Русский   English
ДонНТУ   Портал магістрів

Реферат по темі випускної роботи

Зміст

Введення

У сучасному світі дуже гостро стоїть питання про необхідність переходу від традиційних джерел енергії до відновлюваних джерел. Основними проблемами застосування традиційних джерел енергії є: вичерпність і принесений екологічну шкоду. Підвищення рівня чисельності населення і якості їх життя призводять до великого зростання використання природних ресурсів. Споживання енергоресурсів є необхідною умовою виробництва продукції і товарів, забезпечення життєдіяльності людини. Тому все більше запасів природних ресурсів використовується в енергоспоживанні. Показник енергоємності ВВП дозволяє зіставити споживання енергоресурсів у світових країнах. Друга глобальна проблема-це забруднення навколишнього середовища продуктами згоряння органічного палива. Викиди і відходи від продуктів згоряння приносять величезну шкоду здоров'ю і життєдіяльності людини. Для вирішення цих проблем розробляються і впроваджуються альтернативні способи отримання енергії. Природним фундаментом природних ресурсів є глобальні природні умови, до яких можна віднести внутрішнє тепло планети і сонячне випромінювання, географічне положення країни і рельєф місцевості, будова надр, клімат і опади. Природні ресурси формує зовнішні умови творчої діяльності людини. Практично для кожної галузі народного господарства, в якій їх використовують в якості вихідної сировини, палива та енергії природні ресурси є вихідним матеріалом. В силу цього поряд з працею, капіталом, наукою, підприємницькою здатністю природні ресурси є одним з економічних значущих ресурсів для виробництва. Природні ресурси можна поділити на поновлювані і не поновлювані.

Відновлювані природні ресурси - це ресурси, які в міру витрачання відтворюються під дією природних процесів або свідомих зусиль людини (наприклад, сонячна енергія, кругообіг води в природі, підтримання рослинністю рівня кисню в атмосфері і аналогічні природні процеси). Не поновлювані природні ресурси - це ресурси, які після повного їх вичерпання відновити неможливо. Сюди в першу чергу відносяться всі корисні копалини. Важливо відзначити, що кожна використана людиною одиниця не поновлюваного ресурсу скорочує залишкову величину його запасів. Наявність і різноманітність природних ресурсів багато в чому визначає можливості господарського механізму. Людина завжди використовувала природні ресурси для задоволення своїх потреб. У первіснообщинному суспільстві потреби людини і його можливості освоєння природних багатств обмежувалися полюванням на диких тварин, риболовлею, збиральництвом. Потім виникло землеробство і скотарство, і, відповідно, до складу природних ресурсів були включені грунтовий покрив і рослинність, що служила кормовою базою для випасається худоби. У лісах добувалася деревина для будівництва жител і для отримання дров, поступово почалося освоєння корисних копалин (вугілля, руд, будівельних матеріалів), почали застосовуватися деякі метали і їх сплави (бронза, золото, залізо та ін.) для виготовлення знарядь праці, зброї, прикрас, людина навчилася освоювати енергію вітру і падаючої води. Але разом із зростанням потреб зростає і обсяг елементів природи, що втягуються в процес економічного кругообігу. Це пов'язано і зі зростанням чисельності населення, і з якісними змінами в потребах людей. Те, що колись лежало недоторканим в коморах природи, все більше втягується в господарський оборот. Величезний вплив на проблему залучення природних ресурсів в процес виробництва товарів і послуг надає науково-технічний прогрес. Цей вплив має певну суперечливістю, відбувається в двох протилежних напрямках.

