Альтернативный источник энергии в быту

ГБОУ школа №1798 «Феникс-Перово» г. Москвы

Альтернативный источник

энергии в быту

                     Выполнил: ученик 10 «А» класса Маркарянц Р.Д.

                      Научный руководитель: учитель физики Богданова Т.В.

Москва, 2019 год

Содержание

Аннотация ………………………………………………………………………………………………………….2

Почему именно коллекторы?................................................................................3

Устройство и принцип работы солнечных водонагревателей………………………….4

Экономия за  счёт коллекторов………………………………………………………………………….5   Выводы……………………………………………………………………………………………………………….6Ссылки…………………………………………………………………………………………………………………6

Аннотация

В работе рассматривается один из альтернативных источников энергии, который можно использовать  для получения горячей воды в многоэтажных домах мегаполисов во время летних ремонтных работ систем теплоснабжения. Предлагаемый источник энергии экологически чист, он работает от энергии Солнца, и, немаловажно, он будет приносить прибыль.

Актуальность темы: Заключается в том, что до сих пор в жилых домах используется горячая вода, полученная за счёт энергии сжигания традиционного топлива. Его может заменить экологически чистый источник энергии – Солнце.

Рисунок 1. Солнце.

   Солнце – главный даритель тепла на Земле. Оно же неисчерпаемый источник энергии. Ежесекундно Солнце дает Земле 80000 млрд. кВт энергии. Это в несколько тысяч раз больше, чем все электростанции мира. Значит, солнечная энергия дает возможность экономить. Только нужно правильно ею пользоваться. Например, установка солнечных водонагревателей (коллекторов). Это очень удобно. Спросите у китайцев. Ведь Китай мировой лидер по потреблению солнечной энергии. В США общая площадь установленных солнечных коллекторов 10 млн. кв. м.. В нашей стране, в связи с взлетом тарифов на энергию, интерес к солнечным коллекторам тоже возрос. Причем не только у южан. Дальневосточники тоже не отстают, несмотря на суровый местный климат. Но пока солнечные коллекторы применяются индивидуально, частными лицами. Я же предлагаю применение солнечных батарей в крупном масштабе для нашего города на крышах многоэтажных домов. 

Цель работы:  доказать, что солнечный водонагреватель, являющийся одним из альтернативных экологически чистых источников энергии для получения горячей воды, удобен, необходим и будет приносить прибыль.

Задачи:

1. Изучить имеющуюся в разных источниках литературу о солнечных водонагревателях.
2. Изучить устройство солнечных водонагревателей и выяснить, есть ли возможность его установления.
3. Оценить окупаемость водонагревателей при длительном их применении.

Почему именно коллекторы?

   Отключение горячей воды является необходимым для подготовки системы теплоснабжения столицы к отопительному сезону. Продолжительность перерыва в горячем водоснабжении в связи с производством ежегодных ремонтных и профилактических работ в централизованных сетях инженерно-технического обеспечения  осуществляется в летнее время до 14 суток. Мы в это время, как потребители, испытываем неудобства, пусть даже на относительно короткий промежуток времени. Для того чтобы помыть посуду или полы, можно согреть воду в нескольких кастрюлях на плите. Конечно, не совсем удобно возиться с тазиком, периодически меняя воду для ополаскивания чашек, тарелок и столовых приборов. Но это еще меньшее из зол, которые подстерегают каждого из нас. Заботиться о своей личной гигиене в отсутствие горячей воды в разы сложнее. Если на улице стоит зной, то холодный душ позволит хорошо освежиться, однако полноценно помыться вряд ли кому удастся.

   Крыши городских домов имеют огромную площадь. Они находятся в летнее время на солнцепеке. И было бы здорово использовать энергию солнца для нагревания воды в летнее время. 

   Так как нагретая вода будет течь по трубам, предназначенным для горячей воды, то счетчики будут считать количество использованной горячей воды и, следовательно, платить за нее жильцы будут как обычно. Но это решают сами жильцы – пользоваться горячей водой или нет. При отказе, они могут просто не включать кран с горячей водой до окончания ремонтных работ.

Рисунок 2. Солнечный коллектор.

