Förnybar värme - Renewable heat

Förnybar värme är en tillämpning av förnybar energi som hänvisar till produktion av värme från förnybara källor; till exempel matning av radiatorer med vatten som värms genom fokuserad solstrålning snarare än med en fossil bränslepanna. Förnybar värmeteknik inkluderar förnybara biobränslen, solvärme, jordvärme, värmepumpar och värmeväxlare. Isolering är nästan alltid en viktig faktor för hur förnybar uppvärmning genomförs.

Många kallare länder förbrukar mer energi för uppvärmning än för att leverera el. År 2005 förbrukade till exempel Storbritannien 354 TWh elkraft, men hade ett värmebehov på 907 TWh, varav majoriteten (81%) möttes med gas. Enbart bostadssektorn förbrukade 550 TWh energi för uppvärmning, huvudsakligen från metan. Nästan hälften av den slutliga energiförbrukningen i Storbritannien (49%) var i form av värme, varav 70% användes av hushåll och i kommersiella och offentliga byggnader. Hushållen använde värme främst för uppvärmning (69%).

Den relativa konkurrenskraften för förnybar el och förnybar värme beror på en nations inställning till energi- och miljöpolitik. Få förnybara tekniker (vare sig för värme, el eller transport) är konkurrenskraftiga med fossila bränslen utan någon form av koldioxidvärdering eller subvention. I de länder, som Sverige, Danmark och Finland, där statliga ingripanden har varit närmast en teknikneutral form av koldioxidvärdering (dvs. kol- och energiskatter ), har förnybar värme spelat en ledande roll i ett mycket betydande förnybart bidrag till slut energiförbrukning. I de länder, som Tyskland, Spanien, USA och Storbritannien, där statliga ingripanden har fastställts på olika nivåer för olika tekniker, användningsområden och skalor, har bidrag från förnybar värme och förnybar elteknik beror på de relativa nivåerna av stöd och har i allmänhet resulterat i ett lägre förnybart bidrag till slutlig energiförbrukning.

Ledande teknik för förnybar värme

Solvärme

Solvärme är en byggnadsstil som använder energin från sommar- eller vintersolsken för att tillhandahålla en ekonomisk tillförsel av primär- eller tilläggsvärme till en struktur. Värmen kan användas för både rumsuppvärmning (se solluftsvärme ) och vattenuppvärmning (se solvarmvatten ). Solvärme design är indelad i två grupper:

  • Passiv solvärme är beroende av husets design och struktur för att samla värme. Passiv solbyggnadskonstruktion måste också överväga lagring och distribution av värme, som kan åstadkommas passivt, eller använd luftkanaler för att dra värme aktivt till byggnadens grund för lagring. En sådan design uppmättes genom att lyfta temperaturen i ett hus till 24 ° C (75 ° F) på en delvis solig vinterdag (-7 ° C eller 19 ° F), och det påstås att systemet passivt tillhandahåller huvuddelen av byggnadens uppvärmning. Huset på 470 kvadratfot (370 m 2 ) kostade $ 125 per kvadratfot (eller 370 m 2 till $ 1 351/m 2 ), ungefär som kostnaden för ett traditionellt nytt hem.
  • Aktiv solvärme använder pumpar för att flytta luft eller vätska från solfångaren till byggnaden eller lagringsområdet. Applikationer som solluftsvärme och solvattenuppvärmning fångar vanligtvis solvärme i paneler som sedan kan användas för applikationer som rumsuppvärmning och komplettering av bostadsvattenberedare. Till skillnad från solcellspaneler , som används för att generera el, är solvärmepaneler billigare och fångar en mycket högre andel av solens energi.

Solvärmesystem kräver vanligtvis ett litet extra värmesystem, antingen konventionellt eller förnybart.

Jordvärme

Varma källor i Nevada.

Geotermisk energi nås genom borrning av vatten eller ångbrunnar i en process som liknar borrning efter olja. Geotermisk energi är en enorm, underutnyttjad värme- och kraftresurs som är ren (avger få eller inga växthusgaser), pålitlig (genomsnittlig systemtillgänglighet på 95%) och hemodlad (vilket gör befolkningen mindre beroende av olja).