Науково-технічний прогрес сприяє раціоналізації використання природних ресурсів: виявляють більш дешеві і легко транспортуються матеріали (наприклад, природний газ); впроваджуються способи більш повного вилучення і переробки нафти, повніше використовується попутна сировина; застосовуються безвідходні технології. У сільському господарстві впроваджуються способи більш інтенсивного землеробства і тваринництва, в промисловому виробництві успішно здійснюється перехід до енергозберігаючих і матеріалозберігаючих технологій, що скорочують питому витрату сировини і палива. Винайдено багато синтетичних матеріалів, успішно замінюють натуральні ресурси. У той же час розвиток науки і техніки веде до розширення старих і створення нових видів виробництв, які потребують використання природних ресурсів. Особливу роль в житті людства завжди грала енергія. Всі види його діяльності пов'язані з витратами енергії. Споживання енергоресурсів є необхідною умовою виробництва продукції і товарів, забезпечення життєдіяльності людини. Так, на самому початку свого еволюційного розвитку людині була доступна тільки енергія м'язів його тіла. Пізніше людина навчилася отримувати і використовувати енергію вогню. Черговий виток еволюційного розвитку людського суспільства приніс можливість використовувати енергію води і вітру - з'явилися перші водяні і вітряні млини, водяні колеса, вітрильні судна, що використовують силу вітру для свого переміщення. У XVIII столітті була винайдена парова машина, в якій теплова енергія, отримана в результаті спалювання вугілля або деревини, перетворювалася в енергію механічного руху. У XIX столітті була відкрита вольтова дуга, електричне освітлення, винайдений електродвигун, а потім і електрогенератор, - що і стало початком століття електрики. XX століття явив собою справжню революцію в освоєнні людством способів отримання і використання енергії: будуються теплові, гідравлічні, атомні електростанції величезної потужності, споруджуються лінії передачі електричної енергії високого, понад - і ультрависокої напруги, розробляються нові способи виробництва, перетворення і передачі електроенергії (керована термоядерна реакція, магнітогідродинамічний генератор надпровідникові турбогенератори і т.д.), створюються потужні енергосистеми. В цей же час з'являються потужні системи Нафто - і газопостачання. Таким чином, навколишній світ має воістину невичерпним джерелом різних видів енергії. Деякі з них ще повною мірою не використовуються і в нинішній час-енергія Сонця, енергія взаємодії Землі і Місяця, енергія термоядерного синтезу, енергія тепла Землі. Зараз енергія відіграє вирішальну роль у розвитку людської цивілізації. Існує тісний взаємозв'язок між витратою енергії і обсягом продукції, що випускається. Інтенсивність використання енергії є непрямою характеристикою рівня технологічного розвитку країни, з одного боку. З іншого боку, ступінь залучення природних ресурсів для отримання енергії побічно характеризує розвиненість економічних прогресивність тієї чи іншої економічної моделі, що використовуються в національних економіках.

Інструментом оцінки ефективності економічної моделі, що дозволяє проводити зіставлення споживання енергоресурсів є показник енергоємності ВВП, який визначається як співвідношення енергоспоживання країни і валового внутрішнього продукту (ВВП) і вимірюється в тоннах нафтового еквівалента. У зв'язку зі швидким зростанням споживання енергії виникли численні проблеми і постало питання про майбутні джерела енергії. Досягнуті успіхи в галузі енергозбереження. Останнім часом ведуться пошуки більш чистих видів енергії, таких, як сонячна, геотермальна, енергія вітру і енергія термоядерного синтезу. Споживання енергії завжди було прямо пов'язане зі станом економіки. Збільшення валового національного продукту (ВНП) супроводжувалося збільшенням споживання енергії. Однак енергоємність ВНП (відношення використаної енергії до ВНП) в промислово розвинених країнах постійно знижується, а в країнах, що розвиваються - зростає. Зараз світова енергетика знаходиться на роздоріжжі. Економіка вимагає все більше енергії, а запаси викопного палива, на якому заснована традиційна енергетика, аж ніяк не безмежні. Втім, проблема полягає не тільки в вичерпності ресурсів, але і в зростаючих темпах виснаження старих родовищ і постійному збільшенні витрат на облаштування нових, що відбивається на вартості вуглеводнів. Ситуація ускладнюється і тим, що досягло колосальних розмірів використання викопного палива завдає відчутної шкоди навколишньому середовищу, що відбивається на якості життя населення. Вихід з такої ситуації можливий завдяки застосуванню відновлюваних джерел енергії.

