Перед тем, как подавать питание на генератор, убедитесь, что ваши приборы правильно подключены к генератору. В большинстве случаев это происходит через коробку автоматического выключателя. Это требует использования безобрывного переключателя, который должен быть подключен к вашей коробке выключателя.Затем вы можете подключить переносной генератор к разъему безобрывного переключателя и включить выключатели, питающие приборы, которые вы планируете использовать.

Вы всегда должны поручить сертифицированному электрику установить переключатель резерва, так как неправильное соединение может поставить под угрозу вашу жизнь или подвергнуть опасности друга, члена семьи или даже коммунального работника из-за того, что ваш генератор обратный ток на близлежащие линии электропередач. Если вам нужно протянуть удлинитель от генератора для питания прибора, обязательно используйте неповрежденный шнур с проводом надлежащего калибра.

И ваша система, и ваш генератор должны быть рассчитаны на определенное количество пусковой мощности и рабочей мощности. Под рабочей мощностью понимается количество ватт, необходимое прибору для работы. Однако для включения многих приборов (включая системы отопления и вентиляции) требуется скачок напряжения, называемый пусковой мощностью.

Это означает, что даже если ваш генератор может питать работающую систему отопления и кондиционирования воздуха, его начальная мощность также должна быть выше, чем начальная мощность вашей системы (также называемая максимальной выходной мощностью), иначе ваша система не запустится, или вы можете риск поражения электрическим током.

В целом, многие из более крупных портативных генераторов рассчитаны на пусковую и рабочую мощность, достаточную для питания систем отопления и кондиционирования воздуха средних размеров. Однако, если вы используете портативный генератор меньшего размера, который вы обычно используете для питания некоторых устройств, находясь на заднем сиденье, он, скорее всего, не будет питать вашу систему.

Если вы все еще думаете о покупке портативного генератора, который мог бы питать вашу систему отопления и вентиляции, примите во внимание начальную мощность и рабочую мощность перед покупкой.

При отключении электроэнергии важно уделять первостепенное внимание вашим потребностям. Вам, скорее всего, придется пожертвовать одними основными устройствами, чтобы запустить другие в этой ситуации. Ваша система отопления и вентиляции, вероятно, будет потреблять значительную часть выходной мощности портативного генератора. Может случиться так, что поддержание работы холодильника, освещения в гостиной и наличия микроволновой печи являются более важными приоритетами.Каковы бы ни были ваши потребности, сначала перечислите свои приоритеты в отношении власти. Затем убедитесь, что ваш генератор может удовлетворить ваши потребности, прежде чем включать что-либо.

Generac предоставляет удобную форму, которая помогает вам расставить приоритеты в потребностях в электроэнергии, и включает в себя таблицу, которая позволяет вам складывать начальную и рабочую мощность ваших устройств вместе, чтобы определить, с чем должен работать ваш генератор. Форма также включает оценки мощности для нескольких бытовых приборов. Обязательно выясните точную рабочую и пусковую мощность прибора, прежде чем подключать его к генератору.Если вы перегрузите свой генератор мощностью, вы можете подвергнуть риску себя или семью, повредить свои приборы или даже разрушить генератор.

В зависимости от климата и погоды, ваших предпочтений в отношении комфорта и любых других имеющихся у вас вариантов охлаждения вам может не понадобиться использовать домашнюю систему отопления и кондиционирования воздуха. Вместо этого открытие окон, использование нескольких вентиляторов или использование менее мощного оконного блока может обеспечить достаточный комфорт для вас и вашей семьи.Это может освободить ваш генератор для установки других устройств, а также может быть менее дорогим вариантом.

Если у вас есть вопросы относительно использования вашей системы отопления и кондиционирования воздуха с генератором, позвоните в отдел обогрева и кондиционирования воздуха Barineau по телефону (850) 580-4029.

Примечание. Эта статья предназначена только для общего ознакомления. Никогда не используйте генератор внутри и проконсультируйтесь с профессионалом, прежде чем включать что-либо в своем доме.

Достаточно ли портативного генератора для питания системы отопления и вентиляции? 2018-07-262020-12-29https: // barineauac.com / wp-content / uploads / 2018/03 / barineau-tm-logo275x170_opt.pngBarineau Отопление и кондиционирование воздуха https://barineauac.com/wp-content/uploads/2018/07/poweroutage_heating_and_air_generator.jpg200px200px

Будет ли работать ваш генератор Тепловой насос? — Home Inspection Insider

Столкнувшись с перебоями в подаче электроэнергии, многие люди обращаются к генераторам, чтобы поддержать работу таких предметов первой необходимости, как холодильники. Однако, в зависимости от времени года, когда происходит отключение электроэнергии, вам может быть интересно, может ли ваш генератор питать ваш тепловой насос.

Есть два основных типа генераторов — переносные и бытовые резервные генераторы. Переносные генераторы не предназначены для работы в таких крупных системах, как тепловые насосы. Системы с тепловым насосом различаются по размеру, и по мере увеличения размера также увеличивается ток, необходимый для работы системы теплового насоса. Домашние резервные генераторы лучше всего подходят для работы с системой теплового насоса. Однако есть несколько портативных генераторов, которые могут питать определенные системы теплового насоса среднего размера в зависимости от мощности вашей системы и портативного генератора.

Вам нужен лицензированный подрядчик по производству генераторов? Мы можем помочь! Получите бесплатную оценку от ведущего лицензированного и проверенного подрядчика по производству генераторов в вашем районе!

Давайте обсудим, как домашние резервные и портативные генераторы управляют тепловыми насосами, особенно на ваттах.

Сколько ватт потребляет тепловой насос?

Тепловые насосы обеспечивают тепло, забирая тепло снаружи дома и передавая его внутрь. Это означает, что, когда на улице жарко, тепловой насос меняет направление и работает как кондиционер, который просто забирает тепло внутри вашего дома.Это ведь процесс, не правда ли?

Вот почему для работы тепловых насосов и других электрических печей обычно требуется 15 000 Вт (15 кВт) или более. Это огромно по сравнению с обычными газовыми или масляными воздушными системами, которые могут работать с мощностью всего лишь 2500 Вт (2,5 кВт). Вы можете рассчитать удельную мощность, потребляемую вашим тепловым насосом, по следующей формуле:

вольт x ампер = ватт

Вы можете найти вольты и амперы, используемые вашим тепловым насосом, на бирке данных или посмотрев на размер выключателя на электрической панели. коробка.Тем не менее, ответ на эту формулу будет лишь приблизительным. Ваш тепловой насос не использует точное количество вольт и ампер, указанное на нем. Чтобы получить более точный ответ, просто попросите специалиста по обслуживанию посчитать за вас.