Jorden absorberar solens energi och lagrar den som värme i haven och under jorden. Marktemperaturen förblir konstant vid en punkt på 42 till 100 ° F (6 till 38 ° C) året runt beroende på var du bor på jorden. Ett jordvärmesystem utnyttjar den jämna temperaturen som finns under jordens yta och använder den för att värma och kyla byggnader. Systemet består av en serie rör installerade under jord, anslutna till rör i en byggnad. En pump cirkulerar vätska genom kretsen. På vintern absorberar vätskan i röret värmen från jorden och använder den för att värma byggnaden. På sommaren absorberar vätskan värme från byggnaden och slänger den i jorden.

Värmepumpar

Värmepumpar använder arbete för att flytta värme från en plats till en annan, och kan användas för både uppvärmning och luftkonditionering. Även om det är kapitalintensivt är värmepumpar ekonomiska att driva och kan drivas med förnybar el. Två vanliga typer av värmepumpar är luftvärmepumpar (ASHP) och markvärmepumpar (GSHP), beroende på om värme överförs från luften eller från marken. Luftvärmepumpar är inte effektiva när utetemperaturen är lägre än cirka -15 ° C, medan värmepumpar från markkällan inte påverkas. Värmepumpens verkningsgrad mäts med prestanda -koefficienten (CoP): För varje elenhet som används för att pumpa värmen genererar en luftvärmepump 2,5 till 3 värmeenheter (dvs den har en CoP på 2,5 till 3 ), medan en GSHP genererar 3 till 3,5 enheter värme. Baserat på nuvarande bränslepriser för Storbritannien, förutsatt en CoP på 3–4, är en GSHP ibland en billigare form av rumsuppvärmning än elektrisk, olja och fast bränsleuppvärmning. Värmepumpar kan kopplas till en säsongsbetonad termisk energilagring (varm eller kall), vilket fördubblar CoP från 4 till 8 genom att extrahera värme från varmare mark.

Mellansäsongsvärmeöverföring

Huvudartikel: Säsongens lagring av termisk energi

En värmepump med mellansäsongsvärmeöverföring kombinerar aktiv soluppsamling för att lagra överskottsvärme i termiska banker med markvärmepumpar för att extrahera den för uppvärmning på vintern. Detta minskar det "lyft" som behövs och fördubblar värmepumpens CoP eftersom pumpen börjar med värme från värmebanken istället för kyla från marken.

CoP och lyft

En värmepump CoP ökar när temperaturskillnaden, eller "Lift", minskar mellan värmekälla och destination. CoP kan maximeras vid designtiden genom att välja ett värmesystem som endast kräver en låg slutlig vattentemperatur (t.ex. golvvärme) och genom att välja en värmekälla med hög medeltemperatur (t.ex. marken). Varmvatten och tappvarmvatten kräver höga vattentemperaturer, vilket påverkar valet av värmepumpsteknik. Lågtemperaturradiatorer ger ett alternativ till konventionella radiatorer.

Pumptyp och källa Typiskt användningsfall Värmepumpens COP -variation med utgångstemperatur
35 ° C
(t.ex. golvvärme) 		45 ° C
(t.ex. lågtemp. Radiator eller golvvärme) 		55 ° C
(t.ex. lågtemp. Radiator eller uppvärmt trägolv) 		65 ° C
(t.ex. st. Radiator eller varmvatten) 		75 ° C
(t.ex. radiator och varmvatten) 		85 ° C
(t.ex. standardkylare och varmvatten)
Högeffektiv ASHP -luft vid -20 ° C   2.2 2.0 - - - -
Tvåstegs ASHP -luft vid -20 ° C Låg källtemp. 2.4 2.2 1.9 - - -
Högeffektiv ASHP -luft vid 0 ° C Låg utgångstemperatur. 3.8 2.8 2.2 2.0 - -
Prototyp Transkritisk CO
2 (R744) Värmepump med tredelad gaskylare, källa vid 0 ° C 		Hög utgångstemperatur. 3.3 - - 4.2 - 3.0
GSHP -vatten vid 0 ° C   5.0 3.7 2.9 2.4 - -
GSHP mald vid 10 ° C Låg utgångstemperatur. 7.2 5.0 3.7 2.9 2.4 -
Teoretisk Carnot -cykelgräns , källa -20 ° C   5.6 4.9 4.4 4.0 3.7 3.4
Teoretisk Carnot -cykelgräns, källa 0 ° C   8.8 7.1 6,0 5.2 4.6 4.2
Teoretisk Lorentz cykelgräns ( CO
2 pump), returvätska 25 ° C, källa 0 ° C 		  10.1 8.8 7.9 7.1 6.5 6.1
Teoretisk Carnot -cykelgräns, källa 10 ° C   12.3 9.1 7.3 6.1 5.4 4.8

Motståndskraftig elektrisk uppvärmning

Förnybar el kan genereras genom vattenkraft, sol, vind, geotermi och genom att bränna biomassa. I några länder där förnybar el är billig är motståndsvärme vanligt. I länder som Danmark där el är dyr är det inte tillåtet att installera elvärme som huvudvärmekälla. Vindkraftverk har mer effekt på natten när det finns en liten efterfrågan på el, lagringsvärmare förbrukar denna billigare el på natten och avger värme under dagen.