Виробництво енергії, що є необхідним засобом для існування і розвитку людства, впливає на природу і навколишнє людини середовище. З одного боку в побут і виробничу діяльність людини настільки твердо увійшла тепло - і електроенергія, що людина навіть і не мислить свого існування без неї і споживає само собою зрозумілі невичерпні ресурси. З іншого боку, людина все більше і більше свою увагу загострює на економічному аспекті енергетики і вимагає екологічно чистих енергетичних виробництв. Це говорить про необхідність вирішення комплексу питань, серед яких перерозподіл коштів на покриття потреб людства, практичне використання в народному господарстві досягнень, пошук і розробка нових альтернативних технологій для вироблення тепла і електроенергії і т. д. У другій половині ХХ століття перед людством повстала глобальна проблема-це забруднення навколишнього середовища продуктами згоряння органічного палива. Навіть якщо розглядати окремо кожну галузь цієї проблеми, то картина буде складатися жахлива. Наприклад, ось дані статистики по викидах в навколишнє середовище шкідливих речовин автомобілями: з вихлопними газами автомобілів в атмосферу потрапило 14,7 мільйона тонн оксиду вуглецю, 3,4 мільйона тонн вуглеводнів, близько одного мільйона тонн оксидів азоту, більше 5,5 тисячі тонн високотоксичних сполук свинцю.

1. Літературний огляд

При написанні даної роботи були використані наукова та навчально-методична література, статті в періодичних виданнях з усього світу Застосування сонячних колекторів в індивідуальних житлових будинках у статті розглянуті особливості конструкції сонячних колекторів плоского і вакуумного типу, описаний спосіб їх застосування у водонагрівальної установки індивідуального житлового будинку. Ключові слова: сонячний колектор, геліосистема, Альтернативна енергетика, Сонячна енергія. Енергія сонця-це екологічно чистий, безкоштовний і невичерпний вид енергії. Сонячну енергію можна перетворити в теплоту в спеціальних пристроях – сонячних колекторах. Сонячні колектори абсолютно безпечні для навколишнього середовища, оскільки не виробляють ніяких відходів виробництва і викидів в атмосферу. Найбільш широко сонячні колектори використовуються в Америці, Австралії та Європі. Раціональніше їх використовувати в районах з найбільшою часткою сонячного випромінювання. У нашій країні це Примор'я, Алтай, Забайкаллі і південь європейської частини Росії. Сонячні колектори акумулюють природну енергію сонця з максимальною ефективністю. Якщо фотоелектричні панелі використовують лише 14-18% від надходить до них енергії сонця, то ефективність сонячних колекторів 70-85% [2]. Чи існують два основних типи сонячних колекторів, які використовуються для нагрівання води плоскі і вакуумні. "Наука і освіта: новое время» основними елементами плоских колекторів є: абсорбер, що поглинає сонячне випромінювання, прозоре покриття і термоізоляційний шар. Абсорбер покривають селективним покриттям або чорною фарбою для посилення ефекту поглинання сонячного випромінювання. Трубки, по яких тече теплоносій, виготовляються, як правило, з міді. Задня частина панелі покрита теплоізоляційним матеріалом. Крім того, при виготовленні стінок і дна колектора використовують теплоізолюючі матеріали. Плоскі колектори здатні нагріти воду до 190-200°C. вакуумний колектор складається з паралельних рядів прозорих трубчастих профілів. Використовуються труби типу "скло-скло". Зовнішня труба прозора, внутрішня покрита спеціальним селективним шаром, який добре абсорбує сонячну енергію і перешкоджає втратам тепла. Простір між ними заповнено вакуумом, який представляє досконалу термоізоляцію. Внутрішня труба являє собою термотрубку. Термотрубка - це закрита мідна труба з невеликим вмістом легкокиплячої рідини (температура кипіння 25-30°C). Під впливом тепла рідина випаровується і забирає тепло вакуумної трубки. Пари піднімаються в верхню частину-наконечник, де конденсуються і передають тепло теплоносія. Теплоносієм може бути вода або, щоб уникнути замерзання, розчин пропіленгліколю. Конденсат же стікає вниз, і процес повторюється знову . Довжина однієї вакуумної трубки варіюється від 1,2 до 2,1 м. найбільш поширений діаметр – 58мм.у режимі обмеження відбору тепла вакуумні колектори здатні нагріти теплоносій до 300°C [3]. Область застосування сонячних колекторів досить широка: опалення приміщень, гаряче водопостачання, підігрів води в басейнах, Обігрів теплиць, опріснення морської води. Сонячні колектори можуть використовуватися повсюдно, але найбільшим попитом користуються серед власників індивідуальних будинків. "Наука і освіта: новое время» Сонячна водонагрівальна установка сонячна водонагрівальна установка в приватному будинку складається з сонячного колектора, теплообмінного контуру і акумулятора тепла (бака з водою). Через сонячний колектор циркулює теплоносій, який нагрівається енергією сонця і потім віддає теплову енергію воді через теплообмінник, вмонтований в бак-акумулятор. У бак-акумулятор також встановлюється електронагрівач. У разі, коли сонячний колектор не здатний нагріти воду до встановленої температури (тривала похмура погода або мала кількість годин сонячного сяйва взимку), електронагрівач автоматично включається і догріває воду до заданої температури . Правильно встановлений сонячний колектор дозволяє знизити витрати на опалення до 30%, а на ГВП до 60%. Термін окупності залежить від безлічі факторів: кліматичних особливостей, типу і площі колектора, кількості мешканців в будинку, і може становити від 2 до 8 років