Согласно онлайн-документу Howell-Oregon Electric Coop, тепловому насосу с воздушным источником 3 тонны требуется 7200 пусковых ватт и 5400 рабочих ватт. Это в дополнение к другим устройствам, на которых может работать ваш генератор. Вам нужно будет подсчитать общую пусковую мощность, чтобы определить общую мощность генератора, который вам нужен.

Какая мощность генератора необходима для работы теплового насоса?

Поскольку тепловые насосы обычно потребляют 15 000 ватт (15 кВт), ни один портативный генератор не может обеспечить это с уверенностью. Это крупная бытовая система, которая уже потребляет много обычной электроэнергии. Небольшой резервный генератор не может обеспечить энергией такую ​​большую систему.

Вам понадобится стационарный генератор мощностью не менее 17 000 Вт (17 кВт) для работы теплового насоса, будь то стандартный или комплектный агрегат.Причина, по которой ваш генератор должен иметь более высокую мощность, чем ваша система, заключается в том, что многим приборам, включая системы отопления и охлаждения, для начала работы требуется скачок напряжения.

Это также известно как начальная мощность. Ватт вашего генератора может быть достаточно для работы теплового насоса, но его начальная мощность — это отдельная вещь, которая должна быть выше, чем пусковая мощность вашей системы или максимальная выходная мощность.

Если вы не получите генератор с более высокой стартовой заработной платой, ваша система может быть повреждена электричеством.Эти расчеты дают портативным генераторам небольшое окно для работы с воздушными системами. Существуют более крупные модели, которые имеют достаточную рабочую мощность для работы средних систем отопления и кондиционирования воздуха.

Однако небольшие портативные генераторы — это просто запрет, так как они могут приводить в действие только некоторые мелочи, но не системы. Если вы серьезно подумываете о приобретении портативного генератора из-за проблем с затратами, обязательно рассчитайте эту пусковую и рабочую мощность перед покупкой. А еще лучше проконсультироваться с лицензированным электриком, чтобы он помог вам принять решение о покупке.Скорее всего, они посоветуют вам использовать стационарные генераторы в целях безопасности.

Также стоит отметить, что, поскольку вам понадобится мощный генератор для работы теплового насоса, вы также будете регулярно потреблять больше топлива. Это означает более высокие затраты на энергию в долгосрочной перспективе. Во время работы генератор мощностью 7000 Вт (7 кВт) будет сжигать больше топлива, чем генератор мощностью 22 000 Вт (22 кВт). Помните об этом при покупке генератора, поскольку первоначальная стоимость покупки — это еще не все.

Может ли генератор работать с миниатюрным раздельным бесканальным тепловым насосом?

Бесканальные тепловые насосы с мини-разъемом представляют собой системы большой мощности, несмотря на то, что для работы им требуется немного меньше ватт.Этот настенный тепловой насос может быть бесканальным, но он также потребляет достаточно энергии. Многие производители альтернативных домов используют бесканальные тепловые насосы с мини-разъемами для таких установок, как дома-трейлеры, и используют генераторы для их питания.

Мини-разъемные бесканальные тепловые насосы могут работать от источника питания переносного генератора, но они годны только для аварийных целей. Некоторые люди хотят использовать генераторы в качестве первичных или вторичных источников энергии для этих тепловых насосов, когда они должны быть просто резервными.

Для 1,5-тонного бесканального мини-раздельного теплового насоса Mitsubishi потребуется до 5060 пусковых ватт и 3960 рабочих ватт на 20-амперном токе. Больше, если в вашей мини-сплит-системе есть многозонные настенные блоки.

Если вам нужно запустить бесканальный мини-раздельный тепловой насос с резервным генератором, вы должны предпринять следующие шаги:

1. Ищите передаточный выключатель, который обычно подключается непосредственно к контуру печи. Если между автоматическим выключателем и печью не установлен безобрывный переключатель, вы вообще не сможете подключить генератор.Обратитесь к электрику, чтобы он установил его, если вы еще этого не сделали.
2. Вам необходимо перемонтировать систему, отрезав провод, идущий от печи к выключателю. Установите розетку на панель выключателя, чтобы провода могли проходить от выключателя к печи. Оставьте розетку для подключения генератора.
3. Установка вилки генератора сбоку от печи — лучший вариант. Включите печь в розетку и установите выключатель в исходное положение, чтобы проверить, работает ли ваша печь должным образом.Еще раз проверьте, работает ли генератор с печью.
4. Не кладите генератор где-нибудь поблизости или в удобном месте. Он должен находиться в безопасном месте, потому что он выделяет окись углерода, которая не должна оставаться в вашем доме или в закрытом гараже. Избегайте размещения его в местах, где до него могут дотянуться дети и вода. Просто подключите его к печи внешним удлинителем и никогда не перегружайте его во время отключения электроэнергии, иначе тепловой насос не будет работать.

Как работает безобрывный переключатель при питании тепловых насосов от генератора? Это важно?

Вы, наверное, задаетесь вопросом, как передаточные переключатели передают мощность от генератора к тепловым насосам.Вы должны знать об этом сейчас, прежде чем совершить ошибку, чтобы не тратить деньги на покупку такого переключателя. Ваши тепловые насосы напрямую подключены к вашей силовой панели, поэтому они определенно не будут работать с удлинителями, какой бы взломщик вы ни тянули.

Ваш безобрывный переключатель подключается в основном к монтажной коробке или силовой панели. Принцип его работы заключается в том, что он будет подавать электроэнергию от генератора прямо в дом. Вам просто нужно выбрать, какие цепи вы хотите включить на этом этапе, но вы должны быть осторожны, чтобы не перегрузить поставщика резервного питания.

Прямо сейчас вы должны знать, что передаточные переключатели могут быть такими же дорогими, как сам генератор. Вы не можете даже установить его самостоятельно, так как вам нужен профессионал, который установит его за вас. Это не из тех вещей, через которые можно угадать. В противном случае все ваши расходы на генератор и выключатель просто пропадут даром. Вы даже можете повредить свою отопительную систему и другие связанные с ней электрические устройства.