Uppvärmning av träpellets

Vedspis.
Träpellets.

Träpelletsuppvärmning och andra typer av vedvärmesystem har uppnått sin största framgång i uppvärmning av lokaler som ligger utanför gasnätet, vanligtvis tidigare uppvärmda med eldningsolja eller kol. Massivt träbränsle kräver en stor mängd lagringsutrymme, och de specialiserade värmesystemen kan vara dyra (även om bidragsordningar finns tillgängliga i många europeiska länder för att kompensera denna kapitalkostnad.) Låga bränslekostnader betyder att vedeldad värme i Europa ofta kan för att uppnå en återbetalningstid på mindre än 3 till 5 år. På grund av det stora kravet på lagring av bränsle kan träbränsle vara mindre attraktivt i stadsbostadsscenarier eller för lokaler som är anslutna till gasnätet (även om stigande gaspriser och osäkerhet om leverans innebär att träbränsle blir mer konkurrenskraftigt.) Det finns också en växande oro över luftföroreningarna från vedvärme kontra olje- eller gasvärme, särskilt de fina partiklarna.

Vedspis uppvärmning

Att bränna vedbränsle i öppen eld är både extremt ineffektivt (0-20%) och förorenande på grund av låg temperatur delvis förbränning. På samma sätt som en dragig byggnad förlorar värme genom förlust av varm luft genom dålig tätning, är en öppen eld ansvarig för stora värmeförluster genom att dra mycket stora volymer varm luft ut ur byggnaden.

Moderna vedspisdesigner möjliggör effektivare förbränning och sedan värmeuttag. I USA är nya vedspisar certifierade av US Environmental Protection Agency (EPA) och bränner renare och mer effektivt (den totala effektiviteten är 60-80%) och drar mindre volymer varm luft från byggnaden.

"Cleaner" bör dock inte förväxlas med clean. En australisk studie av verkliga utsläpp från vedvärmare som uppfyller den aktuella australiensiska standarden fann att partikelutsläppen i genomsnitt var 9,4 g/kg bränt trä (intervall 2,6 till 21,7). En värmare med en genomsnittlig vedförbrukning på 4 ton per år avger därför 37,6 kg PM2,5, det vill säga partiklar mindre än 2,5 mikrometer . Detta kan jämföras med en personbil som uppfyller de nuvarande Euro 5 -standarderna (infördes september 2009) på 0,005 g/km. Så en ny vedvärmare släpper ut lika mycket PM2,5 per år som 367 personbilar som varje kör 20 000 km om året. En nyligen genomförd europeisk studie identifierade PM2.5 som den mest hälsofarliga luftföroreningen och orsakade uppskattningsvis 492 000 för tidiga dödsfall. Nästa värsta förorening, ozon, ansvarar för 21 000 för tidiga dödsfall.

På grund av problemen med föroreningar rekommenderar Australian Lung Foundation att man använder alternativa medel för klimatkontroll. American Lung Association "rekommenderar starkt att man använder renare, mindre giftiga värmekällor. Omvandling av en vedeldad spis eller spis för att använda antingen naturgas eller propan eliminerar exponering för de farliga toxiner som träförbränning genererar inklusive dioxin, arsenik och formaldehyd.

"Förnybar" ska inte förväxlas med "växthusneutral". Ett nyligen granskat papper fann att även om man bränner ved från en hållbar leverans, orsakar metanutsläpp från en typisk australisk vedvärmare som uppfyller den nuvarande standarden mer global uppvärmning än att värma samma hus med gas. Men eftersom en stor andel av veden som säljs i Australien inte kommer från hållbara förnödenheter, orsakar australiensiska hushåll som använder vedvärme ofta mer global uppvärmning än att värma tre liknande hus med gas.

