Odnawialne ciepło

Ciepło odnawialne to zastosowanie energii odnawialnej odnoszące się do wytwarzania ciepła ze źródeł odnawialnych; na przykład zasilanie grzejników wodą podgrzaną przez skupione promieniowanie słoneczne, a nie przez kocioł na paliwo kopalne. Odnawialne technologie cieplne obejmują biopaliwa odnawialne, ogrzewanie słoneczne, ogrzewanie geotermalne, pompy ciepła i wymienniki ciepła. Izolacja jest prawie zawsze ważnym czynnikiem przy wdrażaniu ogrzewania odnawialnego.

Wiele zimniejszych krajów zużywa więcej energii na ogrzewanie niż na dostarczanie energii elektrycznej. Na przykład w 2005 r. Wielka Brytania zużyła 354 TWh energii elektrycznej, ale jej zapotrzebowanie na ciepło wyniosło 907 TWh, z czego większość (81%) została zaspokojona przy użyciu gazu. Sam sektor mieszkaniowy zużył na ogrzewanie 550 TWh energii, pochodzącej głównie z metanu. Prawie połowa energii końcowej zużywanej w Wielkiej Brytanii (49%) miała postać ciepła, z czego 70% zużywały gospodarstwa domowe oraz budynki komercyjne i publiczne. Gospodarstwa domowe wykorzystywały ciepło głównie do ogrzewania pomieszczeń (69%).

Względna konkurencyjność odnawialnej energii elektrycznej i odnawialnego ciepła zależy od podejścia danego kraju do polityki energetycznej i środowiskowej. W niektórych krajach ogrzewanie ze źródeł odnawialnych jest utrudnione przez dotacje na ciepło z paliw kopalnych. W krajach takich jak Szwecja, Dania i Finlandia, gdzie interwencja rządu była najbardziej zbliżona do neutralnej pod względem technologicznym formy wyceny emisji dwutlenku węgla (tj . ), ciepło odnawialne odegrało wiodącą rolę w bardzo znaczącym udziale energii odnawialnej w końcowym zużyciu energii. W krajach takich jak Niemcy, Hiszpania, Stany Zjednoczone i Wielka Brytania, gdzie interwencja rządowa została ustalona na różnych poziomach dla różnych technologii, zastosowań i skali, wkład technologii odnawialnego ciepła i energii elektrycznej ze źródeł odnawialnych zależał od względnych poziomów wsparcia i generalnie skutkowały niższym udziałem energii odnawialnej w końcowym zużyciu energii.

Wiodące technologie ogrzewania odnawialnego

Ogrzewanie solarne

Ogrzewanie słoneczne to styl konstrukcji budynków, który wykorzystuje energię słonecznego lata lub zimy do ekonomicznego dostarczania podstawowego lub dodatkowego ciepła do konstrukcji. Ciepło można wykorzystać zarówno do ogrzewania pomieszczeń (patrz słoneczne ogrzewanie powietrza ), jak i podgrzewania wody (patrz słoneczna ciepła woda ). Projekt ogrzewania słonecznego dzieli się na dwie grupy:

  • Pasywne ogrzewanie słoneczne opiera się na projekcie i strukturze domu w celu gromadzenia ciepła. Projekt pasywnego budynku słonecznego musi również uwzględniać magazynowanie i dystrybucję ciepła, co może być realizowane w sposób pasywny, lub wykorzystywać kanały powietrzne do aktywnego odprowadzania ciepła do fundamentów budynku w celu magazynowania. W jednym z takich projektów zmierzono podniesienie temperatury domu do 24 ° C (75 ° F) w częściowo słoneczny zimowy dzień (-7 ° C lub 19 ° F) i twierdzi się, że system zapewnia pasywnie większość ogrzewanie budynku. o powierzchni 4000 stóp kwadratowych (370 m 2 ) kosztował 125 USD za stopę kwadratową (lub 370 m 2 1351 USD/m 2 ), podobnie jak koszt tradycyjnego nowego domu.
  • Aktywne ogrzewanie słoneczne wykorzystuje pompy do przemieszczania powietrza lub cieczy z kolektora słonecznego do budynku lub obszaru magazynowania. Zastosowania, takie jak słoneczne ogrzewanie powietrza i słoneczne ogrzewanie wody, zwykle wychwytują ciepło słoneczne w panelach, które można następnie wykorzystać do zastosowań takich jak ogrzewanie pomieszczeń i uzupełnianie domowych podgrzewaczy wody. W przeciwieństwie do paneli fotowoltaicznych , które służą do wytwarzania energii elektrycznej, słoneczne panele grzewcze są tańsze i wychwytują znacznie większą część energii słonecznej.