Установка генератора и передаточного переключателя потребует некоторой модернизации электричества в старых домах, в которых все еще есть старые блоки счетчиков.

Небольшой совет, который делают некоторые люди, чтобы не тратить слишком много на установку, — это подавать генератор обратно в ваш дом. Обратное питание генератора — это подключение генератора прямо к розетке в вашем доме с помощью двухстороннего удлинителя. Однако это может быть чрезвычайно рискованно не только для вас, но и для ваших соседей и электриков.

Электроэнергия из сети, скорее всего, снова включится, и у вас останется два источника питания, проходящих через ваш дом, без какого-либо автоматического выключателя, чтобы все это регулировать.Это может привести к катастрофической перегрузке и возгоранию. Это именно то, от чего вас спасает безобрывный переключатель. Это может помешать проникновению электроэнергии из внешней сети в ваш дом.

Таким образом, вы можете быть уверены, что не произойдет переполнения, которое могло бы привести к катастрофическому пожару. Это единственный безопасный способ резервного питания теплового насоса во время отключения электроэнергии.

Резюме

Подводя итог, выберите резервный генератор для питания теплового насоса дома. Никогда не полагайтесь на портативные генераторы, если у вас нет действительно небольшого нагревательного устройства.Если вы все еще не уверены, какой вариант лучше всего подходит для вашей системы отопления, проконсультируйтесь с квалифицированным электриком, чтобы получить точный совет о том, как обеспечить резервное отопление вашего дома во время аварийных отключений электроэнергии.

Не забудьте также доверить процесс установки профессионалам. Для этих задач наймите лицензированного электрика. Говоря о расходах, никогда не упускайте в бюджете трансфертный переключатель. Обратное кормление будет стоить вам всего вашего дома.

HomeInspectionInsider.com принадлежит и управляется Хубертом Майлзом, который является участником программы Amazon Services LLC Associates, партнерской рекламной программы, разработанной с целью предоставить сайтам средства для получения рекламных сборов за счет рекламы и ссылок на Amazon.com. HomeInspectionInsider.com также участвует в партнерских программах с другими партнерскими сайтами. Хьюберту Майлзу платят за направление трафика и бизнеса в эти компании.

Почему мы рекомендуем генератор для всего дома

Если вам когда-либо приходилось выдерживать длительное отключение электричества в вашем доме, вы знаете, насколько они могут быть опасными.Они останавливают жизнь, останавливают большинство основных видов деятельности, а зимой могут оставить вас в ловушке холода в доме.

Однако вам не придется иметь дело с таким кошмаром. Вы можете установить генератор на весь дом. Это лучшая форма резервного копирования на случай отключения электроэнергии от электросети из-за экстремальных погодных условий, несчастных случаев или напряжения.

Вы можете подумать, что генератор для всего дома — это слишком. Почему бы не использовать менее дорогой портативный генератор? Есть несколько веских причин, по которым мы рекомендуем вам позвонить нам для установки генератора на весь дом, а не полагаться на портативный генератор или вообще не полагаться на него.

ONE: вся необходимая электроэнергия

Какие приборы вам нужны для работы в доме во время отключения электроэнергии, которое длится несколько часов или, возможно, несколько дней? Освещение, холодильник, система отопления, электрическое медицинское оборудование, система безопасности… это отправные точки. Вы не сможете обеспечить эти приборы достаточным количеством электроэнергии с помощью одного портативного генератора, тем более в течение нескольких часов. Переносной генератор в первую очередь полезен для путешествий или для кемпинга.Профессионально установленный генератор для всего дома может удовлетворить ваши потребности без перебоев.

TWO: удобный

Вам не нужно тратить время на то, чтобы подключить портативный генератор для подачи энергии к частям дома. Генератор для всего дома уже встроен в электрическую систему. Когда он активируется, он отключает электрическую систему дома от сети и берет на себя ее до тех пор, пока она больше не понадобится.

ТРИ: Автомат

Автоматический резервный генератор для всего дома делает использование резервного питания еще более удобным: он автоматически включается при отключении электроэнергии в доме.Вам не нужно выходить на улицу ночью или в плохую погоду и изо всех сил пытаться запустить генератор. Это также отлично подходит для устранения перебоев в подаче электроэнергии, когда вас нет дома.

ЧЕТЫРЕ: Простая заправка

Генераторы работают на природном газе или жидком пропане. Если в вашем доме есть линия природного газа, к вашему генератору поступает неограниченный запас топлива — не нужно бояться, что в генераторе закончится топливо, независимо от продолжительности отключения электроэнергии. Для домов без природного газа хорошим выбором будет генератор пропана.Пропан имеет длительный срок хранения, и большая его часть может храниться в резервуарах для сжатого газа.

ПЯТЬ: Безопасность

Генераторы для всего дома хранятся снаружи, где они могут легко сбрасывать выбросы топлива. Переносные генераторы, хранящиеся в доме, создают нездоровый дым, и их использование небезопасно в течение длительного времени.

Мы являемся подрядчиком по ОВКВ в Черри-Хилл, штат Нью-Джерси, и можем также позаботиться об оборудовании вашего дома мощным генератором для всего дома. Мы устанавливаем высококачественные резервные генераторы Generac, одно из самых надежных производителей резервного питания для домов.Наши специалисты подберут для вашего дома генератор, который подает именно то напряжение, которое необходимо вашей семье, чтобы пройти через следующее отключение электричества в районе.

Хотите узнать больше о генераторах для дома? Позвоните в компанию Gibson Heating & Cooling. Мы обслуживаем район Greater Cherry Hill, штат Нью-Джерси.

Теги: Cherry Hill, генераторы для дома
Понедельник, 6 января 2020 г., 11:00 | Категории: Отопление |

Управление теплом в термоэлектрических генераторах

Рассмотрим один термоэлектрический модуль n-p, схематически показанный на рис.1. Мы предполагаем постоянство свойств материалов в каждой ветви. — коэффициент Зеебека, удельное электрическое сопротивление и теплопроводность ветвей n / p соответственно. Ветви n-p соединены электрически последовательно, а термически — параллельно. Следовательно, электрическое сопротивление R и теплопроводность K одной пары np без учета металлических соединений и межфазных сопротивлений можно записать как: и (это общая теплопроводность, в которую вносят вклад электроны и фононы ).Коэффициент Зеебека пары n-p равен, и, наконец, добротность определяется как

Схематическая диаграмма, представляющая термоэлектрический модуль с одной парой n-p.

