GreenTech-BG

Българският сайт за зелени технологии

Геосоларна система

February 2, 2010

Слънцето и Земята… Малцина имат точна представа за мащабите и пропорциите на тези тела, затова нека започнем с малко удивителни факти:

  • Слънцето е наистина, ама наистина голямо. В него е съсредоточена 99,9% (!) от масата на Слънчевата система;
  • Диаметърът му е 109 пъти по-голям от този на Земята. За да добиете визуална представа, на подходяща повърхност начертайте кръг с диаметър 1 см. А сега до него начертайте друг кръг с диаметър 109 см;
  • За 1 секунда Слънцето отделя енергия равна на 383 йотавата (9,15×1010 мегатона тротилен експлозив, 4,5 трилиона бомби над Хирошима или 1,6 милиарда Цар Бомба). Тази енергия напуска Слънцето под форма на електромагнитно излъчване, неутринота и в по-малка степен кинетична и топлинна енергия на плазмата съставяща слънчевия вятър, както и магнитна енергия на Слънчевото магнитно поле;
  • За една година Земята получава от Слънцето около 1,96.10²¹ килокалории лъчиста енергия, която е към 10 пъти повече от всички нейни енергийни запаси взети заедно.
  • За 1 секунда Земята получава толкова енергия, колкото човечеството потребява за година.

Ако вече сте се съвзели от тези данни, нека сега да видим как можем максимално да оползотворим щедрите дарове на бог Хелиос. И майка Гея ще помогне.

Геосоларна система

Това е инсталация комбинираща енергията на Слънцето (термосоларни панели) с енергията на Земята (термопомпа) и вероятно е най-икономичната система за климатизация от наличните в момента. По-голяма част от енергията в едно домакинство се използва за отопление/охлаждане и топла вода, а една сравнително малка част за електроуреди и осветление.

За обяснение избрах една примерна инсталация на компанията Green Garage от Детройт. Ето тук човекът обяснява как работи тя:

Накратко, основните компоненти на такава система са:

  1. Слънчеви топлинни колектори;
  2. Термопомпа с прилежащия и подземен контур;
  3. Водно подово отопление/охлаждане;
  4. Резервоари за съхранение на топла/студена вода
  5. Бойлер за битова топла вода (миене, къпане)

Слънчеви топлинни колектори

Ефективността на тези съоръжения може да достигне до 80%

Ефективност

За сравнение ефективността на фотоволтаичните панели е от порядъка на 20%. Това прави директното преобразуване на слънчевата енергия в топлинна много по-ефективно от електричеството.

Термопомпа

Ако не сте чували за термопомпите доста сте пропуснали. В Интернет има много материали по темата, така че няма смисъл да обяснявам надълго и нашироко.

Всеки хладилник или климатик е термопомпа. Предимство на подземния кръг в нашия случай е, че използва температурата на земята, която на 2 м. под земята е постоянна и е от порядъка на 10-12 градуса. Това означава добро топлоотдаване и голям коефициент на отопление/охлаждане. Да, точно така, термопомпата ще охлажда системата през лятото.

Обикновенно тези помпи имат коефициент 3-4, което значи, че за всеки киловат получавате 3-4 киловата отопление/охлаждане.

Водно подово отопление

Тази „измишльотина“ също има много предимства, например:

  • Работи с ниски температури (30-45 градуса), което я прави идеална за слънчевите колектори, работещи през студения сезон;
  • Безшумна – забравете за досадни шум от климатика или циркулиращите радиатори;
  • Високоефективна;
  • Получавате комфорта на топлите крака;
  • Естетична – няма отоплителни тела в стаята

За повече прочете тук.

Резервоари за съхранение на топла/студена вода

Там се съхранява затоплената/изстудената вода. Например водата, която през деня се е затоплила от колекторите, през нощта може да се подава към подовото отопление.

Бойлер за битова топла вода

Това е мястото, където се намира водата за къпане и миене. Вероятно защото трябва да е по-топла от 45 градуса.

И така, както виждате, комбинацията между Слънце и Земя може да бъде доста удачна.

