Навигация:
ГлавнаяВсе категории → Энергосбережение в строительстве

Эффективность новой энергетической технологии


Эффективность новой энергетической технологии

Воздействие на окружающую среду новой энергетической технологии должно рассматриваться с учетом всех факторов, связанных с извлечением тепла, использованием тепловых насосов и другого вспомогательного оборудования совместно с энергией, расходуемой на привод, и в сравнении с альтернативными видами отопления.

Воздействие на окружающую среду систем отопления, использующих естественные виды энергии, т.е. систем отопления от тепла грунта и от замкнутых сетей в воде озера, исследовались в течение многих лет и, следовательно, относительно хорошо известны. Воздействие же на окружающую среду других систем еще не достаточно хорошо документировано, и имеющиеся заключения базируются в основном на результат, представленных Группой воздействия на окружающую среду BFR (доклады BFR G2:1983 и R21:1984), а также результатах, представленных в 1981 г. в докладе Энергетического комитета "Влияние будущих систем отопления на окружающую среду и здоровье" (Dsl 1983:16).

Системы солнечного отопления. Воздействие на окружающую среду систем солнечного отопления незначительно по сравнению с другими видами энергии. Смонтированные на поверхности земли солнечные коллекторы, по общему признанию, требуют относительно больших площадей: для 1 м2 поверхности солнечного коллектора требуется около 2 м2 площади грунта. Исследования по использованию солнечного отопления для систем районного теплоснабжения показывают, что для размещения коллекторов относительно хороши все территории, за исключением плотно застроенных, таких, как центры крупных городских поселений и пр. Специальной обработки грунта под солнечные коллекторы не требуется.

Теплопереносящая среда в системах солнечных коллекторов обычно состоит на 50% из воды и на 50% из гликоля, хотя могут использоваться и другие добавки против замерзания. Количество жидкости в современных системах очень невелико, а более крупные установки имеют устройства для сбора и подпитки теплоносителя при любых утечках.

Теплохранилища в грунте. В некоторых случаях источник тепла не обеспечивает достаточного количества тепла зимой, поэтому оно должно быть накоплено летом. Пока лишь несколько установок такого типа находятся в работе, но перспектива их применения огромна. Накопление тепла в грунте и грунтовых водах — единственно целесообразный способ эксплуатации при умеренных температурах. Повышение температуры поверхности грунта может составлять несколько градусов, поэтому считается, что в любом случае воздействие на окружающую среду незначительно и ограничено территорией над накопителем. Ели в системах используются добавки против замерзания, то они должны быть биологически безвредными, т.е. не содержать ядовитого гликоль-пропилена, который в случае утечки может разлагаться на составные части.

Тепловые насосы. При нормальной работе тепловых насосов выделения отсутствуют, однако в случае аварии может выделиться ядовитый газ — фреон. Использование фреона для заполнения аэрозольных баллонов было запрещено несколько лет назад, так как полагают, что фреоновые газы разрушают озонный слой вокруг Земли и таким образом влияют на количество ультрафиолетовой радиации, поступающей на поверхность Земли. По этой причине высвобождение фреоновых газов при эксплуатации тепловых насосов должно быть минимизированно, а их использование в замкнутых системах, таких, как тепловые насосы или промышленные холодильники, ограничено. При работе с фреоном следует, в первую очередь, заботиться о соблюдении правил гигиены обслуживающим персоналом, особенно на крупных станциях с тепловыми насосами. Исследования по этой проблеме выполнены Шведским фондом работ по окружающей среде.

Все тепловые насосы содержат компрессор, который является источником шума. Небольшие установки могут быть спроектированы так, что удовлетворяют существующим ограничениям по уровню шума для оборудования, используемого в жилых зданиях. Более крупные установки требуют шумог-лушения строительными экранами, ограждающими конструкциями и т. п.

Отопление от тепла поверхностных слоев грунта. Системы отопления от поверхностных слоев грунта извлекают тепло с помощью системы горизонтальных труб, размещаемых ниже поверхности грунта на 0,5--1 м. Обычно для среднего дома требуется около 400-500 м2 грунта. Теплопередающая жидкость, циркулирующая по трубам, обычно состоящая из смеси воды с различными гликолями, спиртами или растворами солей, содержит антикоррозионные добавки. При возможном повреждении эта жидкость может уходить из труб в грунт и загрязнять грунтовые воды. Следовательно, в качестве теплоносителя должны использоваться вещества, биологически безвредные. При неблагоприятных условиях могут быть заражены ближайшие колодцы, хотя этого можно избежать, расположив теплотрассы соответствующим образом. Можно также ограничить количество вытекающей жидкости, установив необходимое оборудование.