Модуль хорошо контактирует с источником тепла (без межфазного сопротивления). С другого конца он охлаждается жидким флюсом. Показан энергетический баланс по плите р-ноги, а потери тепла через боковые стенки учтены с использованием конвективной теплопередачи.

В своей новаторской работе Альтенкирх ¹³ / Иоффе ¹ разработал аналитическую модель с постоянными свойствами материалов для определения эффективности термоэлектрических генераторов энергии.Позднее модель была переформулирована Goldsmid ¹⁴ , в которой он предположил одномерный перенос внутри термоэлектрических ветвей, пренебрегая конвективными потерями тепла по периметру (идеальная изоляция), а также пренебрегая контактами. Он применил граничные условия постоянной температуры (на горячей стороне и на холодном радиаторе) и доказал, что максимально достижимый КПД (для оптимальной внешней нагрузки) можно записать в терминах добротности np (Z) и разности температур () как:

Это ясно из уравнения.1 видно, что большие значения Z и большая разница температур приводят к более высокой эффективности. Следовательно, естественной тенденцией является (1) изоляция термоэлектрических ветвей для минимизации потерь тепла и работа модуля как можно ближе к идеальным условиям (идеальная изоляция) и (2) создание большого температурного градиента путем подключения одного конца к источнику тепла. с большими тепловыми потоками и высокими температурами и охлаждением другого конца потоками холодного воздуха / воды. Несомненно, такой подход верен, если предположить, что температура горячих / холодных концов (термоэлектрических ветвей) точно такая же, как у горячего источника тепла / холодного радиатора.На практике это не так. Всегда наблюдается перепад температуры на границах раздела источник тепла / горячий конец TE и теплоотвод / холодный конец TE. Это падение температуры происходит за пределами термоэлектрического плеча и не приводит к выработке электроэнергии TE. Если холодный конец охлаждается потоком текучей среды при температуре, температура на холодном конце термоэлектрического плеча не равна температуре текучей среды и превышает ее. Правильным граничным условием в этом случае является согласование теплового потока на холодной стороне; конвективному потоку теплопередачи от термоэлектрической ветви к жидкости ().Только когда коэффициент теплопередачи жидкости стремится к бесконечности (), и граничные условия постоянной температуры могут использоваться. Во многих случаях охлаждение холодной стороны слишком дорого, и термоэлектрические модули просто присоединяются к источнику тепла, а холодный конец охлаждается за счет естественной конвекции, для которой составляет всего около 1 Вт / м ² К. принудительная конвекция воздуха (с использованием вентилятора) может увеличиваться примерно до 100 Вт / м ² K. Водяное охлаждение дороже, но оно может увеличить коэффициент теплопередачи до довольно больших значений (10–1000 Вт / м ² K) и до еще больших значений при использовании принудительного водяного охлаждения.

В случаях, когда выполняется плохое охлаждение, естественным следствием передачи большого теплового потока на термоэлектрические модули является перегрев модуля и, как следствие, установление гораздо меньших температурных перепадов (), что, следовательно, снижает общую эффективность. В таких случаях можно было бы увеличить разницу температур, просто открыв каналы для теплопотерь на боковых стенках. То есть удалить изоляционные слои и позволить большей площади поверхности контактировать с источником охлаждения для создания большей разницы температур вдоль ветви.Главный вопрос — каковы наилучшие условия эксплуатации, при которых КПД достаточно велик при более дешевых вариантах охлаждения.

Чтобы ответить на этот вопрос, мы разработали более реалистичную модель, учитывающую конвективные потери тепла по периметру и более реалистичные конвективные граничные условия на холодной стороне. Только если коэффициент теплопередачи стремится к бесконечности, граничное условие на холодной стороне равно. Геометрия и подробный вывод уравнения теплопроводности показаны на рис.1.

Здесь для упрощения мы пишем уравнение только для ветви p и, следовательно, опускаем субиндекс p для материалов / геометрических свойств. Результаты можно просто расширить, включив оба типа, путем определения общего теплового / электрического сопротивления ветвей n-p. Результатом написания уравнения теплового баланса, как показано на рис. 1 и как обсуждалось в нашей предыдущей публикации ¹⁵ , является уравнение теплопроводности для электронов и фононов вместе взятых.

, а тепловой поток определяется как:

— периметр ветви, A — поперечное сечение ветви, — температура окружающей среды, — общая теплопроводность, обусловленная электронами и фононами, и — поток электрического тока.Обратите внимание, что в формуле. 2 мы пренебрегаем эффектом Томсона, чтобы упростить решения. Другими словами, мы предполагаем, что коэффициент Зеебека не меняется с температурой (). Чтобы включить зависящий от температуры коэффициент Зеебека, член Томсона должен быть добавлен в левую часть уравнения. 2 как -. Полные решения с включением членов Томсона слишком длинны, и из таких сложных уравнений трудно извлечь информацию ^12,16 .

Для дальнейшего упрощения решений мы определяем набор безразмерных параметров, а также меняем эталон для измерения температуры:

, где I — ток (в единицах ампер), — безразмерный ток.аналогично числу Био, которое определяется на холодном конце как длина термоэлектрической ветви и теплопроводность ТЕ-модуля. является показателем эффективности охлаждения на холодной стороне. Большие значения соответствуют большим значениям и, следовательно, лучшему охлаждению на холодном конце. можно рассматривать как демпфирующий член, падение температуры вдоль ветвей TE пропорционально. — еще один безразмерный параметр, известный как параметр плавника. В этом анализе он отражает потери тепла через боковые стенки и увеличивается по мере увеличения (коэффициента теплопередачи через боковые стенки).Основное приближение в нашей модели состоит в том, что температура постоянна в плоскости y-z. Обратите внимание, что это предположение очень часто используется при моделировании плавников и справедливо для параметров ребер меньше 3 ^17,18 .

Решение уравнения. 2, для фиксированного температурного граничного условия () на горячей стороне и конвективных граничных условий на холодной стороне

Обратите внимание, что здесь для упрощения задачи; мы предположили, что температура охлаждающей жидкости () такая же, как температура окружающей среды ().Разница между охлаждением холодной стороны и потерями тепла через боковые стенки показана двумя разными коэффициентами теплопередачи и.