Статията не претендира за прецизност, а нахвърля нещата в общи линии. Със сигурност има пропуски и идеализации, имайки предвид, че такава система е с ограничено приложение – най-удобна е за новостроящи се, еднофамилни къщи. Авторът обаче смята, термосоларната енергия и геосоларните системи са доста подценени. Дано това да се промени.

Повече за конкретната геосоларна система, заедно със схемата, можете да прочетете ТУК.

Използвани са данни и от Уикипедия и Encyclopedia of Renewable Energy and Sustainable Living.

Теми: геотермална енергия, Енергийна ефективност, слънчево-термална

  1. Много добра статия, поздравявам те. Извинявай че чак сега я видях.

  2. Киров
    02 Feb 10
    7:07 pm

    Ефективност 80%? Това е кажи-речи колкото на една елестрическа машина – така че по този пункт имам определено съмнение. Второ – как ще се справи системата именно през зимния сезон, когато слънчевите дни са най-малко, температурите най-ниски, а разхода на енергия най-голям? Иначе като махнем тези никак не марки недостатъци звучи, като най-екологичното решение.

  3. Христо
    02 Feb 10
    7:22 pm

    Една геотремална инсталация на вода за 150 кв.метра къща струва най-малко 6 000 евро, това включва вадене на водата, инсталацията, машината, системата за охлаждане.

  4. Попов
    02 Feb 10
    7:52 pm

    Киров, ефективността е толкова голяма, защото енергията се преобразува директно в топлинна, което е много по-ефективно от фотоволтаиците. Питайте някой, който има слънчев колектор за топла вода, повечето хора са много доволни.
    През зимния сезон се използва термобатерията, т.е. резервоара с вода. Водата в него се топли от слънчевите панели при всяко показване на слънцето зад облаците. Ако резервоара падне под 40 градуса се включва термопомпата, която подгрява до към 45 (прочетете връзката в раздела „Подово отопление“). Хубавото е, че системата е с подово отопление, което работи на ниски температури (до 45 градуса) и пасва добре. Един резервоар 15 кубика в мазето…
    Христо, мисля, че не ча к толкова скъпа геотермалната инсталация.
    Всъщност, чудя се дали по нашите ширини, където слънцегреенето е по-дълго, не можем да минем без термопомпа? За един-два месеца ще се наложи да се включват печки, но няма как. То пък не може всичко да е идеално. Но пък иначе слънцето ще топли къщата от март до Коледа.
    Ще се радвам да чуя мненията ви.

    Ах, да, не можах да вградя видеото както трябва, така че който не е чел внимателно и е пропуснал предпоследното изречение, може да го види ТУК</a.

  5. Севдалина Пеева
    02 Feb 10
    8:48 pm

    Попов, оправих видеото.

