першановинистаттізахідцентрвостокпівденькримфорум пошукконтакти  

Вячеслав Хаврусь, Андрій Трипольський: Заходи для пом’якшення впливу майбутньої енергетичної кризи

додано: 25-04-2007 // // URL: http://maidan.org.ua/static/mai/1177526220.html
Версія до друку // Редагувати // Стерти

УкраїнаДовкілля

Подаємо несуттєво розширену версію статті, направлену для публікації в збірнику конференції “Нетрадиційні і поновлювані джерела енергії як альтернативні первинним джерелам енергії в регіоні”, що відбулася у Львові 4-5 квітня 2007р.


Першочергові заходи для пом’якшення впливу майбутньої енергетичної кризи на громадян України

Вступ
Розвиток людської цивілізації разом зі зростаючими темпами виробництва призвів планету до стану, коли кількість запасів багатьох корисних копалин менша тої, що вже спожито [1]. Останній тривожний сигнал про майбутнє планети надійшов 9 жовтня 2006 року, коли дослідницький центр США Global Footprint Network установив факт "екологічного дебіту", тобто мешканці Землі споживають більше ресурсів, ніж планета в стані виробити [2]. За деякими оцінками [1], до 2020 року буде видобута вся наявна на планеті нафта, до середини нинішнього століття очікується вичерпання природного газу, і лиш запасів вугілля вистачить на понад 100 років. Перші ознаки нафтової кризи вже проявляються сьогодні, про що свідчить різке зростання ціни на сиру нафту з рівня не вище 30$/барель в 2003 році до 60-70 $/барель на сьогоднішній час [3]. Очевидно, що в умовах зростання цін на паливо, в першу чергу і найбільше постраждають найбідніші країни, до яких слід віднести і Україну [4].

Крім економічних аспектів майбутньої паливної кризи слід розглядати також набагато більш суттєві екологічні проблеми, викликані спалюванням вуглецьвмісних природних копалин. Внаслідок накопичення в атмосфері вуглекислого газу відбувається поглиблення парникового ефекту на планеті, свідченням чого є аномально теплі зими останніх років. Фактично, спалюючи накопичену протягом сотень мільйонів років органічну сировину, людство повертає планету до стану, в якому вона була на момент зародження життя на Землі.

Виходячи з неминучості енергетичної кризи в найближчі кілька десятків років, та викликаного нею поглиблення екологічних та економічних проблем, вже сьогодні необхідно впроваджувати відповідні рішення як на державному рівні, так і в приватному секторі. В цій статті у відповідних розділах розглянуті деякі практичні шляхи, які варто почати застосовувати на території України. На думку авторів, це дозволить в перспективі послабити залежність України від імпортованих енергетичних ресурсів, покращити екологію та сприяти розвитку малого бізнесу в глибинці України. Частина з запропонованих заходів може бути впроваджена лише в індивідуальних господарствах через потребу в достатніх площах. Крім того, автори статті майже не торкаються потреби утеплення приміщень шляхом застосування нових підходів та матеріалів, що є темою окремого дослідження.

Пасивний сонячний обігрів приміщень
Енергія Сонця є джерелом життя на нашій планеті. Сонце нагріває атмосферу та поверхню Землі. Поза атмосферою планети на кожен 1 м2 поверхні, перпендикулярно орієнтованої до напрямку променів Сонця, припадає близько 1366 Вт електромагнітного випромінювання. Реальне значення на поверхні планети залежить від шляху, пройденого сонячними променями в атмосфері та кута нахилу поверхні, де відбувається поглинання енергії, до напрямку до Сонця. В сонячний зимовий день внаслідок проходження великої товщі атмосфери це значення не перевищує 500-600 Вт, влітку ж завдяки значно коротшому шляху воно може сягати 1 кВт [3].

Значення потоку енергії, який припадає на одиницю поверхні, залежить від кута q між нею та напрямком розповсюдження сонячних променів:

F = Fмахsinq . . . . . . . . . . . . . . (1),


звідки випливає, що при зменшенні кута q від 90o до 0o потік зменшуватиметься від максимального значення Fмах до нуля. Кут q періодично змінюється як внаслідок постійного обертання Землі довкола власної осі, так і довкола Сонця. Вісь власного обертання Землі постійно нахилена до нормалі площини обертання Землі довкола Сонця під кутом a=23o27'. Як наслідок, в певному положенні північний полюс Землі максимально нахилений до Сонця, де спостерігається літнє сонцестояння, в той час як південний – максимально віддалений від нього. Через півроку ситуація змінюється на протилежну з настанням в північній півулі зимового сонцестояння. Відповідні дані наведені на Рис.1. Аналіз кута між горизонтальною поверхнею та напрямком поширення променів Сонця в зеніті в моменти літнього та зимового сонцестояння показує, що він залежить від географічної широти j місцевості, яка розглядається. З аналізу даних Рис.1 випливає, що найнижча висота Сонця в зеніті над горизонтальною поверхнею на широті j складає 90о-j-a для зимового сонцестояння, а найвища – 90о-j+a для літнього сонцестояння.