Используя уравнение. 3, тепловая мощность на горячей стороне (x = 0) составляет:

Можно показать, что полезная работа, проделанная с внешней нагрузкой:

Наконец, эффективность составляет

Обогрейте дом с помощью механической ветряной мельницы

Иллюстрация: Рона Бинай для журнала Low-tech.

При правильных условиях механическая ветряная мельница с увеличенной тормозной системой является дешевой, эффективной и устойчивой системой отопления.

Тепло против электричества

В глобальном масштабе спрос на тепловую энергию соответствует одной трети предложения первичной энергии, в то время как спрос на электроэнергию составляет лишь одну пятую. [1] В умеренном или холодном климате доля тепловой энергии еще выше. Например, в Великобритании на тепло приходится почти половина общего потребления энергии. [2] Если мы посмотрим только на домашние хозяйства, тепловая энергия для отопления помещений и нагрева воды в умеренном и холодном климате может составлять 60-80% от общего внутреннего спроса на энергию.[3]

Несмотря на это, возобновляемые источники энергии играют незначительную роль в производстве тепла. Основным исключением является традиционное использование биомассы для приготовления пищи и обогрева, но в «развитом» мире даже биомасса часто используется для производства электроэнергии вместо тепла. Использование прямого солнечного тепла и геотермального тепла обеспечивает менее 1% и 0,2% общемирового спроса на тепло, соответственно [4] [5]. Хотя на возобновляемые источники энергии приходится более 20% мирового спроса на электроэнергию (в основном гидроэлектроэнергия), на них приходится только 10% глобального спроса на тепло (в основном биомасса).[5] [6]

Прямое и косвенное производство тепла

Электроэнергия, произведенная из возобновляемых источников энергии, может быть — и преобразуется — в тепло косвенным образом. Например, ветряная турбина преобразует свою энергию вращения в электричество с помощью своего электрического генератора, и это электричество затем может быть преобразовано в тепло с помощью электрического нагревателя, электрического бойлера или электрического теплового насоса. Результат — тепло, выделяемое ветровой энергией.

В частности, многие правительства и организации продвигают электрический тепловой насос как устойчивое решение для производства тепла из возобновляемых источников.Однако солнечная и ветровая энергия также может использоваться напрямую, без предварительного преобразования их в электричество — и, конечно же, то же самое относится и к биомассе. Прямое производство тепла дешевле, может быть более энергоэффективным и более устойчивым, чем косвенное производство тепла.

Прототипы ветряных мельниц, вырабатывающих тепло, построенные Эсрой Л. Соренсен в 1974 году. Фото Клауса Нибро. Источник: [13]

Прямая альтернатива солнечной фотоэлектрической энергии — солнечная тепловая энергия, технология, появившаяся в девятнадцатом веке после более дешевых технологий производства стекла и зеркал.Солнечная тепловая энергия может использоваться для нагрева воды, отопления помещений или в промышленных процессах, и это в 2-3 раза более энергоэффективно по сравнению с непрямым путем, включающим преобразование электроэнергии.

Практически никто не знает, что ветряная мельница может производить тепло напрямую.

Прямая альтернатива ветроэнергетике, которую все знают, — это старомодная ветряная мельница, которой не менее 2000 лет. Он передавал энергию вращения от своего ветряного ротора непосредственно на ось станка, например, для пиления дерева или шлифования зерна.Этот старомодный подход остается актуальным, в том числе в сочетании с новыми технологиями, поскольку он будет более энергоэффективным по сравнению с первым преобразованием энергии в электричество, а затем обратно во вращательную энергию.

Однако старомодная ветряная мельница может обеспечивать не только механическую, но и тепловую энергию. Проблема в том, что этого почти никто не знает. Даже Международное энергетическое агентство не упоминает прямое преобразование ветра в тепло, когда предлагает все возможные варианты производства тепла из возобновляемых источников.[1]

Ветряная мельница с водяным тормозом

Один тип ветряных мельниц, генерирующих тепло, преобразует энергию вращения непосредственно в тепло путем создания трения в воде с использованием так называемого «водяного тормоза» или «машины Джоуля». Теплогенератор, основанный на этом принципе, представляет собой ветряную мешалку или крыльчатку, установленную в изолированном резервуаре, заполненном водой. Из-за трения между молекулами воды механическая энергия преобразуется в тепловую. Нагретую воду можно перекачивать в здание для обогрева или стирки, и ту же концепцию можно применить к производственным процессам на заводе, требующим относительно низких температур.[7] [8] [9]

Чертеж системы отопления на базе ветряка с водяным тормозом. Источник: [8]

Машина Джоуля изначально задумывалась как измерительный прибор. Джеймс Джоуль построил его в 1840-х годах для своего знаменитого измерения механического эквивалента тепла: одна калория равна количеству энергии, необходимому для повышения температуры 1 кубического сантиметра воды на 1 градус Цельсия. [10]

Теплогенератор, основанный на этом принципе, представляет собой ветряную мешалку или крыльчатку, установленную в изолированном резервуаре, наполненном водой

Самое интересное в ветряных мельницах с водяным тормозом то, что гипотетически они могли быть построены сотни или даже тысячи лет назад.Для них требуются простые материалы: дерево и / или металл. Но хотя мы не можем исключить их использование в доиндустриальные времена, первое упоминание о ветряных мельницах, производящих тепло, относится к 1970-м годам, когда датчане начали их строить после первого нефтяного кризиса.

Чертеж теплогенератора ветряной мельницы. Источник: [8]

В то время Дания почти полностью зависела от импорта нефти для отопления, из-за чего многие домашние хозяйства оставались в холоде, когда поставки нефти были нарушены.Поскольку у датчан уже была сильная DIY-культура для небольших ветряных турбин, вырабатывающих электричество на фермах, они начали строить ветряные мельницы для обогрева своих домов. Некоторые выбрали непрямой путь, преобразовывая вырабатываемое ветром электричество в тепло с помощью электрических нагревательных приборов. Другие, однако, разработали механические ветряные мельницы, которые непосредственно производили тепло.

Строить дешевле

Прямой подход к производству тепла значительно дешевле и более экологичен, чем преобразование электроэнергии, вырабатываемой ветром или солнечной энергией, в тепло с помощью электрических нагревательных устройств.На это есть две причины.