Другие проблемы, связанные с извлечением тепла из поверхностных слоев Земли, обусловлены возможностью вспучивания и увлажнения грунта над и между трубами. Извлечение тепла часто приводит к частичному местному охлаждению и увеличению общего промерзания вокруг труб, что затрудняет произрастание на таких участках растений. Приближенный расчет, основанный на имеющихся данных о тепловом режиме грунта, показывает, что системы извлечения тепла вызывают эффект "продвижения грунта" к северу в двух зонах роста. Наблюдения свидетельствуют, что в грунте вокруг труб уменьшается количество дождевых червей. Однако системы извлечения тепла из поверхностных слоев грунта могут сочетаться с обычной садовой обработкой почвы, если выбрать более стойкие, чем обычно, растения.

Отопление от тепла подземных вод. Подземная вода выкачивается обычным способом из открытых или пробуренных колодцев и подается к испарителю теплового насоса. Необходимое количество воды для индивидуального дома примерно в десятки раз больше, чем это требуется для нормального потребления. Охлажденная вода обычно поступает в водоприемник. Если это невозможно из-за малой скорости течения, то вода должна быть возвращена в резервуар с грунтовой водой через другой находящийся в окрестности колодец или просачиваться через инфильтрационный пруд. Желательно, чтобы снижение температуры подземной воды оказывало минимальный экологический эффект. Риск загрязнения от утечки фреона или нефти от тепловых насосов незначителен, однако изменения в качестве подземной воды могут вызвать необходимость ее частой замены в резервуаре. Изменение в уровне подземной воды может привести в результате к выпадению осадков железа и марганца, приводя к таким проблемам, как засорение насосов и колодцев для возврата воды. Следует, однако, отметить, что эти проблемы не специфичны при использовании воды в качестве источника тепла.

Отопление от тепла скалы. Тепло с помощью теплового насоса забирается от вертикальных заполненных водой скважин в скале глубиной 120-150 м. Тепло отбирается у скалы либо с помощью воды, подаваемой тепловым насосом, с последующим возвратом ее в скважину, либо путем циркуляции через трубы в скважинах теплоносителя того же типа, что используется в системах отопления от тепла земли. Отопление от тепла скалы может рассматриваться как система, имеющая минимальное воздействие на окружающую среду по сравнению со всеми другими системами извлечения тепла из грунта или воды. При охлаждении скалы (или подземных вод) значительно ниже поверхности грунта не должно возникать экологических последствий. Риск от утечки теплопере-носящей среды и загрязнения подземной воды меньше, чем при отоплении от поверхностных слоев грунта, а последствия от любой утечки могут быть легко ликвидированы.

Отопление от поверхностных вод. Тепло озер, моря и текущих вод может быть извлечено либо с использованием открытых систем, в которые вода закачивается непосредственно и с последующим охлаждением в тепловом насосе, либо с помощью замкнутых систем с циркулирующей теплопереносящей средой. Находятся в стадии развития системы, предназначенные для утилизации скрытого тепла при замерзании.

Открытые системы предназначены для использования в первую очередь в больших установках, так как для получения тепла требуются очень большие объемы воды, особенно зимой, когда температура воды низкая (так, для получения 1 МВт, необходимого для теплоснабжения сотен индивидуальных домов, требуется поток воды в 100 л/с). Извлечение тепла может, следовательно, влиять на снижение температуры массы воды и изменение в ее циркуляции на больших площадях. Обычно, однако, количество извлеченного тепла и используемой для этого воды, невелико по сравнению с имеющимися объемами. Рост происходящего обмена воды приводит к перераспределению кислорода и растворению питательных веществ в воде, которые могут воздействовать на экосистему озера, особенно в конце зимы и ранней весной. Окончательные результаты могут быть одновременно и положительными, и отрицательными. Если производительность теплостанции с тепловым насосом велика для данного озера, необходимо периодически исследовать местные условия с учетом имеющегося тепла и экологического влияния. Однако прямое воздействие на снижение температуры воды обычно бывает незначительным. Возможно ухудшение зимних условий рыболовства, но точно это не исследовано.

Системы отопления от тепла воды озера с замкнутым циклом используют систему труб, погруженных в различных местах в воду. Обычно трубы лежат на дне и могут быть частично покрыты донными осадками, если они мягкие. Трубы удерживаются на дне собственным весом или с применением некоторых дополнительных средств, например тепловые трубы. Теплопередающая жидкость циркулирует по трубам, отдавая свое тепло тепловому насосу через теплообменник. Подводный коллектор, следовательно, является замкнутой системой того же типа, что и в системе отопления от поверхностных слоев Земли. При большой интенсивности извлечения тепла в зимний период вокруг труб образуется лед, причиной чему может стать необходимость заанкерить трубы ко дну во избежание всплывания их на поверхность. Замерзание и охлаждение осадочных пород вокруг труб может привести к нарушению структуры пород или рассредоточению фауны дна вблизи труб, а также к дисбалансу кислорода и питательных солей между донными осадками и водой. Температура воды на конструкции коллектора уменьшается при отборе тепла, но это понижение температуры может также распространяться и на большую площадь с теми же негативными результатами, что и в открытой системе. Однако эти воздействия не будут негативным I для озера в целом. Обмен питательными солями и кислородом между донными осадками и водой, по-видимому, способствует снижению биологического развития жизни в озере. Трудно рассчитать возможные долговременные воздействия этого. Утечки теплопередающей жидкости являются меньшей проблемой, чем в установках отопления от поверхностных слоев Земли, в результате большего растворения их в воде.

