Статья:

Применение альтернативных источников энергии в индивидуальном жилищном строительстве

Конференция: CXXX Студенческая международная научно-практическая конференция «Молодежный научный форум»

Секция: Технические науки

Выходные данные
Алексеев А.Н. Применение альтернативных источников энергии в индивидуальном жилищном строительстве // Молодежный научный форум: электр. сб. ст. по мат. CXXX междунар. студ. науч.-практ. конф. № 20(130). URL: https://nauchforum.ru/archive/MNF_interdisciplinarity/20(130).pdf (дата обращения: 22.04.2024)
Лауреаты определены. Конференция завершена
Эта статья набрала 0 голосов
Мне нравится
Дипломы
лауреатов
Сертификаты
участников
Дипломы
лауреатов
Сертификаты
участников
на печатьскачать .pdfподелиться

Применение альтернативных источников энергии в индивидуальном жилищном строительстве

Алексеев Алексей Николаевич
магистрант, Тольяттинский государственный университет, РФ, г. Тольятти
Кретов Дмитрий Алексеевич
научный руководитель, канд. техн. наук, Тольяттинский государственный университет, РФ, г. Тольятти

 

Введение

На сегодняшний день наиболее известными альтернативными источниками энергии являются энергия ветра, солнца и геотермальная. Все перечисленные виды энергии могут быть использованы в частном домостроительстве. Использование альтернативных источников энергии позволяет получить существенную экономию на прокладке коммуникаций и, как следствие, на итоговой стоимость объекта строительства.

Однако, чтобы воспользоваться альтернативными источниками энергии, важно знать особенности их конструкций, разновидности и особенности выбора. Например, солнечные батареи могут быть как из фотоэлементов, так и в виде специальной пленки для высотных зданий. А тепловые насосы нужно ставить с учетом особенностей участка и местного грунта и имеющихся характеристик устройства.

Солнечные батареи

Они становятся все более используемыми в частном домостроительстве. Продаются как в виде отдельных элементов, так и фотоэлементов. При этом первый вариант активно используется теми, кто любит делать батареи самостоятельно. Для этого нужно приобрести необходимое количество фотоэлементов и связать их в единую систему [1]. Под слой крепкого прозрачного материала помещаются фотоэлементы, которые собирают энергию. Корпус выглядит как металлическая рамка, на которой закрепляются панели. Может также использоваться деревянная разновидность. Самое оптимальное место размещения панелей крыша дома. Также возможен монтаж на подвижную конструкцию, которая позволяет ориентировать солнечную панель в зависимости от положения солнца. Для полноценной работы системы важно ее подключить к инверторной системе через зарядное устройство. Накопление энергии происходит с помощью аккумуляторов для панелей, которые можно ставить на глубину до 3 метров. От правильности выбора инвертора и контроллера аккумуляторов будут зависеть потери энергии и эффективность системы.

Есть также и гибкий пленочный вариант солнечной панели. Рабочий слой нанесен на полимерную пленку, которая ставится на стеклянные поверхности высотных зданий. Несмотря на низкий КПД в 7 процентов, удобство их использования компенсирует низкие показатели эффективности [2].

Одной из интересных конструкций является устройство Betaray. Этот стеклянный шар, наполненный дистиллированной водой и установленный на специально разработанной конструкции, собирает солнечные лучи как линза и направляет их на солнечную панель. Конструкция может вращаться автоматически, чтобы собрать максимальное количество лучей. Тогда можно использовать меньше фотоэлементов и стабилизировать солнечный поток. В ночное время может поглощать лунный свет. КПД такого устройства составляет 35 процентов [3].

Солнечные коллекторы

Активно используется в частных и дачных участках. Если поставить на крыше систему узких труб с циркуляцией воды, то получается ощутимое количество тепла. Тогда дом обеспечивается горячим водоснабжением и отоплением [2]. Работает такой альтернативный источник энергии благодаря способности воды и воздуха к циркуляции. Бак ставят на уровень выше коллектора. Нагревшаяся вода поступает вверх, в змеевик теплообменника. Остывая в ходе контакта с водой из водопровода, теплоноситель опускается вниз в трубы, нагретые Солнцем.

Современные солнечные коллекторы устроены сложнее и эффективнее первоначальных вариантов. В некоторых из них используется фреон, помогающий получить энергию даже в холодную погоду. А промышленные агрегаты также снабжены вакуумными трубками, системами автоматического управления и их стоимость может достигать внушительных значений [1].