Рис.1 (Повнорозмірний рисунок див. тут) Залежність кута між горизонтальною площиною на поверхні Землі на широті j та напрямком до Сонця в зеніті від пори року: зліва – літнє сонцестояння, праворуч – зимове сонцестояння. a - кут між віссю власного обертання Землі та нормаллю до площини її обертання довкола Сонця; зелена лінія - слід від горизонтальної площини на широті j; червона безперервна лінія - екватор Землі; a - кут між віссю власного обертання Землі та нормаллю до площини її обертання довкола Сонця.


Територія України розташована в поясі широт 44-52о, м.Львів – на широті поблизу 50о (точне значення 49о49'). Відповідно, для Львова висота Сонця в зеніті складає близько 17о під час зимового сонцестояння та 64о – літнього. При незмінному Fмах в (1) це відповідає приблизно потрійному перевищенню потоку тепла опівдні в момент літнього сонцестояння порівняно з зимовим. В зв’язку з цим постає задача максималізації споживання тепла природного освітлення в зимову пору року, коли надходження тепла від Сонця мінімальне.

Найпростіший в конструктивному вирішенні шлях до цього – розташувати освітлену променями Сонця поверхню вертикально по напрямку схід-захід. В цьому випадку кут між нею та напрямком до Сонця в зеніті складатиме j+a (для Львова – 73о) для зимового сонцестояння та j-a (для Львова – 26о) – літнього. Одержані значення кутів вказують на те, що взимку в сонячний день з відповідним чином розташованої вертикальної поверхні теоретично можна одержувати потужність в понад ніж 3 рази вищу, ніж з горизонтальної.

Наведені вище оціночні розрахунки підтверджують доцільність орієнтації будинків до півдня, що широко застосовувалось в будівництві приватного житла в Україні до початку 20-го століття. Проведені нами спостереження вказують на те, що переважна більшість «теплих хат» на території України до часів індустріалізації будувалася з врахуванням наступних вимог, які забезпечували максимальне споживання сонячного тепла в зимовий час:
1. Будинок розташовували довгою стороною по напрямку схід-захід;
2. Більшість вікон в будинках розташовували з південного боку, невелику кількість по напрямкам на схід та захід, з північного боку кількість вікон була мінімальна або вони взагалі були відсутні. Такий підхід забезпечував додатковий обігрів приміщень в зимовий час через південні вікна та мінімальну втрату тепла через відсутність вікон з півночі;
3. Для багатьох будинків минулого є традиційною наявність піддашку – суттєвого виносу даху з південного боку. Це дозволяло в зимовий час утруднити розсіювання тепла з південної стіни будинку внаслідок конвекції і цим самим зберегти тепло всередині приміщення. Влітку така конструкція забезпечувала прохолоду в приміщенні внаслідок затінення піддашком південної стіни будинку. Відповідні дані наведені на рис.2.








Рис.2 Застосування піддашків, характерних для українського будівництва минулих століть, як компонентів енергозбереження одноповерхових приватних будинків. Ліворуч: схема будинку з піддашком вздовж довшої частини будинку, орієнтованої на південь. Праворуч (рис. взято з [5]): Хата в Новосанжарському районі Полтавської обл.


Слід зауважити, що наведені вище вимоги на даний час забуті та практично не враховуються в сучасному приватному будівництві, а тепловий обігрів приміщень здійснюється лише за рахунок спалювання вуглецьвмісних природних копалин.

Крім відповідної орієнтації будинків для споживання сонячного тепла через вікна будинків, варто розглянути його споживання відповідними пристроями на стінах між вікнами. Широко відомим таким пристроєм є стіна Тромба, в якій сонячна радіація поглинається вертикальною, оберненою на південь бетонною стіною під склом. Тепле повітря, розташоване між ними, надходить через отвори в житлове приміщення та розподіляється шляхом природної конвекції. Однак, недоліком такої стіни є те, що в морозні дні система матиме високі втрати через скло, яке контактує з теплим повітрям, а також існує можливість охолодження приміщення в нічний час внаслідок зворотного потоку повітря. З метою запобігання таким втратам нами пропонується модифікація стіни Тромба, відповідні дані наведені на Рис.3. Головною відмінністю нашої схеми є наявність в прошарку між стіною 1 та склом 4 пофарбованої в чорний колір металевої пластини 3 з термопарою 5, підключеною до системи регулювання 6. Під час поглинання сонячного випромінювання відбувається нагрів металевої пластини 3, температура якої визначається термопарою 5. При досягненні певної температури, регулятор вмикає вентилятор 7 для обдування пластини 3 холодним повітрям, розташованим внизу приміщення. Прогріте повітря надходить через верхній циліндричний отвір 2, розташований вгорі стіни. Коли температура пластини падає нижче заданої, вентилятор 7 відключається та потік повітря з приміщення припиняється. Для зниження втрат через теплове випромінювання в конструкції, як і вікнах будинку, варто передбачити використання селективного скла 4, яке є прозорим для сонячного випромінювання в одному напрямку та непрозорим для теплового в зворотному.