Во-первых, и это наиболее важно, механические ветряные мельницы менее сложны, что делает их более доступными и менее ресурсоемкими в строительстве, а также увеличивает срок их службы. В ветряной мельнице с водяным тормозом можно исключить электрический генератор, преобразователи энергии, трансформатор и коробку передач, а из-за экономии веса ветряная мельница должна быть менее прочной. Машина Джоуля имеет меньший вес, меньшие размеры и меньшую стоимость, чем электрический генератор. [11] Также важно, что стоимость хранения тепла на 60-70% ниже по сравнению с батареями или использованием резервных тепловых электростанций.[2]

Ветряк с водяным тормозом, построенный в Институте сельскохозяйственных технологий в 1974 году. Фото Рикара Матцена. Источник: [13]

Во-вторых, преобразование ветровой или солнечной энергии непосредственно в тепло (или механическую энергию) может быть более энергоэффективным, чем при электрическом преобразовании. Это означает, что для подачи определенного количества тепла требуется меньше преобразователей солнечной и ветровой энергии и, следовательно, меньше места и ресурсов. Короче говоря, ветряная мельница, генерирующая тепло, устраняет основные недостатки энергии ветра: ее низкую удельную мощность и ее непостоянство.

Механические ветряные мельницы менее сложны, что делает их более доступными и менее ресурсоемкими в строительстве, а также увеличивает срок их службы.

Кроме того, прямое производство тепла значительно улучшает экономику и устойчивость небольших типов ветряных мельниц. Испытания показали, что небольшие ветряные турбины, производящие электричество, очень неэффективны и не всегда вырабатывают столько энергии, сколько необходимо для их производства. [12] Однако использование аналогичных моделей для производства тепла может снизить реальную энергию и затраты, увеличить срок службы и повысить эффективность.

Сколько тепла может производить ветряная мельница?

Датская ветряная мельница с водяным тормозом 1970-х годов была относительно небольшой машиной с диаметром ротора около 6 метров и высотой около 12 метров. Более крупные ветряные мельницы, генерирующие тепло, были построены в 1980-х годах. Чаще всего используются простые деревянные лезвия. В общей сложности задокументировано не менее дюжины различных моделей, как самодельных, так и коммерческих. [7] Многие из них были построены из использованных автомобильных запчастей и других выброшенных материалов. [13]

Одна из самых маленьких датских ветряных мельниц, производящих тепло, была официально протестирована.Calorius type 37 с диаметром ротора 5 метров и высотой 9 метров производил 3,5 киловатта тепла при скорости ветра 11 м / с (сильный ветер, балл 6 баллов по шкале Бофорта). Это сопоставимо с теплопроизводительностью самых маленьких электрокотлов для отопления помещений. С 1993 по 2000 год датская фирма Westrup построила в общей сложности 34 ветряных мельницы с водяным тормозом на основе этой конструкции, и к 2012 году их все еще оставалось в эксплуатации. [7]

Ветряная мельница Calorius, вырабатывающая до 4 кВт тепла.Изображение предоставлено Nordic Folkecenter в Дании.

Гораздо более крупная ветряная мельница с водяным тормозом (диаметр ротора 7,5 м, башня 17 м) была построена в 1982 году братьями Сванеборг и отапливала дом одного из них (другой брат выбрал ветряную турбину и электрическую систему отопления). Ветряк с тремя лопастями из стекловолокна, по неофициальным данным, производил до 8 киловатт тепла, что сравнимо с мощностью электрического котла для скромного дома. [7]

В конце 1980-х годов Кнуд Берту построил самую сложную на сегодняшний день тепловую ветряную мельницу: LO-FA.В других моделях тепловыделение происходило в нижней части башни — сверху ветряка проходила шахта до низа, где был установлен водяной тормоз. Однако в ветряке LO-FA все механические части для преобразования энергии были перемещены на вершину башни. Нижние 10 метров 20-метровой башни залили 15 тоннами воды в изотермический резервуар. Следовательно, из мельницы можно было буквально взять горячую воду. [7]

Башня ветряной мельницы LO-FA была залита 15 тоннами воды в изолированном резервуаре: горячая вода могла буквально вытекать из ветряка.

LO-FA также была самой большой из тепловых ветряных мельниц с диаметром ротора 12 метров. Его тепловая мощность оценивалась в 90 киловатт при скорости ветра 14 м / с (Beaufort 7). Эти результаты кажутся чрезмерными по сравнению с другими ветряными мельницами, генерирующими тепло, но выход энергии ветряной мельницы увеличивается более чем пропорционально диаметру ротора и скорости ветра. Кроме того, фрикционной жидкостью в водяном тормозе была не вода, а гидравлическое масло, которое можно нагревать до гораздо более высоких температур.Затем масло передавало свое тепло накопителю воды в башне. [7]

Возобновление процентов

Интерес к ветряным мельницам, генерирующим тепло, возродился несколько лет назад, хотя пока это касается лишь нескольких научных исследований. В статье 2011 года немецкие и британские ученые пишут, что «небольшие и удаленные домохозяйства в северных регионах требуют тепловой энергии, а не электричества, и поэтому ветряные турбины в таких местах должны быть построены для производства тепловой энергии». [8]

Исследователи объясняют и иллюстрируют работу ветряной мельницы с водяным тормозом и рассчитывают оптимальную производительность технологии.Было обнаружено, что характеристики крутящего момента ветряного ротора и крыльчатки должны быть тщательно согласованы для достижения максимальной эффективности. Например, для очень маленькой ветряной мельницы Савониуса, которую ученые использовали в качестве модели (диаметр ротора 0,5 м, башня 2 м), было рассчитано, что диаметр крыльчатки должен быть 0,388 м.

Затем исследователи провели моделирование в течение пятидесяти часов, чтобы рассчитать тепловую мощность ветряка. Хотя Savonius — это низкоскоростная ветряная мельница, которая плохо подходит для выработки электроэнергии, она оказывается отличным производителем тепла: небольшая ветряная мельница вырабатывает до 1 кВт тепловой энергии (при скорости ветра 15 м / с).[8] В исследовании 2013 года с использованием прототипа были получены аналогичные результаты, и расчетная эффективность системы составила 91%. [9] Это сопоставимо с эффективностью ветряной турбины, нагревающей воду с помощью электричества.

