МВт в циклах продолжительностью до 500 с (сравним: JET дает 16-мегаваттные «вспышки» длительностью менее 1 с).

Допустим, все пойдет по плану – что тогда? Этот вопрос «ПМ» задала одному из крупнейших специалистов по физике плазмы Роальду Сагдееву, действительному члену РАН и профессору физики Мэрилендского университета: «Решение о сооружении реактора вызывает у меня смешанные чувства. Этот проект много обещает физике, но, по-видимому, ничего не даст экономике. Более того, нет никаких гарантий, что ITER станет прототипом промышленных термоядерных реакторов, поскольку для этого могут понадобиться не токамаки, а совсем иные установки».

По словам Сагдеева, в первую очередь необходимо выстроить долговременную стратегию поиска нетрадиционных источников энергии. Наиболее реальный кандидат на эту роль – реакторы-размножители на быстрых нейтронах, но занимаются ими пока до обидного мало, нет ни единого крупного международного проекта. Не исключено, что ITER и его аналоги принесут основную пользу в качестве устройств, обезвреживающих бридерные «шлаки». Дело в том, что при работе реакторов-размножителей возникают долгоживущие радиоактивные элементы семейства актиноидов, от которых надо как-то избавляться. Эти отходы можно «сжигать» с помощью потоков быстрых нейтронов, возникающих в токамаках при синтезе гелия из дейтерия и трития.

Эйнштейн утверждал, что наука – драма идей. Но не следует забывать, что эту драму разыгрывает актерский состав, в который включены и отдельные личности, и научные коллективы, и даже целые государства. История проекта ITER – неплохое тому подтверждение.

Источник: http://portal-energo.ru/

Светодиоды. Экономичность, долговечность, новые возможности

По прогнозу аналитиков консалтинговой компании McKinsey & Company, одной из ведущих консалтинговых компаний, к 2020 году рынок светотехники вырастет до 100 млрд. евро, а общий десятилетний рост этого сегмента рынка, за период 2010-2020 составит 56,52%. В условиях общемировой экономической рецессии — это более чем впечатляющие показатели. О возможностях светодиодных светильников и особенностях их применения в статье Бориса Дмитриева.

Индустрии электрической светотехники пошел уже третий век, но, несмотря на такой солидный возраст, именно сейчас в этой сфере происходит взрывное развитие и освоение революционных технологий. Население Земли стоит на пороге новой эры – эры умного, экономичного, экологичного света. Главным действующим лицом этой революции специалисты называют светодиоды высокой яркости.

По прогнозу аналитиков McKinsey & Company, одной из ведущих консалтинговых компаний, прогнозы которой котируются весьма высоко, к 2020 году рынок светотехники вырастет до 100 млрд. евро, а общий десятилетний рост этого сегмента рынка , за период 2010-2020 составит 56,52%. В условиях общемировой экономической рецессии — это более чем впечатляющие показатели.

Основная причина роста этого рынка - рост населения Земли, которое, по данным Отдела народонаселения Департамента экономических и социальных дел Секретариата ООН, к 2020 году достигнет 8 миллиардов, а также продолжающаяся урбанизация. В 2010 году доля городского населения нашей планеты впервые в истории сравнялась с долей сельского населения и продолжает быстро увеличиваться. Прямым следствием урбанизации является и колоссальный рост общемировых расходов на освещение. По оценке Международного энергетического агентства, 19% всей потребляемой в мире электроэнергии сейчас расходуется именно на освещение.

Осветительные технологии. Глобальные тенденции

Энергия и все, что с ней связано, быстро дорожает и на первый план выходят осветительные энергосберегающие технологии, в том числе, светодиодные лампы как наиболее энергоэффективные из всех существующих. По мнению аналитика DIGITIMES Research Джесси Лин, проводившей в 2012 году исследование ключевых тенденций индустрии осветительных светодиодов, световая отдача некоторых светодиодов уже в 2012 году достигла 170 люмен на ватт, что даже опережает прогноз министерства энергетики США, согласно которому светоотдача светодиодов к 2020 году должна достигнуть 243 люмен на ватт. Для сравнения, светоотдача обычной лампы накаливания составляет около 10 люмен/ватт, т.е. ее энергоэффективность во много раз ниже. Правда стоимость лампы накаливания в разы дешевле.

Но затраты на инновационное освещение нужно оценивать с точки зрения общей стоимости владения, которая складывается из первоначальных затрат на приобретение и установку оборудования и последующего технического обслуживания установленной системы.

Помимо экономической эффективности энергосберегающих ламп важным фактором, способствующим их активному внедрению, стали и экологические мотивы, имеющие колоссальное значение во всех развитых странах. По оценкам компании Philips, переход на новые стандарты освещения в Европе, начавшийся в 2009 году, позволит отказаться от 52 новых электростанций, строительство которых ухудшило бы экологическую обстановку в Европе и увеличило бы количество ежегодно выбрасываемого в атмосферу углекислого газа.

Европейское законодательство в области энергосбережения с каждым годом становится все более жестким, с 1 сентября 2009 года в странах ЕЭС уже запрещены к обороту галогенные лампы и лампы накаливания мощностью более 100 Вт. Россия также следует энергосберегающим трендам. С 1 января 2011 дня запрещены производство и продажа ламп накаливания мощностью выше 100 ватт, с 2013 года планируется запрет на оборот электрических ламп накаливания мощностью 75 ватт и более, а 1 января 2014 года из оборота выводятся электрические лампы накаливания мощностью более 25 ватт.

В настоящее время самая доступная альтернатива лампам накаливания – компактные люминесцентные лампы. Положительных качеств у них не мало, но и недостатков не мало. Заявляемый изготовителем срок службы люминесцентных ламп около 8 тысяч часов. Но, к сожалению, качество ламп некоторых производителей не позволяет реализовать заявляемую долговечность. Не маловажна токсичность ламп, котороая создает проблемы утилизации.

Светодиоды, срок службы которых может достигать 50.000 часов – одни из наиболее экологичных и энергоэффективных решений в области освещения, поэтому они имеют огромный потенциал для использования в будущем. Они не оказывают негативного влияния на здоровье человека за счет отсутствия ртути, инфракрасного, ультрафиолетового и теплового излучения, а также дают качественный световой поток. Благодаря компактным размерам светодиоды открывают поистине безграничные возможности для дизайна. Более того, светодиодные светильники имеют долгий срок службы, не нуждаются в постоянной поддержке, что экономит затраты на эксплуатацию.

Светодиодные светильники и городское освещение

Сегодня лидером внедрения светодиодных решений стали системы городского освещения, где экономический эффект наиболее очевиден, ведь светодиоды позволяют сберегать электроэнергию и снижать затраты на техническое обслуживание.

По оценкам исполнительного директора Группы компаний «Светосервис» Екатерины Боос, доля светодиодных светильников в архитектурной подсветке составляет не менее 60-70%. «Это связано с тем, что светодиодные светильники имеют значительно больше возможностей по управлению: изменению цветности света, изменению светового потока. Со светодиодами возможно задавать различные сценарии освещения, т.е. это хороший инструмент для архитекторов и светодизайнеров, позволяющий реализовывать разные творческие решения».

Один из наиболее ярких последних проектов в Москве по архитектурной подсветке был реализован компаниями «Светосервис» и Philips на зданиях-«книжках» на Новом Арбате. Современный для своей эпохи комплекс был воздвигнут в шестидесятые годы XX века и призван сделать привычные черты города более динамичными, но по прошествии десятилетий потребовалось вдохнуть жизнь в арбатские «небоскребы».

Каждый фасад состоит из 600 светодиодных гирлянд, которые не обременяют конструкцию фасадов. Благодаря светодиодным технологиям через арбатские «книги» город может буквально говорить с москвичами и гостями столицы, ведь на фасадах транслируются ролики различной социальной направленности. Причем сюжет может перетекать с одного здания на другое.

Использование светодиодов для целей наружного освещения компания «Светосервис» оценивает более скромно – в 5%. «Светодиодные светильники эффективны для освещения дворовых территорий, детских площадок, улиц 3 категории (одна полоса в каждую сторону), парковых зон, т.е. для таких объектов, где не требуются большие световые потоки и достаточно невелики уровни освещенности и яркости, которые нужно обеспечить. При освещении магистралей, развязок и скоростных трасс светодиодные светильники пока еще не могут конкурировать с традиционными светильниками с натриевыми лампами, так как не обеспечивают нужных для таких объектов уровней яркости. Однако, развитие светодиодной техники идет очень быстрыми темпами и уже в ближайшие 2-3 года ситуация изменится».