у книзі інженерів з Японії наводиться широке коло відомостей з такої важливої проблеми, як економічне використання енергії Сонця (геліосистеми) для постачання житлових будинків теплом і гарячою водою. Даються короткі відомості про ефективні сонячних енергосистемах. Показані технічні рішення деяких схем теплохолодопостачання. Багато з яких успішно реалізовані при зведенні індивідуальних і багатоквартирних будинків. Крім теплових геліосистем, автори також розповідають і про сонячні батареї для вироблення електроенергії. Представлена книга допоможе читачеві розібратися в конструктивних особливостях геліосистем, і буде корисна всім хто цікавиться альтернативною енергетикою. ISBN: 5-274-00485-7;

у простій і доступній формі пояснюються принципи використання сонячної енергії перетвореної в теплоту, електрику та інші форми енергії. Наводяться типи сонячних колекторів, пристрій і принцип роботи сонячних установок, з можливістю використання геліосистем на присадибних ділянках, в індивідуальному будинку і сільському господарстві. Дана методика і поради про те, як самому розраховувати, підбирати матеріал, виготовляти і встановлювати сонячні установки. А також розказано про їх конструктивні особливості. Для читачів, які цікавляться геліосистемами, зеленою енергетикою, питаннями практичного застосування сонячної енергії в побуті.

автори в книзі розповідають і показують зручну методику практичного розрахунку систем сонячного (геліо) опалення та гарячого водопостачання. Основними елементами запропонованого методу проектування і розрахунку є системи складаються з сонячного колектора, де безпосередньо нагрівається теплоносій, тепловий акумулятор (водяний бак або гальковий з шарової насадкою), додатковий тепловий генератор, що працює паралельно з геліосистемою. Принципи розрахунку наводяться за оптимальними з точки зору економічних показників Книга складається з п'яти розділів. Кожна з яких розповідає про якийсь один аспект проектних робіт. Наводиться методика розрахунку певних параметрів системи сонячного теплопостачання. У книзі дуже багато прикладів проведення розрахункових операцій, тому її користь виражається в практичному плані. Матеріал книги можна використовувати як довідковий посібник. Вона буде корисна фахівцям розробникам геліосистем, а так само студентам енергетичних факультетів вузів

"Альтернативна енергетика без таємниць" — у книзі, автор послідовно аналізує різні види енергетичної сировини і способи його отримання, починаючи від традиційних-дров і закінчуючи такими екзотичними як Геотермальна і малими електростанціями на паливних елементах. Ви зможете дізнатися про переваги і недоліки джерел енергії різного напрямку: 1. Зеленої енергетики ( Сонячна, гідроенергетика, теплові насоси, вітроенергетика, геотермальна енергія), 2. Вуглеводневого палива ( газ, дрова, вугілля, соляру, кукурудзяне зерно), 3. Атомна енергетика. Додатково розглянуті енергетичні системи транспортних засобів: ДВЗ, дизельні, на газоподібному паливі, в тому числі і на водні. Структура змісту книги складається з опису, розрахункових даних, контрольних питань. Висновки зроблені автором по кожному розглянутому джерелу енергії містять оцінку їх достоїнств і недоліків.

