Dėl brangstančių energijos išteklių didėja ne tik produkcijos kaštai, bet ir pragyvenimo išlaidos. Vienas iš būdų mažinti gamybines ir buitines energijos sąnaudas – naudoti atsinaujinančių šaltinių energiją.

Ypač imlus energijai žemės ūkio produkcijos džiovinimas. Pakilus elektros energijos ir naftos produktų kainoms, džiovinimas aktyviąja ventiliacija su oro pašildymo įrengimais gerokai padidina produkcijos savikainą. Be džiovinimo neįmanoma apsieiti ruošiant vaistinius ir prieskoninius augalus, geros kokybės sėklas ir daug kitų produktų. Ypač tai aktua­lu nepalankiomis meteorologinėmis sąlygomis. Džiovinimui galima panaudoti saulės energiją.

Patobulinti oriniai saulės kolektoriai

Pastaruoju metu vis dažniau įrengiami oriniai saulės kolektoriai. Prieš keletą dešimtmečių Lietuva pirmavo saulės energijos panaudojimo srityje. Kolūkiuose ir ūkiuose buvo pastatyta nemažai daržinių su integruotais saulės kolektoriais šienui ir kitiems pašarams džiovinti pašildytu oru. Orinių kolektorių, palyginti su vandens šildymo kolektoriais, cirkuliaciją nėra sudėtinga išjungti. Plokščiuose vandens šildymo kolektoriuose, sustabdžius cirkuliaciją, temperatūra pakyla iki 170–190 oC, o vakuuminiuose net iki 245 oC. Esant tokiai temperatūrai, skystis iš kolektorinio kontūro dėl susidariusių jame garų išstumiamas į aplinką per apsauginį vožtuvą ir sistema nebeveikia.

Pirmųjų orinių kolektorių konstrukcija turėjo nemažai trūkumų, nes jiems gaminti nebuvo tinkamų medžiagų. Net specialiai sukurta armuota stiklo audiniu polietileno plėvelė neišsprendė ilgaamžiškumo problemos. Skaidri danga tarnaudavo vos 1–2 sezonus. Todėl buvo parengtas daržinės projektas su kieta skaidria plastiko danga, pradėtos gaminti atsparios konstrukcijos ir atskiri elementai. Įdiegus naujoves, kolektoriaus darbas tapo efektyvus.

Meteorologiniu požiūriu saulės energijos panaudojimas žemės ūkio produkcijai konservuoti turi neblogas energetines prielaidas. Didelis galimos konvertuoti energijos kiekis sutampa su džiovinimo procesams reikalingos energijos kiekiu. Prognozuojama, kad Lietuvoje žemės ūkio produkcijai džiovinti gali būti sunaudojama iki 3,0–3,5 PJ energijos per metus. Taikomos džiovinimo technologijos dažniausiai naudoja žemos temperatūros orą. Pašildymo temperatūra sudaro 3–10 oC. Taigi džiovinimas tokiu režimu energetiniu požiūriu yra efektyvus.

Kolektoriai be skaidrios dangos

Pagrindinė kolektoriaus sėkmingo diegimo sąlyga yra minimali kaina ir greitas atsipirkimo laikas. Paprasti savos gamybos kolektorių moduliai iš parankinių medžiagų geriau ar blogiau atlieka savo funkciją. Tačiau juos sunku pastatyti prie naujų pastatų ir sujungti su ventiliacinėmis sistemomis, pati konstrukcija neilgaamžė, dulkėmis užnešama skaidri danga vos ne per pusę sumažina konvertuojamos energijos kiekį.

Kaip alternatyva rekomenduojamas saulės kolektorius be skaidrios dangos. Konstrukcijos idėja paprasta. Plokščias perforuotos 0,5–1,0 cm storio skardos absorberis yra integruotas į pastato konstrukciją. Perforacijos angų plotas turi sudaryti 1–2 proc. viso dangos ploto. Įtekantis oro srautas optimaliai apgaubia absorberį ir mažina konvekcinius nuostolius. Jų forma neturi reikšmės, bet geriausiai pasiteisina absorberiai su ,,žaliuzi“ tipo angoms. Dėl tokios konstrukcijos į oro paskirstymo sistemą patenka mažiau vandens. Kolektoriaus absorberio pasvirimo kampas turi būti 30–40o ir orientuotas pietų kryptimi. Rekomenduojamas pučiamo oro kiekis 90–150 m3/val. 1 m2 absorberio ploto.