Светодиодные решения в офисах и общественных зданиях

Другим фронтом, где новые LED-решения наступают особенно заметно и успешно, стал корпоративный сектор. Во многих случаях здесь одинаково важны как стоимость эксплуатации световых решений, так и новые выразительные возможности, которые они предоставляют для дизайнеров и архитекторов. Светодиодные светильники, благодаря своим конструктивным особенностям, позволяют создать дополнительные условия для обеспечения комфорта работникам и посетителям учреждений. Все светильники объединены интеллектуальной системой управления и мониторинга энергопотребления. Светодиодные панели могут управляться со смартфона и формировать любую конфигурацию освещения и даже изображения. При этом экономия электроэнергии достигает 60%.

Освещение торговых площадей – еще одно направление бизнеса, где активно внедряются светодиодные решения, ведь правильная подсветка способна стимулировать покупательский спрос, подчеркивать стиль компании и укрепить бренд. Как и в случае с офисными помещениями, здесь большое значение имеют удобство эксплуатации, многообразие дизайнерских решений, которое дают светодиоды за счет своего малого размера и выгода от общей стоимости владения.

Светодиоды в потребительском секторе

До сих пор главным недостатком светодиодов считается их более высокая цена по сравнению с лампами накаливания и люминесцентными светильниками. Разница в ценнике особенно сильно сказывается на рынке бытовых осветительных приборов, где рядовой покупатель, не будучи профессионалом, не всегда может объективно оценить все достоинства светодиодного освещения.

Однако ситуация меняется буквально на глазах. Практически все аналитики сходятся во мнении, что в ближайшие годы произойдет серьезное снижение цен на светодиодную технику. Самый смелый прогноз дают в McKinsey: к 2020 году цена на светодиоды снизится, прогнозируют аналитики компании, по сравнению с 2012 годом более чем в 3 раза.

Эту тенденцию прекрасно понимают большинство фирм, которые поставляют светотехнику. Поэтому в последние 2 года светодиодные светильники все активнее предлагаются покупателям. Правда здесь не без проблем. Вполне естественно, что конкуренция ведется в соотношении цена-качество. Сильная сторона мировых брендов – качество, но качество стоит дороже. Продукция китайского производства конкурентоспособна только в части ценовой политики. И низкая цена (в разы ниже, чем европейские, российские, американские аналоги) зачастую обеспечивается снижением качества. Низкое качество – значит, будут другие технические параметры.

Одним из важнейших преимуществ светодиодов является их долговечность, и, покупая дорогой светильник, потребитель рассчитывает, что данный прибор будет работать не менее 10 лет. Если, в погоне за ценой, производитель выпускает на рынок светильник, который в лучшем случае проработает 1 год, а покупатель, не умея правильно ориентироваться в предмете, покупает такой светильник, экономии от такой покупки не получится.

Главные отличия качественной продукции от продукции «без имени»:

1. Кристаллы, используемые при производстве светодиодной продукции мировых брендов, выращиваются исключительно в таких странах, как Германия, Нидерланды, США, Япония и Южная Корея. Все изделия проходят многоступенчатое тестирование и проверку отдела качества.

2. Срок службы светодиодной продукции мировых брендов: для светодиодных изделий - 50 000 часов, для светодиодов – 100 000 часов. Тогда как у продукции китайского производства он составляет от силы 20 000 часов. Зачастую в описании и характеристиках светодиодов указываются не усредненные показатели партии, а «лучшие» за весь период производства.

3. Отклонения от указанной цветовой температуры у мировых производителей – 100-200 кельвинов, у продукции «noname» – 500 кельвинов.

4. Падение светового потока изделия и отклонение от указанной цветовой температуры у «noname» происходит через 1000 часов (на 40-50%). У мировых производителей световой поток за вест заявленный срок службы (50 000 часов) составит не более 30%.

5. У мировых производителей светодиодов индекс цветопередачи равен 80-90 Ra, у «noname» – 70 Ra.

6. Мировые производители уделяют серьёзное внимание соблюдению технологий производства, конструкции корпуса и т.д. Например, неправильно сконструированный теплоотвод изделия «noname» к высокой степени нагрева изделии и его отказу.

Светодиоды. Российские перспективы

Российский рынок светодиодов находится сейчас в стадии становления и, по мнению экспертов и участников рынка, помимо позитивных глобальных трендов на него может оказать влияние и государственная поддержка.

Анатолий Черняк, заведующий лабораторией наружного освещения Всероссийского научно-исследовательского проектно-конструкторского светотехнического института (ВНИСИ) им. С.И.Вавилова, считает, что развитию российского рынка осветительных светодиодов могло бы помочь скорейшее принятие и внедрение всех нормативно-правовых актов, касающихся использования светодиодного освещения, т.е. ГОСТов, СанПиНов (Санитарных правил и норм), а также механизмов, обеспечивающих их соблюдение на практике. Наличие ясных и четких правил использования светодиодов поможет их быстрому внедрению в государственных и муниципальных учреждениях и на предприятиях. Еще одним важным фактором способствования внедрению станет создание системы контроля качества светодиодной техники, представленной на российском рынке. Сегодня, к сожалению, после принятия в 2009 году Федерального Закона Об энергосбережении и Постановления Правительства РФ от 20 июля 2011 года (Об утверждении требований к осветительным устройствам и электрическим лампам, используемым в цепях переменного тока в целях освещения) рынок по-прежнему наводнён светодиодной продукцией, не отвечающей заявленным требованиям.

«Потребителю визуально сложно оценить, какой перед ним продукт: качественный или произведённый с нарушением требований производства. Необходимо создание системы классификации светодиодного освещения (типа A,B,C), которая позволит понять конечному потребителю, продукт какой категории он приобретает.

Необходимо ввести законодательные меры, пресекающие попытки недобросовестных производителей ввести в заблуждение покупателя, указывая световой поток светодиодных модулей, а не изделия, или несоответствующие реальным характеристикам светоотдачу, срок службы и т.д. Необходима систематизация и стандартизация всей сферы светодиодного освещения.

По мнению аналитиков и экспертов, светодиодные решения как авангард светотехнической промышленности не только вносят вклад в сбережение энергии и борьбу за сохранение благоприятной экологической обстановки на планете, но и позволяют воплощать уникальные инженерные, архитектурные и дизайнерские идеи, что, в конечном счете, создает новое качество жизни.

Источник: http://portal-energo.ru/

Система тепловых насосов. Отопление и кондиционирование в здании

Кольцевые теплонасосные системы вызывают неизменный интерес у специалистов благодаря своей экономичности, надежности, эффективности и вместе с тем простоте технических решений. В рамках одной системы можно обеспечить отопление и кондиционирование в здании. Конечно, возникает множество вопросов о системе, о ее работе, проблемах при эксплуатации, о применении подобных систем на других объектах, о возможности развития и модернизации систем и пр. Ответы на некоторые из них вы найдете в статье главного инженера московской гостиницы «Ирис Конгресс Отель» Вадима Шабанова.

Гостиница с кольцевой системой кондиционирования воздуха. Обшая информация

Гостиница «Ирис Конгресс Отель», расположенная на севере Москвы, построена в 1991 году по проекту французской фирмы «БУИГ». Восьмиэтажное здание общей площадью 20 тысяч м2 включает в себя 195 номеров разного класса и вместимости, два ресторана, бар, фитнес-центр с тренажерным залом, бассейном и саунами, 10 залов для конференций и банкетов (вместимость наибольшего – до 300 человек), подземную автостоянку и т. д.

Теплонасоснаясистема. Общие положения

Система, которая объединяет в себе несколько тепловых насосов, предназначенных для производства как тепла, так и холода, носит название кольцевой теплонасосной системы. Единая структура многократно повышает эффективность работы входящих в нее устройств, что позволяет использовать ее на средних и крупных объектах.

Непосредственно тепловые насосы обладают множеством преимуществ перед другими видами теплоснабжения. Вот лишь некоторые из них:

• высокая экономичность (производят энергии в 2–7 раз больше, чем потребляют);

• функции отопления, ГВС и кондиционирования воздуха одновременно;

• надежность;

• долговечность;

• экологическая чистота;

• безопасность.

