Szakdolgozat. Készítette: Kiss Péter BIOLÓGIA - KÖRNYEZETTAN SZAKOS HALLGATÓ. Témavezetı: Horváth Ákos Tanári konzulens: Böddiné Schróth Ágnes

Eötvös Loránd Tudományegyetem Természettudományi Kar Környezettudományi Centrum

Hőtıgép energiaellátása Napenergia segítségével

Szakdolgozat Készítette: Kiss Péter BIOLÓGIA - KÖRNYEZETTAN SZAKOS HALLGATÓ

Témavezetı: Horváth Ákos Tanári konzulens: Böddiné Schróth Ágnes

Budapest, 2009 Eötvös Loránd Tudományegyetem

Tartalomjegyzék 1. Bevezetés ............................................................................................................................3 2. Energiatermelés és fogyasztás napjainkban........................................................................4 2.1. A Világ energiatermelésének trendjei, változásai........................................................4 2.2. Hazánk energiatermelése .............................................................................................7 2.3. Az energiafogyasztás alakulása világszerte .................................................................9 2.4. Energiafogyasztás helyzete hazánkban......................................................................10 3. Hőtésrıl általában .............................................................................................................15 3.1. A hőtés rövid története...............................................................................................15 3.2. A hőtıgépek mőködési elve.......................................................................................16 3.2.1. Kompressziós hőtés. ...........................................................................................16 3.2.2. Abszorpciós hőtés. ..............................................................................................18 4. A napenergiás hőtés lehetséges technológiai megvalósításainak áttekintése ...................20 4.1. Hogyan lehetne napenergiával hőteni? ......................................................................20 4.2. Napkollektorok: .........................................................................................................20 4.3. Napelemek. ................................................................................................................25 4.4. A Stirling-motorok.....................................................................................................29 5. Egy hőtıgép mőködtetése napenergia felhasználásával ...................................................31 5.1. A berendezés megépítése...........................................................................................31 5.2. Az abszorpciós hőtıgép adatai, hőtési teljesítménye.................................................31 5.3. Napkollektoros hőtı berendezés leírása, építésének lépései......................................35 5.4. Az elvégzett mérések számítások ..............................................................................38 5.4.1. A kollektor felmelegedésének mérése 1000W-os reflektorok felhasználásával.38 5.4.2. A kollektor felmelegedésének mérése két darab 500W-os reflektorral..............40 5.4.3. A kollektor összekapcsolása a hőtıszekrénnyel. ................................................40 6. A szakdolgozat szakmódszertani fejezete ........................................................................42 6.1. A környezeti nevelés történetének rövid áttekintése .................................................42 6.2. A környezeti nevelés magyarországi jogszabályi háttere ..........................................44 6.3. A környezeti nevelés színterei és módszerei .............................................................47 6.4. A napenergia és az energiatakarékosság tanítása a középiskolában..........................48 6.4.1. Lehetıségek tanóra keretein belül. .....................................................................48 6.4.2. Tanórán kívüli oktatás ........................................................................................50 6.5. Az energiatakarékosság és a napenergia tanítása a gyakorlatban..............................50 6.5.1. Az energiatakarékosság oktatása egy fizika órán ...............................................50 6.5.2. Tanórán kívüli tanítás gyakorlatban. ..................................................................53 7. Összegzés..........................................................................................................................56 Köszönetnyílvánítás..............................................................................................................57 Irodalomjegyzék ...................................................................................................................58 Mellékletek ...........................................................................................................................60

1. Bevezetés Mai világunkban egyre több problémával kell szembenéznünk a megnövekedett energiafogyasztásunk miatt. Egyrészt a gazdaságilag fejlett országok termelik és használják fel az energia nagy részét, másrészt olyan anyagokat égetünk el e tevékenység folyamán, melyek az évmilliók során halmozódtak fel Földünk geoszférájában, egyre nehezebb és drágább lesz kitermelésük. Érdekes jelenség, hogy az energiafogyasztás gyakorlatilag kiegyenlítıdik a hideg téli és a meleg nyári hónapok között. Ennek elsıdleges oka, hogy civilizált társadalmunkban kezd mindennapossá válni a légkondicionálók használata. Ez a nyári megnövekedett energiafelhasználás együtt jár a fosszilis energiahordozók nagyobb mértékő elégetésével, melynek következtében jelentısebb mértékben szennyezzük környezetünket is. Dolgozatom célja, hogy erre a problémára próbáljak egy alternatív lehetıséget nyújtani, egy házilag elıállítható berendezéssel. Nem titkolt szándék az energiatakarékosság, a költséghatékonyság és természetesen környezetünk megkímélése. Ezért próbáltunk építeni egy napenergiával mőködı hőtıgépet, azért ilyet, mert egyrészt a napenergia megújuló energiaforrás, másrészt legjobban nyáron hasznosítható hazánkban, amikor a hőtésre a legnagyobb szükség van. Az is vezérelt, hogy a napkollektoros felhasználás egy másik lehetıségét is megmutassam, ugyanis hazánkban jelenleg fıleg használati meleg víz elıállítására, esetleg főtés rásegítésre használják. A berendezést nem egyedül építettem, hanem szaktársammal, Milus Bálinttal, akinek szakdolgozata a Napsugárzást fókuszáló rendszerekrıl szól.