Systemy ogrzewania słonecznego zwykle wymagają niewielkiego dodatkowego systemu ogrzewania rezerwowego, konwencjonalnego lub odnawialnego.

Ogrzewanie geotermalne

Gorące źródła znajdujące się w Nevadzie.

do energii geotermalnej uzyskuje się poprzez wiercenie studni wodnych lub parowych w procesie podobnym do wiercenia ropy naftowej. Energia geotermalna jest ogromnym, niedostatecznie wykorzystywanym źródłem ciepła i energii, które jest czyste (emituje niewiele gazów cieplarnianych lub nie emituje ich wcale), jest niezawodne (średnia dostępność systemu na poziomie 95%) i rodzime (sprawia, że ​​populacje są mniej zależne od ropy naftowej).

Ziemia pochłania energię słoneczną i przechowuje ją w postaci ciepła w oceanach i pod ziemią. Temperatura gruntu pozostaje stała na poziomie od 42 do 100 ° F (6 do 38 ° C) przez cały rok, w zależności od tego, gdzie mieszkasz na ziemi. System ogrzewania geotermalnego wykorzystuje stałą temperaturę panującą pod powierzchnią Ziemi i wykorzystuje ją do ogrzewania i chłodzenia budynków. System składa się z szeregu rur zainstalowanych pod ziemią, połączonych z rurami w budynku. Pompa wymusza obieg cieczy w obwodzie. Zimą płyn w rurze pochłania ciepło z ziemi i wykorzystuje je do ogrzewania budynku. Latem płyn odbiera ciepło z budynku i oddaje je do ziemi.

Pompy ciepła

Pompy ciepła wykorzystują pracę do przenoszenia ciepła z jednego miejsca do drugiego i mogą być używane zarówno do ogrzewania, jak i klimatyzacji. Choć kapitałochłonne, pompy ciepła są ekonomiczne w eksploatacji i mogą być zasilane odnawialną energią elektryczną. Dwa popularne typy pomp ciepła to powietrzne pompy ciepła (ASHP) i gruntowe pompy ciepła (GSHP), w zależności od tego, czy ciepło jest przekazywane z powietrza, czy z gruntu. Powietrzne pompy ciepła nie są efektywne, gdy temperatura powietrza na zewnątrz jest niższa niż około -15°C, podczas gdy gruntowe pompy ciepła nie są na nie narażone. Sprawność pompy ciepła mierzy się tzw współczynnik wydajności (CoP): na każdą jednostkę energii elektrycznej użytej do pompowania ciepła powietrzna pompa ciepła generuje od 2,5 do 3 jednostek ciepła (tj. ma współczynnik wydajności od 2,5 do 3), podczas gdy GSHP generuje od 3 do 3,5 jednostek ciepła. Na podstawie aktualnych cen paliw w Wielkiej Brytanii, przy założeniu CoP na poziomie 3–4, GSHP jest czasami tańszą formą ogrzewania pomieszczeń niż ogrzewanie elektryczne, olejowe i na paliwa stałe. Pompy ciepła można podłączyć do międzysezonowego magazynowania energii cieplnej (ciepłej lub zimnej), podwajając współczynnik CoP z 4 do 8 poprzez wydobywanie ciepła z cieplejszego gruntu.

Międzysezonowy transfer ciepła

Główny artykuł: Sezonowe magazynowanie energii cieplnej

Pompa ciepła z międzysezonowym transferem ciepła łączy aktywne zbieranie energii słonecznej w celu magazynowania nadwyżki ciepła latem w bankach termicznych z gruntowymi pompami ciepła w celu wykorzystania go do ogrzewania pomieszczeń w zimie. Zmniejsza to potrzebny „podnoszenie” i podwaja współczynnik wydajności pompy ciepła, ponieważ pompa uruchamia się z ciepłem z banku ciepła zamiast zimna z gruntu.

CoP i winda

CoP pompy ciepła wzrasta wraz ze spadkiem różnicy temperatur lub „wzniosu” między źródłem ciepła a miejscem docelowym. CoP można zmaksymalizować w czasie projektowania, wybierając system grzewczy wymagający jedynie niskiej temperatury końcowej wody (np. ogrzewanie podłogowe) oraz wybierając źródło ciepła o wysokiej średniej temperaturze (np. grunt). Ciepła woda użytkowa (CWU) i konwencjonalne grzejniki wymagają wysokich temperatur wody, co wpływa na wybór technologii pompy ciepła. Grzejniki niskotemperaturowe stanowią alternatywę dla konwencjonalnych grzejników.

