NAPENERGIA.

Az előadások a következő témára: "NAPENERGIA."— Előadás másolata:

1 NAPENERGIA

2 A probléma az energia tárolási nehézségeiben rejlik: az egyik megoldás a minél több energia minél hosszabb távú eltárolása. A másik pedig az, hogy a felesleges energiát a villamos hálózatra kell irányítani, és amikor hiányunk támad az energiából, onnan kell visszapótolni. Ez utóbbi megoldás a hazai villamos szolgáltatók érdektelenségén rögtön elbukik. Hazánk időjárási jellemzői :

3 Az éghajlat kialakításánál alapvető az a sugárzó energia, amely a Napból a földfelszínre jut. Jellemzésére a globális sugárzás szolgál, értékét MJ / m2 egységben fejezzük ki.

4 a Magyarországra érkező hőmennyiség éves eloszlása
A besugárzás évi összege hazánk túlnyomó részén a MJ / m2 értékek közé esik. A legtöbb besugárzást júliusban kapjuk, annak ellenére, hogy a nappalok már valamivel rövidebbek, a Nap delelési magassága kisebb, viszont a felhőzet mennyisége csekélyebb, mint nyár elején. Legcsekélyebb a besugárzás decemberben, a nagy borultság és a rövid nappalok miatt. A besugárzás energiahozama mellett fontos tudnunk, hogy milyen hosszú időn át érkezik ez az energia a földfelszínre. Erről a napsütéses órák száma ad tájékoztatást. A napsütés tartamát csillagászati és éghajlati tényezők befolyásolják. a Magyarországra érkező hőmennyiség éves eloszlása

5 Látható, hogy egy felhőtlenebb nyári napon akár 21 kJ energia is érheti a felszínt (/m2/nap), ebből kb W (hő) energiát jelent négyzetméterenként. Ez az energia persze teljes egészében nem hasznosítható, így a különböző veszteségekkel együtt kb. 150 W forgatható be a háztartásba négyzetméterenként. A magyarországi napfénytartam éves megoszlása

6 vagy: fekete rézcső hullámlemez-tükör fókuszpontjaiban, üvegházban”
Az éves napfénymegoszlásból következik a napenergia egyik - s talán legkomolyabb - hátulütője: a napsugárzás a téli hónapokban a legcsekélyebb, pont amikor a fűtésre a legnagyobb szükségünk szokott lenni. Éppen ezért a napenergia fűtéscélú hasznosítása hazánkban mindenképpen csak egy fűtésrendszer kiegészítéseként használható. Házi melegvíz hasznosítás esetén pedig vagy a nyári hónapokhoz képest jelentősen túl kell méretezni a rendszert, vagy szintén kiegészítő fűtést kell alkalmazni a téli hónapokban. Tálcán kínálja magát a legkézenfekvőbb megoldás: a napkollektor és a hőszivattyú kombinációja. vagy: fekete rézcső hullámlemez-tükör fókuszpontjaiban, üvegházban”

7

8 sörösdobozokból is lehet …

9 Stirling-motor, Rankine- ciklus

10 Robert Stirling, 1816; előtte a gőzgépek felrobbantak  balesetek
stirling-motor = „levegőmotor”  kevésbé veszélyes A robbanómotorok rohamos elterjedése a gőzgéppel együtt a helyigényes Stirling-motorokat is a hátétbe szorította, és csak napjainkban kezd ismét terer hódítani a techológia, egyrészt a jól alkalmazható anyagoknak köszönhetően, másrészt pedig mert a megújuló energiákkal és a CHP (= Combinated Heat and Power - kombinált hő- és villamosenergia előállítás; kombinált ciklus) rendszerekkel jól összeköthető. A mai Stirling-motorok hatékonyságukban lassan felülmúlják a dízel- és benzinmotorokat teljesítmény-súly arányukban. Csendes üzemelésük és környezetbarát (emissziómentes) működésük egyre szélesebb teret szorít nekik mindennapjainkban. A Stirling-motor működési elve A Stirling-motoroknak több változata létezik, ld. Koici Hirata ( ) animációit. A Stirling-motorokban többnyire két dugattyú mozog, egymással 90°-os szöget bezárva. Az egyik nem illeszkedik teljesen a henger falához, feladata a levegő mozgatása, "terelése" (kiszorító-dugattyú). A másik illeszkedik a henger falához, ennek feladata a hengerben található gáz nyomásának változtatása (teljesítmény-dugattyú). A Stirling-motorban teljesítmény dugattyú végzi az effektív munkát, és a kiszorító-dugattyút is ez mozgatja. A Stirling-motort voltaképpen ez a nyomás-hőmérséklet változás hajtja. A mozgást szintén majdnem minden motornál négy fázisra lehet osztani (Rankine-ciklus). A Stirling-motor változatai: alfa Stirling-motor Az alfa Stirling változat két külön dugattyúval rendelkezik, egyik a meleg hőcserélőben, a másik a hideg hőcserélőben. Ennek a típusnak a az egységnyi térfogatra eső teljesítménye nagy, de nehézségek merülnek fel a tömítéssel, mivel az egyik dugattyú állandó magas hőmérsékleten üzemel.

