EKOLOŠKI ZNAČAJ PRIMENE VODENIH
SOLARNIH KOLEKTORA
1.
J. Radosavljević; 2.
T.Pavlović;3. M. Lambić;
4. B. Milošević;5. M.
Marjanović.
REZIME :
U radu je dat prikaz zagađujućih
supstanci koje se emituju u atmosferu
sagorevanjem konvencijalnih energenata.
Primenom vodenih solarnih
kolektora, emitovana količina zagađujućih supstanci se smanjuje.
ABSTRACTS :
The paper gives the survey of polluting substances which are emitted into
the atmosphere by combustion of conventional constituents.
The emitted quantity of polluting substances is reduced by application
of water solar collectors.
Tehnologije korišćenja klasićnih izvora energije su dobro poznate i široko se koriste u svetu. Ozbiljni
problemi zagađivanja vazduha vezani su za upotrebu i sagorevanje prirodnih
goriva pre svega čvrstih (uglja) i tečnih (nafte i naftnih derivata). Sagorevanjem drva,
uglja, nafte i zemnog gasa u atmosferu se emituju gasovite zagađujuće
supstance:
ugljenik (II) oksid (CO), ugljenik (IV) oksid (CO2), sumporni oksidi
(SOX), azotni oksidi (NOX) i lako isparljivi ugljovodonici. Pored
gasovitih zagađujućih supstanci nastaje dim i čađ. Fine
čestice ugljenika, pepela, naftne masnoće i mikroskopske čestice
metala i njihovih oksida
ulaze u sastav oslobođenog dima. Emitovane zagađujuće supstance nastale sagorevanjem prirodnih goriva
svojim delovanjem direktno ili indirektno dovode do izmene prirodnog sastava
atmosfere. Zbog toga imaju mnoga negativna dejstva na životnu sredinu kao sto su: efekat staklene
baste, pojave kiselih kiša, uticaj na zdravlje čoveka, fitotoksicčno dejstvo, itd.
Ukupna godišnja emisija polutanata koji se oslobode sagorevanjem
određene vrste prirodnih goriva smanjuje se primenom aktivnih solarnih
sistema (ravnih kolektora)
Izračunavanje potrebne toplote za zagrevanje vode u
individualnim stambenim objektima korišćenjem
solarnih kolektora
Godišnja
količina toplote (period od 1. 04. - 1. 11. meseca u toku godine) potrebna
za
zagrevanje vode u domaćinstvu, koja se obezbeđuje korišćenjem
solarnih kolektora izračunavaju se prema jednacini:
[kJ] (1)
gde je: Di - količina toplote potrebna, za zagrevanje
vode, u stambenom objektu u toku meseca \Wh].
Količina toplote koja je potrebna za zagrevanje vode u jednom
domaćinštvu u toku meseca, izračunava se pomoću sledećeg
izraza:
(kJ)
ili (2)
[kWh] (
gde je: Ndana - broj dana meseca za koji se računa
potrošnja tople vode domaćinstva, Nosoba - broj članova domaćinstva, Vosobe
- zapremina tople vode po osobi (50 - 100 litara/dnevno)
litara/dnevno)
, 
= gustina vode 
, 
= specifična toplota vode (4190 
) 
temperatura tople vode 
(~ 60o ), Tm – temperatura hladne vode iz
vodovodne mreže) (~ 10o C).
Potrebna površina solarnih kolektora za zagrevanje vode, . izračunava se
prema formuli:
(4)
gde je: 
- srednja mesečna
vrednost ukupnog sunčevog zračenja koja pada na površinu
solarnog kolektora
, 
-srednja dnevna
efikasnost kolektora.