Снижение выделений. Замена отопления, основанного на сжигании твердых топлив или использовании биомассы, отоплением от солнечной энергии, с использованием тепловых насосов или непосредственным электрическим отоплением будет снижать выделения в воздушную среду при обязательном условии, что производство электроэнергии, необходимой для работы тепловых насосов или прямого электрического отопления, не приведет к новым и большим выделениям. Количество отходов от станций, работающих на сжигании, в свою очередь, также будет сокращаться при условии, что увеличение производства энергии не приводит к общему увеличению выделений. Предпочтение должно быть отдано расширению комбинированного производства тепла и электроэнергии, так как в целом такой процесс дает меньше выделений и отходов.

Оценки Совета обоснованы на предположении, что выделения в атмосферу от теплостанций, снабжающих теплом здания, могут быть в будущем сокращены, так как энергосбережение и внедрение тепловых насосов должны привести к сокращению потребности в энергии к 2010 г. на 50% по сравнению с уровнем 1980 г. К тому времени электрическое отопление и тепловые насосы будут обеспечивать около 50% потребности Швеции в тепле. Для такого отопления потребуется 10- 20 ТВт-ч/год чистой энергии в зависимости от степени использования тепловых насосов.

В докладе Энергетической комиссии 1981 г. "Влияние будущих систем отопления на окружающую среду и здоровье" (Dsl 1983:16) приведено два примера, иллюстрирующих развитие использования энергии для отопления. Первый пример предполагает, что значительная доля индивидуальных-домов в будущем будет отапливаться электрической энергией или с помощью тейловых насосов. Во втором примере, однако, доля индивидуальных зданий, имеющих электрическое отопление, будет относительно небольшой; вместо этого будет значительно увеличено теплоснабжение от индивидуальных генераторов тепла на сжигании твердого топлива.

Что касается потребления электричества, эти два примера находятся в хорошем соответствии с оценкой Совета и могут быть, следовательно, взяты за основу для количественных оценок влияния на окружающую среду.

В соответствии с упомянутым докладом уровень выделения загрязнений в воздух после использования нового поколения оборудования для очистки газа (уровень выделений 2) приблизительно одинаков для обоих примеров. Оценка Совета показывает, что энергопотребление в целом при районном теплоснабжении и индивидуальных бойлерах может быть значительно снижено, выделений также будет значительно меньше. Энергосбережение и новые методы отопления, частично основанные на использовании электричества, приведут, следовательно, к очень низким уровням выделений.

Снижение выделений серы и окислов азота невелико в процентном отношении (порядка нескольких процентов) по сравнению с выделениями в целом по Швеции. Однако локальные воздействия на жилых территориях могут быть значительными. Снижение выделений серы и окислов азота приведет к улучшению качества воздуха, а также к снижению коррозии и воздействию на жизнь растений до относительно больших величин, чем расчетные.

Распределение в атмосфере сниженных величин подкисления и вероятность образования дымки, по-видимому, будут примерно одинаковы, так как зависят от снижения SO2 й в какой-то степени NOx. Трудно, однако, судить о более чувствительных на это воздействие площадях, так как механизм подкисления еще не полностью изучен.

Таким образом, до сих пор установленное локальное влияние на окружающую среду не создает каких-либо помех на пути широкомасштабного применения новых технологий при условии, однако, что значительное внимание будет уделено природной среде (например, учет риска в результате высвобождения антифриза в озера и грунт) и спроектированные установки будут достаточно надежны.

Широкое внедрение использования естественных источников тепла значительно сократит существующий уровень загрязнения воздуха от оборудования, которое сейчас проектируется для сжигаемых топлив.

Результаты значительного снижения выделений на государственном уровне должны определяться в сравнении с лучшей альтернативой в примерах Энергетической комиссии 1981 г.

Локальные воздействия на окружающую среду выделений и продуктов отхода от угольных конденсационных электростанций, которые будут необходимы в 2010 г., будут компенсироваться локальными улучшениями результатов использования естественных источников тепла. На государственном уровне это приведет к значительному общему улучшению окружающей среды.



Похожие статьи:
Опыт жилищных организаций

Навигация:
ГлавнаяВсе категории → Энергосбережение в строительстве

Статьи по теме:





Главная → Справочник → Статьи → БлогФорум