Исследование 2013 года с использованием прототипа рассчитало, что эффективность системы составила 91%

Очевидно, что это не всегда штормовая погода, а это значит, что средняя скорость ветра не менее важна. В исследовании 2015 года изучаются возможности тепловых ветряных мельниц в Литве, балтийской стране с холодным климатом, зависящим от импорта дорогостоящего топлива.[14] Исследователи подсчитали, что при средней скорости ветра в стране (4 м / с по шкале Бофорта 3) для выработки одного киловатта тепла требуется ветряная мельница с диаметром ротора 8,2 метра.

Теплогенерирующая ветряная мельница с водяным тормозом, размещенная внутри нижней части башни. Мельница была построена Йоргеном Андерсеном в 1975 году и находилась в Серритслеве. Фото Клауса Нибро. Источник: [13]

Они сравнивают это с потребностью в тепловой энергии нового энергоэффективного здания площадью 120 м2, отапливаемого в соответствии с современными стандартами комфорта, и приходят к выводу, что ветряная мельница, генерирующая тепло, может покрыть от 40 до 75% годовой потребности в отоплении (в зависимости от класса энергоэффективности. конструкции).[14]

Накопление тепла

Средняя скорость ветра также не гарантируется, что означает, что ветряная мельница, вырабатывающая тепло, требует аккумулирования тепла — в противном случае она обеспечивала бы обогрев только тогда, когда дует ветер. Один кубический метр нагретой воды (1 тонна, 1000 литров) может вместить до 90 кВт · ч тепла, что составляет примерно один-два дня подачи тепла для семьи из четырех человек.

Та же мельница, что и на фото выше, вид снизу. Источник: [7]

Таким образом, для обеспечения достаточного объема хранилища, чтобы обеспечить мост без ветра в течение недели, требуется до 7 тонн воды, что соответствует объему в 7 кубических метров плюс изоляция.Однако следует также учитывать потери энергии (саморазряд), и это объясняет, почему датские ветряные мельницы, генерирующие тепло, обычно имеют резервуар для хранения от десяти до двадцати тысяч литров воды. [13]

Теплогенерирующую ветряную мельницу можно комбинировать с солнечным бойлером, чтобы и солнце, и ветер могли напрямую поставлять тепловую энергию, используя меньший резервуар для воды.

Теплогенерирующую ветряную мельницу можно также комбинировать с солнечным бойлером, чтобы и солнце, и ветер могли напрямую поставлять тепловую энергию, используя один и тот же резервуар для хранения тепла.В этом случае становится возможным построить довольно надежную систему отопления с резервуаром для хранения тепла меньшего размера, поскольку комбинация двух — часто дополняющих — источников энергии увеличивает шансы на прямое подачу тепла. Ветряные мельницы, генерирующие тепло, особенно в менее солнечном климате, являются отличным дополнением к солнечной тепловой системе, потому что последняя вырабатывает относительно меньше тепла зимой, когда потребность в тепле максимальна.

Замедлители схватывания и механические тепловые насосы

Самые последние и обширные исследования на сегодняшний день относятся к 2016 и 2018 годам, и в них сравниваются различные типы теплогенерирующих ветряных мельниц с различными типами косвенного производства тепла.[1] [15] В ветряных мельницах второго типа тепло вырабатывается с помощью механических тепловых насосов или гидродинамических замедлителей, а не с помощью водяного тормоза.

Механический тепловой насос — это просто тепловой насос без электродвигателя. Вместо этого ветряной ротор напрямую подключен к компрессору (-ам) теплового насоса. Это требует на одно преобразование энергии меньше, что делает комбинацию по крайней мере на 10% более энергоэффективной, чем электрический тепловой насос, приводимый в действие ветряной турбиной.

Гидродинамический ретардер хорошо известен как тормозная система тяжелых транспортных средств.Подобно джоулевой машине, он преобразует энергию вращения в тепло без участия электричества. Замедлители и механические тепловые насосы имеют те же преимущества, что и машины Джоуля, в том смысле, что они намного меньше, легче и дешевле электрических генераторов. Однако в этом случае для достижения оптимального КПД требуется коробка передач.

Сравнение различных видов производства прямого и косвенного нагрева. Источник: [15]

В исследовании сравниваются теплогенерирующие ветряные мельницы на основе замедлителей и механических тепловых насосов с косвенным производством тепла с использованием электрических котлов и электрических тепловых насосов.Он сравнивает эти четыре технологии для трех систем размера: небольшая ветряная мельница, предназначенная для отопления автономного дома, большая ветряная мельница, предназначенная для теплоснабжения деревни, и ветряная электростанция, производящая тепло для 20 000 жителей. Четыре концепции отопления ранжируются на основе их годовых капитальных и эксплуатационных затрат, предполагая, что срок их службы составляет 20 лет. [1] [15]

Прямое соединение механической ветряной мельницы с механическим тепловым насосом дешевле, чем использование газового котла или комбинации ветряной турбины и электрического теплового насоса.

Для автономной системы прямое соединение механической ветряной мельницы с механическим тепловым насосом является самым дешевым вариантом, в то время как комбинация ветряной турбины и электрического котла стоит в два-три раза дороже. Все остальные технологии находятся посередине. Принимая во внимание как инвестиционные, так и эксплуатационные расходы, малые тепловые ветряные мельницы с механическими тепловыми насосами одинаково дороги или дешевле, чем обычные газовые котлы, если предположить типичную производительность небольшой ветряной мельницы (которая производит — в течение одного года — 12% до 22% от его максимальной выходной энергии).

Изображение: Ветряная мельница с водяным тормозом, разработанная О. Хельгасоном (слева), водяной тормоз с системой переменной нагрузки (справа). Изображения из «Испытания при очень высокой скорости ветра ветряной мельницы, управляемой водяным тормозом», О. Хельгасон и А.С. Сигурдсон, Научный институт Исландского университета. Источник: [7]

С другой стороны, сочетание небольшой ветряной турбины и электрического теплового насоса требует, чтобы ветряная мельница с «коэффициентом мощности» не менее 30% стала конкурентоспособной по стоимости с газовым отоплением, но такая высокая производительность очень необычна.Более крупные системы имеют одинаковые рейтинги — комбинация механических ветряных мельниц и механических тепловых насосов является самым дешевым вариантом, но они имеют до трех раз меньшие капитальные затраты из-за экономии на масштабе. Ветряные мельницы большего размера имеют более высокий коэффициент мощности (16-40%), что приводит к еще большей экономии затрат.