Рис. 3 Принципова технологічна схема автоматичного регулювання пасивної системи сонячного опалення (на основі стіни Тромба): 1 - масивна стіна приміщення; 2 – циліндричний отвір в стіні; 3 – світлопоглинаюча металева пластина; 4 – скло; 5 – термопара для визначення температури металевої поверхні; 6 – терморегулятор; 7 – вентилятор для нагнітання повітря з приміщення в простір між металевою пластиною та стіною приміщення; 8 – з’єднувальні дроти.



Перевагою такої системи є відсутність контакту нагрітого від металевої поверхні 3 повітря зі склом 4, що знижує втрати тепла, а також наявність додаткового утеплення стіни будинку елементами схеми. Зауважимо, що пасивний сонячний обігрів приміщень може бути лише суттєвим доповненням до традиційних способів опалення, а не їх заміною.

Вітрова енергетика та індивідуальні біогазові установки
Аналіз наявних в Україні пропозицій вітрових систем для приватного споживача вказує на слабкий розвиток ринку та високі ціни. Вартість типової установки потужністю 1-1.5 кВт, які можна одержати лише при номінальній потужності вітру (10 м/с), складає 2-3 тис. євро. При цьому вартість генератора з орієнтовним строком служби 20 років складає близько половини вартості установки, інша ж частину вартості припадає на конвертер та акумулятори. Строк служби акумуляторів не перевищує 3-4 роки, що робить вироблену таким шляхом електроенергію невигідною принаймні до здешевлення установки вдвічі.

Для широкого застосування вітроустановок в приватних господарствах пропонуємо наступні заходи:
1. Налагодження виробництва та випуску вітроустановок на основі існуючих сьогодні зразків без конвертерів та акумуляторів. Одержана «брудна» електроенергія має бути спрямована безпосередньо на спеціально розроблені електричні обігрівачі всередині приміщень, які є основними споживачами згенерованої енергії. Непостійність подачі електроенергії внаслідок зміни шивдкості вітру буде компенсуватися тепловою інерційністю приміщення;
2. За потреби, запропонований в попередньому пункті підхід можна модифікувати, спрямовуючи надлишок електроенергії на електроліз водного розчину з метою одержання водню. Одержаний водень має зберігатися в газгольдері об’ємом кілька кубометрів та дозволяє одержувати з кожного 1 м3 газу близько 3 кВт-год тепла як для приготування їжі, так і для обігріву приміщень паливними комірками при безвітряній погоді. Цей же газгольдер також можна використовувати для накопичення біогазу, одержаного в біогазовій установці шляхом метанового зброжування органічних залишків приватного господapства. Такий підхід передбачає дотримання відповідних заходів безпеки при роботі з займистими газами.

Розв’язання транспортних проблем шляхом розвитку велосипедного сполучення
Автомобільний транспорт є великим споживачем рідкого палива та відповідно першорядним забруднювачем навколишнього середовища у великих містах. З настанням енергетичної кризи виникне проблема пересування громадян всередині міст. Тому в ході планування та будівництва нових районів, а також реконструкції існуючих, треба передбачити створення розвиненої мережі велосипедних доріжок та стоянок для велосипедів, подібно до того, як це робиться в Німеччині. Це дозволить одночасно вирішити кілька проблем: покращення екологічної ситуації, зниження навантаження на громадський транспорт, зменшення кількості автомобілів на дорогах, тощо.

Відновлення лісів
В умовах скорочення сільськогосподарського виробництва в Україні вивільнюються великі площі, придатні для насадження лісів з метою заміщення деревиною через 20-30 років імпортованих джерел енергії. Такий підхід поруч з відсутністю затрат на щорічну обробку ораних земель має кілька суттєвих переваг для майбутнього України:
1. Деревину можна використовувати не лише шляхом спалювання для обігріву приміщень, а і як хімічну сировину, в тому числі для синтезу рідкого палива;
2. Деревина є якісним екологічно чистим будівельним матеріалом;
3. В лісових зонах можна очікувати суттєвого покращення екологічної ситуації, додатковою перевагою чого може стати розвиток «зеленого туризму».