Typ pompy i źródło Typowy przypadek użycia Zmienność CoP pompy ciepła z temperaturą wyjściową

35 °C (np. podgrzewana podłoga jastrychowa)
45 °C (np. grzejnik niskotemperaturowy lub podgrzewana podłoga jastrychowa)
55 °C (np. grzejnik niskotemperaturowy lub podgrzewana podłoga drewniana)
65 °C (np. grzejnik standardowy lub CWU)
75 °C (np. standardowy grzejnik i CWU)
85 °C (np. grzejnik standardowy i CWU)
Powietrze ASHP o wysokiej sprawności przy temperaturze -20°C   2.2 2.0 - - - -
Powietrze dwustopniowe ASHP w temperaturze -20°C Niska temp. źródła 2.4 2.2 1.9 - - -
Powietrze ASHP o wysokiej sprawności przy 0°C Niska temperatura wyjściowa 3.8 2.8 2.2 2.0 - -
Prototypowa transkrytyczna pompa ciepła CO
2 (R744) z trójdzielną chłodnicą gazu, źródło przy 0°C 		Wysoka temperatura wyjściowa 3.3 - - 4.2 - 3.0
Woda GSHP w temperaturze 0°C   5.0 3.7 2.9 2.4 - -
GSHP mielony w temperaturze 10°C Niska temperatura wyjściowa 7.2 5.0 3.7 2.9 2.4 -
Teoretyczna granica cyklu Carnota , źródło -20°C   5.6 4.9 4.4 4.0 3.7 3.4
Teoretyczna granica cyklu Carnota, źródło 0 ° C   8.8 7.1 6.0 5.2 4.6 4.2
Teoretyczna granica cyklu Lorentza ( pompa CO2
C ), płyn powrotny 25°C, źródło 0° 		  10.1 8.8 7.9 7.1 6.5 6.1
Teoretyczna granica cyklu Carnota, źródło 10°C   12.3 9.1 7.3 6.1 5.4 4.8

Rezystancyjne ogrzewanie elektryczne

Energię odnawialną można wytwarzać z energii wodnej, słonecznej, wiatrowej, geotermalnej i ze spalania biomasy. W kilku krajach, w których energia elektryczna ze źródeł odnawialnych jest niedroga, ogrzewanie oporowe jest powszechne. W krajach takich jak Dania, gdzie energia elektryczna jest droga, nie wolno instalować ogrzewania elektrycznego jako głównego źródła ciepła. Turbiny wiatrowe mają większą moc w nocy, gdy zapotrzebowanie na energię elektryczną jest niewielkie, grzejniki akumulacyjne zużywają tę tańszą energię elektryczną w nocy i oddają ciepło w ciągu dnia.

Ogrzewanie pelletem drzewnym

Piecyk opalany drewnem.
Drewniane palety.

Ogrzewanie pelletem drzewnym i inne rodzaje systemów grzewczych na drewno osiągnęły największy sukces w ogrzewaniu pomieszczeń, które są poza siecią gazową, zwykle ogrzewane wcześniej olejem opałowym lub węglem. Paliwo z litego drewna wymaga dużej ilości dedykowanej przestrzeni magazynowej, a wyspecjalizowane systemy grzewcze mogą być drogie (chociaż w wielu krajach europejskich dostępne są programy dotacji w celu zrekompensowania tego kosztu inwestycyjnego). Niskie koszty paliwa oznaczają, że ogrzewanie opalane drewnem w Europie często jest w stanie aby osiągnąć okres zwrotu krótszy niż 3 do 5 lat. Ze względu na duże wymagania dotyczące magazynowania paliwa, paliwo drzewne może być mniej atrakcyjne w miejskich scenariuszach mieszkaniowych lub w obiektach podłączonych do sieci gazowej (chociaż rosnące ceny gazu i niepewność dostaw oznaczają, że paliwo drzewne staje się bardziej konkurencyjne). Rośnie również niepokój. nad zanieczyszczeniem powietrza z ogrzewania drewnem w porównaniu z ogrzewaniem olejowym lub gazowym, zwłaszcza drobnymi cząstkami stałymi.

Ogrzewanie piecem na drewno

Spalanie paliwa drzewnego w otwartym ogniu jest zarówno wyjątkowo nieefektywne (0-20%), jak i zanieczyszczające z powodu częściowego spalania w niskiej temperaturze. W ten sam sposób, w jaki budynek z przeciągami traci ciepło przez utratę ciepłego powietrza z powodu złego uszczelnienia, otwarty ogień jest odpowiedzialny za duże straty ciepła poprzez wyciąganie bardzo dużych ilości ciepłego powietrza z budynku.

