Екологічне енергозаощадження

Поза всяким сумнівом, природні ізоляційні матеріали дешевші і кращі від синтетичних чи мінеральних. Їхнє використання дозволяє нам гармонізувати проживання у своїй енергетичній та екологічній ніші. При умові використання здорової та збалансованої їжі можливо відновити природний генофонд майбутніх поколінь.

Нижче ми зупинимося на використанні кількох знакових матеріалів, котрі впродовж тисячоліть є супутниками людини. Це глина, дерево, житня солома, льон, конопля, очерет, пісок, земля.

1. Глина. Це універсальний матеріал, перелік засосування якого дуже розлогий:

  • Будівельні конструкції і системи опалення (печі, каміни)
  • Посуд і предмети вжитку
  • Лікувальні препарати
  • Фарби

Наприклад, глина у комбінації з житньою соломою, піском і землею утворює так звані саманні дихаючі структури, які виводять з будинку надлишок водяної пари. В результаті відносна вологість повітря всередині будинку автоматично підтримується на рівні 40-60%, оптимальному для перебування людини. Глиняна фарба екологічна та поглинає з повітря будинку небажані токсини. Тонкі енергії глиняного будинку енергетизують поле людини та коректують його.

2. Вапно. Воно теж застосовується в різних будівельних структурах. Суміш вапна і костриці коноплі (льону) використовується як теплоізоляція або ж наповнювач стін каркасного будинку. Структура вапно-костриця теж дихає. Двоокис вуглецю, що відходить з будинку разом з водяною парою, сприяє перетворенню вапна у вапняк, що з часом підсилює механічну міцність стінових конструкцій. Суміш вапна і глини теж використовується як штукатурка будинку. В цьому разі вона захищає саман від намокання.    

 3. Дерево. Волокнисті плити, виговлені по спеціальних технологіях, є прекрасними теплоізоляторами. До того ж, це теплонакопичуючі структури. 

Визначальною рисою описаних вище структур на основі глини, вапна і дерева є їх високий енергетичний потенціал. Мається на увазі їхня здатність до накопичення теплової енергії. В залежності від температури повітря в будинку підлогові чи стінові структури можуть поглинути чи віддати зайве тепло. Тобто температура повітря всередині будинку регулюється без застосування систем автоматизованого керування. Підраховано, що лише завдяки цьому можна річно заощаджувати до 25% теплової енергії. Але це ще не все. Як відомо, добові зовнішні температури повітря постійно коливаються. Тобто маємо перехідний процес, на який по різному реагують природні та штучні  (синтетичні та мінеральні ) матеріали. На прикладі порівняння властивостей деревно- волокнистої плити, вапняно-конопляної плити та мінераловатної плити в умовах зміни зовнішньої температури виявилося [1,2]:

  • В стаціонарному режимі опір теплопередачі мінераловатної структури становить 6,7 а в перехідному режимі – 7,5 м2К/Вт. Тобто зміни невеликі і не впливають суттєво на заощадження енергії
  • В стаціонарному режимі опір теплопередачі деревно-волокнистої і вапняно-конопляної плит становить становить відповідно 2,6 і 2,4 м2К/Вт. В перехідному режимі він становить відповідно 11,2 і 9,2 м2К/Вт. Тобто для обох природних матеріалів опір теплопередачі збільшився у 3-4 рази. Це принципово якісний результат, який характеризує марність намагань створення ізоляційного матеріалу, рівного по якості природному.

 На основі викладеного вище сформулюємо короткі висновки:

  • Природні матеріали на основі вапна та глини автоматично регулюють рівень відносної вологості повітря в межах 40-60%
  • Природні матеріали накопичують значну кількість теплової енергії за рахунок їхньої термомаси
  • Природні ізоляційні матеріали оптимально поводять себе при добових перехідних температурних процесах (опір теплопередачі зростає у кілька разів).
  • Технології виготовлення таких ізоляційних структур дешеві і зазвичай не вимагають значної кількості енергії, не забруднюють середовище.

Продемонструємо переваги використання природних матеріалів на кількох прикладах:

Приклад 1. Сонячні повітряні колектори зазвичай використовуються для опалювання приміщень та сушіння овочів та фруктів потоком гарячого повітря. В цьому випадку застосування колектора проблематичне, оскільки його днище теплоізолюється синтетичним матеріалом. Зрозуміло, що при сушінні плодоягідної продукції наявність синтетики небажана. Окрім того, вона сприяє конденсації водяної пари всередині колектора. Тому синтетичний ізолятор бажано замінити на природний, наприклад на паропропускну і теплоізолюючу вапняно-лляну плиту.

Приклад 2.  Акумулювання сонячного тепла, яке надходить на затемнену металеву покрівлю.  Внутрішня поверхня покрівлі та ізоляційна плита, прибита до крокв, утворюють вентиляційний канал, по якому тепло металевої покрівлі подається у приміщення будинку. Зрозуміло, що і в цьому випадку взоляційна плита має бути виготовлена з екологічно чистих матеріалів. Наприклад, може бути використана тришарова плита типу дерево-костриця льону-дерево.