3

2. Energiatermelés és fogyasztás napjainkban 2.1. A Világ energiatermelésének trendjei, változásai Egy rövid áttekintést szeretnék nyújtani napjaink energiatermelési helyzetérıl. Az emberiség energiaforrásai 3 csoportba sorolhatók: •

Fosszilis tüzelıanyagok: Gyakorlatilag ez megegyezik az évmilliók során felhalmozódott napenergia mennyiségével. Ilyen anyagok a földgáz, a kıolaj és a szén.

•

Nukleáris energiaforrás: Az atommagok átalakításából nyert energia.

•

Megújuló energiaforrások: A napsugárzás energiája által folyamatosan újratermelt energia. Ide sorolhatjuk a nap-, a szél-, a víz-, a biomassza energiát.

Szükséges megemlítenünk a geotermikus energiát, amit gyakran a megújuló energiaforrások közé sorolnak, bár ez nem a napsugárzás energiája által termelıdött, hanem a földhı energiája. A Föld belsejébıl a felszín felé áramló hı, mely melegíti a kızeteket, a kızetek pórusait, a repedések közötti vizet. Forrása fıleg a Föld belsejében lévı radioaktív magok bomlása (Dr.Göız L., 2007.)

2.1. ábra Az energiatermelésben felhasznált energiahordozók százalékos összetétele (Kiss Á. 2001)

4

Az elsı ábrán jól látható hogy még 150 évvel ezelıtt is 90%-os volt a megújuló energiaforrások felhasználása (fatüzelés = biomassza égetés), az azóta eltelt idıben fıleg a létrejött technikai és technológiai fejlıdés miatt is a felhasználás eltolódott a fosszilis tüzelıanyagok égetése irányába. A 20. században megjelent még az atomenergia is, mint alternatíva és ennek az energiaforrásnak a részaránya is folyamatosan nıtt. Jelenleg a világ energiatermelésének 80%-át a fosszilis anyagok felhasználása teszi ki (2.2. ábra). Ez több szempontból is problémákat vet fel. Egyrészt ezeknek az anyagoknak az elégetése üvegházhatású gázok keletkezésével jár, és ezzel közvetett módon hatnak éghajlatunk változására. Ezen fosszilis tüzelıanyagok felhasználása során elsısorban CO2 keletkezik.

2.2. ábra Az egyes energiaforrások részesedése a Világ energiatermelésébıl (forrás: Magyar Euratom Fúziós Szövetség) A biomassza égetése esetén is termelıdik széndioxid, de normális gazdálkodás mellett a visszaültetett biomassza meg is köti a CO2-t. A szén esetében az év milliók során megkötött és elraktározott széndioxidot tüzeljük el sokkal gyorsabb ütemben, mint ahogy az újrafosszilizálódna. Problémát jelent még, hogy gyakran valamilyen elıkészítést, finomítást igényel felhasználásuk, mely egyéb káros anyagok kibocsátásával jár, ilyenek a kén- és nitrogén-dioxid, a nehézfémek (arzén, higany, kadmium, ólom, urán). Napjainkra kimutatták, hogy az üvegházhatású gázok kibocsátásának 63%-a a fosszilis tüzelıanyagok

5

égetése során keletkezik. (Munkácsy B. 2008). Jelentıs probléma, hogy ezen energiahordozók eloszlása a földrajzilag sem azonos, bizonyos régiók gazdagabbak, máshol kevesebbet találunk meg belıle. Ennek hatására pedig hatalmas különbségek adódnak az energiafogyasztásban. 1997-ben a Kiotói Jegyzıkönyv kereteiben a 38 legfejlettebb ország eljutott odáig, hogy egy megállapodást írt alá az üvegházhatású gázok (fıleg a CO2) kibocsátásának csökkentésérıl. Ahhoz, hogy ez megtörténjen a 21. század közepéig kb. 2000 fosszilis tüzeléső erımővet kellene leállítani, átalakítani. Erre három megoldási lehetıség adódik: 1. Más energiafajta üzembe állítása a fosszilis anyagok helyett 2. Energiatakarékosság, az adott életszínvonal megırzése mellett 3. Életszínvonal esés Az elsı kettı megoldási javaslat lehet társadalmunk számára a szimpatikusabb. Az elsı esetre vonatkozóan jó, ha átgondoljuk, mennyi széndioxidot bocsátunk ki 1GWh energia megtermelése során a leggyakoribb energiahordozók felhasználásával (Kiss Á. 2001.): Víz 4 tonna

szél 7 tonna

atom 8 tonna

gáz 500 tonna

Olaj 750 tonna

Szén 870 tonna

A táblázatból is látszik, ahhoz, hogy visszaszorítsuk a káros széndioxid-kibocsátást, ahhoz fıleg a fosszilis tüzeléső erımőveinket kell lecserélni. Gyors és létezı megoldást jelenthet a CO2 kibocsátás csökkentésére a nukleáris energia. Megoldandó problémát a radioaktív főtıanyagok, illetve az esetleg keletkezı radioaktív hulladékok tárolása jelenti. Ezt a problémát hatalmas földalatti tárolók létesítésével próbálják meg orvosolni, ami persze környezetvédı csoportokban komoly aggályokat fogalmaz meg. A hosszú felezési idejő hasadási termékek rövid felezési idejő más atommaggá történı átalakítása pedig napjainkban még nem megoldott technológia. Egy komoly ellenérv az atomerımő telepítésekkel szemben, hogy általában nagy teljesítményő erımőveket szoktak építeni az államok, melyek hatásfoka lényegesen 50% alatti, valamint rengeteg felhasználhatatlan hıenergiát bocsátanak ki magukból. Másik