Книга індійських фахівців, присвячена тонкоплівковим напівпровідниковим матеріалом, що знайшли своє застосування в якості активних елементів сонячних батарей. Пояснюються принципи осадження і фізичні і структурні властивості багатошарових плівок різних напівпровідників, діелектриків і металів. Особливу увагу приділено сонячним елементам на основі сульфіду міді і кремнію. Розглянуто нові види тонкоплівкових сонячних елементів та перспективні напрямки в розробці високоефективних елементів.

2. Дослідження проблеми водопостачання на дачній ділянці

2.1 Опис досліджуваної ділянки

Для дослідження була обрана частина вулиці Садова міста Моспіно, яка включає в себе 10 домоволодінь. Кожне домоволодіння розташоване на ділянці в 165 м2. Для розрахунків враховувався середній показник кількості жителів - 3 людини на 1 будинок. За СНіПам середньорічна норма кількості поливальної води на 1 м2. дорівнює 3 літрам. Також за житловими нормами на одного жителя без ванни витрачається 95 літрів на добу. Поруч з дослідженою ділянкою протікає річка " Грузька».

2.2 Опис проблеми

Поруч з містом Моспіно розташована велика кількість дачних селищ. Крім того, саме місто розташоване на значній відстані від станції подачі води, що призводить до перебоїв води в літній період. Дефіцит водних ресурсів тягне за собою погіршення умов життя населення і зниження ролі агропромисловості в економіці міста. Друга проблема-це економічний фактор. Вартість питної води за 1 куб.м становить 6,87 рублів. Використовуючи питну воду для поливу, відбувається значне подорожчання сільськогосподарської продукції. Для вирішення даних проблем є кілька шляхів вирішення 1. На кожній ділянці викопати індивідуальний колодязь і використовувати електричний насос для подачі води для поливу. 2. Побудувати водонапірну вежу і використовувати її як геліонасос. 3. Встановити водяний насос на сонячних батареях Так як для того щоб подавати воду для поливу з колодязя необхідно витрачати певну кількість електроенергії. Тому я пропоную використовувати геліонасос, як економічно більш вигідне рішення.