Nowoczesne konstrukcje pieców na drewno pozwalają na wydajniejsze spalanie, a następnie odprowadzanie ciepła. W Stanach Zjednoczonych nowe piece opalane drewnem są certyfikowane przez amerykańską Agencję Ochrony Środowiska (EPA) i spalają się czyściej i wydajniej (ogólna sprawność wynosi 60-80%) oraz pobierają mniejsze ilości ciepłego powietrza z budynku.

„Czystszego” nie należy jednak mylić z czystym. Australijskie badanie rzeczywistych emisji z pieców opalanych drewnem spełniających obecne australijskie normy wykazało, że emisja cząstek wynosiła średnio 9,4 g/kg spalonego drewna (zakres od 2,6 do 21,7). Piec o średnim zużyciu drewna wynoszącym 4 tony rocznie emituje zatem 37,6 kg PM2,5, czyli cząstek mniejszych niż 2,5 mikrometra . Można to porównać z samochodem osobowym spełniającym obecne normy Euro 5 (wprowadzony we wrześniu 2009 r.) 0,005 g / km. Tak więc jeden nowy grzejnik opalany drewnem emituje rocznie tyle PM2,5, co 367 samochodów osobowych, z których każdy przejeżdża rocznie 20 000 km. Niedawne badanie europejskie wykazało, że PM2,5 jest najbardziej niebezpiecznym dla zdrowia zanieczyszczeniem powietrza, powodującym około 492 000 przedwczesnych zgonów. Kolejne najgorsze zanieczyszczenie, ozon, odpowiada za 21 000 przedwczesnych zgonów.

Ze względu na problemy z zanieczyszczeniem Australian Lung Foundation zaleca stosowanie alternatywnych środków kontroli klimatu. American Lung Association „zdecydowanie zaleca stosowanie czystszych, mniej toksycznych źródeł ciepła. Przekształcenie kominka lub pieca opalanego drewnem na gaz ziemny lub propan wyeliminuje narażenie na niebezpieczne toksyny, które generuje spalanie drewna, w tym dioksyny, arsen i formaldehyd.

„Odnawialnych” nie należy mylić z „neutralnymi dla cieplarnianych”. Niedawny recenzowany artykuł wykazał, że nawet jeśli spala się drewno opałowe ze zrównoważonych dostaw, emisje metanu z typowego australijskiego pieca opalanego drewnem spełniającego obecne standardy powodują większe globalne ocieplenie niż ogrzewanie tego samego domu gazem. Ponieważ jednak duża część drewna opałowego sprzedawanego w Australii nie pochodzi ze zrównoważonych dostaw, australijskie gospodarstwa domowe wykorzystujące ogrzewanie drewnem często powodują większe globalne ocieplenie niż ogrzewanie trzech podobnych domów gazem.

Piece o wysokiej sprawności powinny spełniać następujące kryteria projektowe:

  • Dobrze uszczelniony i precyzyjnie skalibrowany, aby zasysać niewielką, ale wystarczającą ilość powietrza. Ograniczenie przepływu powietrza ma kluczowe znaczenie; mniejszy dopływ zimnego powietrza mniej chłodzi palenisko (uzyskuje się w ten sposób wyższą temperaturę). Pozwala też na dłuższy czas na odprowadzenie ciepła ze spalin i pobiera mniej ciepła z budynku.
  • Piec musi być dobrze zaizolowany, aby podwyższyć temperaturę spalania, a tym samym kompletność.
  • Dobrze izolowany piec emituje mało ciepła. W związku z tym ciepło musi być odbierane z przewodu spalinowego. Efektywność pochłaniania ciepła jest większa, gdy kanał wymiany ciepła jest dłuższy, a przepływ spalin jest wolniejszy.
  • W wielu konstrukcjach kanał wymiany ciepła zbudowany jest z bardzo dużej masy pochłaniającej ciepło cegły lub kamienia. Taka konstrukcja powoduje, że zaabsorbowane ciepło emitowane jest przez dłuższy okres czasu - zazwyczaj jeden dzień.

Odnawialny gaz ziemny

Odnawialny gaz ziemny to gaz otrzymywany z biomasy , uszlachetniony do jakości zbliżonej do gazu ziemnego . [ potrzebne źródło ] Dzięki podniesieniu jakości do poziomu gazu ziemnego możliwa staje się dystrybucja gazu do klientów za pośrednictwem istniejącej sieci gazowej. Według Niderlandzkiego Centrum Badań nad Energią, odnawialny gaz ziemny jest "tańszy niż alternatywy, w których biomasa jest wykorzystywana w elektrociepłowni lub lokalnym spalarni". Jednostkowe koszty energii są obniżane dzięki „korzystnej skali i godzinom pracy”, a koszty kapitałowe użytkowników końcowych są eliminowane dzięki dystrybucji za pośrednictwem istniejącej sieci gazowej.