Можно их изготовить самостоятельно. Для этого подойдут трубы с разными диаметрами и металлическими листами. Подставку для крепежа делают из уголка или иных элементов. Часть системы, которая крепится снаружи, окрашивается в черный цвет для повышения поглощающей способности. Основа крепится так, чтобы была возможность для изменения угла наклона [2]. После этого останется установить бак теплообменника, вместить туда змеевик и соединить элементы с системой водоснабжения. Таким образом, можно создать самостоятельно тепловой коллектор. Однако, рекомендуется приобрести их, так как созданные конструкции могут не обладать необходимым запасом прочности и эффективности [3].

Ветрогенераторы

Еще один популярный источник альтернативной энергии основан на движении ветра. Наиболее часто используются версии с вертикальными лопастями. Обычно ветряк ставится на прочной и высоко расположенной стойке. Передвижение лопастей передает энергию на генератор, которая накапливается в аккумуляторе. Эта электрическая энергия идет на внутреннюю систему или применяется иным образом [1]. Самодельные устройства, которые способны покрыть потребности небольшого частного участка, создаются по простым чертежам. Важно выбрать самое удобное место для размещения конструкции. Чем выше расположены лопасти, тем лучше для потоков ветра.

Недавно компанией Uprise был представлен оригинальный вариант ветровой турбины, которая ставится на подвижную платформу. Если есть пожелания, то устройство можно собрать в компактном виде, а после перевезти и установить в другом месте.

Ее мощность составляет 50 киловатт. Согласно экспертам, в области альтернативной энергетики, этого должно хватить для обеспечения потребностей небольшого частного дома. Еще одним оригинальным агрегатом можно назвать летательный аппарат от Makani [2]. Это вариация воздушного змея, на котором установлены турбины. Суть состоит в том, чтобы доставлять генераторы в верхние слои атмосферы, воздушные потоки там имеют более высокие скорости.  Энергия передается вниз по кабелю.

В настоящее время доступны как стандартные ветрогенераторы, так и высокотехнологичные конструкции. Стоимость последних может достигать значительных сумм. Самое главное при создании ветряных установок – выбрать наиболее подходящее место для конструирования с учетом ветра и изменений погоды в регионе. Тогда ветрогенератор будет работать с наибольшей эффективностью [2].

Отопление тепловыми насосами

Тепловые насосы заняли прочную нишу среди источников получения энергии альтернативными методами. Их применяют для обогрева жилых помещений и нагрева воды. При этом существуют модели, способные летом выполнять функции кондиционера.

Источником служит тепловая энергия из окружающей среды: воздуха, грунта, подземных вод и водоемов. Трансформация энергии идет с помощью фреона. Он может поглощать полученную энергию, нагревая и передавая в компрессор. Там хладагент сжимается и через испаритель попадает в теплообменник контура отопления. В теплоносителе поглощается сконцентрированная тепловая энергия, фреон проходит через испаритель и снова возвращается в жидкое состояние. После чего получает низкопотенциальную энергию, нагревается и так далее. Добыть тепло из грунта непростое дело, так как необходимо наличие просторного участка и широких земельных работ. Трубы контура укладываются в траншеи и засыпают землей. Несмотря на ограниченность использования, обеспечивается стабильная температура теплоносителя в наружном контуре. Для забора тепла из воздушных потоков применяют мощные вентиляторы, нагнетающие воздух в теплообменнике. Температура наружного воздуха меняется, но при этом выполнить монтаж оказывается гораздо проще. Тепловой насос наиболее эффективен в альянсе с низкотемпературными отопительными приборами. Прежде всего, имеется в виду обогрев от водяных полов или теплым воздухом, так как в этих случаях теплоноситель по медицинским требованиям не должен быть горячее 35°С. Таким образом, можно сделать вывод, что тепловые насосы оптимально подходят для низкотемпературных отопительных систем (фанкойлы, теплый пол, радиаторы, то есть тех устройств, мощность которых пересчитывается на уменьшенную температуру подачи). [3].

Заключение

Альтернативные источники энергии приобретают все большую популярность в частном домостроительстве. Оптимальным вариантом здесь видятся солнечные батареи, установленные на крыше и имеющие систему слежения за солнечными лучами. Могут устанавливаться и ветрогенераторы, но здесь важно учитывать некоторые нюансы – размещать такие устройства важно в зависимости от местных условий и направления ветра.

Солнечных коллекторы и тепловые насосы, в частном домостроительстве используются для отопления и горячего водоснабжения. Размещение данных устройств потребует дополнительных затрат.

 

Список литературы:
1. Добрачев Д.В., Развитие ВИЭ в России: технологии и экономика, учебное пособие,  М.: АРВЭ, 2018. – 464 с.
2. Алхасов А.Б., Возобновляемая энергетика, М.: Физматлит, 2015 – 256 с. 
3. Четошникова Л.М., Нетрадиционные возобновляемые источники энергии, учебное пособие, ИЦ ЮУрГУ, 2010. – 70 с.