Введение
Применение возобновляемой энергии. Возобновляемое тепло – это применение возобновляемой энергии, относящееся к производству тепла из возобновляемых источников; например, подача тепла в радиаторы с помощью воды, нагретой концентрированным солнечным излучением, а не котлом, работающим на ископаемом топливе. Технологии возобновляемого теплоснабжения включают возобновляемые виды биотоплива, солнечное отопление, геотермальное отопление, тепловые насосы и теплообменники. Изоляция почти всегда является важным фактором при внедрении возобновляемого теплоснабжения. Во многих странах с холодным климатом потребление энергии на отопление выше, чем на электроснабжение. Например, в 2005 году в Соединенном Королевстве было потреблено 354 ТВтч электроэнергии, но потребность в тепле составила 907 ТВтч, большая часть которой (81%) удовлетворялась за счет газа. Только в жилищном секторе было потреблено 550 ТВтч энергии на отопление, в основном полученной из метана. Почти половина конечной энергии, потребляемой в Великобритании (49%), приходилась на тепло, из которого 70% использовалось в домохозяйствах, коммерческих и общественных зданиях. Домохозяйства использовали тепло главным образом для отопления помещений (69%). Относительная конкурентоспособность возобновляемой электроэнергии и возобновляемого тепла зависит от энергетической и экологической политики страны. В некоторых странах развитие возобновляемого теплоснабжения сдерживается субсидиями на тепло, производимое из ископаемого топлива. В странах, таких как Швеция, Дания и Финляндия, где государственное вмешательство было максимально приближено к технологически нейтральной оценке выбросов углерода (то есть к углеродным и энергетическим налогам), возобновляемое тепло сыграло ведущую роль в значительном вкладе возобновляемых источников энергии в конечное потребление энергии. В странах, таких как Германия, Испания, США и Великобритания, где уровень государственной поддержки различных технологий, областей применения и масштабов различается, вклад возобновляемого тепла и возобновляемой электроэнергии зависел от уровня поддержки и в целом привел к меньшему вкладу возобновляемых источников энергии в конечное потребление энергии.
Renewable heat is an application of renewable energy referring to the generation of heat from renewable sources; for example, feeding radiators with water warmed by focused solar radiation rather than by a fossil fuel boiler. Renewable heat technologies include renewable biofuels, solar heating, geothermal heating, heat pumps and heat exchangers. Insulation is almost always an important factor in how renewable heating is implemented. Many colder countries consume more energy for heating than for supplying electricity. For example, in 2005 the United Kingdom consumed 354 TWh of electric power, but had a heat requirement of 907 TWh, the majority of which (81%) was met using gas. The residential sector alone consumed 550 TWh of energy for heating, mainly derived from methane. Almost half of the final energy consumed in the UK (49%) was in the form of heat, of which 70% was used by households and in commercial and public buildings. Households used heat mainly for space heating (69%). The relative competitiveness of renewable electricity and renewable heat depends on a nation's approach to energy and environment policy. In some countries renewable heat is hindered by subsidies for fossil fuelled heat. In those countries, such as Sweden, Denmark and Finland, where government intervention has been closest to a technology neutral form of carbon valuation (i. e. carbon and energy taxes), renewable heat has played the leading role in a very substantial renewable contribution to final energy consumption. In those countries, such as Germany, Spain, the US, and the UK, where government intervention has been set at different levels for different technologies, uses and scales, the contributions of renewable heat and renewable electricity technologies have depended on the relative levels of support, and have resulted generally in a lower renewable contribution to final energy consumption.
Солнечный отопление
Солнечное отопление – это стиль строительства зданий, использующий энергию летнего или зимнего солнечного света для экономичного обеспечения первичным или дополнительным теплом. Тепло может использоваться как для отопления помещений (см. солнечное воздушное отопление), так и для нагрева воды (см. солнечные водонагреватели). Проектирование систем солнечного отопления делится на две группы:
Пассивное солнечное отопление опирается на конструкцию и архитектуру здания для сбора тепла. При проектировании пассивного солнечного здания также необходимо учитывать аккумулирование и распределение тепла, которое может осуществляться пассивно, либо с использованием воздуховодов для активной подачи тепла к фундаменту здания для хранения. В одном из таких проектов было зафиксировано повышение температуры в доме до 24 °C (75 °F) в частично солнечный зимний день (7 °C или 19 °F), и утверждается, что система пассивно обеспечивает большую часть отопления здания. Стоимость дома составила 125 долларов за квадратный фут (или 370 м² по цене 1351 доллар за м²), что сопоставимо со стоимостью традиционного нового дома. Активное солнечное отопление использует насосы для перемещения воздуха или жидкости от солнечного коллектора в здание или зону хранения. Приложения, такие как солнечное воздушное отопление и солнечные водонагреватели, обычно улавливают солнечное тепло в панелях, которые затем могут использоваться для отопления помещений и дополнительного нагрева воды для бытовых нужд. В отличие от фотоэлектрических панелей, предназначенных для выработки электроэнергии, солнечные панели для отопления менее дорогие и улавливают значительно большую долю солнечной энергии. Системы солнечного отопления обычно требуют небольшой дополнительной резервной системы отопления, как традиционной, так и возобновляемой.
Passive solar heating relies on the design and structure of the house to collect heat. Passive solar building design must also consider the storage and distribution of heat, which may be accomplished passively, or use air ducting to draw heat actively to the foundation of the building for storage. One such design was measured lifting the temperature of a house to 24 °C (75 °F) on a partially sunny winter day ( 7 °C or 19 °F), and it is claimed that the system provides passively for the bulk of the building's heating. The home cost $125 per square foot (or 370 m2 at $1,351/m2), similar to the cost of a traditional new home. Active solar heating uses pumps to move air or a liquid from the solar collector into the building or storage area. Applications such as solar air heating and solar water heating typically capture solar heat in panels which can then be used for applications such as space heating and supplementation of residential water heaters. In contrast to photovoltaic panels, which are used to generate electricity, solar heating panels are less expensive and capture a much higher proportion of the sun's energy. Solar heating systems usually require a small supplementary backup heating system, either conventional or renewable.