  6. ktamen
    03 Feb 10
    2:37 am

    Чудесна статия. Ако тръгна да си строя дом задължително ще е обурудван с подобна инсталация. Вероятно „15 кубиковия резервоар“ няма да е в мазето, а ще представлява масивна бетонна тръба по средата на къщата, надявам се така да отпадне нуждата от подово отопление, ако естествения топлообмен не е достатъчен за поддържане на 20 градуса ще използвам въздух като топлоносител, (топлобменика вътре в тръбата ще може да се използва не само за загряване на въздух, а и за охлаждане на водата с външен въздух през летните нощи), а ако топлообмена е прекалено голям ще „топлоизолирам“ тръбата с подходящи пердета. Цялата южна фасада ще бъде „тапицирана“ със слънчеви колектори, не съм решил точно каква конструкция ще имат, но със сигурност няма да са вакуумно-тръбни – вярно е, че позволяват достигането на високи температури, ама улавят твърде мизерна част от слънчевите лъчи и са безбожно скъпи и освен това не мога да си ги направя сам в гаража.Това, че повечето колектори ще са монтирани вертикално не е проблем за географската ширина на България, през зимата те ще имат същата ефективност, като тези разположени под ъгъл 45 градуса, а през лятото огромната повърхност ще е предостатъчна за малката нужда от топла вода, въпреки малкия ъгъл, под който ще бъдат огрявани. Няклко часа слънчево време седмично ще са достатъчни за поддържане на нормална температура, така, че термопомпа няма да слагам, защото ще удвои цената, в екстрени случаи ще паля камината Бетонната тръба няма да е особено скъпа, ако се направи в началото на строежа, после може да се използва за кран за строителни материали, би била чудесно място за красива вита стълба и накрая ще гарантира висока сеизмична устойчивост на цялата сграда.
    @Христо
    Ако искаш да влезш в някой лъскав офис, да седнеш срещу някой колкото зализан толкова и неграмотен продавач-консултант който да ти реши проблема вероятно ще ти струва доста повече 6000 евро и стандартното решение, което ще ти пробутат, вероятно няма да е особено ефективно, точно по подобен начин много хора са се снабдили с климатици, които уж трябва да са четири пъти по-ефективни от духалка за 10лв, на практика обаче сметката им за ток намалява само с 20-30% климатика наистина е четири пъти по ефективен, ама само когато навън е плюс 15 градуса и понеже и загубите през стените, тогава са много малки, той почти не се включва и консумира нищожно количество енергия, когато обаче вън е минус 15 градуса климатика е само 20% по-ефективен от обикновени реотани и за да компенсира и 6пъти по-големите загуби през стените той работи нон-стоп и ще счупи електромера от високи обороти. Точно това е разликата на обикновения климатик и термопомпата,за която се говори в статията, защото за нея е от значение температурата на водата, а не на външния въздух, и затова нейният коефицент на ефективност рядко ще пада под 4, а повечето време ще е 5-6 и дори 7.
    Май стнах прекалено подробен, сори.

  7. Попов
    03 Feb 10
    9:38 am

    ktamen, това с тръбата е добра идея, защото ще използва естесвената конвекция на топлата вода. Предполагам, че ще се намира в ъгъла между 4 стаи. 🙂 Не съм специалист по бетона, но сигурно не е трудно да се хидроизолира. В крайна сметка може да се сложи и метална тръба, ако има подобни притеснения. С пердетата ще е малко по трудно да се направят удобни за употреба.

    Точно това е идеята на статията – всички знаем как се затопля всяка стая, която е на припек, т.е. когато слънчевата светлина влиза през прозорците. Е, тъй като не е удобно да боядисаме стените си в черно за максимално затопляне, а и не може цялата стена да е в прозорци (пък и губят много топлина, а през лятото ще бъде кошмар!) просто улавяме енергията на Слънцето с колектори и я вкарваме в сградата.

    Засега има един основен проблем, който трябва да се реши: какво да се правят излишните слънчеви колектори през лятото, когато не са необходими? Веднага уточнявам, че тук имам предвид колектори на 45 градуса покрив, а не варианта на ktamen (неговото хрумване никак не е лошо, но трябва да се тества на практика). Знам, че могат да се източат, за да не греят, но дали няма да се повредят от топлината? Във видеото хората предлагат през този период са се припокриват с фотоволтаични панели, което според мен е несериозно най-малкото от икономическа гледна точка.
    Един от вариантите е да се инсталира нещо от този род. Това е хибрид между фотоволтаик и термопанел, който видях на изложението за Енергийна Ефективност и ВЕИ през април. Но там също има много неща за уточняване, например ефективност, цена и т.н. Ще ги видим какво ще кажат на тазгодишното събитие (14-16 април, Интер Експо Център).

  8. Попов
    03 Feb 10
    11:18 am

    ktamen, виж сега как ме запали по твоята идея! 🙂
    Мисля си, ако слънчевите колектори са по южната фасада, през лятото може да се закриват с платнище или фолио, или нещо такова и така отпада проблема с прегряването.
    А през зимата няма да се чистят от сняг, защото са под стрехата! А и дали циркулацията на водата в системата не може да стане без помпа (конвекцията май ще е достатъчна)?

