zpravodajství životního prostředí již od roku 1999

Výroba svetla a tepla v pestovateľských objektoch zvýši potravinovú a energetickú bezpečnosť (2)

14.01.2019
Energie
Zemědělství
Výroba svetla a tepla v pestovateľských objektoch zvýši potravinovú a energetickú bezpečnosť (2)

 Pokračování předchozího článku...

Globálne otepľovanie ako všeobecná hrozba

S nástupom prelomovej elektrifikácie paralelne rástla priemyselná sféra. Tá síce zabezpečila moderný život človeka v 21. storočí, ale daňou zaň sú extrémne klimatické zmeny. Tie výrazne ohrozujú potravinovú produkciu. Predovšetkým letná prevádzka v pestovateľských objektoch je čoraz menej kontrolovateľná. Dovolený a ideálny rozsah teploty pre konkrétnu rastlinu sa v lete často prekračuje. To negatívne ovplyvňuje produkčnú kondíciu rastliny, v najhoršom prípade môže dôjsť k jej poškodeniu. Tým, že stále narastá intenzita slnečného žiarenia v letnom ročnom období, štandardné opatrenia sa stávajú neúčinnými. Ide predovšetkým o automatický systém zaťahovacích roliet v hornej časti pestovateľského objektu v kombinácií s výkonnými ventilátormi.

Štandardné osvetľovacie telesá (svietidlá) v pestovateľskom objekte musia mať vyššiu úroveň pasívneho chladenia, aby sa zabezpečila dlhodobá udržateľnosť a spoľahlivosť osvetľovacej sústavy. Uprednostňuje sa energeticky efektívny LED svetelný zdroj. Ide o polovodičovú elektrickú súčiastku pri ktorom je potreba dostatočného chladenia niekoľkonásobne dôležitejšia. Preto sa začínajú aplikovať jednoduché LED osvetľovacie sústavy s účinnejším aktívnym kvapalinovým chladením. Podiel generovaného odpadového tepla z LED svetelných zdrojov je nezanedbateľný (až 70%). Energetická efektívnosť takýchto riešení má vyššiu úroveň.

Takéto aplikácie si vyžadujú zvýšenú investíciu na potrebný potrubný systém pre pracovnú kvapalinu. Ide o nevyhnutnú vlastnosť aplikácie. Prínos v podobe tepelného zisku, vyššej spoľahlivosti a udržateľnosti osvetľovacej sústavy často nedokáže v prijateľnom čase splatiť zvýšenú investíciu za potrubný systém.

Spojenie elektrického a tepelného inžinierstva

Navrhované riešenie musí rešpektovať požadovaný cieľ celoročnej prevádzky pestovateľského objektu na ľubovoľnom mieste. Základom je preto vhodný návrh zariadení pre nový technický systém v pestovateľskom objekte. Tie je potrebné vybaviť všetkými technickými zdrojmi pre potreby organického života. Ide o efektívny LED svetelný zdroj, ktorý je v novom riešení zároveň aj zdrojom (odpadového) tepla. Ďalej je to vhodný výmenník tepla s dostatočnou teplo-výmennou plochou pre odovzdanie tepla v zimnom ročnom období a potrebného chladu v letnej prevádzke. Nutný je aj vlastný zdroj núteného prúdenia vzduchu (ventilátor), ktorý zabezpečí výmenu tepelnej energie a zároveň dostatočný pohyb vzduchu. Vďaka nútenému prúdeniu vzduchu zhora nadol je možné zabezpečiť kyslíkovú výmenu v pestovateľskom objekte aj pri maximálnej výnosnosti na štvorcový meter.