6

megoldása a fosszilis anyagok lecserélésének, ha egyre több megújuló energiaforrást építünk az energiaellátó rendszerekbe. Legnagyobb elınyük, hogy gyakorlatilag sosem apadnak ki a források, hogy káros anyag kibocsátásuk rendkívül szerény (a biomassza égetésénél azért kerül a légtérbe üvegházhatású CO2). A megújuló energiaforrások egyik fontos tulajdonsága, hogy decentralizálják az energiatermelést és így a kisebb helyi közösségek önellátásának kialakulását segíti elı, mely együtt jár némi hatásfok növekedéssel, mert kevesebb lesz a szállításból adódó energiaveszteség. Azt elmondhatjuk a megújuló energiaforrásokról, hogy ma még túl drágák, hogy elterjedtebbek legyenek, valamint a legnagyobb hátrányuk a kicsi energiasőrőség és a mai technológiák melletti kicsi kiaknázási hatásfok. 2.2. Hazánk energiatermelése Magyarországon az energiaforrások részesedése eltolódott a fosszilis tüzelıanyagok és az atomenergia irányába. Összehasonlítva az egyéb Európai Uniós országokkal szembetőnı, hogy milyen alacsony a megújuló energiaforrások felhasználása, illetve ebbıl következıen mind a nukleáris energia, mind a szén és szénhidrogének aránya nagyobb az energiatermelésben. (2.3. ábra)

2.3. ábra. Energiaforrások részesedése az EU tagállamokon és Magyarországon belül (forrás: Munkácsy B.: Energiagazdálkodás2007.)

7

Ugyanakkor hazánk energiaigényének kiszolgálása jelentıs importra szorul rá, még akkor is, ha elmondhatjuk, hogy ez a 1990-es évek közepétıl csökkenést mutatott a 2000-es évekig, majd sajnos újabb növekedési ütem következett be, mint ahogy a 2.4. ábra 4-essel kódolt vonala jelzi.

2.4. ábra. Magyarország villamosenergia –termelése és –felhasználása (forrás: MVM Zrt. 2007.) Ha megnézzük az egyes energiaforrások szemszögébıl az import alakulását (2.5. ábra), azt a következtetést vonhatjuk le, hogy hazánkban is megoldásra vár az a probléma, hogy hogyan tudjuk megoldani a fosszilis energiahordozók kiváltását. Ez nem csak az emisszió csökkentés miatt lényeges, hanem hogy mérsékeljük egyre növekvı energiafüggıségünket.

2.5. ábra. A primer energia-függıség alakulása 1990-2005, %-ban (www.energiakozpont.hu)

8

2.3. Az energiafogyasztás alakulása világszerte Az energiafelhasználás az utóbbi idıben közel exponenciálisan növekszik (2.6. ábra), ez visszavezethetı a népességnövekedésre, a technikai fejlıdés miatt bekövetkezı életminıség növekedésére. A több ezer évvel ezelıtti vadászó társadalmakhoz képest, a népesség közel 115-szörösére, míg a fogyasztás kb. 180-szorosára növekedett, ezzel együtt az energia-felhasználás is jelentısen emelkedett (120-szorosára). (Kiss Á. 2001.)(2.7.ábra)

2.6. ábra. A Világ energia-felhasználásának alakulása (forrás: MEFSZ)

2.7. ábra. Egy ember átlagos energia-fogyasztásának változása a történelem során (forrás: Munkácsy B.: Energiagazdálkodás 2007.)

9

Sokkal nagyobb különbségeket látunk, ha a fogyasztás eloszlást figyeljük meg, ugyanis az egy fıre esı energia-felhasználás arányosságot mutat az ország gazdasági fejlettségével, tehát minél gazdagabb egy ország, annál nagyobb a nemzeti össztermék, melynek elıállításához egyre több és több energiafelhasználásra van szükség. Ma már képesek vagyunk mérni a világ energiafogyasztását, ami kb. 1,2*1010 ETAt (egyezményes tüzelıanyag-tonna: 1ETAt=8140kWh= 29310MJ (Kiss Á. 2001.)) energiát jelent, amelynek 80%-át az OECD országok termelnek, ahol viszont a népességnek csak 25%-a él (Kiss Á. 2001.). és mindössze körülbelül az 5%át birtokolják a fosszilis készleteknek. Az egy fıre jutó felhasználás az utóbbi évtizedekben kissé visszaesni látszik, ami a különbözı energiatakarékosabb technológiák megjelenésének köszönhetı.