  9. Joro
    03 Feb 10
    2:50 pm

    Ще греете стирлингов двигател…

  10. ktamen
    03 Feb 10
    8:32 pm

    Излишните колектори през лятото ще топлят атмосферата, ако са вертикални през лятото ще бъдат около пет пъти по-неефективни от скъпите си братовчеди, които следят слънцето, така, че няма да загряват чак толкова много, през лятото топлината не е особено ценна стока, така, че просто ще я изхвърлям. За да мога да се отоплявам цяла седмица само с един слънчев ден ще ми трябват около 50 квадратни метра колектори, ако цената е повече от 50 – 60 лв за квадратен метър общата сума става твърде голяма и ще се окаже, че и моят вариант страда от извънредно важният недостатък посочен от Христо. Теоретично циркулацията може да се остави на конвекцията, обаче ако искам системата да е удобна за регулиране и по мое желание, а не само по желание на бог Хелиос по-добре да използвам принудителна циркулация, оскъпяването е нищожно, а ефекта ще бъде много голям.
    Жоро с бюджет от 50лв флуида в колектора едва ли ще се загрее повече от 60 – 70 градуса, така, че теоретично максималния КПД на топлинен двигател би бил не повече от 15% на практика по малко от 3 – 4%, без слънчев концентратор стърлинговия двигател не може да е ефективен.
    Според мен, ако нещо не е икономически изгодно, то не е екологично, така, че за слънчеви батерии и дума не може става.

  11. Попов
    03 Feb 10
    9:08 pm

    ktamen, хрумването ти за колоната е чудно. Дойдоха ми някои идеи в тази насока, но по-добре да ги обсъдим на четири очи, затова ще ти пиша на личната поща. Ако пък нямаш претенции за авторско право, мога да продължа и сам доработката. 😉

  12. Киров
    03 Feb 10
    9:18 pm

    Хайде през лятото енергията да я ползваме като я съхраним за зимата. Например нещо като ПАВЕЦ. Предполагам на по-дълбоко под земята или ако наистина се ползва за изпомпване на течности които в нужния момент да отдадат така съхранената енергия.

  13. Киров
    03 Feb 10
    9:25 pm

    Един личен въпрос към Попов – да не си от Бургас?

  14. Попов
    03 Feb 10
    9:43 pm

    Не, Киров, София. 😉

    Колкото до съхранението на енергията лошото е, че ще трябват много големи резервоари, което значи голяма контактна повърхност, а не съм сигурен доколко изолацията може да намали топлинните загуби. С една дума, става много скъпо.

  15. ktamen
    03 Feb 10
    10:57 pm

    Това със затварянето на жега в буркани не е толкова нелепа идея един роднина все още има ледница останала от едно време, която представлява дупка в земята с размерите на стая в която през зимата са складирали лед и този лед им е стигал до следващата нова година.
    Освен това си спомням, че четох някъде за някакъв руски професор отпреди сто години, който по подобен начин е искал да промени климата в Москва. Аз също съм си драскал някакви подобни схеми и те също имат потенциал, но по моите сметки излизат много по скъпо от тръбата. Затова пък имат голямото предимство, могат да се реализират и в градски условия, в града тръбата ще върши работа само, ако на юг от дома ви няма някоя шестетажна бяла спретната къщурка с две липи отпред.

  16. Joro
    04 Feb 10
    11:00 am

    Шегувам се провокирах (добронамерено разбира се) за стирлинговият двигател, иначе било възможно лятото с вакуумнотръбни колектори без концентриране да се достигнат 200 градуса (и с такъв с малка тем разлика) – писах статия за това но е някъде назад.
    Иначе идеята ви е перфектна и дори технически осъществима, само че с узаконяването на такава сграда ще има ядове. За „затварянето“ на топлината ще е необходим обем поне колкото голяма стая, и въпреки че е под земята пак да е топлоизолиран. Водата не се пази гореща а се ползва топлинна помпа, която „изпомпва“топлината от водата в резервоара. Кладенец също ще стане, но трябва да е дълбок. И топлоизолиран ако се ползва за топлинен акумултор. С по-малки обеми течността в резервоара тябва да е антифризова смес, за да не се обледи потопеният полообменник (изпарителят де), което означава (или поне в цивилизования свят го правят така – полиетиленов плик (с нужната големина) с такава течност се вкопава в земята. Възможно е около топлообменника да има турбина. Най-добре е ако живете близо до езеро ли море, на самия бряг.

