Получение электрической энергии при использовании потоков сред в бане
Постоянный рост тарифов на энергоносители заставляет искать все новые и новые пути их экономии, а также альтернативные источники энергии. При этом на многие привычные вещи и явления приходится смотреть по-новому. В данном случае речь идет об устройстве обычной бани в загородном доме, отличительной особенностью которой является отсутствие в ней централизованного снабжения электрической энергией.
Более того, в бане, параллельно с процессом получения удовольствия от принятия банных процедур, идет процесс выработки электрической энергии. В предыдущих статьях уже шла речь о получении электрической энергии с помощью термоэлектрических генераторов и двигателей Стирлинга, позволяющих получить количество энергии, достаточное для создания комфортных условий в бане.
Что необходимо для создания комфортных условий в бане
Для того, чтобы посещение бани принесло и пользу, и удовольствие, она (баня) должна быть жарко протоплена, иметь запас холодной и горячей воды, достаточный для принятия душа и проведения санитарно-гигиенических мероприятий. Вода в бане может быть налита в простую емкость, а может подаваться из резервуара, поднятого на определенную высоту над землей.
Разумеется, более комфортной является подача воды в баню под напором из резервуара, в который ее нужно предварительно поднять с помощью насоса.
Как правило, в загородных домах для водоснабжения используются скважины или обычные колодцы. Подача воды может осуществляться с помощью электрического, ручного или дизельного насоса.
Если в доме есть автономная электрическая сеть, то удобнее пользоваться электрическим насосом. При этом для снабжения водой вполне достаточно простого и недорогого погружного насоса типа "Малыш" или "Ручеек". При этом мощность электрического насоса составляет от 500Вт до 1000Вт. Это значит, что большая часть электрической энергии, выработанная в бане, идет на обеспечение работы насоса.
В свою очередь насос позволяет создать гидравлический аккумулятор энергии в виде емкости с водой, установленной на возвышении. Чем выше она находится над землей, тем большим запасом потенциальной энергии обладает.
E=mgh, где
m - масса тела
g - ускорение свободного падения
h - высота
Это значит, что подъем емкости с водой на один метр над уровнем земли позволит увеличить запас потенциальной энергии в два раза (если считать, что вначале емкость находилась на высоте один метр над уровнем земли).
При этом один из самых простых и дешевых погружных насосов "ручеек" (стоимость находится в диапазоне от 900рублей до 1600рублей в зависимости от торговой наценки), в соответствии с техническими характеристиками, предназначен для подачи воды на высоту 40 метров.
Изменение высоты подъема воды в этом диапазоне практически никак не сказывается на уровне потребления насосом электрической энергии. Иными словами, расход электрической энергии на подъем воды практически не меняется независимо от того, находится аккумулятор на высоте один метр над землей или на высоте 20 метров над землей.
Как уменьшить расход энергии на работу насоса
Запас воды в емкости представляет собой не что иное, как гидравлический аккумулятор. При его использовании можно создать направленное движение водного потока в бане, что обеспечит комфортные условия, к примеру, для принятия душа.
При этом движущийся поток воды, подаваемой в баню, может использоваться для получения электрической энергии, что позволит компенсировать ее расход на обеспечение работы насоса. Простейшие устройства в виде насадок для душа, преобразующие энергию потока воды в электрическую энергию, можно купить во многих магазинах бытовой техники.
Такую насадку просто надевают на шланг, предназначенный для подачи воды. Количество выработанной энергии при этом достаточно для освещения потока воды и подсветки помещения душевой комнаты.
Но серьезной экономии при этом получить не удастся. Для этого необходимо установить в трубе небольшой электрогенератор.
Вырабатываемое при этом электричество можно накапливать в аккумуляторе, а затем использовать в автономной электрической сети. Подобные устройства давно и с большим успехом используются в Европе, где к экономии энергетических ресурсов более серьезный подход, чем в нашей богатой, но пока еще расточительной, стране.
Схема включения электрического генератора в автономную электрическую сеть представлена на рисунке.
Эффективность работы электрогенератора зависит от многих параметров, в том числе и от технических характеристик самого устройства. По этой причине нельзя оставить без внимания разработку студентов университета Колорадо, предложивших использовать в качестве электрогенератора, работающего от потока воды, турбину Тесла. В этом случае вал турбины приводится в движение потоком воды, регулируемым при помощи клапанов.
Для владельцев загородных поместий, решивших создать автономную электрическую сеть, важно то, что турбина Тесла имеет миниатюрный, почти игрушечный размер, и может быть сделана из подручных средств самостоятельно. При этом производительность турбины Тесла впечатляет даже скептически настроенных граждан.
Подробнее о турбине Тесла…
Турбину Тесла, подобно двигателю Стирлинга, следует отнести к самым гениальным изобретениям человечества. Как и бывает в большинстве случаев, эти устройства отличает абсолютная простота конструкции, в которой нет ничего лишнего. Остается удивляться только одному: почему эти изобретения, признанные гениальными и перспективными, не нашли до сегодняшнего дня широкого применения.
Принципиальная конструкция турбины Тесла представляет собой несколько тонких дисков, укрепленных на оси, на небольшом расстоянии друг от друга. Количество дисков варьируется от 10 до 15. Устройство помещается в кожух, по форме напоминающий часть "улитки".
В результате получается не что иное, как дисковый ротор, характеризуемый большей надежностью и эффективностью, чем роторы обычных турбин.