Впровадження навчального курсу «Відновлювана енергетика»
Зазначені вище заходи, хоч і є доволі простими, але вони мають бути відомі та почати використовуватись великою кількістю людей. Саме тому слід впровадити для викладання в школі курс «Відновлювана енергетика». За основу такого курсу можна взяти матеріали дистанційного навчання DIERET [3]. Технології Інтернет відкривають широкий доступ до матеріалів, виданих наприкінці минулого століття, актуальність застосування яких щодня зростає [3, 6-10].
Перелік посилань
1. О.В.Крылов Ограниченность ресурсов как причина предстоящего кризиса // Вестник Российской Академии наук, том 70, № 2, 2000 г., с. 136-146. Адреса в Інтернеті - http://vivovoco.rsl.ru/VV/JOURNAL/VRAN/ALERT.HTM
2. Див. напр. повідомлення Майдан-ІНФОРМ "Планета Земля впевнено крокує до самознищення". Постійна адреса в Інтернеті - http://maidan.org.ua/static/news/2006/1161796047.html
3. Emil Bedi, Gunnar Boye Olesen, and Raymond Myles DIERET (Distant Internet Education on Renewable Energy Ttchnologies). Адреса в Інтернеті - http://www.inforse.org/europe/dieret/ Російською мовою курс доступний на наступній адресі: http://www.ecomuseum.kz/dieret/dieret.html
4. Див. напр. повідомлення Майдан-ІНФОРМ "Блер закликав до термінових заходів проти потепління". Постійна адреса в Інтернеті - http://maidan.org.ua/static/news/2006/1162247586.html
5. В.П.Самойлович Українське народне житло (кінець ХІХ - початок ХХ ст.).- К.: Наукова думка, 1972.- 24 с. Адреса в Інтернеті - http://www.hllab.dp.ua/Store/texts/jitlo/bud.htm
6. П.Р.Сабади Солнечный дом: Пер. с англ. Н.Б.Гладковой - М.:Стойиздат, 1981.- 114 с.
7. Я.И.Шефтер Использование энергии ветра. - М.:Энергоатомиздат, 1983.- 200 с.
8. Под ред. Э.В.Сарнацкого, С.А.Чистовича Системы солнечного тепло- и хладоснабжения.- М.: Стройиздат, 1990.- 324 с.
9. В.Д.Левенберг Энергетические установки без топлива.- Л.: Судостроение, 1987.- 104 с.
10. Н.В.Харченко Индивидуальные солнечные установки.- М.: Энергоатомиздат, 1991.-208 с.

Обговорити цю статтю у форумі

додано: 25-04-2007 // URL: http://maidan.org.ua/static/mai/1177526220.html
Версія до друку // Редагувати // Стерти

Увага!!! Сайт "Майдан" надає всім, хто згадується у розділі "Статті", можливість розмістити свій коментар чи спростування, за умови належного підтвердження особи. Будь ласка, пишіть нам на news@maidanua.org і вказуйте гіперлінк (URL) статті, на яку ви посилаєтся.

Шукати слова в статтях:
++ Розширений пошук


Google Custom Search
  Ваша участь :
Ви теж можете додавати новини на "Майдан"! Читайте як!
Слідкуйте за нами
на Twitter
Найкраще з Майдану
на Facebook
  ПРЯМА ДІЯ :
Назви ім'я - нехай свіча не згасне
Захисти Україну! Зупини законопроект про мови
Збираємо докази спотворення волевиявлення!
  Опитування :
“Чим є для Вас право знати?”

Переглянути результати >>>

  ОСТАННІ НОВИНИ :
[18-08-2011 15:22]
Жителям Шевченківського мікрорайону нема чим дихати. СЕСи потурають.
[16-08-2011 14:50]
Возле университета внутренних дел горит свалка
[15-08-2011 15:59]
Ю.Оршанский: земли, на которых был создан Старосалтовский питомник, были взяты в аренду абсолютно законно
[14-08-2011 20:55]
Український католицький університет: Звернення щодо політичної ситуації в Україні
[14-08-2011 13:36]
14 серпня - свято Маковія або медово-маковий Спас
[14-08-2011 11:14]
Крок до дитячої книжкової мрії
[13-08-2011 16:24]
Жодного Пшонки не постраждало
  Цікавинки від RedTram:
Завантаження ...
  ЦІКАВИНКИ :
Завантаження ...


Українська банерна мережа

(Copyleft) maidan.org.ua, 2001-2010
!!! Копілефт передбачає вільне розповсюдження із збереженням автури !!!
сайт розповсюджується згідно з ліцензією GNU для документації
(поки не зовсім повний) переклад ліцензії українською