Геотермальное отопление
Геотермальная энергия извлекается путем бурения водяных или паровых скважин, в процессе, аналогичном бурению нефтяных скважин. Геотермальная энергия – это огромный, недостаточно используемый ресурс тепла и мощности, который является экологически чистым (выделяет мало или совсем не выделяет парниковых газов), надежным (средняя доступность системы составляет 95%) и местным (снижая зависимость населения от нефти). Земля поглощает солнечную энергию и сохраняет ее в виде тепла в океанах и под землей. Температура грунта остается относительно постоянной на определенной глубине в течение года, в зависимости от географического местоположения. Геотермальная система отопления использует эту постоянную температуру, находящуюся под поверхностью Земли, для обогрева и охлаждения зданий. Система состоит из сети труб, проложенных под землей и соединенных с трубами внутри здания. Насос обеспечивает циркуляцию жидкости по контуру. Зимой жидкость в трубах поглощает тепло земли и передает его для обогрева здания. Летом жидкость поглощает тепло из здания и отдает его земле.
Тепловые насосы
Тепловые насосы используют энергию для перемещения тепла из одного места в другое и могут применяться как для отопления, так и для охлаждения. Несмотря на значительные капитальные затраты, тепловые насосы экономичны в эксплуатации и могут питаться от возобновляемой электроэнергии. Два распространенных типа тепловых насосов – воздушные тепловые насосы (ASHP) и геотермальные тепловые насосы (GSHP) – различаются источником тепла: воздухом или землей соответственно. Воздушные тепловые насосы теряют эффективность при температуре наружного воздуха ниже примерно 15 °C, в то время как геотермальные тепловые насосы на это не реагируют. Эффективность теплового насоса измеряется коэффициентом преобразования (CoP): на каждую единицу потребляемой электроэнергии воздушный тепловой насос производит от 2,5 до 3 единиц тепла (то есть его CoP составляет от 2,5 до 3), а геотермальный – от 3 до 3,5 единиц тепла. При текущих ценах на топливо в Великобритании, при CoP 3–4, геотермальный тепловой насос иногда оказывается более экономичным способом отопления, чем электрическое, мазутное или твердотопливное отопление. Тепловые насосы могут быть подключены к системам межсезонного аккумулирования тепловой энергии (горячей или холодной), что позволяет удвоить CoP с 4 до 8 за счет извлечения тепла из более теплых слоев грунта.
Межсезонная теплопередача
Тепловой насос с межсезонной передачей тепла объединяет активный сбор солнечной энергии для хранения избыточного летнего тепла в теплоаккумуляторах с геотермальными тепловыми насосами для извлечения этого тепла для отопления помещений зимой. Это снижает требуемый "подъем" теплоносителя и удваивает коэффициент преобразования (COP) теплового насоса, поскольку насос начинает работу с теплом из теплоаккумулятора вместо холода из грунта.
Древесные пеллеты
Древесные пеллеты и другие типы систем отопления на древесине добились наибольшего успеха в отоплении помещений, не подключенных к газовой сети, которые ранее обычно отапливались мазутом или углем. Твердое древесное топливо требует значительного места для хранения, а специализированные системы отопления могут быть дорогостоящими (однако во многих европейских странах существуют программы грантов для компенсации этих капитальных затрат). Низкая стоимость топлива позволяет системам отопления на древесине в Европе часто окупаться менее чем за 3–5 лет. Из-за необходимости большого объема хранения топлива древесное топливо может быть менее привлекательным для использования в городских жилых домах или в помещениях, подключенных к газовой сети (хотя растущие цены на газ и нестабильность поставок делают древесное топливо все более конкурентоспособным). Также растет обеспокоенность по поводу загрязнения воздуха от отопления древесиной по сравнению с отоплением нефтью или газом, особенно мелкими частицами.
Возобновляемый природный газ
Возобновляемый природный газ определяется как газ, полученный из биомассы и доведенный до качества, сопоставимого с природным газом. Доведение качества до уровня природного газа позволяет транспортировать его потребителям по существующей газораспределительной сети. Согласно Нидерландскому центру энергетических исследований, возобновляемый природный газ является "более экономичным, чем альтернативные варианты использования биомассы в когенерационных установках или локальных котельных". Снижение удельных затрат на энергию достигается за счет "выгодного масштаба и времени работы", а капитальные затраты конечных потребителей исключаются благодаря распределению по существующей газовой сети.
Восстановление тепла от сточных вод
Можно извлечь значительное количество тепла из отработанной горячей воды с помощью рециркуляции тепла горячей воды. Основные потребители горячей воды – раковины, душевые кабины, ванны, посудомоечные и стиральные машины. В среднем, 30% горячего водоснабжения в доме используется для принятия душа. Температура поступающей холодной воды обычно значительно ниже температуры отработанной воды после душа. Недорогой теплообменник позволяет восстановить в среднем 40% тепла, которое в противном случае было бы потеряно, нагревая поступающую холодную воду теплом отработанной воды.
Вентиляция с рекуперацией тепла
Вентиляция с рекуперацией тепла (HRV) – это система рекуперации энергии, использующая два источника воздуха с разной температурой. За счет возврата тепла из вытяжного воздуха, приточный воздух предварительно подогревается перед подачей в систему кондиционирования.