Srednja
mesečna vrednost ukupnog sunčevog zracenja koja dospeva na kosu površinu kolektora 
izračunava se pomoću sledećih
formula:
(5)
(6)
(7)
gde je: IB - direktno
sunčevo zračenje ha horizontalnu površinu , 
- difuzno sunčevo
zračenje na horizontalnu površinu
Za petočlanu porodicu, u toku aprila (broj dana Ndana
= 30 dana mesto, Niš), ukoliko je zapremina
tople vode po osobi (Vosobe ) 80litara/dnevno, potrebno je za
zagrevanje tople vode:
Tabela
1. Parametri potrebni za izračunavanje toplote potrebne za zagrevanje vode
u petočlanom
domacinstvu
|
Mesec |
Ndana |
Nosoba |
|
|
s |
Cp |
Tw w |
Tm * m |
Di |
|
|
[ broj osoba j |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
April |
30 |
5 |
80 |
1 |
28 |
4,190 |
60 |
10 |
2514000 |
|
Maj |
31 |
5 |
80 |
1 |
28 |
4,190 |
60 |
10 |
2597800 |
|
Jun |
30 |
5 |
80 |
1 |
28 |
4,190 |
60 |
10 |
2514000 |
|
Jul |
31 |
5 |
80 |
1 |
28 |
4,190 |
60 |
10 |
2597800 |
|
Avgust |
31 |
5 |
80 |
1 |
28 |
4,190 |
60 |
10 |
2597800 |
|
Septembar |
30 |
5 |
80 |
1 |
28 |
4,190 |
60 |
10 |
2514000 |
|
Oktobar |
31 |
5 |
80 |
1 |
28 |
4,190 |
60 |
10 |
2597800 |
|
|
214 |
5 |
560 |
1 |
28 |
4,190 |
60 |
10 |
17933200 |
Potrebna površina kolektora za
zagrevanje vode za petočlanu porodicu iznosi 6 m2. Ako je površina jednog
kolektora 1,5 m2, potrebno je za zagrevanje vode instalirati 4 kolektora /2/.
Potrebne količine konvencionalnih energetskih
resursa za zagrevanje vode petoclanog domaćinstva
U tabeli 2. date su izračunate
količine konvencionalnih energetskih resursa koje su potrebne za
zagrevanje vode u domaćinstvu (petočlanom) ako se ne koriste solarni kolektori. Za
izračunavanje potrebnih količina konvencionalnih energetskih resursa korisćena je
jednačina 2. i podaci dati u tabeli 4.
|
Mesec |
Vrsta goriva |
||
|
Ugalj |
Loz-ulje |
Gas butan-propan |
|
|
[kg] |
[dm3] |
[dm3] |
|
|
April |
120,10 |
67,28 |
176,28 |
|
Maj |
124,10 |
69,53 |
182,22 |
|
Jun |
120,10 |
67,28 |
176,28 |
|
Jul |
124,10 |
69,53 |
182,22 |
|
Avgust |
124,10 |
69,53 |
182,22 |
|
Septembar |
120,10 |
67,28 |
176,28 |
|
Oktobar |
124,10 |
69,53 |
182,22 |
|
|
856,70 |
479,96 |
1257,72 |
Tabela 2. Potrebne količine
konvencionalnih energetskih resursa za zagrevanje vode petočlanog
domacinstva .., .
Proračun emisije polutanata koji nastaju sagorevanjem
prirodnih goriva
Proračun emisije polutanata koji nastaju sagorevanjem uglja,
lož ulja ili gasa propan-butana, koji se
mogu koristiti za zagrevanje vode u domaćinstvu, može se izvršiti pomoću sledećih izraza:
(8)
ili
(9)
(10)
(11)
gde je:
EF - emisioni faktor (tabela 3.); mp - masa polutanta [kg];
mg - masa goriva [kg]; Vg - zapremina goriva [dm3
]; Du -
potrebna količina goriva za zagrevanje vode u
domaćinstvu u toku godine [kJ]; H
-toplotna mod goriva(tabela
4.), - gustina
goriva 
Korelacija količine
emitovanog polutanta (zagađujuće supstance)
i količine sagorelog
prirodnog goriva može se predstaviti emisionim
faktorom.
Emisioni faktor
(EF) =
U tabeli 3. dati su emisioni faktori i vreme boravka u
atmosferi gasovitih polutanata koji se oslobađaju
njihovim sagorevanjem u kućnim ložištima.
Tabela3.