Рабочим телом в турбине Тесла может быть газ, жидкость и перегретый пар. При этом течение любой жидкости идет в ламинарном режиме. Специально "успокаивать" поток, делая его ламинарным не нужно. Благодаря этому потерь на преодоление гидравлического трения в турбине нет. КПД турбины Тесла составляет 95%.
При этом расчет КПД производится как отношение энергии, направленной на преобразование в механическую энергию на валу ротора, к энергии рабочего цикла.
Принцип действия турбины Тесла состоит в том, что рабочее тело, поступая в кожух, закручивается в нем и увлекает при этом ротор. Часть энергии во время этого теряется и скорость потока жидкости замедляется. При взаимодействии рабочего тела с ротором появляется кориолисова сила, благодаря которой жидкость устремляется к оси ротора. Происходящий процесс подобен движению чаинок в стакане при размешивании жидкости ложкой. На оси ротора имеются отверстия, специально предназначенные для отвода уже отработанной жидкости.
Небольшая справка
Кориолисова сила появляется при движении тела относительно вращающейся системы отсчета, наравне с центробежной и центростремительной силой. Ее называют также кориолисовой силой инерции.
Для иллюстрации примера появления кориолисовой силы возьмем диск, расположенный горизонтально и свободно вращающийся вокруг вертикальной оси. На приведенном рисунке ОА радиальная прямая, по которой движется шарик в направлении от точки О к точке А со скоростью U. В том случае, когда диск находится в покое, ОА является траекторией движения шарика. При вращении диска в направлении, указанном стрелкой, траектория движения шарика отклонится от линии ОА. Шарик будет двигаться так, как будто на него действует сила Fk, направленная перпендикулярно по отношению к первоначальному направлению движения шарика. Это и есть кориолисова сила.
С точки зрения механики Ньютона, кориолисова сила не существует. Она вводится искусственно. Это делается для того, чтобы придать уравнениям движения такой же вид, как и в инерциальных системах отсчета.
Продолжим разговор о турбине Тесла…
Отличительной особенностью турбины Тесла является возможность ее использования практически при любой скорости вращения вала. Нет необходимости применения редукторов, как это происходит, к примеру, в турбине Лаваля.
Вал турбины Тесла можно соединять с генератором напрямую, без использования дополнительных устройств и приспособлений. Еще одно достоинство турбины Тесла состоит в возможности ее реверсирования.
Сделать турбину Тесла можно из любых подручных средств. Российские умельцы уверяют, что для этого можно использовать все. Что найдется под рукой, вплоть до деталей старого компьютера. Руководство для самостоятельной сборки турбины можно найти в интернете по соответствующему поисковому запросу. При этом основная сложность в работе состоит в балансировке дисков на валу турбины.
Установка турбины Тесла
Как было сказано ранее, основное место для установки турбины Тесла или электрогенератора это подающий трубопровод от бака с водой к бане. При движении воды с максимальной скоростью здесь можно получить наибольшее количество электрической энергии.
Но не стоит забывать и о сточных водах. Их количество равно количеству поступившей в баню воды. Для того, чтобы движение воды было направленным, необходимо сделать сток. Возможно, для этого придется просто выкопать небольшой колодец, в который необходимо установить сточную трубу.
Напомним, что турбина Тесла эффективна и при малых оборотах, что позволит получать электрическую энергию даже при небольшом потоке воды.
Если в начале речь шла только о компенсации затрат электрической энергии на подачу воды из скважины при помощи насоса, то использование сточных вод может стать источником производства дополнительного количества электричества.
Несколько слов о потоках воздуха
Но в бане, кроме потоков воды, есть еще и воздушные потоки, которые также могут стать источником электрической энергии. К примеру, вертикально расположенная труба, в которой имеется разность температур на входе и выходе, а также разность давлений, может считаться идеальным устройством для образования воздушных потоков.
Использовать образованные потоки можно различными способами, один из которых состоит в установке в трубе устройства, соединенного с ветрогенератором и позволяющего получать электричество при его работе.
Речь идет об устройстве, запатентованном российскими учеными, описание которого можно найти на сайте http://www.ntpo.com/patents_electricity/electricity_6/electricity_109.shtml.
Следует отметить, что приведенная конструкция предельно проста и может быть использована для установки на любом дымоходе, как во время топки печи, так и после нее.
Дело в том, что эта газоструйная установка работает так же, как и газоструйный насос: ей необходим предварительный розжиг и запуск. В идеале, после прекращения процесса топки, достаточно включить горелки, расположенные на устройстве и обеспечить движение горячего воздуха вверх. При этом нужно открыть заслонки 5, закрытые во время обычной топки печи.
Потоки горячего воздуха, устремляясь вверх, будут захватывать воздух, поступающий из заслонок. Устройство как бы само себя поддерживает, создавая вихревое движение воздушных потоков.
Единственным ограничением в работе устройства является температура окружающего воздуха: она должна быть достаточно высокой. Только в этом случае в трубе могут образовываться вихревые потоки. Процесс аналогичен процессу образования смерчей и торнадо.
Увы, работать установка может только летом. Кстати, печь в бане топят и в это время года, что и позволяет вести речь о получении электричества из воздушных потоков.
Заключение
Возможности для получения электрической энергии безграничны. При этом не нужно быть специалистом и иметь диплом электрика. Достаточно просто захотеть. Хотя постоянный рост тарифов на энергоносители (последнее повышение произошло в июле этого года) может стать прекрасным поводом задуматься о создании собственной электрической сети даже тем, кто подключен к районным электрическим сетям.
