Енергія в домі - Лабораторія низьких технологій

Підручник з низькотехнологічних лабораторій | Категорії: житло, енергетика

Опис

Як отримати енергоефективне житло?

Резюме

Зміст

1 Опис
2 Резюме
3 Вступ
4 Огляд відео
5 Крок 1 - Французький енергетичний контекст
6 Крок 2 - Глосарій
7 Крок 3 - Електрика та тепло в будинку
8 Крок 4 - Сонячна енергія
9 Крок 5 - Нагрівання - ідеальна температура
10 Крок 6 - Опалення - ізоляція
11 Крок 7 - Опалення - опалення по-різному
12 Крок 8 - Водонагрівач
13 Крок 9 - Приготування їжі
14 Крок 10 - Питома енергія
15 Крок 11 - Висновок
16 Примітки та посилання
17 коментарів

Енергія, економіка, тверезість, опалення, сонячна батарея, біомаса, низькотехнологічний тур по Франції, пт пт 0

Вступ

Огляд відео

Крок 1 - Французький енергетичний контекст

У Франції будівлі поглинають 45% загальної споживаної енергії, випереджаючи транспорт (33%), промисловість (19%) та сільське господарство (3%). Дві третини споживання енергії в цьому секторі надходить від житла, а решта третини - від третинних будівель.

У житлових приміщеннях у 2013 році 67% споживаної енергії було використано для опалення будинку, 10,4% - для обігріву санітарної води, 6% - для приготування їжі. Решта 16,6% відповідають світлу, побутовій техніці, автоматизації офісу та hi-fi, які згруповані за терміном питома енергія. Споживання 16000 кВт.год на кожне житло становить трохи більше 1700 євро на рік.

У Франції опалення житла є більшим елементом витрат енергії (20,1%), ніж промисловість (19%).

Крок 2 - Глосарій

У цьому посібнику детально описано кожен із елементів споживання енергії в будинку. Протягом усього тексту обговорюються теми влади та енергії, відносно абстрактні.

Кілька рядків нижче намагаються пояснити їх:

Потужність, P у ватах: Вт або кіловати: кВт,
Енергія, E у ватах x година: Вт-год або кВт-год.

Потужність та енергія пов’язані часом: потужність - це кількість енергії за одиницю часу. Отже, потужність відповідає потоку енергії. P x t = E

Ось приклад для ілюстрації двох тісно пов’язаних понять:

Велосипедист, який тихо крутить педалі, генерує потужність 50 Вт. Якщо він їде на велосипеді протягом години, він виробляє енергію 50W x 1h = 50 W.h. Якщо він крутить педалі, все ще тихо, протягом двох годин, він виробляє енергію 50 Вт х 2 год = 100 Вт год

Отже, 16 000 кВт-год на рік на домогосподарство відповідає 320 000 годин їзди на велосипеді або 36 років "тихого", але безперервного їзди на велосипеді.

Крок 3 - Електрика та тепло в будинку

Понад три чверті енергії, споживаної в будинку, використовується для виробництва тепла (опалення, гаряча вода для побуту, приготування їжі). Для цього використовується половина побутової електроенергії (50,4%). 81% електроенергії виробляється на атомних або теплових електростанціях, що працюють на викопному паливі (газ, вугілля, мазут).

Ефективність цих установок, а потім передача електроенергії становить близько 30%. Давайте розглянемо уважніше: тепло піддає рідині тиск, тиск обертає турбіну, турбіна живить генератор, електроенергія передається, а потім перетворюється в тепло. Енергетично кажучи, з трьома перетвореннями та транспортом нецікаво обігріватися електрикою.

Крок 4 - Сонячна енергія

Земля піддається дуже значному сонячному опроміненню із середньою потужністю 173 петавата (1 PW = 1015 Вт) або в 11 500 разів більше енергії, споживаної людством.

Щодня він використовується трохи більше завдяки встановленню фотоелектричних панелей. Цей тип панелей має ККД близько 15%. Існує технологічно простіша система не для забезпечення електрикою, а теплом. Сонячні термопанелі мають ефективність понад 60%. Тому вони виробляють в чотири рази більше енергії, ніж фотоелектричні панелі для тієї ж поверхні. Це рішення цікаве з огляду на високі потреби в теплі в будинку.