Из-за больших потерь энергии на транспортировку тепла тепловая ветряная мельница лучше всего подходит как децентрализованный источник энергии, обеспечивая теплом домохозяйство, не подключенное к электросети, или, в оптимальном случае, небольшой город.

Однако более крупные системы также обнаруживают проблему при расширении технологии: хранение тепла может быть дешевле и эффективнее, чем хранение электроэнергии, но для транспорта справедливо обратное: потери энергии для транспортировки тепла намного больше, чем потери энергии для электричества. коробка передач. Ученые подсчитали, что максимальное расстояние, достижимое с точки зрения затрат при оптимальных ветровых условиях, составляет 50 км. [15]

Следовательно, тепловая ветряная мельница лучше всего подходит как децентрализованный источник энергии, обеспечивая теплом домохозяйство, не подключенное к электросети, или — в оптимальном случае — относительно небольшой город или город, или промышленную зону.Для еще более крупных систем необходимо транспортировать энергию в виде электричества, и в этом случае прямое производство тепла со всеми его преимуществами становится непривлекательным.

Ослепленный электричеством

Теплогенерирующие ветряные мельницы также исследуются для производства электроэнергии из возобновляемых источников, главным образом потому, что они предлагают лучшее решение для хранения энергии по сравнению с батареями или другими распространенными технологиями. [16] В этих системах произведенное тепло преобразуется в электричество с помощью паровой турбины.Система хранения аналогична системе концентрированной солнечной электростанции (CSP), а солнечные концентраторы заменены ветряными мельницами, генерирующими тепло.

«Вихретоковый нагреватель». Источник: [9]

Поскольку для эффективного производства электроэнергии с помощью паровой турбины необходимы высокие температуры, эти системы не могут использовать джоулевые машины или гидродинамические замедлители, а вместо этого полагаются на тип замедлителя, называемый «вихретоковым нагревателем» (или «индукционным нагревателем»). ). Они состоят из магнита, установленного на вращающемся валу, и могут достигать температуры до 600 градусов Цельсия.Используя вихретоковые нагреватели, ветряные мельницы могут обеспечивать прямое нагревание при более высоких температурах, что еще больше увеличивает их потенциальное использование в промышленности.

Однако использование накопленного тепла для производства электроэнергии значительно дороже и менее устойчиво по сравнению с использованием тепловых ветряных мельниц для прямого производства тепла. Эффективность преобразования накопленного тепла в электричество составляет не более 30%, а это означает, что две трети энергии ветра теряется из-за ненужного преобразования энергии — и то же самое верно, когда солнечное тепло используется для производства энергии.[15]

Таким образом, прямое производство тепла дает возможность сэкономить в три раза больше выбросов парниковых газов и ископаемого топлива, используя такое же количество ветряных мельниц, которые также дешевле и более экологичны в строительстве. Надеемся, что прямому производству тепла будет отдан приоритет, которого оно заслуживает. Несмотря на потепление климата, потребность в тепловой энергии как никогда высока.

Крис Де Декер

1. Нитто, дипломированный инженер Алехандро Николас, Карстен Агерт и Ивонн Шольц.«ВЕТРОВЫЕ СИСТЕМЫ ТЕПЛОВОЙ ЭНЕРГИИ (WTES)».
2. Интеграция накопителя тепловой энергии в энергетическую сеть, Шарьяр Ахмед, 2017 г.
3. Светлое будущее заводов, работающих на солнечной энергии, Крис Де Декер, Low-tech Magazine, 2011 г.
4. Solar Heat Worldwide, издание 2018 г., Международное энергетическое агентство (МЭА).
5. Возобновляемые источники энергии 2018, Тепло, Международное энергетическое агентство (МЭА).
6. Всемирный банк: Производство электроэнергии из возобновляемых источников.
7. Расцвет современной ветроэнергетики: энергия ветра для всего мира .Pan Stanford Publishing, 2013. См. Главу 13 («Ветряные мельницы с водяным тормозом», Йорген Крогсгаард) и главу 16 («Преданные забвению», Пребен Маегаард). Похоже, это единственные англоязычные документы о датских ветряных мельницах с водяным тормозом.
8. Чакиров, Рустиам и Юрий Вагапов. «Прямое преобразование энергии ветра в тепло с помощью джоулевой машины». Четвертая международная конференция по окружающей среде и информатике (ICECS 2011), Сингапур, сентябрь . 2011.
9. СИСТЕМА МАЛЫЙ ВЕТРОВОЙ ЭНЕРГИИ С ПОСТОЯННЫМ МАГНИТОМ НАГРЕВАТЕЛЕМ Вихревого тока, ИОН СОБОР, ВАСИЛЬ РАХЬЕ, АНДРЕЙ ЧИЧУК и РОДИОН ЧЮПЕРЦĂ.BULETINUL INSTITUTULUI POLITEHNIC DIN IAŞI. Publicat de Universitatea Tehnică «Gheorghe Asachi» в Яссы Томул LIX (LXIII), Fasc. 4, 2013
10. Эксперимент Джоуля: историко-критический подход, советник Маркоса Поу Галло.
11. Окадзаки, Тору, Ясуюки Сираи и Такэцунэ Накамура. «Исследование концепции ветроэнергетики с использованием прямого преобразования тепловой энергии и накопления тепловой энергии». Возобновляемая энергия 83 (2015): 332-338.
12. Реальные испытания малых ветряных турбин в Нидерландах и Великобритании, Крис Де Декер, The Oil Drum, 2010.
13. Selfbuilders, веб-сайт Winds of Change, Эрик Гроув-Нильсен.
14. Чернецкене, Юргита и Тадас Жданкус. «Использование энергии ветра для отопления энергоэффективных зданий: анализ возможностей». Журнал устойчивой архитектуры и гражданского строительства 10.1 (2015): 58-65.
15. Cao, Karl-Kiên, et al. «Расширяя горизонты теплоэнергии: оценка затрат на новые концепции отопления помещений с помощью ветроэнергетических систем.» Энергия 164 (2018): 925-936.
16. Окадзаки, Тору, Ясуюки Сираи и Такэцунэ Накамура. «Исследование концепции ветроэнергетики с использованием прямого преобразования тепловой энергии и накопления тепловой энергии».

    No related posts.