Приклад 3. Напівпромислова сонячна самання сушарка. Сонячні колектори монтуються на східній та західній сторонах будівлі з метою підігріву теплої підлоги. Основна частина тепла надходить через прозору південну стіну. Стіни зведені з зачорненого важкого саману для накопичення тепла вдень. Термоізоляційним покриттям саманної стіни є суміш вапна і костриці льону. Застосування саме цих матеріалів продиктоване вимогою доброї паропровідності стіни, що актуально при сушінні плодів, ягід чи дерева.   

Автори

  1. Rachel Bevan, Tom Wooley. 
  2. Юрій Дудикевич. 

Перспективи альтернативної енергетики

     Епоха викопного палива в історії людства закінчується. До початку ХХІ століття у всіх розвинених країнах альтернативні енергії сонця, вітру, геотермальних джерел вже використовувалися нарівні з традиційними енергіями спалювання викопного палива. Але ще 25 років тому фабричні сонячні панелі були недосяжно дорогими. Це саме стосувалося і фабричних повітряних сонячних колекторів та систем нагрівання води на основі водяних сонячних колекторів. Согодні вони ще недосяжні лише для пересічного українця. Але впродовж останніх 15 років  відбулися такі якісні принципові зміни:

1.  Збільшення коефіцієнту корисної дії цих пристроїв

2.  Стрімке падіння їхньої вартості

3.  Спрощення технологій виготовлення деяких пристроїв, що уможливлює організацію їхнього виробництва на рівні невеликих  майстерень.

     Крім того, розширився список доступних технологій виготовлення пристроїв альтернативної  енергетики. Завдяки винайденню та впровадженню надпотужних ніодімових магнітів тепер можна отримувати велику кількість теплової енергії при обертанні магнітів відносно обмоток. Специфікою роботи такого пристрою  є перегрівання обмоток  у потужному магнітному полі. Для охолодження обмоток  їх обдувають  потоком повітря від вентилятора.  Таким чином отримується  велика кількість тепла, яке дуже зручно використати для опалення будинку у зимовий час, коли кількості сонячних годин є недостатньою.  З іншого боку, у 2013 році швейцарськими вченими були розроблені сонячні плівкові електричні панелі на основі новоствореного матеріалу перовскайту. У поєднанні з плівковими акумуляторами можна отримувати  та зберігати значну кількість електроенергії.

     Збільшення кількості різних пристроїв альтернативної енергетики є позитивним процесом, бо зменшення ціни пристрою одного типу тягне за собою здешевлення іншого. Якщо, для прикладу, ціна електричної панелі потужністю 1 кВт є зависокою, то вигідно придбати генератор, який при обертанні може видати 5 кВт і коштує 2500 доларів США. Але одночасно найближчим часом прогнозується обвал  цін на сонячні панелі з перовскайту до рівня 30 дол/кВт. Тоді з’являється можливість вибору  того чи іншого комплексу обладнання для отримання теплової чи електричної енергії з точки зору прийнятних  ціни та якості.

     Порівняємо  недоліки та переваги використання альтернативних енергій порівняно з таким поширеним енергоносієм, як газ. Прокладення  газових труб  до будинку, встановлення газового котла і водяної системи опалення  вимагає немалих коштів. Час життя системи опалення і будинку є неспівмірними величинами, бо система опалення періодично  вимагатиме профілактики та ремонту. Газ є отруйним та вибухонебезпечним. Окрім того,  використання газу збільшує парниковий ефект, від якого потерпає довкілля.

     Натомість  використання альтернативних енергій виключає або ж скорочує використання газу. Замість газового котла та системи водяного опалення можна використати сонячний повітряний колектор разом з повітряними каналами, які формують систему теплих підлог. Час життя такої системи повітряного опалення значно довший, а сама система є практично надійною. Повітря є ідеальним теплоносієм, який не забруднює довкілля. У зимову хмарну погоду будинок можна опалювати теплогенератором, який нагріває повітря при механічному обертанні ніодімових магнітів тощо. Зрештою, витрати на встановлення та обслуговування системи опалення на основі альтернативних енергій є значно нижчими. Крім того, на заощаджені кошти можна додатково утеплити будинок, що зменшить його тепловтрати і зробить життя мешканців комфортнішим та затишнішим.

     Навіть без вивчення далекосяжних прогнозів можна зрозуміти, що у світі вплив держав – постачальників викопного палива (Росія, Іран, Саудовська Аравія, Арабські емірати, Ірак  тощо) зменшується, бо відтепер значно важливішими чинниками будуть наявність чистої води, свіжого повітря та незабрудненого ґрунту. Це і є капітал, який слід примножувати та оберігати. Тоді припиняться спроби отруєння планети Земля небезпечними відходами при добуванні сланцевого газу, а також відходами  ядерних та теплових електростанцій. Це вимагатиме зусиль та часу, бо енергетичне лобі не так легко відмовиться від отримання надприбутків та закріпачення людей.

автор Юрій Дудикевич