Efektywności energetycznej

Ciepło odnawialne idzie w parze z efektywnością energetyczną . Rzeczywiście, powodzenie projektów ogrzewania ze źródeł odnawialnych w dużym stopniu zależy od efektywności energetycznej; w przypadku ogrzewania słonecznego, aby zmniejszyć zależność od wymogu dodatkowego ogrzewania, w przypadku ogrzewania paliwem drzewnym, aby obniżyć koszt zakupu drewna i ilości zmagazynowanego drewna, aw przypadku pomp ciepła, aby zmniejszyć rozmiar i inwestycje w pompę ciepła, koszty ogrzewania i energii elektrycznej.

Efektywność energetyczną budynku można poprawić na dwa główne sposoby:

Izolacja

Ulepszenia izolacji mogą znacznie obniżyć zużycie energii, czyniąc przestrzeń tańszą w ogrzewaniu i chłodzeniu. Jednak modernizacja istniejących mieszkań może być często trudna lub kosztowna. Nowsze budynki mogą korzystać z wielu technik superizolacji . Starsze budynki mogą skorzystać z kilku rodzajów ulepszeń:

  • Izolacja ścian litych : Budynek o ścianach litych może skorzystać z izolacji wewnętrznej lub zewnętrznej. Izolacja ścian zewnętrznych polega na dodaniu dekoracyjnych paneli izolacyjnych odpornych na warunki atmosferyczne lub innej obróbce na zewnątrz ściany. Alternatywnie do ocieplenia ścian wewnętrznych można zastosować gotowe laminaty izolacyjne/płyty gipsowo-kartonowe lub inne metody. Grubość izolacji wewnętrznej lub zewnętrznej zwykle mieści się w zakresie od 50 do 100 mm.
  • Izolacja ścian szczelinowych : Budynek ze ścianami szczelinowymi może skorzystać z izolacji wpompowanej do szczeliny. Ta forma izolacji jest bardzo opłacalna [ wymagane wyjaśnienie ] [ potrzebne źródło ] .
  • Programowalne termostaty umożliwiają wyłączenie ogrzewania i chłodzenia pomieszczenia w zależności od pory dnia, dnia tygodnia i temperatury. Na przykład sypialnia nie musi być ogrzewana w ciągu dnia, ale pokój dzienny nie musi być ogrzewany w nocy.
  • Ocieplenie dachu
  • Ocieplone okna i drzwi
  • Sprawdzanie przeciągów

Ogrzewanie podłogowe

Ogrzewanie podłogowe może czasami być bardziej energooszczędne niż tradycyjne metody ogrzewania:

  • Woda krąży w systemie w niskich temperaturach (35 °C - 50 °C), dzięki czemu kotły gazowe, opalane drewnem i pompy ciepła są znacznie bardziej wydajne.
  • Pomieszczenia z ogrzewaniem podłogowym są chłodniejsze przy suficie, gdzie ciepło nie jest wymagane, ale cieplej pod stopami, gdzie komfort jest najbardziej wymagany.
  • Tradycyjne grzejniki są często umieszczane pod źle ocieplonymi oknami, niepotrzebnie je nagrzewając.

Odzysk ciepła ze ścieków

Recykling ciepła.

Możliwe jest odzyskanie znacznych ilości ciepła z gorącej wody ściekowej poprzez recykling ciepła ciepłej wody . Główne zużycie ciepłej wody to umywalki, prysznice, wanny, zmywarki i pralki. Średnio 30% ciepłej wody użytkowej w obiekcie jest wykorzystywane do kąpieli pod prysznicem. Dopływająca świeża woda ma zwykle znacznie niższą temperaturę niż woda ściekowa z prysznica. Niedrogi wymiennik ciepła odzyskuje średnio 40% ciepła, które normalnie zostałoby zmarnowane, poprzez ogrzanie dopływającej zimnej słodkiej wody ciepłem z odprowadzanych ścieków.

Wentylacja z odzyskiem ciepła

Wentylacja z odzyskiem ciepła (HRV) to system wentylacji z odzyskiem energii, który działa między dwoma źródłami powietrza o różnych temperaturach. Dzięki odzyskowi ciepła resztkowego w spalinach świeże powietrze wprowadzane do układu klimatyzacji zostaje wstępnie ogrzane.

Zobacz też

Linki zewnętrzne

Pobrano z „ https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Renewable_heat&oldid=1134892407 ”