11 tágulás: 2. gáz áramlása: 3. összehúzódás: 4. gáz áramlása:
a legtöbb gázmolekula az alsó, fűtött hengerben van itt felmelegszik  kitágul  mindkét dugattyút befelé nyomja 2. gáz áramlása: a gáz kitágult, de jelentős része még a forró hengerben van 3. összehúzódás: a gáz nagyrésze a hideg hengerbe áramlott  lehül  összehúzódik  kifelé mozgatja mindkét dugattyút 4. gáz áramlása: az összehúzódott gáz még a hideg hengerben van, a lendkerék visszaforgatja a főtengelyt a kiindulási állapotba  a gázt visszanyomja a meleg hengerbe  a ciklus befejeződött

12

13

14 béta Stirling-motor egyetlen hengerben egy teljesítmény-dugattyúja és ezt körülvevő második dugattyúja van, mely az első dugattyúval egy tengely mentén mozog. A második dugattyú hézaggal illeszkedik a hengerbe, nem szolgáltat hasznos munkát, csupán arra szolgál, hogy a gázt a forró kamrából a hideg kamrába tolja. Amikor eléri a hideg hengervéget, a lendítőkerék átsegíti a holtponton és megkezdi a hideg gáz átnyomását és komprimálását a meleg hengerbe. Ez a konstrukció elkerüli az alfa változatnál felmerülő problémákat.

15 gamma Stirling-motor

16 Stirling-motorok CHP-alkalmazása:

17 Egy új fejlesztésű 35 kWe Biomassza üzemű Stirling motoros berendezés

18 CHP alkalmazás energiamegoszlása :
egy biomassza tüzelésű Stirling-motorral kibővített kazán energiamegoszlási diagrammja A biomassza a kazánban kerül elégetésre, a távozó füstgáz először a belépő égési levegőt előmelegíti, majd az ECO-n leadja a hőjének egy részét a fűtési víznek. Az eltávozó füstgáz maradék hője veszteségnek számít. Az égési levegő hőjéből dolgozik a Stirling-motor is, a beérkező 140 kW-ból 35 kW villamos áramot termel, a maradék hő pedig szintén az ECO-ra kerül (CHP elv). A berendezés sugárzott hővesztesége 5kW az ábra szerint. A berendezés teljese hatásfoka (254 kW / 300 kW) 85%, villamos hatásfoka 12%, termikus hatásfoka 73%.

19 másik alkalmazás: Elgázosító kazánnal működtetett CHP rendszer, Stirling-motorral

20 Stirling-hűtőgép (kriogenikus hűtés)
A Stirling-motor működése megfordítható: ha a tengelyt forgatjuk, a kamrákon hőfok különbség mérhető. Az első Stirling hűtőgépeket a Philips fejlesztette ki az 1950-es években és többek között folyékony nitrogén gyártáshoz használták ig több típust készítettek, ekkor feloszlatták a vállalatot, helyébe a Stirling Cryogenics & Refrigeration BV-ot alapították, mely ma is termel. Érzékelők hűtésére sokféle kis Stirling hűtőgépet használnak. Az ábrán látható kriogenikus hűtő két fokozatban végzi a hűtést, az első fokozat 80 K-ig, a második fokozat pedig K-ig.