2.4. Energiafogyasztás helyzete hazánkban A

múlt

század

közepétıl

hazánkban

is

jelentısen

megnövekedett

az

energiafelhasználás mértéke. Mint a 2.4. ábra 1-essel jelzett diagramja is mutatja a 20. század közepén közel 40-szeresére emelkedett a fogyasztás. Ez magyarázható az életszínvonal növekedésével, a nemzeti össztermék emelkedésével és az ehhez felhasznált energia megszaporodásával. A következı (2.8.) ábráról azt olvashatjuk le, hogy hogyan változott ennek az energiafelhasználásnak az összetétele. Jól láthatjuk, hogy az utóbbi 15 évben sem azok a tendenciák

érvényesültek,

melyek

a

fosszilis

energiahordozók

felhasználásának

csökkenéséhez vezetnének, ugyanis ezek hasznosításának mértéke nem változott semmit. A változások: olaj: -5 százalékpont, gáz: +13 százalékpont, atom: -1,4 százalékpont, szén -6,8 százalékpont, megújuló: +1,1 százalékpont.

10

2.8. ábra. Az energia-felhasználás összetételének változása Magyarországon A legnagyobb felhasználás visszaesés a szénnél történt, míg a legnagyobb növekedés a gáz esetében következett be. Gyakorlatilag annyi történt, hogy miután Magyarországon a szénbányák nagy része megszőnt, inkább gázimportból fedezzük energiaigényünket. Érdekes az atomenergia százalékpontjának pici csökkenése is, ami azzal magyarázható, hogy 1990 óta nem építettünk több atomerımővet, viszont az ország energiaigénye növekedett. Ugyan a megújulók részaránya növekedett picit, de jó ha tudjuk, hogy ez annak is köszönhetı, hogy sok hıerımővünket széntüzelésrıl fatüzelésőre állítottak át (pl. Kazincbarcika (http://www.vd.hu/cikk.php?.cikk=699&szid=265)). A 2.9.-es ábrán is azt láthatjuk, hogy a tőzifa több mint a ¾-t teszi ki a felhasznált megújuló energiaforrásoknak, tehát igazából Magyarországon nem történtek nagy technológiai újítások, csak ahogy már említettem régi, korszerőtlen erımőveket alakítottak át.

11

Energiafajta

Hasznosítás (PJ/év) 29,7 3

%

tőzifa 78,7 geotermikus energia 7,9 biomassza 2,1 5,5 hulladékból vízenergia 1,8 4,8 háztartási szemét 0,8 2,1 biogáz 0,2 0,5 napenergia 0,2 0,5 Összesen: 37,8 100 2.9. ábra. A megújuló energiák Magyarországon 2003-ban. (forrás: Dr. Göız L. 2007.) Még érdekesebb képet kapunk, ha megnézzük az energiafelhasználás évszakos változásait. Míg a 90-es évek elején az energiaigény 68%-a télen és 32%-a nyáron jelentkezett, addig mára kicsit változott a kép. A következı képekrıl 2003 és 2007 között minden év legmelegebb és leghidegebb napjának energia-fogyasztását olvashatjuk le. A fentebb említett 68-32%-os eloszlást abszolút nem láthatjuk ezekbıl az adatokból, ugyanis minden évben közel azonos a fogyasztás, talán csak 2004-ben és 2005-ben láthatunk kicsit nagyobb különbséget, de ez sem számottevı.

12

2.10. ábra nyári és téli csúcsfogyasztások 2003-2007 között (MVM Zrt.)

13

Jól látható, hogy a melegebb nyári és a hidegebb téli napokon gyakorlatilag kiegyenlítıdik az energiafogyasztás mértéke. Ez valószínőleg a megnövekedett hőtési, légkondicionálási igényeknek a rovására írható. Ez újabb problémát vet fel, ugyanis nagy erımőveink karbantartási munkálatait nyáron végzik, viszont emellett a megnövekedett energiafelhasználás miatt egyre nehezebben kivitelezhetık ezek a munkálatok. Ezen a ponton is létjogosultságot kap az alternatív energiaforrások felhasználási lehetıségei, melyek közül szakdolgozatom pont a napenergia hőtésre való felhasználásáról szól.