Nové zariadenie pestovateľského objektu má multifunkčnú vlastnosť z pohľadu zabezpečenia vhodných podmienok pre akýkoľvek organický život (pestovanie rastlín, človek či živočích). [3]

Iba štyri ventily pre vyššiu energetickú efektívnosť

Nevyhnutný potrubný systém pre kombinovanú výrobu svetla a tepla je z pohľadu ekonomickej efektívnosti nutné využiť viacúčelovo. Potrubný systém napája pracovnou kvapalinou koncové zariadenia s multifunkčnou vlastnosťou. Koncové zariadenia tak zabezpečujú multifunkčné využitie potrebného potrubného systému.

V praxi to znamená dvojúčelové využitie pracovnej kvapaliny počas ročného obdobia s požiadavkou na zmenu teploty v pestovateľskom objekte. V letnej prevádzke potrubný systém privádza do multifunkčných zariadení pracovnú kvapalinu nižšej teploty, ako je teplota okolia (chlad). Zároveň je nutné zabezpečiť dostatočné chladenie umelých svetelných zdrojov LED, teda aktívne vyviesť generované odpadové teplo z multifunkčných zariadení. Tým je zabezpečená vysoká udržateľnosť riešenia (vysokoúčinné chladenie LED zdroja), ale aj nižšia náročnosť pri príprave potrebného chladu. Nežiadané generované odpadové teplo sa aktívne odvádza mimo objekt.

Obdobný proces nastáva aj v prípade požiadavky na zvýšenie okolitej teploty v zime. Teplota vstupnej pracovnej kvapaliny je vyššia ako teplota okolia. Multifunkčné zariadenia zároveň odoberajú odpadové teplo z LED svetelných zdrojov. Tak zabezpečujú efektívne predhrievanie pracovnej kvapaliny pre hlavný zdroj tepla. Takýto pracovný režim s označením PR2 je na nižšie uvedenom obrázku.

V ročnom období bez požiadavky na zmenu okolitej teploty je navrhnutý pracovný režim PR1. Predstavuje priamy prietok cez multifunkčné zariadenie, aby sa maximálne znížila náročnosť pre cirkuláciu pracovnej kvapaliny v tomto období.

Najvýznamnejším pracovným režimom navrhnutého multifunkčného zariadenia je prevádzka v pracovnom režime PR3. Generované odpadové teplo je distribuované priamo do miesta jeho vzniku vo forme núteného prúdenia teplého vzduchu zhora nadol [4]. Je možné ho využiť v čase, kedy aktuálny tepelný výkon LED svetelných zdrojov je postačujúci na dosiahnutie požadovanej teploty v objekte. Pričom jeho najvýhodnejšie využitie nastáva počas najsilnejšieho vykurovacieho obdobia v kombinácií s vykurovacími prvkami v dolnej časti pestovateľského objektu. Daný režim tak predstavuje účinnú aktívnu tepelnú bariéru s využitím odpadového tepla z LED svetelných zdrojov. Tým sa výrazne zamedzí rýchlemu úniku sálavého vykurovacieho tepla počas zimnej prevádzky v pestovateľskom objekte, ktorého steny majú nízku tepelnoizolačnú vlastnosť (sklo/fólia).

Autoři:

Zoltán Kováč, Juraj Kubica, František Janíček, Miriam Szabová, Kristián Slovák, Peter Káčerik

MESLED ENERGY, s.r.o.

Slovenská technická univerzita v Bratislave, Fakulta elektrotechniky a informatiky,
Ústav elektroenergetiky a aplikovanej elektrotechniky

Pokračování příště..

Komentáře k článku. Co si myslí ostatní?

Další články
Chystané akce
21
2. 2019
21.2.2019 - Seminář, školení
Olomouc
26
2. 2019
26.2.2019 - Seminář, školení
Hradec Králové
28
2. 2019
28.2.2019 - Seminář, školení
Praha
5
3. 2019
5.3.2019 - Seminář, školení
Praha, hotel Olympik
29
3. 2019
29.3.2019 - Seminář, školení
Podněty ZmapujTo
Mohlo by vás také zajímat
Naši partneři
Složky životního prostředí