Тепловые насосы успешно используются для теплоснабжения и кондиционирования коттеджей, общественных и жилых зданий, в ЖКХ, для утилизации тепла на промышленных предприятиях, для теплоснабжения в сельском хозяйстве и т. д. В некоторых случаях тепловые насосы просто незаменимы, например на удаленных и труднодоступных объектах (сельскохозяйственные фермы, военные точки, научно-исследовательские станции, объекты в горных местностях и т. п.). Тепловой насос не требует никаких коммуникаций, кроме, как правило, электросети.

Помимо электроэнергии, для работы тепловых насосов могут использоваться и другие виды энергии. Например, приводом тепловых насосов могут быть двигатели, работающие на различных видах топлива. Хороший результат показывают абсорбционные тепловые насосы, где нагрев (выпаривание воды из абсорбента) осуществляется сжиганием топлива. Здесь необходимо понимание того, что при прямом нагреве теплоносителя и сжигании, допустим, 1 м3 природного газа мы получим около 38 000 кДж теплоты. Если этот же кубометр сгораемого газа будет использован для совершения работы в приводе агрегата или для нагрева в абсорбционной машине теплового насоса, то мы можем получить в 2–4 раза больше теплоты, т. е. 75 000–150 000 кДж.

Целевое назначение тепловых насосов

Все тепловые насосы, входящие в состав кольцевых систем, по своему назначению можно разделить на следующие группы:

• производители тепла и/или холода для нужд объекта (например, тепловой насос в системе кондиционирования воздуха); являются основой кольцевых систем;

• утилизаторы – накопители тепла в водяном контуре (например, тепловой насос на сточных водах); система может не иметь таких тепловых насосов;

• утилизаторы – удалители тепла из водяного контура (например, тепловой насос в системе ГВС); система также может не иметь таких тепловых насосов;

• тепловой насос для восполнения недостатка или удаления избытка тепла общего контура (тепловой насос, использующий внешнюю среду); могут заменять собой градирню и дополнительный нагреватель.

Это деление условно, т. к. некоторые тепловые насосы могут выполнять несколько функций. Например, реверсивный тепловой насос на сточных водах зимой может утилизировать тепло, а летом – удалять его.

Далее в статье рассмотрим в качестве примера кольцевую систему кондиционирования воздуха.

Кольцевые системы кондиционирования воздуха

Основу этих систем составляют тепловые насосы типа «вода – воздух», выполняющие функции кондиционирования воздуха в помещениях. Тепловой насос в описываемом случае состоит из компрессорного агрегата, снабженного перепускным четырехходовым клапаном для смены режимов нагрева и охлаждения, и вентилятора, нагнетающего воздух в помещение. В теплообменнике «хладагент – вода» постоянно циркулирует вода, а через теплообменник «воздух – хладагент» воздух вентилятором нагнетается в помещение. Если теплообменник «воздух – хладагент» работает как испаритель, то воздух, проходящий через него, охлаждается, а теплообменник «хладагент – вода» играет роль конденсатора, и вода в нем нагревается. При необходимости нагрева воздуха перепускной клапан в агрегате переключается, направление движения хладагента меняется на противоположное, и вся система работает наоборот: воздух нагревается, вода охлаждается.

В каждом из помещений, где предусматривается кондиционирование воздуха, или рядом с ним устанавливается тепловой насос. Мощность его подбирается в соответствии с параметрами и назначением помещения, характеристиками необходимой приточно-вытяжной вентиляции, возможным количеством присутствующих людей, установленным в нем оборудованием и другими факторами. Все тепловые насосы реверсивные, т. е. предназначены и для охлаждения, и для нагрева воздуха. Все они связаны общим водяным контуром – трубами, в которых циркулирует вода. Вода является одновременно источником и приемником тепла для всех тепловых насосов. Температура в контуре может изменяться в пределах от 18 до 34 °C. Это та температура воды, при которой тепловые насосы работают стабильно и эффективно.

Между теми тепловыми насосами, которые нагревают воздух, и теми, которые охлаждают его, происходит обмен теплом посредством водяного контура. В зависимости от назначения помещения, количества присутствующих в данный момент людей, работающего оборудования, времени года, времени суток в разных помещениях могут требоваться либо нагрев, либо охлаждение воздуха. При одновременной работе тепловых насосов, производящих тепло и холод, происходит перенос тепла из помещений с его избытком в помещения, где его не хватает. Таким образом, происходит обмен теплом между всеми помещениями с помощью тепловых насосов, объединенных в единое кольцо.

Если количество тепловых насосов, работающих в режиме нагрева воздуха, равно количеству тепловых насосов, работающих в режиме охлаждения, то система не требует поступления тепла извне или удаления его наружу, и затраты энергии заключаются лишь в работе циркуляционного насоса водяного контура и в работе приводов тепловых насосов. Так происходит в основном в переходные периоды (весна, осень).

Зимой число тепловых насосов, работающих в режиме нагрева воздуха, возрастает, и больше тепла забирается из водяного контура. В этом случае требуется его восполнение, для чего к контуру подключен дополнительный нагреватель. Для подогрева воды подойдет любой источник тепла: газовый котел, котел на жидком или твердом топливе, теплообменник, работающий с теплоносителем центральной теплосети или районной котельной, электронагреватель и пр. В любом случае для этого не потребуется сравнительно мощного устройства, и система в целом не так уж много проиграет в экономичности.

Летом, наоборот, в системе возрастает число тепловых насосов, охлаждающих воздух, и большее количество тепла поступает в водяной контур. Чтобы температура воды не превысила установленный предел, ее необходимо охлаждать. Для удаления тепла наружу в водяном контуре имеется охладитель. Здесь подойдет градирня любого типа (открытая, открытая в сочетании с теплообменником, закрытая с орошением, сухая), в некоторых случаях с успехом используется тепловой насос «вода – воздух».

В состав водяного контура входит также низкотемпературный бак-накопитель, который, увеличивая объем воды, способствует большему накоплению тепла, а также стабилизирует температуру воды в начале контура. Чем больше этот бак, тем больше система способна аккумулировать тепла, которое затем при необходимости может быть использовано. Увеличение объема бака снижает мощности как охладителя (градирни), так и дополнительного нагревателя.

Теоретически бак может иметь размеры, которые бы позволили употребить зимой накопленное за лето тепло, но тогда габариты бака были бы чрезмерными. На практике приходится выбирать оптимальное соотношение имеющихся площадей для размещения бака и мощностей нагревателя и охладителя. В качестве нагревателя в баке могут быть размещены электрические ТЭНы, что экономит пространство.

Кондиционирование воздуха

Гостиница оборудована кольцевой системой кондиционирования воздуха, включающей в себя тепловые насосы, которые установлены во всех помещениях, где предусматривается присутствие людей. Эти тепловые насосы нагнетают воздух в помещения, охлаждая или нагревая его, соответственно нагревая или охлаждая воду в контуре. Имеются тепловые насосы разной мощности и производительности в зависимости от параметров помещений. Маломощные насосы подвешены за подшивным потолком в помещениях или рядом с ними, более мощные смонтированы на полу в смежных технических помещениях.

Все тепловые насосы подключены к общему водяному контуру, вода в котором циркулирует с помощью центробежного водяного насоса. К этому же контуру подключены и конденсаторы всех холодильных и морозильных камер, льдогенераторы, охладитель машины химической чистки. В качестве низкотемпературного бака-накопителя используется емкость объемом 20 000 л.

При повышении температуры в контуре до 24 °C вода начинает циркулировать через градирню закрытого типа. Градирня оборудована системой орошения, двухскоростными вентиляторами и системой подогрева при отрицательной температуре наружного воздуха. При снижении температуры в контуре до 18 °C происходит добавка теплой воды из системы отопления предусмотренным для этого насосом.

Нормальной температурой в контуре тепловых насосов и холодильников является температура от 18 до 34 °C, что позволяет не использовать теплоизоляцию на трубах контура, а при обширности и большой разветвленности системы это является немаловажным фактором.

Вентиляция

Использование тепловых насосов в системе кондиционирования воздуха гостиницы позволило упростить систему вентиляции. Установлено семь приточных вентиляторов, на входе которых имеется общий калорифер первичного подогрева воздуха в холодное время, входящий в систему отопления. Калорифер нагревает воздух до 12 °C. Без дальнейшего подогрева воздух подается в места с большим тепловыделением, например в прачечную и кухню.