21 A Stirling-motor előnyei
Az égés kivül zajlik le, ezért a levegő-tüzelőanyag-keveréket sokkal pontosabban lehet szabályozni. A hőforrás folytonos égést kíván, ezért az elégetlen füstgázok mennyisége elenyésző. Sok Stirling-motor csapágyazása a hideg oldalon helyezkedik el, ezért a kenést egyszerűbb megoldani és a kenőanyag élettartama két olajcsere között hosszabb lehet. Az egész motor sokkal kevésbé bonyolult szerkezet, mint a belsőégésű motorok. Nincsenek szelepek, a tüzelőanyag és beömlő rendszer sokkal egyszerűbb. Sokkal kisebb nyomáson üzemelnek, ezért sokkal biztonságosabbak mint a konvencionális hőerőgépek. A kisebb üzemnyomás könnyebb szerkezeti elemek beépítését teszi lehetővé. Nagyon nyugodt járású szerkezetet lehet kivitelezni, működéséhez nincs szüksége külső levegőre, így tengeralattjárókon ideális erőgép lehet. Igéretesnek tűnik alkalmazása repülőgépeken: csendesebbek, kevésbé szennyezik a környezetet, megőrzik hatásfokukat a magasságtól függetlenül, megbízhatóbbak, mert kevesebb alkatrészből állnak, elmarad az indítóberendezés, kisebb rezgésszinten üzemelnek, az üzemanyaguk kevésbé robbanásveszélyes. A Stirling-motor hátrányai A Stirling-motor hideg és meleg oldali hőcserélői költséges szerkezetek, ezek nyomásálló és korrózióálló kivitelben kell, hogy készüljenek. Ez megnöveli a költségeket különösen akkor, ha jó hatásfokú motort kell készíteni. Különösen kis hőmérsékletkülönbség esetén a hideg és meleg oldal között a motor méretei sokkal nagyobbak az azonos teljesítményű belsőégésű motorokhoz képest a nagy hőcserélők miatt. A környezet felmelegítésekor keletkező hőveszteség a legnagyobb akadálya annak, hogy Stirling-motorokat alkalmazzanak gépkocsi hajtására. Ez azonban nem hátrányos házaknál, ahol a hőveszteséget jól fel lehet használni melegvíz előállítására és fűtésre. A Stirling-motort nem lehet gyorsan beindítani, lassú felmelegedésre van szüksége. Ez ugyan a belsőégésű motorokra is igaz, de a felfűtéshez szükséges idő itt sokkal hosszabb. A leadott teljesítményt nehéz változtatni, gyors változtatás nem is lehetséges. A teljesítményt vagy a dugattyú lökethosszának változtatásával vagy az áramló gáz mennyiségével lehet szabályozni. Ez hibrid hajtásokban és alaperőforrásoknál, ahol állandó teljesítményre van szükség, kevéssé problematikus. A hidrogént kis molekulasúlya ideális munkaközeggé teszi, de a hidrogént kicsi molekulái miatt nagyon nehéz zárt térben tartani szivárgás nélkül.

22 alkalmazások: A stirling-motor egyik nagy előnye, hogy a gáz állapotváltozásaira épül a mozgatása. Az űrben a rendkívül alacsony külső hőmérsékleten egy viszonylag alacsony hőmérsékletű fűtőberendezés is mozgásba tudja hozni a motort. A képen látható berendezés (75 kWel Stirling-motor Dániában) héliummal van feltöltve, melynek maximális nyomása 4.5 MPa. A nyolc forróhő - cserélő mindegyikéhez egy-egy henger tartozik. Ezek a hőcserélők úgy lettek kialakítva, hogy két láng érhet 4-4 egységet. A berendezésben található egy aszinkron generátor, mely 1000 fordulatszámon csatolható a hálózatra (50 Hz AC). Naptányérok mozgatásához Feltételezhetően őseink sem szerették a slágereik hallgatását megszakítani kényszerszünetekkel, pl. a kurblizással. Akkoriban nem volt olyan egyszerű a lejátszót bedugni a konnektorba, a távirányító "puhányító" megjelenése is csak talán egy kósza gondolat volt akkoriban részükről. De mivel a kényelem és a találékonyság nem ismer(t) határokat, így a Paillard Maestrophone üzemében megvalósították a vevők álmát, az alkohol tüzelésű -Stirling-motorral hajtott- gramofont. Elképzelhetjük a képet nézegetve, amint Sir Francis, viszkijéből egy keveset löttyint a gramofonba, hogy kedvenc dívájának áriáját még egyszer mély beleéléssel végighallgathassa .. A "csodamasinát" 1910 környékén építették, és a bal oldali kis kiálló kürtő nem a zenei élményt fokozta (stereo?), hanem az elégetett alkohol gázait szellőztette ki. A gramofont felszerelték egy ötletes kupplunggal, ami a lemezcsere idejére leválasztotta az állandóan működő Stirling-motorról a lemez tárcsáját.