Gasoviti polutanti koji se emituju sagorevanjem goriva u lozis'tima, njihov
emisioni faktor i vreme boravka u atmosfen
|
Polutanti |
Emisioni faktor [EF] |
Vreme
boravka u atmosferi |
||
|
kg
/1000 kg uglja |
kg/m3
loz ulja |
kg/m3
gasa |
||
|
Aldehidi
(HCHO) |
0,002 |
0,240 |
zanemarljiva
vrednost |
|
|
Ugljen
(II) oksid (CO) |
22,680 |
0,240 |
6,407 |
manje od 3 godine |
|
Metan (CH4) |
4,536 |
0,360 |
zanemarljiva
vrednost |
oko 4 godine |
|
Azotni
oksidi (NO,) |
3,629 |
5,033 |
1,858088 |
oko 5 dana |
|
Sumpornioksid
i (SOX) |
17,236 |
19,05 |
6,407 |
oko 4 dana |
U tabeli..4. data
je toplotna moć nekih čvrstih, tečnih i gasovitih goriva.
Tabela .4. Toplotna moć nekih
čvrstih, tečnih i gasovitih goriva
|
Gorivo |
Toplotna
moc H goriva [kJ/kg] |
|
Ulje za
loženje -lako -teško |
44799 43961 |
|
Drvo (hrast,bukva,grab,cer) |
14277 |
|
Drveni ugalj |
28596 |
|
Mrki
ugalj -lignit -običrii -
sjajni |
19678 20725 23237 |
|
Kameni
ugalj . -suvi -masni (koksni) -mršavi |
28973 32322 32322 |
|
Butan
Propan |
123552 93575 |
Mase emitovanih polutanata koje nastaju sagorevanjem uglja,
lož-ulja i propan-butana
U tabelama 5., .6. I 7. date
su mase emitovanih polutanata koje nastaju sagorevanjem
uglja, lož-ulja i propan-butana u kućnim ložištima potrebnih za zagrevanje
vode petočlane porodice (tabela 1..), kada se za njeno
zagrevanje ne koriste solarni kolektori.
*• Tabela 5. Masa emitovanih polutanata sagorevanjem uglja
|
Mesec |
Masa emitovanih |
olutanata sagorevanjem uglja |
kg] |
||
|
Aldehidi
(CHHO) |
Ugljen
(II) oksid
(CO) |
Metan (CH4) |
Azotni
oksidi (NO,) |
Sumpor-dioksid(SOx) |
|
|
April |
2,402 x 10 -4 |
2,72 |
0,545 |
0,436 |
2,07 |
|
Maj |
2,482 x 10 -4 |
2,81 |
0,563 |
0,450 |
2,14 |
|
Jun |
2,402 x 10 -4 |
2,72 |
0,545 |
0,436 |
2,07 |
|
Juli |
2,482 x 10 -4 |
2,81 |
0,563 |
0,450 |
2,14 |
|
Avgust |
2,482 x 10 -4 |
2,81 |
0,563 |
0,450 |
2,14 |
|
Septembar |
2,402 x 10 -4 |
2,72 |
0,545 |
0,436 |
2,07 |
|
Oktobar |
2,482 x 10 -4 |
2,81 |
0,563 |
0,450 |
2,14 |
|
Ukupno |
17,134
x 10-4 |
19,400 |
3,887 |
3,108 |
14,77 |
Tabela..6. Masa emitovanih polutanata sagorevanjem
Iož-ulja
|
Mesec |
Masa emitovanih polutanata sagorevanjem lo$-ulja[kg] |
||||
|
Aldehidi
(CHHO) |
Ugljen
(H) oksid(CO) |
Metan (CH4) |
Azotni
oksidi (NO,) |
Sumpor dioksid (SOJ |
|
|
April |
1,60x10-5 |
l,60x
10 -5 |
2,42 x 10 -5 |
33,86 x 10 -5 |
128, 17 x 10 -5 |
|
Maj |
1,67 x 10 -5 |
1,67x10-5 |
2,50 x 10 -5 |
34,99 x 10 -5 |
132,45 x 10 -5 |
|
Jun |
1,60x10-5 |
1,60x10-5 |
2,42 x 10 -5 |
33,86 x 10 -5 |
128,17 x 10 -5 |
|
Juli |
1,67x10-5 |
1,67x10-5 |
2,50 x 10-5 |
34,99 x 10 -5 |
132,45 x 10 -5 |
|
Avgust |
1,67x10-5 |
1,67x10-5 |
2,50x10-5 |
34,99 x 10-5 |
132,45 x 10 -5 |
|
Septembar |
l,60x 10 -5 |
1,60x10-5 |
2,42 x 10 -5 |
33,86 x 10 -5 |
128,17 x 10 -5 |
|
Oktobar |
l,67x
10-5 |
1.67X10-5 |