Högeffektiva spisar ska uppfylla följande designkriterier:

  • Väl förseglad och exakt kalibrerad för att dra en låg men tillräcklig volym luft. Luftflödesbegränsning är kritisk; ett lägre inflöde av kall luft kyler ugnen mindre (en högre temperatur uppnås därmed). Det ger också mer tid för utvinning av värme från avgaserna och drar mindre värme från byggnaden.
  • Ugnen måste vara välisolerad för att öka förbränningstemperaturen och därmed fullständigheten.
  • En välisolerad ugn utstrålar lite värme. Därför måste värme extraheras i stället från avgaskanalen. Värmeabsorptionseffektiviteten är högre när värmeväxlarkanalen är längre och när flödet av avgaser är långsammare.
  • I många utföranden är värmeväxlarkanalen byggd av en mycket stor massa värmeabsorberande tegel eller sten. Denna design gör att den absorberade värmen avges under en längre period - vanligtvis en dag.

Förnybar naturgas

Förnybar naturgas definieras som gas som erhålls från biomassa som uppgraderas till en kvalitet som liknar naturgas . Genom att uppgradera kvaliteten till naturgas blir det möjligt att distribuera gasen till kunder via det befintliga gasnätet. Enligt Energiforskningscentret i Nederländerna är förnybar naturgas ”billigare än alternativ där biomassa används i ett kraftvärmeverk eller lokal förbränningsanläggning”. Energienhetskostnaderna sänks genom "gynnsam skala och driftstimmar", och slutanvändarkapitalkostnader elimineras genom distribution via det befintliga gasnätet.

Energieffektivitet

Förnybar värme går hand i hand med energieffektivitet . Faktum är att förnybara uppvärmningsprojekt är starkt beroende av deras framgång när det gäller energieffektivitet; när det gäller solvärme för att minska beroendet av kravet på kompletterande uppvärmning, när det gäller uppvärmning av vedbränsle för att minska kostnaden för inköpt trä och lagrad volym, och för värmepumpar för att minska storleken och investeringarna i värmepump, kylfläns och elkostnader.

Två huvudtyper av förbättringar kan göras för en byggnads energieffektivitet:

Isolering

Förbättringar av isolering kan minska energiförbrukningen kraftigt, vilket gör ett utrymme billigare att värma och kyla. Men befintliga bostäder kan ofta vara svåra eller dyra att förbättra. Nyare byggnader kan dra nytta av många av teknikerna för överisolering . Äldre byggnader kan dra nytta av flera olika förbättringar:

  • Massiv väggisolering : En byggnad med massiva väggar kan dra nytta av inre eller yttre isolering. Yttre väggisolering innebär att man lägger till dekorativa väderbeständiga isoleringspaneler eller annan behandling på utsidan av väggen. Alternativt kan isolering av invändig vägg appliceras med hjälp av färdiga isolering/gipsskivelaminat eller andra metoder. Tjocklekarna för inre eller yttre isolering varierar vanligtvis mellan 50 och 100 mm.
  • Hålväggsisolering : En byggnad med hålväggar kan dra nytta av isolering som pumpas in i hålrummet. Denna form av isolering är mycket kostnadseffektiv.
  • Programmerbara termostater gör att uppvärmning och kylning av ett rum kan stängas av beroende på tid, veckodag och temperatur. Ett sovrum, till exempel, behöver inte värmas under dagen, men ett vardagsrum behöver inte värmas under natten.
  • Takisolering
  • Isolerade fönster och dörrar
  • Utkastskydd

Golvvärme

Golvvärme kan ibland vara mer energieffektiv än traditionella uppvärmningsmetoder:

  • Vatten cirkulerar i systemet vid låga temperaturer (35 ° C - 50 ° C) vilket gör gaspannor, vedeldade pannor och värmepumpar betydligt mer effektiva.
  • Rum med golvvärme är svalare nära taket, där värme inte krävs, men varmare under fötterna, där komfort mest krävs.
  • Traditionella radiatorer är ofta placerade under dåligt isolerade fönster och värmer dem i onödan.

Värmeåtervinning från avloppsvatten

Återvinna värme.

Det är möjligt att återvinna betydande mängder värme från avloppsvarmvatten via varmvattenåtervinning . Stor förbrukning av varmt vatten är handfat, duschar, bad, diskmaskiner och tvättmaskiner. I genomsnitt används 30% av en fastighets tappvarmvatten för att duscha. Inkommande sötvatten har vanligtvis en mycket lägre temperatur än avloppsvattnet från en dusch. En billig värmeväxlare återvinner i genomsnitt 40% av den värme som normalt skulle gå till spillo genom att värma inkommande kallt färskvatten med värme från utgående avloppsvatten.

Se även

Referenser

externa länkar