У ясний день потужність сонячного випромінювання на поверхні Землі становить 1000 Вт/м². Однак сонячна інтенсивність сильно залежить від пори року. Влітку Сонце знаходиться «на найвищому рівні», перпендикулярніше земній поверхні, тому захоплюється більша щільність променів. І навпаки, взимку вона "найнижча". Крім того, тривалість дня варіюється від одиничної до подвійної, причому для Парижу трохи більше 8 годин денного світла в зимове сонцестояння і більше 16 годин у літнє сонцестояння.

Беручи до уваги сонячну енергію та тривалість дня, сонячна енергія в літній день до шести разів важливіша, ніж у зимовий день (E = P x t).

Для того, щоб використовувати цю енергію для теплових або електричних застосувань, вам слід подумати про орієнтацію вашої системи відповідно до періоду найбільшого попиту, більш вертикального взимку, більш горизонтального влітку. Фактом залишається факт, що сонячна енергія присутня завжди, і що дуже продуктивна система влітку завжди буде цікавим доповненням взимку.

Крок 5 - Опалення - ідеальна температура

Нормально, щоб температура вдома була влітку вищою, ніж взимку, і ви повинні одягатися відповідно до пори року. Крім того, для гарного комфорту життя вдома не обов’язково бути жарко. У французьких помешканнях в середньому 20 ° C. Ademe рекомендує температуру 19 ° C у житлових зонах та 16 ° C у спальнях. Варіація нагрівання від 19 ° C до 20 ° C призводить до надмірного споживання енергії на 7%.

Науково це частково пояснюється спрощеним законом Фур'є або теплопровідністю:

Jth: тепловий потік (Вт/м2)

λ: теплопровідність (Вт/м/К)

∆T: різниця температур між сторонами стіни (° C або K)

e: товщина стінки (м)

Відповідно до цього закону тепловий потік (тепловтрати) пропорційний різниці температур.

Наприклад, якщо на вулиці 12 ° C, а житло нагрівається до 18 ° C:

Якщо на вулиці все ще 12 ° C, але будинок нагрівається до 24 ° C:

Незалежно від використовуваної ізоляції та її товщини, якщо вона становить 12 ° C поза теплом, втрати тепла будуть вдвічі більшими при 24 ° C, ніж при 18 ° C.

Крок 6 - Опалення - ізоляція

Опалення складає в середньому за рік дві третини споживання енергії домогосподарствами, приблизно 11000 кВт-год. Використовуючись лише під час холодної пори року, приблизно півроку року, він є справжнім «енергопоглиначем», що згладжує протягом цього періоду 60 кВт/год.

Дуже хороша ізоляція зменшує потреби в теплі на 80%. Ізолювати своє середовище проживання можна кількома способами з дуже різною ефективністю та економічними витратами.

Наприклад, ізоляція ззовні цікава: вона утримує будинок від навколишнього холоду та зберігає сонячну енергію у важких будівельних матеріалах, якщо вони не покриті теплоізоляцією. Але такий спосіб утеплення коштує дорого і вимагає значних робіт. Крім того, не через стіни тепловтрати є найважливішими.

Перш за все, вам слід звернути увагу на правильну герметичність. Нагрівати струм повітря, навіть добре ізольований, не потрібно. Більшість циркуляції повітря надходить із просторів між вікнами, дверима та їх рамами. Пінопластовий ущільнювач значно обмежить навколишній вітер.

Вікна відповідають за 10-15% втрат тепла. Закриття жалюзі або тягання важкої штори дозволяє уникнути вкладень у нову товщину скління.

Слід також звернути увагу на теплові мости: це зони слабкості в огородженні будівлі. Тоді холод надворі швидше передається всередині будинку. Найважливіші теплові мости розташовані на стиках між дахом і стінами, а також між стінами та віконними рамами. Це перші регіони, які виділили.

На попередньому кроці детально розглядається закон Фур'є теплопровідності. Теплопровідність - це кількість тепла, яке переходить від одного середовища до іншого залежно від матеріалу, що їх розділяє, та його товщини. Ця провідність залежить від коефіцієнта теплопровідності (λ), специфічного для кожного матеріалу. Чим нижчий λ, тим більше ізолюючий матеріал. Відповідно до французького стандарту RT2012 матеріал вважається ізоляційним, якщо його теплопровідність менше 0,065 Вт/м/К. Ось кілька прикладів поширених матеріалів, які можна використовувати в будівництві:

Матеріали λ (Вт/м/К) при 20 ° C

Цегла (теракота) 0,84

Скловата 0,04

Крок 7 - Опалення - опалення по-різному

Житло - це вже не проект. Основні теплові містки конверта утеплені. Цільова температура знижується на кілька градусів. Тому потреби в калоріях значно зменшуються. Стає цікавим перехід до нового джерела тепла, принаймні допоміжного, щоб зменшити його пряме (газ, мазут) або непряме (електроенергія) споживання викопного палива.