  17. Joro
    04 Feb 10
    1:23 pm

    Какво още – списание „Популярна наук около 2000 (до 2003) год излизаше и на БГ.. Та там имаше следната идея – покривът на някаква къща е черен. Мисля ламарина се ползваше. Над него на няколко сантиметра – стъкло. Не помня дали беше двойно. Естествено скатът на покрива е ориентиран към слънцето. На върха (където въздухът отива, заради конвекцията ина всмукващ вентилатор и тръба (комин, но с обратен ход), кудето вентилаторът праща топлия въздух. Подовете на етажите са двойни и в това пространство циркулира затопленият въздух, след което отново се праща към покрива. Сега – може аз да си доукрасявам – може контурът да не е затворе.. Има начини, но не са приложими за стандартно строителство.

  18. Киров
    04 Feb 10
    10:29 pm

    Имах предвид нещо съвсем различно. Знаем от физиката, че превръщането на един вид енергия в друг не е съществен проблем. Значи ако през времето в което колекторите произвеждат енергия надвишаваща консумацията (обръщам внимание – енергията – топлина или ток все е тая) същата послужи чрез трансформирането ѝ до електрическа а от там в потенциална (изпомпване на вода във водоеми които после да я освобождават при нуждата от такава – това имах предвид.

  19. Joro
    06 Feb 10
    7:17 am

    Киров, ясно де,
    За същтото се говори, само, че това е най-ефективният начин. И най евтиният.
    Не е съществен проблем превръщането но са загуби. Всяко превръщане ти рязва от КПД-то. Хубав (скъп) фотоволтаил ти губи (не улавя) 85% от енергията, контролер/инвертор губи 10%, помпа – (мотор 15 %+ помпа 15%) смятай колко си акумулирал от 1м2 фотофолтаик. Това е само докато си акумулирал енергия (качил си водата), но най веровтно енергията ще тиртябва във вид на електричество, може би дори с параметрите на мрежата. Вади 35-40%. Сам сметни дали един час греене лятото по обяд на площ 1м2 ще ти осигури един час работа на лаптоп. В проценти съм дал загубите, не КПД. Всъщност за такива малки мащаби акумулатор да се ползва е най-оправдано, но загубите няма да намалеят много колкото и да е голямо съоръжението.
    Извод – по-малко превръщаниякогато може
    Защо е по-добре топлина да се акумулира? Зимата това ти трябва най-много, ще намалиш потреблението от мрежата. Да съпоставим и големината на топлинния и механичния акумулатор – 3 kWh се акумулират в по-малко от четвърт кубик тухли – акум. печка. 100 гр (102 е Нотонът) на метър от земята са ват ако им отнемаш енергията за секуна, с някъв мвханизъм, макара да кажем. За да добиеш Ватчас увеличаваш теглото или височината 3600 ПЪТИ. За киловатчас – още 1000 пъти. Смятай. Не включих загубите от превръщане.
    Заради това в този контекст говорим за топлинни акумулатори. Ако съхраняваш енергия в течен водород, това под литър.