14

3. Hőtésrıl általában 3.1. A hőtés rövid története A mesterséges hőtés elsı nyomait Kr.e. 2500-bıl egyiptomi fafestményeken követhetjük nyomon. A lehőtendı italt zománcolatlan agyagkorsóba öntötték, majd a korsó pórusain átszivárgó víz elpárolgott az edény faláról. Ez a párolgás hıt vont el, és ez hőtötte le a korsóban maradt vizet. A görögök távoli tájakról szállították a jeget a hőtéshez, és azt vermekben tárolták. Ez a 19. századig gyakorlat volt az egész világon. A jég kitermelésének és exportjának fontos világgazdasági szerep jutott. Voltak ugyan próbálkozások a hőtésre, például: a sónak vízben való oldásakor az oldat lehőlt (XVI. század). Az igazi változást a hőtés történetében a hőtıgépek megjelenése jelentette. Elıször a mesterséges jéggyártás jelentette a forradalmi fejlesztést. 1748-ban a skót William Cullen állított elıször elı mesterségesen jeget, etil-éter vákuumban való elgızölögtetésével. Aztán 1805-ben Oliver Evans megtervezett egy olyan gépet, mely gızzel mőködött folyadék helyett. Ugyan ez csak terv maradt, mert legyártásra nem került, de késıbb sokan használták fel ezeket a gondolatokat. Ilyen volt 1842-ben John Gorrie, aki megalkotta levegı hőtıközeges gépét. Ennek a mőködési elv a mai hőtési eljárásokéhoz nagyon hasonló volt. 1856-ban James Harrison gızkompressziós hőtıt készít a hús- és a söripar számára. Ferdinand Carré 1859-ben ammóniás abszorpciós hőtıgépet alkot. Az ammónia elınye, hogy jóval alacsonyabb hımérséklet és nagyobb teljesítmény elérését tette lehetıvé. Háztartásokban az ammóniaszivárgások miatt nem alkalmazták, nagyobb hőtıházakban gyártottak vele jeget. A következı jelentıs személyiség Carl von Linde, aki számos találmányával járult hozzá a hőtési módszerek fejlıdéséhez. İ építette az elsı ammóniás kompresszoros készüléket (1876), a levegı cseppfolyósítására alkalmas nagyüzemet épített (1895), és frakcionált desztillációval folyékony nitrogént és oxigént választott le folyékony levegıbıl (1901). Az elsı háztartásokban használható abszorpciós hőtıszekrényt az Electrolux mérnökei fejlesztették ki (3.1. ábra.). Nagy lépést jelentett Thomas Midgley és Charles Franklin Kettering felfedezése, a freon. A freon színtelen, szagtalan, nem toxikus

15

és nem gyúlékony gáz. Rendkívül jó alternatívát jelentett az ammónia és egyéb mérgezı hőtıközegekkel szemben. 1974-ben aztán kimutatták az ózonkárosító hatását, ezért helyettesítésére különbözı gázokat fejlesztettek ki (HCFC, HFC, stb.).

3.1. ábra Az elsı Electrolux hőtıgép 3.2. A hőtıgépek mőködési elve. A hı természetes körülmények között mindig a magasabb hımérséklető hely felıl az alacsonyabb hımérséklető hely felé áramlik ez a termodinamika II. fıtételének egyik megfogalmazása. A hőtés során ezt az irányt próbáljuk megfordítani, melyhez energiát kell befektetni. Ez a befektetett energia lehet hı (abszorpciós hőtés) vagy munka (kompressziós hőtés). Mindkét esetben szükség van egy hőtıközegre, mely felveszi a szállítandó hıt az alacsonyabb hımérséklető helyrıl és a magasabb hımérséklető helyen leadja azt.

3.2.1. Kompressziós hőtés. A hőtıgép a hőtési feladatot zárt körfolyamatban végzi, a csırendszeren belül hőtıközeg áramlik. Fontos, hogy ez teljesen zárt legyen, és sehol se szökjön ki a hőtıközeg. A rendszer fı részei: az elpárologtató, a kompresszor, a kondenzátor, a fojtószelep és az összekötı csıvezeték.

16

Elpárologtató: Az elpárologtató a hőtıgépnek az a része, amelyben a hőtıközeg átveszi a hőtendı közegbıl az elvonandó hımennyiséget. Ezért mindig a hőtött helyiségben vagy közegben található. A hőtıközeg az elpárologtató csıbe folyadék halmazállapotban lép be. A csövön végighaladva elpárolog, gız állapotú lesz. A folyadék az elpárolgása során csak kívülrıl, a csı környezetébıl vehet fel hıt, így hőti le környezetét. A hımérséklet változásával a nyomás is változik, és fordítva, ha a nyomást csökkentjük pl. azáltal, hogy megfelelı mennyiségő telített gızt elszívunk a térbıl, akkor a folyadék hımérséklete csökken. Ez történik a hőtıgép elpárologtatójában is. A keletkezı hőtıközeg-gızt a berendezés egy másik szerkezeti eleme a kompresszor szívja el.

Kompresszor: Kettıs szerepe van: elıször is elszívja az elpárologtatóból a keletkezı gızöket és a kondenzátorban uralkodó lényegesen nagyobb nyomásra sőríti össze így teszi lehetıvé a hőtıközeg szakadatlan körforgását a hőtırendszerben.

Kondenzátor: A kompresszort elhagyó összenyomott hőtıgız a kondenzátorba áramlik, és ott lecsapódik. Így ismét folyékony halmazállapotúvá válik. Ahhoz ugyanis, hogy a hőtıgép folyamatosan hőtsön, az kell, hogy az elpárologtatóból gız formájában távozó hőtıközeg oda folyamatosan visszatérjen folyadék formájában. A kondenzátor feladata a gıznek folyadékká való átalakítása. A kondenzátort az elpárologtatóhoz hasonlóan szintén egy csıszakasznak képzeljük el, amelybe a kompresszor felıl túlhevített gız lép be. Az elsı részén a gız lehől, és amikor a nyomásának megfelelı telítési hımérsékletet eléri, telítetté válik. Ezután megkezdıdik a lecsapódás, és a kondenzátor végén már folyadék lép ki, ahhoz, hogy ez a folyamat végbemenjen, a hőtıgépnek hıt kell leadnia környezetébe.