Для подогрева воздуха, подающегося в прочие помещения, на выходе приточных вентиляторов установлены дополнительные калориферы, также входящие в систему отопления и прогревающие воздух не более чем до 20 °C. Например, в гостиничные номера воздух поступает прогретым до 18 °C. Имеется также шесть пароувлажнителей. В системе вытяжной вентиляции установлено 20 вентиляторов разного типа и мощности.

Вентиляция отдела кухни устроена следующим образом. Через расположенные над печами и плитами вытяжки с фильтрами-жироуловителями воздух выбрасывается наружу.

Чистый теплый воздух из помещений кухни смешивается со свежим воздухом и подается к тепловому насосу.

Отопление

Кольцевая система может полностью взять на себя функции отопления, но не исключается и совместное применение с системой отопления. В гостинице была установлена менее мощная и также более простая с технической точки зрения система. Используется двухтрубная схема.

В радиаторы подается вода такой температуры, чтобы обеспечить минимально необходимую температуру воздуха в помещениях. Далее тепловой насос эту температуру может повысить или понизить по желанию людей, находящихся в помещении.

Например, температура воздуха в номерах поддерживается около 20 °C, при этом температура воды в системе отопления номеров составляет 37 °C при температуре наружного воздуха –5 °C. Такой принцип позволил отказаться от использования регулирующих приборов и арматуры на радиаторах большинства помещений.

Во многих помещениях, например во всех конференц-залах, в столовой персонала, радиаторы вовсе отсутствуют. Обогрев производится только за счет тепловых насосов.

Система отопления и подогрева приточного воздуха обеспечивает минимально необходимый прогрев помещений. Тепловые насосы являются не только доводчиками, но и основными источниками тепла. С их помощью осуществляется теплообмен между помещениями гостиницы. Тепловые насосы кухни, прачечной, технических помещений, агрегаты холодильной техники «перекачивают» тепло в водяной контур, в то же самое время тепловые насосы конференц-зала на 300 человек, фитнес-центра с бассейном, ресторана, административных помещений забирают это тепло из контура.

Режимы работы тепловых насосов

Летом при высокой наружной температуре все тепловые насосы, как правило, работают в режиме охлаждения помещений, а градирня будет работать на полную мощность, выбрасывая тепло из гостиницы. Но сколько длится лето в Москве? В мае иногда бывают даже снегопады, а уже в августе ночью температура наружного воздуха нередко опускается до 5 °C, в конце августа заморозки – обычное явление.

Зимой же бо'льшая часть тепловых насосов работает в режиме обогрева помещений, некоторые простаивают, а те, что работают в режиме охлаждения воздуха, передают тепла в контур значительно меньше, чем летом, и тепло в контуре тепловых насосов быстро расходуется. Его восполнение происходит за счет перекачивания теплой воды из обратного контура системы отопления. Но, как показала практика, это происходит редко, только если температура наружного воздуха несколько дней держится ниже –20 °C и обычно в ночное время, когда не работает прачечная и снижается нагрузка на кухню.

Тратится и небольшое количество тепла на обогрев градирен при отрицательных температурах, когда вода контура тепловых насосов не требует охлаждения. При поддержании температуры воды в неработающей градирне на уровне 15 °C и при наличии автоматических заслонок, закрывающих жерло градирни, это количество тепла невелико.

Выводы

Как показала практика, московские, отнюдь не самые суровые, зимы с частыми и нередко продолжительными оттепелями позволяют эффективно работать кольцевой системе кондиционирования воздуха.

Весна и осень составляют основную часть года, и на широте Москвы их затяжной характер и значения средних температур также делают эффективной кольцевую систему. Причем эффективность проявляется и в начале, и в конце переходных периодов.

Для наглядности представлен график значений среднемесячных температур по данным метеостанции, находящейся неподалеку от гостиницы.

Кроме несомненного преимущества кольцевой системы кондиционирования воздуха с использованием тепловых насосов с точки зрения экономичности имеется и целый ряд других достоинств. Например, возможно использование несложной автоматики.

Автоматическое регулирование всей описываемой системы достаточно простое. Или, скажем, нет необходимости использовать какие-то специальные средства для программирования и управления температурными режимами в помещениях (день/ночь, будни/выходной), достаточно того, чтобы люди, покидая помещение, вместе со светом выключали и тепловой насос, и зимой система отопления будет поддерживать температуру на минимальном уровне.

Как уже было отмечено, при использовании кольцевой схемы кондиционирования воздуха можно применять сравнительно простые системы приточно-вытяжной вентиляции и отопления.

Преимуществом также можно считать и то, что тепловые насосы малоинерционны по сравнению с другими устройствами, температура в помещении гораздо быстрее устанавливается на заданном уровне после начала работы. Возможно использование и более широкого диапазона температур в летнее и зимнее времена года. Эти обстоятельства позволяют свести к минимуму жалобы и нарекания на кондиционирование воздуха, что в случае гостиниц является особенно важным.

Положительным является и то обстоятельство, что работы по ремонту и обслуживанию элементов системы производить достаточно просто и доступно. Также без особых усилий можно проводить модернизацию и какие-либо изменения в системе.

Конечно, есть и ряд недостатков. Использование тепловых насосов влечет за собой принятие мер по предотвращению шума, неизбежного при работе агрегата. В гостинице «Ирис Конгресс Отель» тепловой насос расположен во входном коридоре за разборным подшивным потолком (типичное расположение устройств кондиционирования для гостиничных номеров). Поэтому подшивной потолок выполнен из шумонепроницаемых материалов и включает в себя слой минеральной ваты и слой из листов сухой штукатурки.

Недостатком можно считать и высокую стоимость тепловых насосов, но этот минус частично компенсируется за счет удешевления систем отопления и вентиляции.

Без сомнения, кольцевой принцип кондиционирования является одним из наиболее удачных решений для систем кондиционирования воздуха именно гостиниц и именно в средней полосе России и Москве.

Источник: http://portal-energo.ru/

Топливные элементы. Вполне реальная альтернатива существующим ТЭС

Топливные элементы - это перспективный вид энергопроизводящего оборудования как для промышленности, так и для автономных установок коммунально-бытового сектора. Высокий КПД использования газа и превосходные экологические характеристики дают основания полагать, что после решения важнейшей задачи - снижения стоимости -этот вид энергетического оборудования будет востребован на рынке автономных систем тепло- и электроснабжения.

Специалисты в области энергетики отмечают, что в большинстве развитых стран быстро растет интерес к рассредоточенным источникам энергии сравнительно малой мощности. Главные преимущества этих автономных энергоустановок -умеренные капитальные затраты при строительстве, быстрый ввод в эксплуатацию, сравнительно простое обслуживание и хорошие экологические характеристики. При автономной системе электроснабжения не требуется вложений в линии электропередач и подстанции. Расположение автономных источников энергии непосредственно в местах потребления не только избавляет от потерь в сетях, но и повышает надежность электроснабжения.

Хорошо известны такие автономные источники энергии, как малые ГТУ (газотурбинные установки), двигатели внутреннего сгорания, ветроустановки и солнечные батареи на полупроводниках.

В отличие от двигателей внутреннего сгорания или турбин, работающих на угле / газе, топливные элементы не сжигают топливо. Они преобразовывают химическую энергию топлива в электричество при помощи химической реакции. Поэтому топливные элементы не производят большого количества парниковых газов, выделяющихся при сгорании топлива, таких как двуокись углерода (CO2), метан (CH4) и окись азота (NOx). Выбросы из топливных элементов представляют собой воду в форме пара и низкие уровни двуокиси углерода (или же выбросов CO2 нет вообще), если в качестве топлива для элементов используется водород. Кроме того, топливные элементы работают бесшумно, потому что они не включают шумные роторы высокого давления и при их эксплуатации отсутствуют шумы выхлопных газов и вибрация.

Топливный элемент преобразовывает химическую энергию топлива в электричество при помощи химической реакции с кислородом или другим окисляющим веществом. Топливные элементы состоят из анода (отрицательная сторона), катода (положительная сторона) и электролита, который обеспечивает перемещение зарядов между двумя сторонами топливного элемента (Рисунок: Принципиальная схема топливных элементов).

Электроны перемещаются от анода к катоду через внешний контур, создавая электричество постоянного тока. В связи с тем, что основным отличием разных типов топливных элементов является электролит, топливные элементы подразделяются по типу используемого электролита, т.е. высокотемпературные и низкотемпературные топливные элементы (ТЭПМ, ПМТЭ). Водород является наиболее распространенным топливом, но иногда также могут использоваться углеводороды, такие как природный газ и спирты (т.е. метанол). Топливные элементы отличаются от аккумуляторов тем, что для них требуется постоянный источник топлива и кислорода / воздуха для поддержания химической реакции, и они производят электроэнергию до тех пор, пока их подача осуществляется.