23 üzemanyagcella

24 A fuel cell is an electrochemical conversion device
A fuel cell is an electrochemical conversion device. It produces electricity from fuel (on the anode side) and an oxidant (on the cathode side), which react in the presence of an electrolyte. The reactants flow into the cell, and the reaction products flow out of it, while the electrolyte remains within it. Fuel cells can operate virtually continuously as long as the necessary flows are maintained. Fuel cells are different from electrochemical cell batteries in that they consume reactant from an external source, which must be replenished -- a thermodynamically open system. By contrast batteries store electrical energy chemically and hence represent a thermodynamically closed system. Many combinations of fuel and oxidant are possible. A hydrogen cell uses hydrogen as fuel and oxygen (usually from air) as oxidant. Other fuels include hydrocarbons and alcohols. Other oxidants include chlorine and chlorine dioxide. A fuel cell works by catalysis, separating the component electrons and protons of the reactant fuel, and forcing the electrons to travel though a circuit, hence converting them to electrical power. The catalyst typically comprises a platinum group metal or alloy. Another catalytic process takes the electrons back in, combining them with the protons and oxidant to form waste products (typically simple compounds like water and carbon dioxide). A typical fuel cell produces a voltage from 0.6 V to 0.7 V at full rated load. To deliver the desired amount of energy, the fuel cells can be combined in series and parallel circuits, where series yield higher voltage, and parallel allows a stronger current to be drawn. Such a design is called a fuel cell stack. Further, the cell surface area can be increased, to allow stronger current from each cell. Proton exchange fuel cells:

25

26 Fuel cell efficiency: The efficiency of a fuel cell is dependent on the amount of power drawn from it. Drawing more power means drawing more current, which increases the losses in the fuel cell. As a general rule, the more power (current) drawn, the lower the efficiency. Most losses manifest themselves as a voltage drop in the cell, so the efficiency of a cell is almost proportional to its voltage. For this reason, it is common to show graphs of voltage versus current (so-called polarization curves) for fuel cells. A typical cell running at 0.7 V has an efficiency of about 50%, meaning that 50% of the energy content of the hydrogen is converted into electrical energy; the remaining 50% will be converted into heat. (Depending on the fuel cell system design, some fuel might leave the system unreacted, constituting an additional loss.) elektromos energia + fűtés

27 Direct-methanol fuel cell

28 NiMH akku: termodinamikailag zárt rendszer
(ld.: Nickel-metal-hydride_batterie.doc) nagyteljesítményű NiMH-akku gépjárműbe

29 Toyota Prius (ld.: Hybrid_vehicle.doc)

30

31

32

33

34 geotermikus energia

35 A geotermikus energia (= „földi hő”) a Föld belsejében tárolt hőenergia kinyeréséből származó energia. A Föld belsejében lefelé haladva kilométerenként átlag 30 °C-kal emelkedik a hőmérséklet. Magyarországon a geotermikus energiafelhasználás 1992-es adat szerint ezer tonna kőolaj energiájával volt egyenértékű. A geotermikus energia korlátlan és folytonos energia nyereséget jelent. Termálvíz formájában viszont nem kiapadhatatlan forrás. Kitermelése viszonylag olcsó, a levegőt nem szennyezi. A Nesjavellir geotermikus erőmű Izlandon Geotermikus erőmű a Fülöp-szigeteken

36

37 története: A geotermikus források felfedezése egészen a római időkig nyúlik vissza. Legelőször a termálvizet alkalmazták, elsősorban gyógyászati, háztartási és pihenési célokra. Egykoron a brit római fürdővárosok a hévízforrásokat csőhálózat segítségével közvetlenül hasznosították. A rómaiak a hévizet a szem és bőrbetegségek kezelésére, míg Pompeiben az épületek fűtésére használták. Új-Zélandon az első polinéziai betelepülők akik az európai hatástól zavartalanul éltek ezer éven keresztül a 18. századig, a geotermikus hőforrások gőzét a főzésben, a termálvizet pedig a fürdésben, mosásban és a gyógyításban hasznosították. A hévizek fűtésben és gyógyászatban való alkalmazása a modern világban ismét aktuálissá vált. A 19. században a technika fejlődésével lehetővé vált a felszín alatt rejlő termikus erőforrások felfedezése és feltárása. Toscanában a természetes geotermikus energiát a bór és az ammónium vegyületek feldolgozására használták. Itt a geotermikus folyadékok voltak a legfontosabb bórforrások, míg a hőenergia mellékes volt. Az elektromos energia termelése 1904-ben indult meg Piero Ginori Conti herceg munkássága által és 1913-ban a larderelloi erőműben 250 kW energiát állítottak elő. A larderellói erőmű komplex jelenlegi teljesítménye meghaladja a 400 MW-ot és ezt egy fejlesztési program segítségével 880 MW-ra szeretnék növelni. Másodjára Új-Zélandon, a Wairakei térséget fejlesztették az 1950-es évek elején, az észak-kaliforniai "Gejzír-mező" után, ahol 1960-ban indult meg a termelés. A világon ez utóbbi térséget fejlesztik a leginkább napjainkban, hiszen teljesítménye 2800 MW. Franciaországban 1960 óta több mint 200 000 lakás fűtését oldják meg termálvíz segítségével. Olaszország és Izland a vulkanikusan legaktívabb két európai ország, a Közép-Atlantikum vulkáni hátságán fekszenek, ennek ellenére a legfőbb, geotermikus energiát hasznosító nemzetek a Csendes-óceáni lemezszegély mentén csoportosulnak. Japán, a Fülöp-szigetek és Mexikó a jelenlegi technológia fejlesztésén dolgoznak. Időközben tervek készültek a geotermikus hő közvetlen felhasználásának lehetőségére, a távfűtésben és a mezőgazdaságban. E téren Japán, Kína, a volt Szovjetunió utódállamai, Magyarország valamint Izland a fontosabb termelők. Az új technológiákat Franciaországban és más nyugat-európai országokban dolgozták ki. Napjainkban a geotermikus energiát számos területen alkalmazzák: A mezőgazdaságban az üvegházak fűtése Lakások, lakótelepek fűtése Villamosenergia termelés