  20. Велев
    12 Aug 15
    1:27 pm

    Момчета, започнали сте да си мерите….. знанията, доста са се отегчили някои и сте спрели да си давате ценните идеи. Ще Ви поразмърдам малко:
    Връщам се към началото. Според мен въпросните 80% ефективност са доста относителни понеже:
    1. Смятаме ли първоначалната инвестиция?
    2. Защо да охлаждаме затопляйки нещо друго (земята), при положение, че имаме нужда от затопляне за консервиране на енергията, за битови нужди и т.н.
    3. За какви мащаби става въпрос? Едно и също ли е при еднофамилна и многофамилна сграда? Да не се заблуждаваме – въпроса е риторичен.
    За мен най-важно е баланс между първоначална инвестиция, необходимата ми енергия (и каква е тя), движението на тази енергия. Какво ще спечеля, ако си купя на изплащане супер икономичен климатик, който може зимата да ми подържа 28 градуса, лятото да ми подържа 22 с разход 0,02 кв., но струва колкото енергията необходима ми да постигна тези параметри за срока на гаранцията му с други, по-евтини климатици или духалки. Няма да плащам ток, ще плащам вноски – все плащане си е…
    Принципно съм съгласен с изложеното в клипа, както и с идеята за вътрешният резервоар, с малки но съществени подробности:
    при изграждане на подобни системи първо трябва да се види разхода на енергия и нейния вид – климатични особености, за какво ще се ползва сградата, изолационни свойства. След като сме наясно с дотук зададените въпроси и сме решили, че ни трябват 2 месеца охлаждане еквивалентно на X киловата, 7 месеца затопляне еквивалентно на Y киловата, можем да помислим за това, как бихме могли да консервираме тази енергия от наличната в природата и то по естествен път. Логично за нашите ширини е Y да е по-голямо от X. Тук трябва да се вземе предвид, че колкото е по-ниска работната температура в акумулатора, толкова по-голям обем ще има и обратно. Респективно – по-голяма или по-малка първоначална инвестиция, както и по-високи или по-ниски изисквания към изолационните свойства на стените на акумулатора. (Това с пердетата ми се струва несериозно, както и петнадесетте кубика). Дали че са петнадесет или петдесет кубика зависи точно от работната температура – 35-40 или 70-80 градуса. Всеки градус е кубик нагоре или надолу. Естествено, ако дядо ми е завещал цистерна 200 кубика ще си купя изолация 5 см. Ако пък дядо ми ми е завещал 10 см изолация, ще си купя по-малка 100 кубикова цистерна и ще вдигна работната температура. Баланс!!!
    Следващ важен момент, споменах го по-горе: Защо ми е необходима термопомпа в земята за охлаждане лятото, при положение, че водата, която получавам за битови нужди пристига студена?!? В същото време съм сметнал, че ще ми трябват не 40 а 50 квадрата колектори за достигане на работната температура на акумулатора през лятото… Ами тези 50 квадрата по подразбиране се случват като 40, а разликата до 50 се допълва от термопомпата, която ме охлажд през лятото затопляйки вода за битови нужди и тази в резервоара за акумулатор. Няма да копая, ще икономисам от първоначалната инвестиция от колектори. Идеята за колектори на южната стена я толерирам, понеже особено при ново строителство ще икономиса от разходи за боядисване и др., от друга страна има и изолационни за сградата свойства…

  21. Велев
    12 Aug 15
    2:15 pm

    Споменах, че при проектиране на системата и за подобряване на КПДто, би било добре всичко (или повечето неща) да се случват по естествен път. Някой по-горе си бе направил труда да информира за загубите от мотори и помпи при тези системи. за което му благодаря!
    Какво направиха едни италианци в Гърция, където зимата е сравнително кратка, а лятото дълго:
    В парцел с наклон и южно изложение – явно предварително подбран за тази работа. В горната част на парцела е домът, под него в земята са вкопани въпросните резервоари (акумулатори на енергията), а в най-ниската част колекторите за затопляне на водата в резервоарите. Понеже не знам италиански, а и достъпът не беше лесен, не разбрах колко са големи цистерните. Но си бяха като малки вагончета. Доста големи! 2. Предполагам се досещате как функционира всичко… На самотек топлата вода от колекторите отива нагоре в цистерните и има цялото лято за да се затопли. Зимата, пак на самотек се отварят кранове от резервоарите към къщата. По-напредналите в науката да сметнат КПДто…

Добавете коментар

XHTML: You can use these tags: <a href="" title=""> <abbr title=""> <acronym title=""> <b> <blockquote cite=""> <cite> <code> <del datetime=""> <em> <i> <q cite=""> <s> <strike> <strong>