Топливные элементы имеют следующие преимущества по сравнению с обычными источниками энергии, такими как двигатели внутреннего сгорания или аккумуляторы:

• Топливные элементы имеют более высокую эффективность, чем дизельные или газовые двигатели.

• Большинство топливных элементов работает бесшумно, если сравнивать их с двигателями внутреннего сгорания. Поэтому они пригодны для зданий с особыми требованиями, например, больницы.

• Топливные элементы не приводят к загрязнению, вызываемому сжигаемым ископаемым топливом; например, побочным продуктом топливных элементов, работающих на водороде, является только вода.

• Если водород получается в результате электролиза воды, обеспечиваемого возобновляемым источником энергии, то при использовании топливных элементов парниковый газ не выделяется на протяжении всего цикла.

• Для топливных элементов не требуется обычное топливо, такое как нефть или газ, поэтому можно избавиться от экономической зависимости от стран-производителей нефти и обеспечить большую энергетическую безопасность.

• Топливные элементы не зависят от энергосетей, так как водород может производиться в любом месте, где есть вода и электроэнергия, и может распределяться производимое топливо.

• При применении стационарных топливных элементов для производства энергии в точке потребления можно использовать децентрализованные энергосети, которые потенциально являются более стабильными.

• Низкотемпературные топливные элементы (ТЭПМ, ПМТЭ) имеют низкий уровень передачи тепла, что делает их идеальными для различного применения.

• Топливные элементы с более высокой температурой производят высококачественную технологическую тепловую энергию вместе с электричеством, и они хорошо подходят для когенерации (такой как совместное производство тепловой и электрической энергии для жилых домов).

• Время работы значительно больше, чем время работы аккумуляторов, так как для увеличения времени работы требуется только большее количество топлива, а повышение производительности установки не требуется.

• В отличие от аккумуляторов, топливные элементы имеют «эффект запоминания» при их заправке.

• Техническое обслуживание топливных элементов является простым, так как они не имеют больших подвижных частей.

Наиболее распространенным топливом для топливных элементов является водород, так как он не производит выбросов вредных загрязняющих веществ. Однако могут использоваться и другие виды топлива, и топливные элементы, работающие на природном газе, считаются эффективным альтернативным вариантом, когда природный газ доступен по конкурентоспособным ценам. В топливных элементах поток топлива и окислителей проходит через электроды, которые разделены электролитом. Это вызывает химическую реакцию, в результате которой производится электроэнергия; при этом не требуется сжигать топливо или добавлять тепловую энергию, что обычно имеет место при традиционных способах производства электроэнергии. При использовании в качестве топлива природного чистого водорода, а в качестве окислителя кислорода, в результате реакции, которая происходит в топливном элементе, вырабатываются вода, тепловая энергия и электроэнергия. При использовании других видов топлива топливные элементы выделяют очень низкий уровень выбросов загрязняющих веществ и производят высококачественную надежную электроэнергию.

Преимущества топливных элементов, работающих на природном газе, являются следующими:

• Преимущества для окружающей среды – Топливные элементы представляют собой чистый метод производства электроэнергии из ископаемого топлива. Между тем как топливные элементы, работающие на чистом водороде и кислороде, производят только воду, электроэнергию и тепловую энергию; другие типы топливных элементов выделяют ничтожно малое количество серных соединений и очень низкий уровень двуокиси углерода. Однако двуокись углерода, выделяемая топливными элементами, является концентрированной, и ее легко можно удерживать вместо того, чтобы выбрасывать в атмосферу.

• Эффективность - Топливные элементы преобразовывают энергию, имеющуюся в ископаемом топливе, в электроэнергию намного эффективнее, чем традиционные способы производства электричества со сжиганием топлива. Это означает, что для производства одинакового количества электроэнергии требуется меньше топлива. По оценке Национальной лаборатории энергетических технологий 58 , могут выпускаться топливные элементы (в комбинации с турбинами, работающими на природном газе), которые будут работать в диапазоне мощности от 1 до 20 МВтэ с КПД 70%. Этот КПД намного выше, чем КПД, который может достигаться при помощи традиционных методов производства энергии в указанном диапазоне мощности.

• Производство с распределением - Топливные элементы могут выпускаться очень малых размеров; это позволяет размещать их в тех местах, где требуется электроэнергия. Это касается установок для жилых, коммерческих, промышленных зданий и даже для транспортных средств.

• Надежность - Топливные элементы являются полностью закрытыми устройствами без подвижных частей и сложного машинного оборудования. Это делает их надежными источниками электроэнергии, способными работать в течение многих часов. Кроме того, они являются почти бесшумными и безопасными источниками электроэнергии. Также в топливных элементах нет скачков электричества; это значит, что их можно использовать в тех случаях, когда нужен постоянно работающий, надежный источник электроэнергии.

До последнего времени менее популярными были топливные элементы (ТЭ), представляющие собой электрохимические генераторы, способные преобразовать химическую энергию в электрическую, минуя процессы горения, превращения тепловой энергии в механическую, а последней - в электроэнергию. Электрическая энергия образуется в топливных элементах благодаря химической реакции между восстановителем и окислителем, которые непрерывно поступают к электродам. Восстановителем чаще всего служит водород, окислителем - кислород или воздух. Совокупность батареи топливных элементов и устройств для подачи реагентов, отвода продуктов реакции и тепла (которое может утилизироваться) представляет собой электрохимический генератор.

В последнее десятилетие XX века, когда вопросы надежности электроснабжения и экологические проблемы приобрели особенно важное значение, многие фирмы в Европе, Японии и в США приступили к разработке и производству нескольких вариантов топливных элементов.

Наиболее простыми являются щелочные топливные элементы, с которых началось освоение этого вида автономных источников энергии. Рабочая температура в этих ТЭ составляет 80-95°С, электролитом является 30%-ный раствор едкого калия. Работают щелочные ТЭ на чистом водороде.

В последнее время большое распространение получил топливный элемент РЕМ с мембранами протонного обмена (с полимерным электролитом). Рабочая температура в этом процессе - также 80-95°С, но в качестве электролита используется твердая ионообменная мембрана с перфторсулфокислотой.

По общему признанию, наиболее привлекательным в коммерческом плане является топливный элемент с фосфорной кислотой PAFC, у которого КПД по выработке только электроэнергии достигает 40%, а при использовании выделенного тепла -85%. Рабочая температура у этого ТЭ 175—200°С, электролит - жидкая фосфорная кислота, пропитывающая карбид кремния, связанный тефлоном.

Пакет элемента снабжен двумя графитовыми пористыми электродами и орто-фосфорной кислотой в качестве электролита. Электроды покрыты платиновым катализатором. В реформере природный газ при взаимодействии с паром переходит в водород и СО, который доокисляется до СО2 в конверторе. Далее молекулы водорода под влиянием катализатора диссоциируют на аноде на ионы Н. Электроны, освобожденные в этой реакции, направляются через нагрузку к катоду. На катоде они реагируют с ионами водорода, диффундирующими через электролит, и с ионами кислорода, которые образуются в результате каталитической реакции окисления кислорода воздуха на катоде, образуя в конечном итоге воду.

К перспективным видам топливных элементов относится также ТЭ с расплавленным карбонатом типа MCFC. Этот ТЭ при работе на метане имеет КПД по электроэнергии 50-57%. Рабочая температура 540—650°С, электролит - расплавленный карбонат калиевой и натриевой щелочей в оболочке - матрице из литий-алюминиевого оксида LiA102.

И, наконец, наиболее перспективный топливный элемент - SOFC. Это твердооксидный топливный элемент, использующий любое газообразное топливо и наиболее пригодный для сравнительно крупных установок. Его КПД по электроэнергии составляет 50-55%, а при использовании в установках комбинированного цикла -до 65%. Рабочая температура 980—1000°С, электролит - твердый цирконий, стабилизированный иттрием.

Наиболее успешными были демонстрационные испытания установки мощностью 100 кВт, сданной в эксплуатацию в 1999 г. Энергоустановка подтвердила возможность получения электроэнергии с высоким КПД (46%), а также показала высокую стабильность характеристик. Тем самым была доказана возможность эксплуатации энергоустановки не менее 40 тыс. часов при допустимом падении ее мощности.