Залежно від типу середовища проживання та регіону, може бути корисно обігрівати біомасою (деревиною, гранулами, деревними гранулами) у дров’яній печі. Масові печі (підручник доступний у грудні) мають ефективність понад 80% і тому дуже економічні у паливі.

Зверніть увагу, опалення біомасою не є синонімом екології. Дійсно, відкриті каміни - один з найбідніших засобів обігріву. Нагріте повітря втягується через димохід. Тому димохід нагрівається лише випромінюванням. Чим гарячіший камін, тим більший протяг, тим більше повітря в приміщенні буде евакуюватися назовні. Типовий камін може забирати від 800 до 1000 кубічних метрів повітря на годину. Тому основна роль димоходів зводиться до вентиляції. Карикатурно, з каміном, чим більше ви обігріваєтеся, тим холодніше стає (поза зоною випромінювання).

До того ж горіння у відкритому каміні дуже неповне. Випари, що виходять із димоходу, - це невикористані вуглеводні, отже, втрата доходу та додаткове забруднення.

Коротше кажучи, чим менше диму залишається з печі, тим краща ефективність згоряння. Чим нижча температура димових газів, тим більше тепла віддається будинку.

Для обмеження обсягу палива (біомаси, газу, мазуту) для опалення також можна використовувати сонячне випромінювання та його перетворення в калорії. Взимку дні коротші, а сонячна радіація менш потужна, ніж влітку, але доступна енергія залишається високою.

Беручи до уваги метеорологію, з жовтня по березень, коли використовується опалення, сонце забезпечує на півдні Франції понад 3 кВт-год/м2 на день, на півночі - більше 2 кВт-год/м2. Беручи ефективність 60%, енергії, уловлювані тепловою сонячною панеллю, становитимуть відповідно 2 та 1,3 кВт.год/м²

Крок 8 - Водонагрівач

Опалення гарячої води для побуту становить понад 10% від загальної кількості споживаної енергії на рік у будинку. Середнє споживання домогосподарства становить близько 1700 кВт-год на рік або трохи менше 5 кВт-год на день.

Як і у випадку з опаленням будинку, першою дією є правильна ізоляція котла, водонагрівача та труб, що виходять з них. Новий 200-літровий водонагрівач має статичні втрати більше 1 кВт-год на добу. Статичні втрати - це енергія, пов’язана зі зниженням температури води без її споживання. Втрачається 20% щоденного споживання. Надмірна ізоляція кулі економить значну кількість енергії. Коли ви торкаєтесь водонагрівача, він повинен бути холодним, інакше це радіатор, він втрачає енергію порівняно зі своєю основною функцією.

Раніше були вивчені інтереси та межі сонячного теплового опалення. Потреби в опаленні обернено пропорційні енергії, що надходить від сонця. Ситуація з водою зовсім інша: потреби цілі рік подібні і в 13 разів нижчі за опалення в середині зими.

Робота сонячних водонагрівачів проста: рідина для передачі тепла (яка транспортує тепло) проходить через ізольовані труби, ідеально піддані дії сонця. При випромінюванні рідина нагрівається; коли температура рідини вища, ніж температура бака для гарячої води, термостат відкриває циркуляційний клапан. Теплообмінна рідина передає свої калорії в санітарну воду.

Вода в повітряній кулі нагрівається протягом дня разом із сонцем. Вода має хорошу теплову інерцію, вона буде підтримувати температуру протягом ночі, якщо бак буде утеплений.

Сонячні теплові системи зазвичай мають ефективність понад 60%, тобто, якщо сонце світить 1000 Вт/м2, сонячний водонагрівач площею 1 м² буде виробляти щонайменше 600 Вт тепла.

При середньому сонячному світлі у Франції 4 м² панелей можуть покривати щоденні потреби цілий рік; 3 м² панелей покривають потреби протягом 90% року, крім грудня; 2 м² покривають потреби у гарячій воді в найспекотнішу половину року.

Незалежно від пори року, можна провести кілька днів поспіль без сонця. Вода залишиться холодною. Сонячні водяні системи опалення, як правило, поєднуються з електричною системою, яка бере на себе управління протягом тривалих похмурих періодів.

Низькотехнологічна система сонячного водонагрівача буде задокументована Лабораторією низьких технологій у 2018 році.