38 A geotermikus energia kitermelése
A geotermikus energia kinyerési tartománya a csekély mélységtől egészen a több km mélyen levő forróvízig terjedhet (esetleg egészen a magmáig). 1.5 km-nél mélyebb kutakat is fúrnak, ahonnan gőz, vagy igen forró víz nyerhető  többféle alkalmazási lehetőség: 1. hagyományos geotermikus alkalmazások: hagyományos erőmű: mérsékelten meleg termálvízzel a víznél alacsonyabb forráspontú folyadékot elgőzölögtetnek, ezzel hajtják a turbinákat mély kutakból érkező forró vízzel melegítik a folyadékot…. száraz gőz erőművek, ahol közvetlenü a gőzzel hajtják a turbinákat mély kutakból feltörő nagynyomású forróvizet tartályokba engedve a nyomása csökken  gőz keletkezik, ezzel hajtják a turbinákat 2. közvetlen fűtés: a felszín alatti meleg vizet fűtésre/melegítésre használják (épület, halgazdaság, tej pasztörizálása, járda, útburkolat fűtése, stb…) 3. hőszivattyú: a földfelszín alatti kb. 3 m-es réteg mindenhol egyforma hőmérsékletű, 10-15 oC, állandó. A hőszivattyú a földbe befúrt csőrendszer és hőcserélő; a lakásokat télen fűtik, nyáron hűteni lehet vagy közvetlenül, hőcserélő nélkül a geotermikus energia előnyei: nem kell üzemanyag  gyakorlatilag nincs emisszió, független az üzemanyag árától, független az energiaforrástól, nem úgy mint pl. a szél- vagy napenergia  majdnem állandó kapacitással üzemelhet gyakorlatilag fenntartható energiaforrás (mert a hőkivonás sokkal kisebb, mint a Föld teljes rendelkezésre álló hőmennyisége) geotermikus: 1-8 hold/MW; nukleári erőmű 5-10 hold/MW; szénerőmű hold/MW kis geotermikus erőmű  kis energiaigény; nagy erőmű  akár egész városok ellátása is hátrányai: a geoterm. víz sokszor korrozív (gáz- és só), nem túl magas hőmérsékletű  alacsony hatásfok, a hőenergia jelentős része elvész, hacsak nem lehet egyedileg hasznosítani (pl. greenhouse, fűrészmalom, távfűtés); talajhőmérséklet-változás, fűtés hatásfokának csökkenése, kis mértékben van CO2 stb… kibocsátás

39 Olaszország (Toszkána)
terület vulkánok száma teljesítmény MWe USA 133 23 000 Japán 100 20 000 Indonézia 126 16 000 Fülöp-szigetek 53 6 000 Mexikó 35 Izland 33 5 800 Új-zéland 19 3 650 Olaszország (Toszkána) 3 700

40 lásd még később a fűtési rendszereket is….

41

42 Felhő-és csapadékképződés, a víz körforgása és annak következményei, a levegő páratartalma és annak vizsgálata különféle módokon

43 kút = közlekedőedény :

44 India Németország

45 nyomókút szívókút Arkhimédeszi csavar Ez a szivattyú igen régi múltra tekinthet vissza, első leírását Arkhimédész adta, de előtte is használták. Az első ilyen szerkezetet Mitridátész király kertjében helyezték üzembe, kr.e. 131-ben. A szerkezet egy csőből áll, melynek egyik vége a kiemelendő vízbe merül, a csőben pedig a két végén csapágyazott tengelyre erősített csavarfelület alakú lemez helyezkedik el. A tengelyt megfelelő irányba forgatva a csavar vizet szállít. Később vályúval is építették, amibe úgy helyezték bele a csavart, hogy a beton még képlékeny volt. Majd megforgatva a csavart saját maga vájta ki a megfelelő simaságú árkot. Kötés után a csavar éleit megtisztították a betontól, és visszahelyezve a vályúba tökéletesen tömített. Az 50-es években igen elterjedt volt a szennyvízkezelésben, mert szilárd részecskékre (akár még nagyobb gallyakra is) teljesen érzéketlen volt.