В 2001 г. была разработана новая энергоустановка на твердооксидных элементах, работающая при атмосферном давлении. Батарея (электрохимический генератор) мощностью энергоустановки 250 кВт с комбинированной выработкой электроэнергии и тепла включала в себя 2304 твердооксидных трубчатых элемента. Кроме того, в состав установки входили инвертор, регенератор, подогреватель топлива (природного газа), камера сгорания для подогрева воздуха, теплообменник для подогрева воды за счет тепла уходящих газов и другое вспомогательное оборудование. При этом габаритные размеры установки были вполне умеренными: 2,6x3,0x10,8 м.

Определенных успехов в разработке крупных топливных элементов добились японские специалисты. Исследовательские работы были начаты в Японии еще в 1972 г., но значительные успехи были достигнуты только в середине 90-х годов. Опытные модули топливных элементов имели мощность от 50 до 1000 кВт, причем 2/3 из них работали на природном газе.

В 1994 г. в Японии была сооружена установка с топливными элементами мощностью 1 МВт. При общем КПД (с выработкой пара и горячей воды), равном 71%, установка имела КПД по отпуску электроэнергии не менее 36%. С 1995 г., по сообщениям прессы, в Токио эксплуатируется энергоустановка на топливных элементах с фосфорной кислотой мощностью 11 МВт, а общая мощность выпущенных топливных элементов к 2000 г. достигла 40 МВт.

Все перечисленные выше установки относятся к классу промышленных. Их разработчики постоянно стремятся к повышению мощности агрегатов, чтобы улучшить стоимостные характеристики (удельные затраты на кВт установленной мощности и стоимость выработанной электроэнергии). Но есть несколько компаний, которые ставят другую задачу: разработать простейшие установки для бытового потребления, в том числе - индивидуальные источники электропитания. И в этой области имеются существенные достижения:

• компания Plug Power LLC разработала установку на топливных элементах мощностью 7 кВт для энергоснабжения дома;

• корпорация Н Power выпускает используемые на транспорте зарядные агрегаты для аккумуляторов мощностью 50-100 Вт;

• компания Intern. Fuel Cells LLC выпускает установки для транспорта и персональные источники питания мощностью 50-300 Вт;

• корпорация Analytic Power разработала по заказу армии США персональные источники питания мощностью по 150 Вт, а также установки на топливных элементах для домашнего энергоснабжения мощностью от 3 до 10 кВт.

В чем же заключаются достоинства топливных элементов, побуждающие многочисленные компании вкладывать огромные средства в их разработку?

Помимо высокой надежности электрохимические генераторы имеют высокий КПД, что выгодно отличает их от паротурбинных установок и даже от установок с ГТУ простого цикла. Важным достоинством топливных элементов является удобство их использования в качестве рассредоточенных источников энергии: модульная конструкция позволяет соединить последовательно любое количество отдельных элементов с образованием батареи - идеальное качество для наращивания мощности.

Но самым важным аргументом в пользу топливных элементов являются их экологические характеристики. Выбросы NOX и СО на этих установках настолько малы, что, например, окружные Управления по качеству воздуха в регионах (где нормы экологического контроля являются наиболее жесткими в США) даже не упоминают это оборудование во всех требованиях, касающихся защиты атмосферы.

Многочисленные преимущества топливных элементов, к сожалению, не могут в настоящее время перевесить их единственный недостаток - высокую стоимость, В США, например, удельные капитальные затраты на сооружение энергоустановки даже с наиболее конкурентоспособными топливными элементами составляют примерно 3500 долл./кВт. И хотя правительство предоставляет субсидию в размере 1ООО долл./кВт, чтобы стимулировать спрос на эту технологию, стоимость сооружения таких объектов остается достаточно высокой. Особенно при сопоставлении с капитальными затратами на строительство мини-ТЭЦ с ГТУ или с двигателями внутреннего сгорания мегаваттно-го диапазона мощности, которые составляют примерно 500 долл./кВт.

В последние годы наметился определенный прогресс в деле снижения затрат на установки с ТЭ. Сооружение энергоустановок с ТЭ на базе фосфорной кислоты мощностью 0,2-1,0 МВт, о которых упоминалось выше, обошлось в 1700 долл./кВт. Стоимость производства энергии на таких установках в Германии при использовании их в течение 6000 ч в год по расчетам составляет 7,5-10 центов/кВт-ч. Установка РС25 мощностью 200 кВт, которую эксплуатирует энергокомпания Hessische EAG (Дарм-штадт), также имеет неплохие экономические показатели: стоимость электроэнергии, включая амортизационные отчисления, затраты на топливо и на обслуживание установки в сумме составили 15 центов/кВт-ч. Этот же показатель для ТЭС на буром угле составлял в энергокомпании 5,6 цента/кВт-ч, на каменном угле - 4,7 цента/кВт-ч, для парогазовых установок - 4,7 цента/кВт-ч и для дизельных электростанций - 10,3 цента/кВт-ч.

При сооружении более крупной установки на топливных элементах (N=1564 кВт), работающей с 1997 г. в Кельне, потребовались удельные капитальные затраты в количестве 1500-1750 долл./кВт, но стоимость собственно топливных элементов составила только 400 долл. /кВт

Все вышеизложенное показывает, что топливные элементы - это перспективный вид энергопроизводящего оборудования как для промышленности, так и для автономных установок коммунально-бытового сектора. Высокий КПД использования газа и превосходные экологические характеристики дают основания полагать, что после решения важнейшей задачи - снижения стоимости -этот вид энергетического оборудования будет востребован на рынке автономных систем тепло- и электроснабжения.

Источник: http://portal-energo.ru/

Пассивные многоэтажные здания за рубежом

В европейской строительной практике, и особенно в Германии, Швейцарии, странах Скандинавии, Австрии и Франции, уже более 20 лет осуществляется строительство пассивных зданий. Свое название пассивные здания получили вследствие того, что для них практически не требуются системы активного отопления или охлаждения. Тепловой комфорт обеспечивается «пассивными» методами: высоким уровнем теплозащиты, утилизацией теплоты, «пассивным» использованием теплопоступлений с солнечной радиацией и внутренних тепловыделений. Во многих регионах этого оказывается достаточно для обеспечения требуемых параметров микроклимата. Судя по приведенным данным, для того, что бы многоэтажный дом мог считаться «пассивным», достаточно 15 кВт•ч/м 2 в год. Юрий Андреевич Табунщиков – доктор технических наук, член-корреспондент РААСН, профессор, президент НП «АВОК», заведующий кафедрой МАрхИ; Марианна Бродач – вице-президент НП «АВОК», канд. техн. наук, профессор МАрхИ, главный редактор журнала «Здания высоких технологий»; Николай Шилкин – канд. техн. Наук, доцент МАрхИ.

Пассивное здания. Концепция

Концепция пассивного здания была предложена в 1987–1988 годах шведским ученым профессором Бо Адамсоном (Bo Adamson) из Лундского университета и доктором Вольфгангом Файстом (Wolfgang Feist) из немецкого Института жилищного строительства и охраны окружающей среды (Institut Wohnen und Umwelt, IWU, Дармштадт). В 1991 году было сдано в эксплуатацию первое пассивное здание – им стал трехэтажный четырехквартирный жилой дом в Дармштадте, который успешно эксплуатируется и в настоящее время. В 1996 году Вольфганг Файст основал в Дармштадте Институт пассивного здания (Passivhaus Institut, PHI).

Вольфганг Файст определил термин «пассивное здание» не как стандарт, направленный на повышение энергетической эффективности, но как концепцию достижения высоких показателей теплового комфорта и качества микроклимата при низких эксплуатационных затратах. Согласно его определению, пассивным называется здание, в котором требования теплового комфорта в соответствии со стандартом ISO 7730 «Ergonomics of the Thermal Environment» достигаются только за счет догрева или доохлаждения приточного воздуха, подаваемого в помещение в объеме, достаточном для обеспечения качества микроклимата в соответствии со стандартом DIN 1946 «Ventilation and Air Conditioning» без использования рециркуляции. Данное определение не «привязано» к конкретному району строительства, т. к. в нем отсутствуют количественные показатели и оно независимо от климатических характеристик. Тепловой комфорт обеспечивается «пассивными» методами: высоким уровнем теплозащиты, утилизацией теплоты, «пассивным» использованием теплопоступлений с солнечной радиацией и внутренних тепловыделений. Во многих регионах этого оказывается достаточно для обеспечения требуемых параметров микроклимата.