Устройство и принцип работы солнечных водонагревателей

   Существует несколько разновидностей коллекторов. Солнечный водонагреватель с вакуумным коллектором, наиболее эффективный, хотя и самый дорогой, состоит из двух основных элементов:

• наружного блока — солнечных вакуумных коллекторов;
• внутреннего блока — резервуара-теплообменника.

   Наружный блок состоит из вакуумных трубок, с нанесенным с внутренней стороны селективным покрытием в несколько слоев и отражающего слоя. Данное покрытие имеет самое важное значение в работе солнечных коллекторов. Солнечный вакуумный коллектор обеспечивает сбор солнечного излучения в любую погоду, ослабляя зависимость от внешней температуры. Коэффициент поглощения энергии коллекторов достигает 98 %, но из-за потерь, связанных с отражением света стеклянными трубками и их неполной светопроницаемостью, он ниже.

   Резервуар-теплообменник представляет собой систему преобразования, поддержания и сохранения тепла, полученного от энергии солнца.

   В солнечных коллекторах могут быть использованы два типа циркуляции:

1. Естественная. В этом случае циркуляция протекает благодаря физическим свойствам воды. Нагретая жидкость, как известно, имеет меньшую плотность, но увеличивается в объеме. На основе этого происходит ее перемещение по трубкам в самый верх. На освободившееся место поступает новая порция воды.
2.  Принудительная.

 Для того, чтобы происходила естественная циркуляция, резервуар необходимо размещать над коллектором. Но такая схема монтажа не всегда целесообразна, и ее не всегда можно воплотить в жизнь, особенно, если резервуар большого объема. В случае солнечного водонагревателя при естественной циркуляции коллектор размещают на скате крыши и тут же устанавливают резервуар. Если последний имеет большой объем, то такая нагрузка для кровли может стать критической. Решением будет размещение резервуара в подвальной части здания, тогда в этом случае применяют принудительную циркуляцию специальными насосами.

Рисунок 3. Коллектор с принудительной циркуляцией.

Экономия за счёт коллекторов

   А теперь рассмотрим, как мы сможем экономить с помощью этих коллекторов.

   У нас есть две недели в году, во время которых производятся ремонтные работы, значит, обязательно потребуется энергия коллекторов.

   Возьмём, к примеру, пятиэтажный дом с шестьюдесятью квартирами. По данным ТСЖ расходы на воду в семье из 3-х человек за две недели будут составлять 300 руб. Значит, со всего дома получится Nквартир*Цена за квартиру=60*300 руб=18000 руб.

  Одна семья тратит около 1,5 м3 = 1500 литров воды в месяц. Весь дом будет тратить. Vсемьи* Nквартир=1500 л*60=90000 литров

   Чтобы нагреть 1 литр на 1 градус требуется 0,016 Вт мощности. У нас имеется 180000 литров которые надо нагреть на 50 градусов. Потребляемая мощность будет P=V*t*P1л*1г=90000 л*50 0c*0,016 Вт=72000 Вт. Мощность одного коллектора равна 12750 Вт. Значит потребуется P/P1коллектора=72000 Вт/12750 Вт=6 коллекторов.

   Коллектор российского производства с установкой будет стоить около 40000 руб. Общая стоимость Nколлекторов*Цена одного коллектора=6*40000 руб=240000 руб. Окупится эта система за Общая цена/Прибыль за 2 недели=240000 руб/18000 руб=14 лет.  

  Так как гарантия службы у коллекторов 25 лет, в течении следующих 11 лет они будут приносить прибыль. В общей сложности 11*18000 руб=198000 руб.

Рисунок 4. График зависимости прибыли ТСЖ (руб) от кол-ва лет с использованием  коллекторов и без использования коллекторов.

Выводы: 

1. Представленный источник энергии является экологически чистым, работающим на бесплатной энергии Солнца.
2. Солнечный коллектор можно использовать для получения горячей воды в многоэтажных домах, он удобен.
3. Оборудование при длительном применении окупится и будет приносить прибыль.

Ссылки:

https://www.youtube.com/watch?v=lhQKhfv4Nq4

https://ru.wikipedia.org/wiki/Солнечный_водонагреватель

http://slarkenergy.ru/solar/solnechnyj-vodonagrevatel.html

http://advokat343.ru/raschet-solnechnyh-kollektorov-dlja-oto/