46 Merítőművek A merítőművek (merítőkerék, láncoskerék) az emberi erővel való vizmerés többé-kevésbé gépesített megoldásai. Térfogatkiszorítási elven működő szivattyúk Ha egy tartály térfogatát változtatjuk úgy, hogy egy nyíláson keresztül csővezetékhez kapcsolódik, akkor a tartály térfogatának növelésével a csőből folyadékot vagy gázt lehet áramoltatni a tartályba, a térfogat csökkentésével a közeg a tartályból a csővezetékbe áramlik. Ezt az elvet felhasználva igen változatos szerkezeti megoldások születtek.

47 háromorsós csavarszivattyú fogaskerék szivattyú dugattyús szivattyú

48 Örvényszivattyúk Az örvényszivattyúk lényeges szerkezeti eleme a járókerék, mely több, radiálisan elhelyezett lapátot tartalmaz. A szívócsonkon beszívott folyadék a járókerékbe belép, végighalad a lapátok között, a forgórész lapátjai pedig a motor által szolgáltatott nyomatékot átadják a folyadékáramnak, ezzel megnő a folyadék össznyomása, majd a csigaházon érintőlegesen kialakított nyomócsonkon keresztül a folyadék távozik a szivattyúból. centrifugál- szivattyú

49 többlépcsős centrifugál szivattyú
nagyobb nyomás előállítására (pl. kazánok tápszivattyúja) Az örvényszivattyúra jellemző a jelleggörbéje, amit méréssel szoktak megállapítani: a szivattyút zárt tolózárral elindítják, majd a tolózárat fokozatosan kinyitják és az egyes pontokban megmérik a nyomást és a hozzá tartozó folyadékszállítást (a másodpercenként szállított folyadékmennyiséget). A szivattyú minden fordulatszámához más-más jelleggörbe tartozik (2). Az, hogy a beépített szivattyú mennyi folyadékot szállít, az a szivattyú és az adott csővezeték jelleggörbéjétől (1) függ, a két görbe metszéspontjánál alakul ki a munkapont. Régi tapasztalat, hogy a szivattyúk 10 m-nél mélyebbről nem tudják felszívni a vizet. Ennek az az oka, hogy a légkör nyomása ilyen magas vízoszloppal tud egyensúlyt tartani. Ha ennél mélyebbről akarjuk kiszívni a vizet, a nyomás a csőben zérusra csökken és a folyadékoszlop elszakad. A valóságban ennél kisebb a biztonságos szívás mélysége, mivel a szivattyú járókerekénél a felgyorsult folyadék nyomása lecsökken és kavitáció lép fel. centrifugálszivattyú jelleggörbéje

50 jet-szivattyú (gázos vizekhez)

51 kútfúrás

52 Vízemelő kos A vízemelő kossal egy tóból vagy medencéből lehet nagyobb magasságra szivattyúzni vizet anélkül, hogy bármilyen külső energiaforrásra volna szükség. A szivattyú rúgóval terhelt A szelepét kinyitva a víz a medencéből egyre gyorsuló sebességgel áramlik a szabadba mindaddig, amíg a rúgó a szelepet be nem csukja. Ekkor a folyadék hirtelen megállításából eredő nyomásnövekedés kinyitja a szivattyú tetején elhelyezett B szelepet és a nyomás a vizet a felső tartályba nyomja. Addig tart a folyadékszállítás, amíg a vízszintes csőben lévő folyadék mozgási energiáját fel nem emészti. Ekkor a B szelep bezárul, és hirtelen nyomásesés történik. Ez a folyadékban lengést indít, melynek során az A szelep ismét kinyit és a folyamat megismétlődik.

53 Mammut-szivattyú A Mammut-szivattyú, vagy légnyomásos vízemelő a vizet nagynyomású levegő vagy más gáz segítségével szivattyúzza. A szerkezet egy nagy átmérőjű függőleges csőből áll, mely belemerül a kiszivattyúzandó vízbe. Ebbe a csőbe felülről nyúlik be a nyomóvezeték csöve, melybe alulról bevezetik a kompresszor által szállított levegőt. A levegő kisebb fajsúlya révén buborékok formájában felemelkedik és mozgás közben magával ragadja a vizet is. Hatásfoka alacsony, 25-45%, azonban nem érzékeny a víz szennyezettségére és arra, ha a szívott térből leszívja az összes folyadékot. Torlónyomás-szivattyú Ha egy derékszögben meghajlított csövet a vízbe merítve gyorsan mozgatunk szabad nyílása irányába, akkor a torlónyomás a folyadékot áthajtja a csövön, így a szerkezet szivattyúként működik. Ezt az elvet hasznosították az Egyesült Államok egyes gőzmozdonyain, melyek úgy tudtak megállás nélkül pótvizet felszippantani, hogy a két sín között elhelyezett vízmedencébe nyújtottak le szájával a menetirányba állított csövet. Hasonló megoldást használnak tűzoltó repülőkön, ahol a repülőgép tűzoltásra szolgáló víztartályait töltik igen gyorsan ezzel a módszerrel.