Таким образом, в первую очередь необходимо обеспечить высокое качество воздуха, и, исходя из этого, одним из ключевых элементов пассивного здания является система вентиляции. При любых погодных условиях следует обеспечивать требуемое качество воздуха, избегая при этом избыточного воздухообмена, приводящего к неоправданному перерасходу тепловой энергии на подогрев (или охлаждение) сверхнормативного объема приточного воздуха. Выполнение этих условий возможно в случае совместного использования герметичных ограждающих конструкций и механической приточно-вытяжной вентиляции: приток в жилые комнаты, вытяжка из кухонь и санузлов. Для правильного распределения воздушных потоков между раз

Применение механической приточно-вытяжной вентиляции создает предпосылки для дальнейшего уменьшения затрат энергии на подогрев (или охлаждение) приточного воздуха за счет использования для этой цели теплоты удаляемого воздуха посредством теплообменников. В пассивных зданиях используются теплообменники, позволяющие утилизировать от 75 до 95 % затрат энергии на подогрев (охлаждение) приточного воздуха при исключении перетоков (и рециркуляции вообще). Использование этих устройств в условиях Центральной Европы позволяет снизить годовые расходы энергии на подогрев и охлаждение приточного воздуха с 20–30 кВт•ч/м 2 в год до 2–7 кВт•ч/м 2 в год. При этом температура воздуха, подаваемого в помещения, близка к требуемой внутренней температуре. Это создает предпосылки для минимизации пиковой отопительной нагрузки и оптимизации воздухораспределения внутри здания, а за счет высокого уровня теплозащиты и низкой воздухопроницаемости наружных ограждающих конструкций эффективным становится совмещение функций вентиляции и воздушного отопления.

Оптимизация капитальных затрат

Достаточно высокая стоимость эффективных теплоутилизаторов компенсируется отказом от использования отдельной системы отопления. Например, при наружной температуре, равной 0 °C, и температуре воздуха в помещениях 20 °C эффективная теплоутилизация обеспечит температуру приточного воздуха по крайней мере на уровне 16 °C, что при условии эффективной теплоизоляции (для условий Германии толщина теплоизоляции пассивного здания составляет обычно 25–40 см, применяются окна с тройным остеклением) и, соответственно, при низких трансмиссионных теплопотерях создает условия для поддержания температуры в помещениях за счет теплопоступлений от солнечной радиации и внутренних бытовых теплопоступлений. В результате на дополнительный подогрев приточного воздуха после теплоутилизатора требуются очень небольшие затраты энергии.

В холодный период, когда температура наружного воздуха близка к расчетной, на отопление пассивного здания расходуется менее 10 Вт на м 2 отапливаемой площади. Для сравнения на отопление традиционных зданий необходимо расходовать примерно 100 Вт на м 2 отапливаемой площади.

Значения приведенного сопротивления теплопередаче для стен – 5 м 2•°C/Вт, для окон – 0,8 м 2•°C/Вт.

Пассивные здания. Инженерные решения и энергопотребление

Дополнительная экономия энергоресурсов на отопление и горячее водоснабжение пассивного здания может быть получена в результате применения единой комбинированной установки, реализующей все три основные функции: отопление, вентиляцию и горячее водоснабжение. Принцип работы установки представлен на схеме

Наружный воздух посредством вентилятора забирается с улицы, прогоняется через воздуховоздушный теплообменник-теплоутилизатор, при необходимости догревается калорифером и подается в помещение. Из помещения забирается вытяжной воздух, прогоняется сначала через воздуховоздушный теплообменник-теплоутилизатор подогрева приточного воздуха, а затем через воздуховодяной теплообменник, посредством которого низкопотенциальная теплота вытяжного воздуха подается на испаритель теплового насоса небольшой мощности. Этот тепловой насос подогревает воду в водогрейном баке-аккумуляторе горячего водоснабжения. Второй источник теплоты для подогрева горячей воды – теплоноситель, поступающий от солнечных коллекторов. Окончательный догрев воды до требуемой температуры осуществляется посредством электрического нагревательного элемента. В этот же водогрейный бак-аккумулятор встроен контур теплоснабжения калорифера догрева приточного воздуха. Бак-аккумулятор отличается высоким уровнем теплоизоляции.

Из других возможностей энергосбережения за счет использования инновационных технологий в области теплоснабжения немецкие специалисты отмечают применение конденсационных котлов, а также использование в качестве топлива биомассы в виде топливных гранул (пеллет), изготавливаемых из отходов.

Для снижения затрат энергии на подогрев приточного воздуха также широко используют грунтовые теплообменники – коллекторы. Их размещают в грунте ниже глубины промерзания. Внутренняя сторона коллектора может иметь специальное антибактериальное покрытие, содержащее серебро. В холодный период года приточный воздух, проходя через коллектор, подогревается, в теплый, наоборот, охлаждается. После грунтового теплообменника приточный воздух поступает в приточную установку или кондиционер, в котором окончательно догревается или доохлаждается до требуемой температуры, а затем подается в помещения.

Данная система реализована, например, в Германии во дворце спорта Бад Каннштадт. Для устройства грунтового теплообменника в этом проекте используются трубы большого диаметра – 1 000 мм, а также трубы диаметром 200 мм с внутренним антибактериальным покрытием. Общая протяженность труб составляет 800 м. Расход приточного воздуха – 9 200 м 3/ч.

В климатических условиях Центральной Европы в пассивных зданиях удельные затраты энергии на отопление составляют менее 15 кВт•ч/м 2 в год, или, по принятой в Европе классификации, менее 1,5 л жидкого топлива в год. Общие затраты на отопление, горячее водоснабжение и электроснабжение не должны превышать 120 кВт•ч/м 2в год первичной энергии (первичная энергия – энергия в форме природных ресурсов, таких как уголь, нефть, природный газ, ветер, солнечная энергия и т. д.). При этом потребность в энергии может быть полностью покрыта за счет использования возобновляемых источников.

Экономические затраты за период жизненного цикла пассивного здания (т. е. общая стоимость проектирования, возведения, эксплуатации в течение 30 лет, сноса) не превышают затрат за период жизненного цикла здания традиционной конструкции. Более высокие капитальные затраты компенсируются снижением эксплуатационных затрат за счет существенного снижения энергопотребления.

Высокий уровень теплозащиты позволяет избежать перегрева помещений в теплый период года. Для предупреждения избыточных теплопоступлений с солнечной радиацией в этот период широко используются солнцезащитные устройства – шторы-жалюзи и т. д.

В России, согласно требованиям п. 8.7 СНиП 23-02–2003 «Тепловая защита зданий», средняя воздухопроницаемость квартир жилых и общественных зданий должна обеспечивать воздухообмен кратностью n50 ≤ 4 ч–1 – при вентиляции с естественным побуждением и n50 ≤ 2 ч–1 – при вентиляции с механическим побуждением (при закрытых приточно-вытяжных вентиляционных отверстиях в период испытаний при разности давлений наружного и внутреннего воздуха 50 Па).

В Германии Закон об энергосбережении (Energieeinsparverordnung, EnEV) устанавливает этот показатель при вентиляции с естественным побуждением n50 ≤ 3 ч–1, с механическим побуждением – n50 ≤ 1,5 ч–1(до введения в действие закона EnEV – 10 и 4 ч–1 соответственно). В пассивных зданиях требования к герметичности намного выше – воздухопроницаемость должна обеспечивать воздухообмен не более 0,6 ч–1, на практике же значение этого показателя составляет обычно 0,2–0,6 ч–1. Испытания здания с замерами указанного показателя в пассивных зданиях являются обязательными. Эти измерения показали, что в настоящее время требуемую герметичность можно достичь в домах любых конструкций – деревянных, кирпичный, железобетонных сборных и монолитных.

Высокий уровень комфорта определяется, помимо прочих факторов, еще и теми обстоятельства, что из-за хорошей теплозащиты трансмиссионные теплопотери очень малы, и внутренняя поверхность ограждающих конструкций (в том числе и наружных стен) характеризуется достаточно высокой температурой – даже в холодную погоду она практически равна температуре внутреннего воздуха. Это позволяет избежать неприятного эффекта лучистого теплообмена человека с холодными поверхностями. Кроме того, в этом случае нет ограничений на размещение отопительных приборов в помещении и больше возможностей по использованию систем отопления различных типов – становится возможным использование воздушного отопления, совмещенного с вентиляцией.

Самое высокое пассивное здание в Европе

Самое высокое пассивное здание Европы построено в Гамбурге (Германия), в районе морского порта Хафенсити (Hafencity). Жилое здание имеет 45 квартир, шесть жилых и два подземных этажа для стоянки автомобилей. Оно было построено восемь лет назад и сразу планировалось как кооперативное. Инвестором являлась мэрия города. Строительству предшествовали общественные обсуждения. Будущие жители выбирали представленные архитектором концепции пассивного здания, его объемно-планировочные решения, определяли места расположения детских площадок, площадок для выгула животных.

Высота потолка жилых помещений – 2,5 м, коридора (из-за подвесного потолка) – 2,25 м.

Жилые помещения здания имеют преимущественно южную ориентацию в сторону гавани.

Теплоснабжение

Отопительный период в климатических условиях Гамбурга продолжается с начала ноября по конец марта.

Теплоснабжение здания осуществляется от котельной, расположенной в чердачном помещении, работающей на газе. Фотоэлектрические панели вмонтированы в фасадные солнцезащитные ставни.

Удельное теплопотребление здания на отопление и вентиляцию за отопительный период составляет 15 кВт•ч/м 2. Выбросы CO2 соответствуют нормативным требованиям. Пассивное здание позволяет снизить связанное с энергопотреблением отрицательное воздействие на окружающую среду в 10 раз.

Ограждающие конструкции

Наружные стены представляют собой двухслойную конструкцию с утеплителем из пенополистирола толщиной 0,3 м.

Остекление – двухкамерные стеклопакеты с двумя слоями низкоэмиссионного покрытия и заполнением межстекольного пространства инертным газом. Окна в здании обладают настолько высокой теплозащитой, что нет необходимости размещать под ними отопительные приборы для защиты от ниспадающих потоков холодного воздуха.

Тепловизионное изображение наружной оболочки пассивного здания демонстрирует высокие показатели теплозащиты и отсутствие «мостиков холода».

Балконы крепятся на металлических колоннах по высоте дома, чтобы они не имели жесткой связи с каркасом дома и таким образом не являлись «мостиками холода».

Особое внимание архитектор уделил конструкции балконов: их размеры, глубина и высота ограждающих конструкций выбирались из условия обеспечения затенения светопроема от падающей солнечной радиации в теплый период года и свободного ее поступления в помещения в переходный и холодный периоды.

Отопление

В здании организована водяная двухтрубная система отопления. Расходы на отопление, например, трехкомнатной квартиры составляют менее 40 евро в год.

Теплосчетчики в доме не установлены, т. к. их монтаж, поверка и обработка результатов измерения обходятся дороже, чем затраты на отопление.

Лестничные клетки обогреваются за счет теплопотерь через ограждающие конструкции, отделяющие помещения лестничной клетки от жилых помещений.

С целью уменьшения нагрузки от осветительных приборов широко используется естественное освещение: часть помещений расположена по периметру здания, другая – выходит во внутренний атриум. Кроме того, оптимизировано искусственное освещение. Для сокращения теплопоступлений с солнечной радиацией применяются наружные шторы-жалюзи.

Источник: http://portal-energo.ru/

Экономия воды для полива растений. Капельное орошение

Вода становится достаточно дорогим ресурсом. Учет расхода воды для нужд подсобного хозяйства становится обязательным, поэтому для любого садовода необходимое для полива растений потребление воды – дорогое удовольствие. Экономить воду можно многими способами. Опыт показывает, что наиболее эффективен полив растений капельным орошением. В этом случае экономится не только вода, но и не малый труд, который затрачивается при традиционным способах полива. А растениям от этого только польза и они отвечают на это резким ростом урожайности.

Капельное орошение

Огородники и садоводы знают, что урожайность и рост растений во многом зависят от полива. Сколько времени и сил порой уходит на это дело. Только бывает и так, что неправильное орошение дополнительно вредит овощам и фруктам. Уже давно разработаны современные системы, которые просто необходимо иметь на земельных участках.

Многие наслышаны о такой системе, как капельное орошение, только порой не все представляют, что это такое. Такая система используется для теплиц, парников и порой для обычного огорода. Если многие думают, что это система, которая была сделана в далекие девяностые годы в прошлом столетии, из тяжелых металлических массивных труб, то они ошибаются. Новое «капельное орошение» совсем другое. Это уже не громадные трубы с накладными капельницами, это очень простые нетяжелые системы, где установлены интегрированные эмиттеры. Современные садоводы уже давно по достоинству их оценили.

Для их изготовления используются полиэтиленовые трубы или шланги, фильтры, счетчики для воды, фитинги, капельницы, манометры. Если покажется, что все выйдет в копеечку, то напрасно. Такой способ полива совсем не дорог. Водные ресурсы экономятся, нет лишней утечки воды, а если использовать качественные материалы, то прослужит система очень долго. Кроме того, хозяину не нужно будет переживать, что земля под овощами будет слишком сухой, либо грядки утонут в воде.

Капельное орошение – это современная система, над созданием которой поработали ученые-биологи, агрономы. Вода будет поступать не в огромном объеме, а небольшими порциями. Затем она через небольшие отверстия будет проступать сквозь трубы. Эту системы можно использовать и для подкормки удобрениями. Надо только добавить в резервуар с водой немного специальных витаминов, питательных элементов или удобрений. Вместе с водой подкормка будет поступать в небольшом количестве.

Преимущества капельной системы полива:

• Использовать ее можно как на открытых участках, так и в парниках, теплицах;

• Применение системы очень разнообразно – это поливка овощей, садовых деревьев, кустарников. Можно подключать ее и к живым изгородям;

• Есть возможность использовать систему в качестве системы подкормок;

• Она позволяет экономить водные ресурсы.

Впервые такая система появилась в Израиле. Она напоминала трубопровод с большим количеством отверстий. Отверстия быстро набивались песком, и поэтому вода поступала на землю в виде капелек. Современный капельный полив выглядит несколько иначе, но все равно, если за системой не смотреть она может быстро засориться и выйти из строя. Уход не сложный - достаточно время от времени делать продув труб воздухом. Также достаточно просто держать емкость с водой закрытой, не будет попадать грязь и не будет засорений. Кроме того установка фильтров на распределительных лентах оказывает также хорошую защиту.

Чтобы система прослужила долго не рекомендуется на длительное время оставлять без присмотра. И тогда всегда будут радовать огороды-сады своих хозяев прекрасными урожаями.

При поверхностном орошении или при поливе дождеванием вследствие большого межполивного интервала в почве периодически создаются условия местного переувлажнения с последующим высыханием, что, безусловно, подвергает растения стрессам и нарушает нормальный ритм их развития.

В отличие от дождевания, капельное орошение основано на поступлении воды малыми дозами в прикорневую зону растений, количество и периодичность подачи воды регулируется в соответствии с потребностями растений. Вода поступает ко всем растениям равномерно и в одинаковом количестве.

Капельное орошение позволяет поддерживать влажность корнеобитаемого слоя во время всего вегетационного периода на оптимальном уровне без значительных ее колебаний, характерных для всех других способов орошения. При капельном орошении увлажнение почвы осуществляется капиллярным путем. За счет этого сохраняются оптимальные водно-физические свойства почвы. Вследствие чего корневая система развивается лучше, чем при любом другом способе орошения. Основная масса корней сосредотачивается в зоне капельниц, корневая система становится более мочковатой, с обилием активных корневых волосков. Увеличивается интенсивность потребления воды и питательных веществ.

В последнее время проблемам капельного орошения уделяется особое внимание во всех странах мира с развитым поливным земледелием. Энтузиазм, с которым повсеместно внедряется этот способ орошения, объясняется как возможностью полной автоматизации этого процесса, так и экономией воды, удобрений, ручного труда, а также значительным повышением урожая.

При поливе с помощью каналов – необходимо провести очень большую работу по подготовке площадей. По сравнению с каналами капельницы дают 70% экономии воды и увеличение урожая на 30% - 40%.

Источник: http://polimerprom.su/

Курсы повышения квалификации ответственных за энергосбережение в государственных учреждениях Пермского края и Республики Удмуртия

Информационно-образовательный портал МИСиС

Государственная поддержка проведения энергетических обследований

Государственная поддержка энергосбережения систем коммунальной инфраструктуры