2,50x10-5 |
34,99 x 10 -5 |
132,45 x 10 -5 |
|
Ukupno |
11,48 x 10 -5 |
11,48 x 10 -5 |
17,26 x 10 -5 |
241,54 x 10 -5 |
914,31 x 10 -5 |
Tabela y.7. Masa emitovanih polutanata sagorevanjem
butan-propana
|
Mesec |
Masa emitovarilh polutanata sagorevanjem
butan-propana[kg] |
||||
|
|
Aldehidi
(CHHO) |
Ugljen
(JJ) . oksid(CO) |
Metan (CH4) |
Azotni
oksidi (NO,) |
Sumpor dioksid (SOX) |
|
April |
- |
1 12,94
x 10-5 |
- |
32,75 x 10 -5 |
1170,5 x 10 -5 |
|
Maj |
- |
1 16,75 x 10 -5 |
- |
33,86 x 10 -5 |
1209,9 x 10 -5 |
|
Jun |
- |
1 12,94 x 10-5 |
- |
32,75 x 10 -5 |
1 170,5 x 10-5 |
|
Juli |
- |
1 16,75 x 10-5 |
- |
33,86 x 10 -5 |
1209,9 x 10 -5 |
|
Avgust |
- |
116,75 x 10 -5 |
- |
33,86 x 10 -5 |
1 209,9 x 10-5 |
|
Septembar |
- |
1 12,94 x 10-5 |
- |
32,75 x 10 -5 |
1170,5 x 10-5 |
|
Oktobar |
- |
1 16,75 x 10 -5 |
- |
33,86 x 10-5 |
1 209,9 x 10-5 |
|
Ukupno |
- |
851,51 x 10 -5 |
- |
233,69 x lO-5 |
8351,1 x 10-5 |
Ukupna godišnja emisija polutanata
koji se oslobode sagorevanjem određene vrste goriva (ugalj, lož-ulje, gas)
smanjiće se primenom solarnih kolektora za zagrevanje vode. Smanjenje mase emitovanih polutanata
sa ekoloskog aspeka ima bitan značaj.
Emitovani u atmosferu gasoviti polutanti svojim delovanjem direktno ili indirektno dovode do izmene prirodnog sastava
atmosfere. Aldehidi prisutni u atmosferi učestvuju u hemijskim reakcijama
u kojima se formiraju sekundarni polutanti.
Oni su po hemijskom sastavu prirodi nepoznati. Priroda ne raspolaze mehanizmima za njihovo uklanjanje, a dejstvo im
je fitotoksicno (usporavaju rast i razviće biljaka). Ugljen (II)
oksid izaziva fizioloske i patoloske promene kod coveka. Metan takode, učestvuje u formiranju sekundarnih polutanata
i doprinosi efektu "staklene
bašte". Azotni i sumporni oksidi smanjuju pH vrednost padavina i dovode do pojave kiselih kiša, korozije metala,
destrukcije građevinskog materijala (kancer kamena), destrukcije bojenog materijala i tekstila.
Fitotoksično dejstvo azotnih i sumpornih oksida se ispoljava kroz
oštećenje hlorofila, poremećaja biosinteze
proteina, dnevno-noćnog remećenja ritma otvaranja i zatvaranja stoma.
Navedena neželjena dejstva
polutanata su samo neka od mnogih mogućih.
Izgradnjom objekata sa solarnim kolektorima za zagrevanje doprinosi boljem korišćenju raspoloživih
energetskih resursa i smanjenju zagađivanja
životne sredine.
Literatura:
1. J.
Radosavljević, T Pavlović, M. Lambić, Solarna energetika i
održivi razvoj, građevinska knjiga, Beograd, 2004.
2. T.
Popović, B. Čorbić, Fizika i tehnika solarne energetike,
Građevinska knjiga, Beograd, 1999.
3. M.
Lambić, Priručnik za klasično i solarno grejanje, Naučna
tehnika, Beograd, 1992.
4.
J. Điković, Zaštita životne okoline,
Svetlost, Sarajevo, 1990.
5.
M.Lambić, Termotehnika sa energetikom,
Univerzitet u Novom Sadu, Zrenjani, 1998.