54 németországi vízmű, elektromos meghajtású szivattyú

55 Contamination Shallow pumping wells can often supply drinking water at a very low cost, but because impurities from the surface easily reach shallow sources, a greater risk of contamination occurs for these wells when they are compared to deeper wells. In shallow and deep wells, the water requires pumping to the surface; in artesian wells, conversely, water usually rises to a greater level than the land surface when extracted from a deep source. Well water for personal use is often filtered with reverse osmosis water processors; this process can remove very small particles. A simple, effective way of killing micro organisms is to boil the water (although, unless in contact with surface water or near areas where treated wastewater is being recharged, groundwater tends to be free of micro organisms). Alternately the addition of 1/8 teaspoon (0.625 mL) of bleach to a gallon (3.8 L) of water will disinfect it after a half hour. Contamination of groundwater from surface and subsurface sources can usually be dramatically reduced by correctly centering the casing during construction and filling the casing annulus with an appropriate sealing material. The sealing material (grout) should be placed from immediately above the production zone back to surface, because, in the absence of a correctly constructed casing seal, contaminated fluid can travel into the well through the casing annulus. Centering devices are important (usually 1 per length of casing or at maximum intervals of 30 feet/9 m) to ensure that the grouted annular space is of even thickness.

56 Anthropogenic contamination
Contamination related to human activity is a common problem with groundwater. For example, benzene, toluene, ethylbenzene, and total xylenes (BTEX), which come from gasoline refining, and methyl-tert-butyl-ether (MTBE), which is a fuel additive, are common contaminants in urbanized areas, often as the result of leaking underground storage tanks. Many industrial solvents also are common groundwater contaminants, which may enter groundwater through leaks, accidental spills or intentional dumping. Military facilities also produce considerable amounts of groundwater contamination, often in the form of solvents like trichloroethylene (TCE). Cleanup of contaminated groundwater tends to be very costly. Effective remediation of groundwater is generally very difficult. Natural contaminants Some very common constituents of well water are natural contaminants created by subsurface mineral concentrations. Common examples include iron, magnesium and calcium. Large quantities of magnesium and calcium ions cause what is known as "hard water". Certain contaminants such as arsenic and radon are considered carcinogenic. and therefore chronic contaminants. Other natural constituents of concern are nitrates and Coliform bacteria, both of which are considered acute contaminants and may seriously sicken persons considered to be "at risk", mainly the elderly, infirm and infants. Also of consequence can be radionuclides such as radium, uranium and other elements. Upon the constructon of a new test well, it is considered best practice to invest in a complete battery of chemical tests on the well water in question. Point-of-use treatment is available for individual properties and treatment plants are often constructed for municipal water supplies that suffer from contamination. Most of these treatment methods involve the filtration of the contaminants of concern, and additional protection may be garnered by installing well-casing screens only at depths where contamination is not present.

57

58 fűtés :

59 (kazán kell) lemez öntöttvas gőz fűtésű

60 vízteres kandalló

61 pl. : hűtőgép (légkondicionáló is)
egy tartályt a környezeténél (T1) alacsonyabb T2 hőm.-en tart : munkavégzéssel vonja el a hőt a tartályból pl. : hőszivattyú épület (T1) fűtése a szomszédos tóból, talajból,… (T2) elvont hővel, munkavégzés mindkettő megfordított Carnot-körfolyamat

62 körfolyamatok : Carnot, 1824 (gőzgépek tökéletesítése) hatásfok :

63 példák, alkalmazások : A SZOBÁK, LAKÁSOK KLÍMÁJA
1.Hogyan védekezhetünk a lakásban a hőség, ill. a hideg ellen? A./ Fényvédőt helyezünk az ablakra B./ Hűtjük, ill. melegítjük a szoba levegőjét C./ Hőszigetelő réteget alkalmazunk  építkezés A. Melyik a jobb: reluxa, redőny, spaletta, zsalugáter, függöny? Miért jobb a redőny a reluxánál? MIlyen színű legyen a fényvédő? hőelnyelés, hősugárzás törvényszerűségei  öltözködés, napelemek, kályhák, radiátorok