17

Fojtószelep: A kondenzátort elhagyó folyékony hőtıközeg, mielıtt az elpárologtatóba jutna, a fojtószelepen áramlik keresztül. A kondenzálódott folyadéknak nyomása és hımérséklete lényegesen nagyobb ugyanis az elpárologtató nyomásánál és hımérsékleténél. A fojtószelepnek az a feladata, hogy folyamatosan olyan mennyiségő hőtıközeget juttasson a kondenzátorból az elpárologtatóba, hogy az azonos legyen a kompresszor által elszívott mennyiséggel. Áramló folyadék nyomása legegyszerőbben egy nagy ellenállású szakasz beépítésével csökkenthetı a nyomáscsökkenéssel egyidejőleg a hőtıközeg hımérséklete is lecsökken

az

elpárologtatóba

áramlik,

ahol

körforgását

ismét

elkezdi.

(http://www.albaklima.hu/hutelm.htm)

3.2. ábra A kompressziós hőtıgép részei (forrás: http://hmika.freeweb.hu/Lexikon/Html/KompHuto.htm) 3.2.2. Abszorpciós hőtés. Abszorpciós hőtést a múlt század elejétıl használnak. Nagy elınye a kompressziós hőtıgépekkel szemben, hogy kevesebb zajterheléssel mőködnek. Az egyszerő abszorpciós készülékekhez két folyadékra van szükségünk: elnyelı és elnyelıdı anyagokra. Leggyakrabban az elnyelı a víz, míg az elnyelıdı folyadék lítium-bromid vagy ammónia

18

(régen minden ilyen gép ammónia-víz üzemő volt, de a szivárgások és az ammónia káros léte miatt, ezt lecserélték lítium-bromidra.). A hőtı részei az elpárologtató és a kondenzátor mellett az abszorber, a győjtıedény, és a főtı. Abszorpciós folyamat: 1. A tömény ammónia (vagy Li-bromid) oldat a győjtıedénybıl a főtıbe áramlik. Itt a melegítés hatására az oldatból az ammónia kiforr. A főtıtest általában egy főtıpatron, ami leggyakrabban villamos árammal mőködik. 2. Az oldatból kilépı ammónia gáz bekerül a kondenzátorba, és a híg oldat kiáramlik a hőtıszekrény alsó régiójában lévı csövekbe. A kondenzátor hőtıbordái körüli légáramlás lehőti az ammónia-gázt, amely így folyékony ammóniává. 3. A folyékony ammónia átáramlik az elpárologtatóba. Az itt lévı hidrogén csökkenti az ammónia gıznyomását és elpárologtatja. Ez a folyamat elıbb hıt von el a párologtatóból, és ez von el hıt a hőtıtérbıl, így csökken a hőtıben a hımérséklet. 4. A hidrogén és az ammónia keveréke átlép az elpárologtatóból az abszorberbe. A híg ammónia oldat továbbítódik a főtıbe. Amint a győjtıedénybe lép, abszorbeálja az ammóniát az ammónia-hidrogén keverékbıl, és ezután újra indulhat a körfolyamat. (Schimanek 1941)

3.3.

ábra

Abszorpciós

hőtıgép

vázlatos

rajza.

(http://www.lyonker.eu/huto/absorb/absorb3.gif)

19

4. A napenergiás hőtés lehetséges technológiai megvalósításainak áttekintése 4.1. Hogyan lehetne napenergiával hőteni? Ahhoz, hogy a napsugárzást hőtésre használjuk fel, elıbb át kell alakítanunk a beérkezı energiát. Ahogy az elızı fejezetben bemutattam a mai hőtıgépekhez vagy villamos energiára (kompressziós hőtés) vagy hıenergiára (abszorpciós hőtés) van szükség. Szerencsére mindkét energiaformát elı tudjuk állítani napkollektoros (hı-) vagy napelemes (villamos

energia)

rendszerrel.

Ezeken

kívül

fókuszáló

berendezéshez,

vagy

napkollektorhoz kötött Stirling-motor beépítése is lehetıséget nyújt a villamos energia elıállítására. 4.2. Napkollektorok: A napkollektorok a napenergia fototermikus felhasználási családjába tartoznak, vagyis hıenergiát nyerünk belılük. Fıleg használati melegvíz elıállítására használják manapság. Jelenleg a leggyakoribb háztartási napenergia megoldás. A nem koncentrált sík kollektor számít klasszikus megoldásnak. Ezzel körülbelül 80 °C-ra melegíthetı a főtıvíz, ennél jobb technológia a picit drágább vákuumcsöves kollektor, ami 120 °C-ig is emelheti a víz

hımérsékletét.

Létezik

levegıt

melegítı

napkollektor

is

(pl.

sörkollektor

(www.sorkollektor.hu)). A napenergia két formában érkezik (nevezzük ezt hı-nyereségnek): 1. Direkt - amikor közvetlenül a Nap irányából érkezik a napfény 2. Szórt sugárzás A kollektorok mindkét fajta sugárzást képesek hasznosítani, persze különbözı mértékben. Fontos megjegyezni, hogy a szórtfény intenzitása kisebb, viszont felhıs idıben is van. Meg kell említeni a hıveszteségeket is, melyek csökkenti a kollektorok hatásfokát: - reflexió (visszaverıdı napfény)

20

- szél, csapadék hőtése - a különbözı, csövek vezetékek hıelnyelése Körülbelül 170W/m2 felhasználható teljesítmény esik Magyarország területére éves átlagban. (Kiss Á. 2001.)

A kollektoroknak két csoportját különböztetjük meg:

- a sík kollektorok, amelyek a beesı sugárzási energiát elnyelı felületek segítségével hıvé alakítják, - koncentrátorok, amelyek a napfényt optikai eszközökkel, általában tükrökkel koncentrálják, és az elnyelı felületre sugározzák. Ebbıl adódóan a koncentrátorok jóval magasabb hımérsékletet képesek elıállítani, mint a sík kollektorok. (http://www.mefo.hu/index.phtml?pid=solar_term)

4.1. ábra A tányérparabola és a síkkollektor (forrás: http://www.mefo.hu/index.phtml?pid=solar_term)

21

Kollektor típusok: Lefedés nélküli, nem szelektív síkkollektor Nem szelektív síkkollektor Szelektív síkkollektor Vákuumos síkkollektor Vákuumcsöves kollektor

Lefedés nélküli, nem szelektív síkkollektor: Ezek a kollektorok általában UV sugárzásnak ellenálló, fekete színő, mőanyag vagy gumi anyagú csıjáratos lemezbıl készülnek. Nem szokták lefedni, dobozolni ıket, emiatt nincs reflexiós veszteség sem, ezért ezeknek a legmagasabb az optikai hatásfoka. Viszont miután nem zárják ıket semmilyen dobozba, ezért a hıszigetelés is hiányzik, ezeket a kollektorokat befolyásolják leginkább a környezeti hatások, az idıjárás. Általában medencék főtésére használják, fıleg a nyári meleg hónapokban.

4.2. ábra lefedés nélküli nem szelektív síkkollektor (forrás: www.egt.bme.hu/!Tananyagok/Passziv-szolar_napkollektor.pdf) 2. Nem szelektív síkkollektor: Egyszeres üveg vagy polikarbonátlemez fedéső, nem szelektív elnyelı lemezzel rendelkezı kollektor. A szelektív kollektorokhoz képest alacsonyabb optikai hatásfokuk és emellett nagyobb a hı veszteségük is az elnyelı lemez nagyobb kisugárzása miatt.

22

4.3. ábra Nem szelektív síkkollektor (forrás: www.kekenergia.hu) 3. Szelektív síkkollektor: A szelektív síkkollektorok abszorber lemezét szokták bevonni valamilyen szelektív bevonattal, Ez a rövid hullámhosszúságú napsugarakat beengedik, míg a nagy hulláhosszúságú saját sugarakat nem engedik ki, így jelentısen lecsökkentik a sugárzási veszteséget. Szelektív bevonatként általában feketekróm-, nikkel- vagy titánium-oxid rétegeket alkalmaznak. Az abszorber anyaga leggyakrabban réz, mert jó a hıátadásihıvezetési tulajdonsága. Fontos a dobozban a jó szigetelés, illetve hogy megakadályozzák a csapadékvíz bejutását. A hı veszteséget fıleg a kollektor házban lévı levegı konvektív hıátadása okozza.

4.4. ábra szelektív síkkollektor (forrás: www.kekenergia.hu)

23

4. Vákuumos síkkollektor: Ezeknél a szerkezeteknél kiküszöbölik a szelektív síkkollektorok hıveszteségének forrását, úgy hogy az elnyelıt egy vákuum térbe helyezik. Tehát ez a rendszer egyesíti a síkkollektorok magas optikai hatásfokát, és a vákuumcsöves rendszerek alacsony hı veszteségét. Veszteség csak a hısugárzás miatt lép fel.

4.5. ábra Vákuumos síkkollektor (Dr. Munkácsy Béla 2007) 5. Vákuumcsöves kollektor: Ezeknél a kollektoroknál az elnyelı lemezt üvegcsıbe helyezik, melybıl a gyártás során kiszívják a levegıt. Több ilyen üvegcsövet tesznek egymás mellé ezekben a kollektorokban. Nagy elınye, hogy a vákuum miatt nagyon jó a hıszigetelése, viszont abból adódóan, hogy az üveg felülete itt nem sík, megnövekszik a reflexió is, tehát a napsugárzás nagyobb részét veri vissza, ez pedig csökkenti az optikai hatásfokát.