2.3 Опис геліосистеми

Диаграмма состояний автомата Мура

Малюнок 2-Принцип геліонасоса

У сучасному світі, коли запаси традиційних джерел енергії (газ, нафта, вугілля) зменшуються з великою швидкістю, а їх використання призводить до утворення парникового ефекту на планеті, то все більша кількість людей і держав, в цілому, звертають свою увагу на альтернативні види енергії. Одним з видів альтернативної енергії є енергія сонця. Для перетворення сонячної енергії в інші її види, які людина використовує в повсякденному житті, служать геліосистеми Геліотермічна установка діє елементарно. Сонячні промені нагрівають площину сонячних колекторів яка передає тепло рідини-теплоносія. У разі якщо жар в колекторі вище температурі в водонагрівачі, то циркуляційний насос в комплексній розподільній геліостанції перекачує підігрітий теплоносій по трубопроводах в бак-водонагрівач. Внутрішній теплообмінник передає тепло витратній домашній воді. В наслідок цього ви зможете приймати душ завдяки сонячній енергії, в тому числі і в разі якщо сонце сховалося за хмарами. Приблизно 4-6 м2 площі колекторів покривають до 60% необхідності в енергії, важливої для виготовлення спекотної витратної води в односімейному житловому житлі. При площі колекторів в межах 10 м2 в поєднанні з, наприклад іменованим, комбінованим баком-водонагрівачем ви зможете ще підтримувати систему опалення в житлових приміщеннях вашого житла. При цьому всякий раз гарантується найвища комфортність гарячого водопостачання, наприклад як, в разі якщо не висвітлює сонце, то механічно підключається опалювальний котел . Вирішальним моментом при виборі оснащення вважається, до цього всього, важливий витрата тепла, образ і чисельність санітарно-технічних пристроїв. При цьому передбачається ще кількість сім'ї і передбачуваний ступінь використання жаркою водою: завищене водоспоживання – піднесений ступінь комфорту, або економічне. Для раціонального нагріву обраного обсягу бака-водонагрівача рекомендованоконкретное кількість сонячних колекторів. Ще потрібно направити увагу на нюанс здатності раціонального розміщення всмоктуючих площин сонячного випромінювання: на покрівлі, в покрівлі, на фасаді або ж же на незатененном ділянці землі. Це визначає вибір на подобі і ціна кріплень і включень колекторів між собою. У світі були вчені які вже модернізували геліосистеми одним з яких був Мушо. Ми звикли, що річка може дозволити працювати гідротаранному насосу або струмок може крутити млинове колесо. А ось, що сонце може бути рушійною силою в насосі - це не дуже звично. У насосі Мушо сонячна енергія може "крутити водне колесо" і піднімати воду в вгору, перекачувати її. "Водне колесо" це звичайно повна метафора, а сам процес підйому води відбувається за рахунок послідовного нагрівання і охолодження металевої пластини. Наведемо схему такого насоса зі старого підручника. Грубо кажучи, геліонасос це система перетворення тепла що дає сонце в інший вид енергії. Коли сонце нагріває повітря підвищується тиск в всередині бака що призводить до виштовхування води під тиском Для більш ефективно економічного використання геліонососа пропоную до використання водонапірну вежу. Це значно спростить використання гелионососа. Водонапірна вежа-споруда в системі водопостачання для регулювання напору і витрати води у водопровідній мережі, створення її запасу Водонапірна вежа складається з бака для води, зазвичай циліндричної форми, і опорної конструкції (стовбура). Регулююча роль водонапірної вежі полягає в тому, що в години зменшення водоспоживання надлишок води, що подається насосною станцією, накопичується в водонапірній вежі і витрачається з неї в години збільшеного водоспоживання. Висота водонапірної вежі (відстань від поверхні Землі до низу бака) зазвичай не перевищує 25 м, в рідкісних випадках — 30 м; ємність бака — від декількох десятків куб. м (для малих водопроводів) до декількох тисяч м? (у великих міських і промислових водопроводах). Опорні конструкції виконуються в основному зі сталі, залізобетону, іноді з цегли, баки — переважно із залізобетону і сталі. Водонапірні вежі обладнають трубами для подачі і відведення води, переливними пристроями для запобігання переповнення бака, а також системою виміру рівня води з телепередачею сигналів в диспетчерський пункт.

Висновок

Проведені дослідження вказали на доцільність заміни звичного водопостачання на систему геліонасосів Проведено розрахунки для водопостачання дачного селища Що показали в цілому відмінні показники для подачі води на полив і особисті потреби Однією з особливістю геліонасоса можна вважати його екологічність (немає викидів) в роботі були пораховані викиди для насосної станції що склали NO2-0,0296 т / рік золи 0,24 т / рік SO2 0,17 т / рік але при використання геліосистем їх можна звести до 0 Також у роботі розглянуто питання охорони праці. У даній кваліфікаційній роботі був порахований економічний ефект який показав що капіталовкладення в сумі 620000 руб дадуть економію в сумі 376400руб окупляться за 1.65 років і сприяють отриманню річного економічного ефекту в сумі 289600 рублів

Список джерел

  1. Бутузов Б.а. сонячне теплопостачання в Росії: стан справ і регіональні особливості / Б. А. Бутузов // енергозбереження. 2009. – №3.
  2. Дрексель. Р. спорудження сонячних колекторів для гарячої води: практ. рука. / Р. Дрексель, Р. Гамісонія. – WECF, 2012. - 31 с.
  3. Шинкевич Т.О. Альтернативні джерела тепло - енергопостачання: Навчальний посібник / Т. О. Шинкевич, О. П. Шинкевич. – Казань: КГЭУ, 2010. – 164 с. 4. http://svetdv.ru/teplo/
  4. Танака с., суду Р. «житлові будинки з сонячним теплохолодопостачанням» Стройиздат, 1989 рік, 185 стор.
  5. Індивідуальні геліосистеми.Харченко Н. В. «індивідуальні сонячні установки» Енергоатомвидав, 1991 рік, 208 стор.,