64 4. Érdemes-e kitárni az ablakot, ha van fényvédőnk és kint hetedmagával süt a Nap?
Nem, mert ha nincs erőteljes légmozgás, csak azt érjük el vele, hogy bent is ugyanolyan meleg lesz, mint kint. 5. Hogyan juthatunk friss levegőhöz úgy, hogy mégis hűvösben maradjunk? Kísérlet: állandó huzat kis réssel. 6. Hogyan szellőztessünk télen, hogy ne hűljön ki a szoba, de mégis friss levegő legyen a szobában? Rövid ideig teljesen kitárt ablakokkal. Ekkor a szoba levegője kicserélődik, de kis fajhője miatt gyorsan felmelegszik újra. A tartósan résnyire nyitva tartott ablak miatt egyenetlen és kellemetlen a szobában a hőmérsékleti eloszlás és így tartósan az utcát is fűtjük.

65 B. Hogyan hűthetjük, melegíthetjük a szoba levegőjét? 1. Vízzel (nagy fajhő)  tengerpart, tópart hőmérsékleti viszonyai szobaszökőkút, engedjük tele a fürdőkádat hideg vízzel 2. hideg levegő befúvásával  légkondicionáló (= hűtőgép) 3. Hűti-e a szoba levegőjét a ventillátor? Miért hűsít?  hajszárítás, ruhaszárítás, leves hűtése,  Miért fázunk, ha kiszállunk a vízből a strandon? 4. Hogyan és mivel fűtjük a lakásokat? vaskályha (fa, szén), cserépkályha (fa, szén), villanykályha (hősugárzó, ill. hőtárolós kályha), radiátor (víz, gőz, olaj), konvektor (gáz), padlófűtés (víz, villany)

66 5. Hol legyen a fűtőtest? Lehetőleg az ablak alatt (hőfüggöny) Kísérlet: Papírkígyót helyezünk a radiátorra → hőáramlás  Miért tudnak körözni a gólyák szárnycsapás nélkül a magasban napsütéses nyári délutánokon? Hogyan mozog a vitorlázó repülőgép? „termik” 6. Hogyan kell tüzelni a cserépkályhában? Kísérlet: Az égés is kölcsönhatás (égő gyertyát főzőpohárral borítunk le előbb légmentesen, majd légrést hagyva. Ellenőrzés égő gyufával.  az alsó légtérben felgyülemlő széndioxid miatt életveszély (a borospincékben is CO2)

67 7. Miért kell a kályha alsó ajtaját nyitva tartani
7. Miért kell a kályha alsó ajtaját nyitva tartani? A magas, vagy az alacsony kémény a jobb? Kísérlet: Égő gyertyát hosszabb-rövidebb üvegcsövekbe teszünk, előbb alul rés nélkül, majd réssel.  huzat, kémény  Miért magas a gyárak kéménye? 8. Miért kell bezárni a kályha ajtaját a fűtés befejeztével? Miért nem szabad nyitogatni utána? 9. Áramlási viszonyok a fűtött lakásban - Miért fázik a lábunk a cserépkályhával fűtött szobában? - Hol van a legmelegebb a padlófűtésű lakásban? - Miért jó, ha az ágynak lába van és nem közvetlenül a padlón van a matrac? A lábas ágy alatt lehetőség van légáramlásra, de ha a matrac a padlón van, bennünket ér az áramló levegő.

68 C. Házak, lakások szigetelése  építkezés 1. Hová tegyük a szigetelő réteget: a fal külső vagy belső felületére? A kívülről szigetelt ház nagy hőkapacitású fala a belső levegővel és a berendezési tárgyakkal azonos hőmérsékleten van. 2. Az üres vagy a zsúfolt szoba fűthető be hamarabb? Melyik hűl ki hamarabb? (hőkapacitás) 3. Melyik a jobb falazó anyag a lakás hőviszonyai-nak (hőszigetelés, hőtárolás, fajhő) szempontjából? fa, vert fal, vályog, tömör tégla, lyukas tégla, betontufa, szilikát, betonpanel?  építkezés

69 hőszigetelő ablak (de vigyázni, ha gáztüzelés van, + levegőbeeresztés kell)
4. Milyen a jó tető? lapos, sátortető  építkezés  vízhatlan, víztaszító anyagok, lejtők, a levegő mint szigetelő 5. Melyik a jobb tetőfedő anyag a lakás hőviszonyai-nak szempontjából? szalma, nád (tűzveszélyes!), cserép, pala, hullámpala  építkezés

70 hőtágulás: