Pompy ciepła. Jak korzystać z ciepła wód termalnych…

Pompy ciepła

Jak korzystać z ciepła wód termalnych…

dr hab. inż Stanisław Nagy*,
prof. dr hab. inż Ludwik Zawisza*

Zastosowanie energii odnawialnej wód termalnych do celów grzewczych przy wykorzystaniu likwidowanych otworów wiertniczych w rejonie sochaczewa.

W Polsce jest przeznaczonych do likwidacji ponad 3000 odwiertów, które rozmieszczone są na ok. 83% powierzchni Polski. Drobny ułamek z wierconych w ciągu ostatnich 30 lat odwiertów może zostać przeznaczony na wykorzystanie do celów energetycznych, pod warunkiem spełnienia szeregu kryteriów przedstawionych poniżej. Dotychczas rozważano możliwość wykorzystania zarówno pojedynczych jak i podwójnych odwiertów oraz pojedynczego odwiertu jako wymiennika ciepła [15], [17], [23]. Zastosowanie otworów wiertnicznych jako wymienników ciepła pozwala uzyskać od 100 kW do 250 kW ciepła (w połączeniu z wykorzystaniem pomp ciepła) do ogrzewania pojedynczych budynków (np. szkoły, hotele). Read the rest of this entry »

Elektrownie słoneczne

Elektrownie słoneczne

Słońce jest podstawowym źródłem energii dla naszej planety. Przed milionami lat energia słońca docierająca do ziemi została uwięziona w węglu, ropie naftowej, gazie ziemnym itp. Również słońcu zawdzięczamy energię jaką niesie ze sobą wiatr czy fale morskie. Można także bezpośrednio wykorzystywać energię słoneczną poprzez zastosowanie specjalnych systemów do pozyskiwania i akumulowania energii słonecznej. Promieniowanie słoneczne jest to strumień energii emitowany przez Słońce równomiernie we wszystkich kierunkach. Miarą wielkości promieniowania słonecznego docierającego ze słońca do ziemi jest tzw. stała słoneczna. Jest ona wartością gęstości strumienia energii promieniowania słonecznego na powierzchni stratosfery i obecnie wynosi 1,4 kW/m2. W promieniowaniu słonecznym docierającym do powierzchni Ziemi wyróżnia się trzy składowe promieniowania:

- bezpośrednie pochodzi od widocznej tarczy słonecznej
- rozproszone powstaje w wyniku wielokrotnego załamania na składnikach atmosfery
- odbite powstaje w skutek odbić od elementów krajobrazu i otoczenia.

W Polsce generalnie istnieją dobre warunki do wykorzystania energii promieniowania słonecznego przy dostosowaniu typu systemów i właściwości urządzeń wykorzystujących tę energię do charakteru, struktury i rozkładu w czasie promieniowania słonecznego. Największe szanse rozwoju w krótkim okresie mają technologie konwersji termicznej energii promieniowania słonecznego, oparte na wykorzystaniu kolektorów słonecznych. Ze względu na wysoki udział promieniowania rozproszonego w całkowitym promieniowaniu słonecznym, praktycznego znaczenia w naszych warunkach nie mają słoneczne technologie wysokotemperaturowe oparte na koncentratorach promieniowania słonecznego.

Zasoby energii słonecznej w Polsce

Z punktu widzenia wykorzystania energii promieniowania słonecznego w kolektorach płaskich najistotniejszymi parametrami są roczne wartości nasłonecznienia (insolacji) - wyrażające ilość energii słonecznej padającej na jednostkę powierzchni płaszczyzny w określonym czasie. Na rysunku poniżej i w tabeli poniżej pokazano rozkład sum nasłonecznienia na jednostkę powierzchni poziomej wg Instytutu Meteorologii i Gospodarki Wodnej dla wskazanych rejonów kraju.

Rys. 1. Rejonizacja średniorocznych sum promieniowania słonecznego całkowitego padającego na jednostkę powierzchni poziomej w kWh/m2/rok. Liczby wskazują całkowite zasoby energii promieniowania słonecznego w ciągu roku dla wskazanych rejonów kraju.

Roczna gęstość promieniowania słonecznego w Polsce na płaszczyznę poziomą waha się w granicach 950 - 1250 kWh/m2, natomiast średnie usłonecznienie wynosi 1600 godzin na rok. Warunki meteorologiczne charakteryzują się bardzo nierównym rozkładem promieniowania słonecznego w cyklu rocznym. Około 80% całkowitej rocznej sumy nasłonecznienia przypada na sześć miesięcy sezonu wiosenno-letniego, od początku kwietnia do końca września, przy czym czas operacji słonecznej w lecie wydłuża się do 16 godz/dzień, natomiast w zimie skraca się do 8 godzin dziennie.

Tabela 1. Potencjalna energia użyteczna w kWh/m2/rok w wyróżnionych rejonach Polski

Dane zaprezentowane na rysunku powyżej odnoszą się do skali regionalnej. W rzeczywistych warunkach terenowych, wskutek lokalnego zanieczyszczenia atmosfery i występowania przeszkód terenowych, rzeczywiste warunki nasłonecznienia mogą odbiegać od podanych.

Innym parametrem, decydującym o możliwościach wykorzystania energii promieniowania słonecznego w kolektorach są średnioroczne sumy promieniowania słonecznego. Przedstawiono je na rysunku poniżej, podając wartości godzin usłonecznienia (ilości godzin czasu trwania promieniowania słonecznego w ciągu roku) dla reprezentatywnych rejonów Polski wg IMGiW

Rys. 2. Średnioroczne sumy usłonecznienia, godz./rok dla reprezentatywnych rejonów Polski.

Według ocen ekspertów, potencjał ekonomiczny kolektorów słonecznych w Polsce do produkcji ciepłej wody użytkowej wynosi 24 PJ. Natomiast potencjał kolektorów słonecznych do suszenia płodów rolnych sięga 21 PJ.

Wielkość promieniowania słonecznego jaka może być wykorzystywana przez kolektor jest znacznie mniejsza całkowite promieniowanie słoneczne docierające ze słońca do ziemi i wynosi 0,7 kW/m2. Przyczyną tego są straty przesyłanej energii powstałe w wyniku:

-rozproszenia
-pochłaniania
-strat na kolektorze

POZYSKIWANIE ENERGII SŁONECZNEJ NA POTRZEBY CIEPŁEJ WODY UŻYTKOWEJ I CENTRALNEGO OGRZEWANIA

Największym problemem nie jest pozyskanie tej energii lecz jej zmagazynowanie i wykorzystanie we właściwym czasie.

Systemy solarne można więc podzielić na następujące grupy:

-aktywne ( z wymuszonym obiegiem grawitacyjnym - całoroczne instalacje), do instalacji dostarcza się dodatkową energię z zewnątrz, zwykle do napędu pompy lub wentylatora przetłaczających czynnik roboczy (najczęściej wodę lub powietrze) przez kolektor słoneczny. Funkcjonowanie kolektora słonecznego jest związane z podgrzewaniem przepływającego przez absorber czynnika roboczego, który przenosi i oddaje ciepło w części odbiorczej instalacji grzewczej.

-pasywne ( grawitacyjne - instalacje letniskowe), do swego działania nie potrzebują dodatkowej energii z zewnątrz. W tych systemach konwersja energii promieniowania słonecznego w ciepło zachodzi w sposób naturalny w istniejących lub specjalnie zaprojektowanych elementach struktury budynków pełniących rolę absorberów.

Granice podziału pomiędzy dwoma wyżej wymienionymi sposobami wykorzystania konwersji termicznej są dość płynne. Z jednej strony w systemach pasywnych dopuszcza się stosowanie pewnych elementów regulujących przepływ energii uzyskanej z promieniowania słonecznego. W przypadku, gdy zastosowane są w tym celu urządzenia mechaniczne można mówić o systemach semiaktywnych. Z drugiej strony często celowo stosuje się uzupełniające się wzajemnie w jednej instalacji grzewczej systemy pasywne i aktywne jednocześnie. Mówi się wtedy o systemach kombinowanych.

W obu przypadkach zamiana energii promieniowania słonecznego odbywa się w specjalnych elementach kolektorów słonecznych zwanych absorberami. Transmisja zaabsorbowanej energii słonecznej do odbiorników odbywa się w specjalnych instalacjach.

Kompletne całoroczne instalacje słoneczne na potrzeby c.w.u. i c.o. składają się z trzech zasadniczych elementów bez których nie było by możliwe magazynowanie energii:

KOLEKTOR SŁONECZNY-podstawowy element instalacji słonecznej, jego zadaniem jest przekształcenie energii słonecznej w energię cieplną poprzez specjalną płytę absorpcyjną. Najczęściej stosuje się tzw. kolektory płaskie cieczowe.

Każdy kolektor tego typu składa się z:

-przezroczystej szyby
-powłoki absorpcyjnej
-systemu rurek miedzianych w których przepływa ciecz solarna
-ocieplenia od spodu
-obudowy aluminiowej w której zamknięte są ww. elementy.

W zależności od użytych materiałów współczynnik pochłaniania energii słonecznej może osiągnąć wartość do 95-97%.

Drugi typ kolektora to tzw. kolektor rurowo-próżniowy. Jest on inaczej zbudowany niż kolektor płaski cieczowy. Oparty jest na szklanej rurze w środku której umieszczono cienki absorber z rurką metalową, wewnątrz której umieszczona jest jeszcze jedna rurka. Ciecz płynie wewnętrzną rurką i wpływając od dołu do zewnętrznej rurki, nagrzewa się przejmując ciepło od absorbera. Ten typ kolektora charakteryzuje się większą sprawnością niż kolektor płaski w okresie o zwiększonym zachmurzeniu.

AUTOMATYKA, UKŁAD BEZPIECZEŃSTWA-ten element instalacji w skład którego wchodzą zawory, naczynie przeponowe, pompka cyrkulacyjna, regulator mikroprocesorowy ma zapewnić odpowiedni kierunek przepływu medium oraz ciepła w systemie. Ponadto przy instalacjach całorocznych automatyka jest wyposażona system pogodowy co zapewnia optymalne wykorzystanie energii w zależności od warunków biometeorologicznych. Przy odpowiednio dobranym układzie automatyka pogodowa może w miarę potrzeb załączać lub wyłączać odpowiednie źródła ciepła.

ZBIORNIK- inaczej akumulator ciepła. To tutaj właśnie poprzez specjalne wymienniki spiralne odbywa się wymiana ciepła z medium cieplnego (glikol) na korzyść wody.

Zasobnik musi być indywidualnie dobierany w zależności od wielkości instalacji i jej przeznaczenia. Bardzo ekonomicznym rozwiązaniem jest zastosowanie tzw. sprzęgła cieplnego umożliwiającego połączenie paru układów grzewczych ( np. kolektory słoneczne z kotłem olejowym i kominkiem) w jeden w pełni zautomatyzowany układ gwarantujący duże oszczędności tradycyjnych nośników energii !

Bardzo ważne jest, aby zasobnik-akumulator był dobrze ocieplony co zapobiegnie stratom ciepła i podniesie wydajność całej instalacji.

Źródła: http://www.ekologika.com/ oraz
Europejskie Centrum Energii Odnawialnej

Turbiny wodne

Turbiny wodne - mikro elektrownie

Wybór rodzaju turbiny dla mikroelektrowni wodnych
Racjonalne wykorzystanie małych zasobów wody w Polsce wymaga modernizacji istniejących elektrowni wodnych oraz odbudowy i budowy nowych, zwłaszcza małych elektrowni wodnych. Z uwagi na warunki hydrologiczne w kraju będą to głównie mikroelektrownie o spadach poniżej 10 m, a często poniżej 2 m.
Mikroelektrownie wodne (moc instalowana do 100 kW) to głównie elektrownie przepływowe. Niewielki zbiornik, który powstaje w wyniku piętrzenia rzeki, nie może być wykorzystywany do regulacji przepływu i mocy elektrowni. Zatem jej moc zależy od naturalnego chwilowego dopływu wody do elektrowni i jest ograniczona maksymalnym i minimalnym przełykiem zainstalowanej turbiny (lub rzadziej kilku turbin). Read the rest of this entry »

Co to jest i jak działa pompa ciepła ?

Pompa ciepła jest ekologicznym urządzeniem grzewczym, niskotemperaturowym, którego zasada działania opiera sie na
znanych zjawiskach i przemianach fizycznych. Opisując działanie pompy ciepła zauważymy, że w obiegu termodynamicznym
pompy ciepła, zachodzą w sposób ciągły cztery procesy. W parowniku, czynnik roboczy ulega procesowi odparowania (proces
odbioru ciepła z otoczenia). Następnie w kompresorze następuje proces sprężania par czynnika roboczego, a za
kompresorem czynnik roboczy posiadający wysokie ciśnienie i wysoka temperaturę, ulega procesowi skraplania w skraplaczu
(proces oddawania ciepła do systemu). Ostatnim procesem, jakiemu podlega czynnik roboczy w obiegu termodynamicznym,
jest proces rozprężania realizowany na zaworze rozprężnym, dozującym czynnik roboczy do parownika, gdzie następuje
ponownie proces odparowania, a cykl przedstawiony powyżej powtarza sie.

Kolektory Słoneczne

Kolektory można podzielić na:

• płaskie
  • gazowe
  • cieczowe
  • dwufazowe
• płaskie próżniowe
• próżniowo-rurowe (nazywane też próżniowymi, w których rolę izolacji spełniają próżniowe rury)
• skupiające (prawie zawsze cieczowe)
• specjalne (np. okno termiczne, izolacja transparentna)

Budowa kolektora płaskiego

Kolektor płaski składa się z:

• przezroczystego pokrycia;
• absorbera (najczęściej blachy miedzianej pokrytej powłoką selektywną);
• wymiennika ciepła (najczęściej rurki miedziane przylutowane do absorbera);
• izolacji (przeważnie wełna mineralna lub pianka poliuretanowa)

Budowa kolektora próżniowo-rurowego

Kolektor próżniowo-rurowy składa się z trzech podstawowych, zmontowanych razem elementów:

• rur próżniowych;
• zwierciadeł parabolicznych;
• zbieracza (kolektora zbiorczego) z jednostką przenoszącą ciepło.

Kolektory skupiające

W kolektorach skupiających promienie słoneczne są odbijane w kierunku absorbera, będącego jednocześnie wymiennikiem ciepła. Jednak celność zwierciadeł jest uzależniona od kierunku padania promieni słonecznych, co w praktyce oznacza, że aby utrzymać wysoką sprawność przez cały dzień, kolektor musi poruszać się zgodnie z pozornym ruchem słońca, co znacznie zwiększa koszty budowy i utrzymania takiego kolektora, ale zapewnia większą sprawność instalacji.

Sprawność kolektora

Zależność pomiędzy zredukowaną różnicą temperatur a sprawnością

Sprawność kolektora to stosunek energii odebranej przez czynnik roboczy do ilości promieniowania docierającego do kolektora. Sprawność kolektora spada wraz ze wzrostem różnicy temperatur pomiędzy czynnikiem roboczym a otoczeniem.

Wykres obok przedstawia zależność pomiędzy zredukowaną różnicą temperatur (różnica średniej temperatury czynnika i temperatury otoczenia podzielona przez gęstością promieniowania słonecznego) a sprawnością kolektora.

Popularne zastosowania

Schemat prostej instalacji do podgrzewania cwu.

Kolektory słoneczne najpowszechniej wykorzystywane są do:

• podgrzewania wody użytkowej,
• podgrzewanie wody basenowej,
• wspomagania centralnego ogrzewania.

Do celów tych służą cieczowe kolektory płaskie i próżniowe. Schemat prostej instalacji do podgrzewania ciepłej wody użytkowej zawiera:

1. kolektory słoneczne (w domkach jednorodzinnych od dwóch do czterech),
2. regulator (uruchamiający pompę obiegu gdy zaistnieje odpowiednia różnica temperatur pomiędzy wyjściem z kolektora a zbiornikiem),
3. pompę,
4. naczynie przeponowe (kompensujące rozszerzalność temperaturową czynnika),
5. zbiornik magazynujący ciepłą wodę użytkową, z dwiema wężownicami lub płaszczami grzejnymi (dolna zasilana czynnikiem z kolektorów słonecznych, górna innym źródłem ciepła),
6. inne źródło ciepła (kocioł, pompa ciepła, kominek z płaszczem wodnym)

źródło: wikipedia.pl