Suprantama, kad tokios konstrukcijos kolektorius nebus efektyvus, jei aplinkos temperatūra bus žema. Bet tai turi nedidelę įtaką kolektoriaus efektyvumui, nes žemės ūkio produkcija baigiama džiovinti rugsėjo mėnesį, kai aplinkos temperatūra gana aukšta, o ir džiovinama žemos temperatūros oru. Be to, didesnė energijos dalis pasiekia absorberį. Didžiausias tokio kolektoriaus naudingumo koeficientas optimaliomis sąlygomis siekia apie 40–45 proc. Saulėtą dieną konvertuojamos energijos kiekis sudaro apie 3 kWh/m2. Įrengtai 20 m2 sietinei džiovyklai reikia sumontuoti 80 m2 ploto kolektorių, o ventiliatorius turi užtikrinti iki 12 000 m3/val. pučiamo oro.

Kad temperatūra būtų aukštesnė

Aukštesnę pašildomo oro temperatūrą galima pasiekti tik naudojant kolektorius su skaidria danga. Tokios konstrukcijos kolektorius gamina Lenkijos firma „ATUT“. Jo konstrukcija analogiška vandens šildymo kolektoriams. Skiriasi tik absorberio konstrukcija – joje nėra skysčio tekėjimo kanalų. Skaidri danga pagaminta ne iš specialaus stiklo, o iš skaidraus polikarbonato. Standartinio modulio išoriniai matmenys 2 000 x 1 000 mm. Rekomenduojamas pučiamo oro kiekis tokiai konstrukcijai – apie 90 m3/val., o naudingumo koeficientas – 60–80 proc. Tokiu kolektoriumi galima apšildyti 20 m2 ploto patalpą. Komplektas, kurį sudaro vienas kolektorius, ventiliatorius ir valdiklis, kainuoja apie 2 100 litų.

Iš atskirų kolektorių galima sudaryti įvairaus dydžio ir paskirties baterijas. Pašildytas oras gali būti naudojamas žemės ūkio produktams džiovinti, patalpų šildymo ir ventiliavimo sistemose, šilumai grunte akumuliuoti ir darbui su šilumos siurbliais. Oras tokiuose kolektoriuose pašildomas iki didesnės temperatūros. Esant maksimaliai saulės energetinei apšvietai, temperatūra kolektoriaus oro išėjimo angose gali siekti 60–75 oC. Tokie rodikliai leidžia panaudoti kolektorių baterijas produkcijai džiovinti aukštoje temperatūroje. Dešimties standartinių kolektorių baterijos be ventiliatoriaus ir valdiklio kainuoja apie 10 000 litų.

Automatinam valdymui įdiegti galima naudoti ir specializuotus, ir universalius valdiklius. Ventiliatorius parenkamas pagal baterijos dydį ir aerodinaminius nuostolius, o jam valdyti verta naudoti dažnio keitiklį. Tai leis plačiose ribose keisti sistemos darbo režimą, optimaliai priderinant prie technologinio proceso parametrų. Kad džiovykla galėtų dirbti ir esant nepalankioms meteorologinėms sąlygoms, verta numatyti galimybę pašildyti orą iš kitų šaltinių. Pavyzdžiui, tam galima naudoti ir elektros energiją, bet ekonomiškiau deginti biomasę. Taip pat tinkami energijos šaltiniai nepalankiu oru – kietas kuras, biodyzelinas arba aliejus, biomasė.

Šilumos siurblių darbo principas

Daugelis ūkininkų pastatus šildo kietu kuru (malkomis, angliais, briketais). Kūrenami medienos granulėmis, kapojais katilai su automatinio kuro dozavimo įtaisais kaimuose mažai paplitę dėl du kartus didesnės kuro kainos, palyginti su malkomis ar anglimis. Be to, tokią šildymo sistemą reikia periodiškai prižiūrėti. Vienintele alternatyva visiškai automatizuotai šildymo sistemai, nereikalaujančiai pastovios priežiūros, kaime ir miesteliuose be centralizuoto dujų tiekimo išlieka šilumos siurbliai.

Šiluminio siurblio darbo principas analogiškas šaldytuvo darbui. Skirtumas tik toks, kad šaldytuvas pašalina šilumos perteklių, o šilumos siurblys transportuoja šilumą iš žemos temperatūros šaltinio į aukštos temperatūros kontūrą, kuriame temperatūra pasiekia 45–55 oC. Šilumai pernešti naudojama elektros energija. Priklausomai nuo žemos temperatūros šilumos šaltinio ir temperatūrų skirtumo tarp kontūrų, energijai transportuoti sunaudojama nuo 25 iki 50 proc. energijos. Kuo mažesnis temperatūrų skirtumas, tuo našiau dirba šilumos siurblys.

„Nibe“ firmos siurblių transformacijos koeficientas, kai 7 oC temperatūra iš pirminio šaltinio didinama iki 45 oC, sudaro 3,5, temperatūrai sumažėjus iki minus 7 oC, transformacijos koeficientas bus tik 2,2. Žemos temperatūros šaltiniu gali būti aplinkos oras, vandens telkiniai, bet pirmenybę reikėtų teikti grunto šilumai. Žemės paviršiaus link yra pastovus apie 50 mW/m2 energijos srautas. Tai nėra daug. Saulės energetinė apšvieta sudaro apie 1 300 W/m2, bet nedidelės galios objektams to pakanka.

Grunto kolektorių tipai

Grunto kolektoriai gali būti horizontalūs ir vertikalūs. Horizontalus kolektorius klojamas 1,2–2,0 m gylyje. Jį įrengti nėra brangu, tačiau tokioje sistemoje šiluminis siurblys žiemos metu dirbs neefektyviai, nes kolektoriaus zonoje temperatūra žiemos metu artima nuliui, o visiškai išnaudojant siurblio galią – net ir minusinė. Šiuo požiūriu vertikalūs kolektoriai turi didelį pranašumą, nes didžioji kolektoriaus dalis yra stabilios temperatūros zonoje, kurioje gana aukšta temperatūra.

Kolektorių sudaro 2–3 vertikalūs 70–100 m gręžiniai su cirkuliaciniais vamzdynais. Gruntuose su mažu šilumos laidumu didesnės galios sistemai įrengti gali prireikti ir ketvirtojo gręžinio. Jeigu gruntiniai vandenys yra negiliai, o grunto šilumos laidumas geras, galima rinktis horizontalų kolektorių. Svarbu ne tik instaliavimo gylis, bet ir atstumas tarp kolektoriaus vamzdžių. Jis turi būti ne mažesnis kaip 50 cm. Iš vieno metro kolektoriaus galima gauti 30–70 W galią. Pirminiame kontūre dažniausiai naudojamas ekologiškas neužšąlantis skystis, rečiau – druskos tirpalas.

Kiek galima gauti šilumos iš grunto kolektoriaus? Tokio tipo sistemų šiluminė galia gali siekti 50 kW ir daugiau. Apie trečdalis tiekiamos energijos paprastai imama iš elektros tinklo. Beveik visose sistemose su šilumos siurbliais maksimali temperatūra antriniame kontūre sudaro 50–55 oC, todėl vandenį galima pašildyti tik iki 45–50 oC. Taigi vandeniui pašildyti ir sistemai periodiškai pakaitinti iki 65–75 oC teks naudoti elektros energiją. Kraštutiniais atvejais energijos trūkumui kompensuoti reikės naudoti elektros arba kitų šaltinių energiją.

Siurbliui intensyviai dirbant, gruntas prie vamzdžių gali būti atšaldytas iki žemesnės už 0 oC temperatūros. Nors tai nepablogina šilumos pernešimo grunte, tačiau labai sumažėja šilumos siurblio efektyvumas. Grunto atšaldymo efektas mažesnis, kai šilumos siurblys dirba ciklais, nes pauzių metu gruntas atšyla. Įjungiant siurblį naktį, kai elektros energijos tarifas mažesnis, sistema veikia ekonomiškiau, tačiau tokiu atveju reikia sumontuoti akumuliacinę talpyklą. Joje galima akumuliuoti šilumą ir iš kitų šaltinių – saulės kolektorių, kieto kuro katilo. Grunto kolektoriaus perkrovimas nesudaro didelių problemų, bet sistemą reikia eksploatuoti tokiu režimu, kad šilumos siur­blio transformavimo koeficientas būtų kuo didesnis.

Žemos temperatūros šaltiniu gali būti vanduo. Tiesioginis vandens tiekimas į šilumos siurblio garintuvą nesukelia problemų, tik esant mažai mineralizuotam vandeniui. Priešingu atveju garintuvo šilumokaityje kaupiasi karbonatai. Sistemą reikia periodiškai plauti. Nepatartina naudoti nefiltruoto vandens iš atvirų vandens telkinių.

Eksploatuojant tokią sistemą, reikia kontroliuoti ištekančio iš šilumos siurblio vandens temperatūrą. Esant nepakankamam vandens debitui ir dideliam energijos poreikiui, gali užšalti pirminis sistemos kontūras. Minėtų trūkumų neturi uždaros sistemos su tarpiniu šilumos nešikliu. Tarpiniame kontūre cirkuliuoja neužšąlantis skystis. Žemos temperatūros kolektorius įrengiamas tokiu pat principu, kaip ir imant šilumą iš grunto. Tokiose sistemose taip pat ribojama šilumos nešiklio temperatūra, kad nesusidarytų ledas ar kontūras neužšaltų.

Pasiteisina naujuose namuose

Geoterminio šildymo sistemos kaina gana didelė. Priklausomai nuo konstrukcijos ir šiluminės galios, ji siekia nuo 35 iki 55 tūkst. litų. Kokiomis sąlygomis vertėtų įrengti sistemą su šilumos siurbliais? Pirmiausia, ji turėtų būti įrengiama naujos statybos ir kompleksiškai renovuotuose namuose su gera atitvarinių konstrukcijų šilumos izoliacija. Paprastai juose įrengiamos žemos temperatūros šildymo sistemos (šildomos grindys) su šilumos akumuliatoriais, kurios gerai dera su šilumos siurbliais. Tokiam  statiniui šildyti nereikia didelės galios.

Namuose su dideliu energijos poreikiu ir nerenovuota šildymo sistema šiluminiai siurbliai nepateisins lūkesčių. Šilumos siurb­lius verta įrengti, jei reikalinga autonominė, nereikalaujanti priežiūros ir saugi šildymo sistema. Firmos, įrengiančios tokias sistemas, turi sukaupusios duomenų bazes ir parengusios skaičiavimo metodikas, kurios paremtos eksploatavimo patirtimi ir vietos grunto geologinėmis savybėmis. Jei kyla abejonių, atliekami papildomi grunto tyrimai. Todėl įrengiamos sistemos parenkamos gana optimaliai ir projektui koreguoti didelės laisvės nebelieka.

Praktiškai kaštus galima mažinti tik renkantis pigesnį gruntinį kolektorių. Vieno metro vertikalaus kolektoriaus įrengimo kaina siekia apie 100 litų. Galima įrengti mažesnį ir pigesnį gruntinį kolektorių, tačiau esant dideliam šilumos poreikiui, bus intensyviai atšaldomas gruntas kolektoriaus zonoje ir sumažės šilumos siurblio efektyvumas, imant energiją iš žemesnės temperatūros kontūro. Parinkę mažos galios pigesnį siurblį, neturėsime galimybės efektyviai išnaudoti naktinį elektros energijos tarifą ir akumuliuoti šilumą, o trūkstamą energiją teks imti iš tradicinių ir brangių energijos šaltinių. Ekonominiu požiūriu racionalu parinkti mažesnės galios šilumos siurblį ir grunto kolektorių, o energijos poreikį kraštutiniais atvejais žiemą patenkinti, deginant biomasę.

Kokie tokios sistemos eksploatavimo kaštai? Pagrindinė kaštų dalis – tai elektros energijos kaina. Per šildymo sezoną 150–200 m2 bendro ploto renovuotam gyvenamajam namui apšildyti su 12,5 kW galios QUANTUM šilumos siurbliu reikalinga elektros energija kainuoja apie 2 000–2 200 litų, kai taikoma kelių atsis­kaitymo už elektros energiją sistema. Šildant tokį namą kietu kuru šildymui per sezoną sunaudojama 3–4 mašinos malkų. Pabrangus kietajam kurui, elektros energijos kaštai yra net mažesni. Moderniems katilams reikalingų kokybiškų malkų ir briketų kainoms augant, šilumos siurblių panaudojimas tampa patrauklia alternatyva.

Views All Time
Views All Time
1467
Views Today
Views Today
2
0 0