24

4.6. ábra Vákuumcsöves kollektor (http://www.mefo.hu/index.phtml?pid=solar_term) A kollektoroknak megkülönböztetünk még két típusát az egykörös és a kétkörös berendezéseket. Egykörös esetében csak a közvetlenül felmelegítendı víz kering, ezeket olyan területeken lehet használni, ahol egész évben nincs fagy. A kétkörös rendszereknél a két folyadék kering: egy fagyálló hıátadó és egy hıcserélı. Hazánkban is ez utóbbi rendszerek az elterjedtek. A fototermikus rendszereknek fontos részei magán a napkollektoron kívül a különbözı tárolók, biztonsági-, szabályozó-, mőködtetı-, ellenırzı szerelvények. Ezek nélkül nem lehet hatásosan mőködtetni egy ilyen berendezést. 4.3. Napelemek. A Nap sugárzási energiáját alakíthatjuk közvetlenül elektromos árammá is a napelemek segítségével. Gyakorlatilag minden ilyen fotovillamos effektuson alapuló eljárást napelemnek nevezünk. 1953-ban szilícium alapú félvezetıbıl készítették az elsı ilyen szerkezetet, amelynek hatásfoka 6% körüli volt. Azóta komoly fejlıdésen mentek keresztül a napelemek. Miután egybıl villamos energiát (egyenáramot) lehet belıle elıállítani sokrétő felhasználási lehetıségei ismertek. A mőködés során a Napból jövı sugárzási energiát töltésszétválasztás révén alakítják villamos energiává a napelemek. Ahhoz, hogy végbemenjen ez a töltésmegosztás, a beérkezı fotonok energiájának egy bizonyos szintet el kell érnie, tehát a napelemek csak

25

bizonyos foton energiatartományba tartozó sugárzást képesek hasznosítani. A fotovillamos berendezések a látható fény tartományától a rövid hullámhosszúságú komponenseket hasznosítják jobban, szemben a fototermikus szerkezetekkel (4.7. ábra)

4.7. ábra Kollektorok és napelemek üzemi tartománya a napfényspektrum hullámhossza szerint (http://www.mefo.hu/index.phtml?pid=solar_vill)

A napelemek mőködése során a fény fotonjai a félvezetı kristály felületén elnyelıdnek és gerjesztik a kristály vegyértékelektronjait. Az elektronok magasabb energiaszintre kerülnek, így szabad töltéshordozók keletkeznek. A töltéshordozókat egy külsı terhelésen átvezetve, zárt áramkört létrehozva, villamos áram keletkezik. A keletkezett feszültség nagysága csak a félvezetı anyagától függ és független a félvezetı cella méretétıl (4.8. ábra). A ma kapható napelemek jelentıs része szilícium (Si) alapanyagú. Csoportosítani a gyártási technológia szerint tudjuk, így vannak: egykristályos vagy sokkristályos berendezések, ezen kívül beszélhetünk még ún. amorf szerkezető napelemekrıl, melyek vékonyréteg technikával készülnek. Ez utóbbiak olcsóbbak, mint kristályos „testvérei”, viszont hatásfoka is körülbelül fele akkora.

26

4.8. ábra a napelem mőködése (www.kekenergia.hu) A napelem cellákat modulokba szervezik, melyeknek a névleges feszültsége 12 V, persze készülnek azért ennél kisebb és nagyobb névleges feszültségő modulok. Ezek a modulok egyenfeszültségő áramforrásként mőködnek, melyek a napsugárzás intenzitásával arányos energiát adnak. A 4.9.-es ábrán a napelemek feszültség-áramerısség görbéjét láthatjuk. Üresjáratkor a sugárzás intenzitásának (Ir) megváltozása nem befolyásolja igazán a feszültséget, az mindig a névleges érték közelében marad (Unévleges). Az intenzitás inkább az áramerısségre, ezáltal a terhelhetıségre van hatással, vagyis minél nagyobb a sugárzás intenzitása annál nagyobb áramerısséggel terhelhetı a rendszer, tehát ha Ir1
27

4.9. ábra Napelem feszültség (U) – áramerısség (I) jelleggörbéje. (http://www.mefo.hu/index.phtml?pid=solar_vill)

A napelemek hatásfoka, ami annak a függvénye, hogy a beesı sugárzás mekkora hányadát képes hasznosítani, a sugárzási intenzitás mellett attól is függ, hogy hol a legnagyobb a teljesítménye. Ez a letörési pont (ahol görbe hirtelen esni kezd) környezetében van. Megállapíthatjuk, hogy a napelem hatásfoka nem adható meg konkrét adatként, hiszen állandóan változik, mert függ a sugárzás intenzitásától. A elérhetı maximális hatásfokot viszont ki tudjuk számítani, melyek a következık a napelemek 3 típusánál: - monokritályos: 15-17% - polikristályos: 13-15% - amorf: 5-8%.

A monokristályos elemeknél egy 10-20 mikron vastagságú szilícium réteget helyeznek egy kerámia alapra. Amint láttuk ezeknek a legnagyobb a hatásfokúk, sıt az élettartamuk is elég hosszú (kb. 30 év) és ezért ezek a legdrágább napelem rendszerek.

28

A polikristályos szerkezetek összetett félvezetıkkel rendelkeznek, magas hımérsékleten is jól mőködnek, úgy hogy teljesítményük kevéssé csökken. Élettartamuk 10-20 év, áruk nem annyira magas, ezért háztartásokban gyakran használják ıket. Az amorf napelemeknél a szilícium szemcsék rendezetlenül helyezkednek el. Háromrétegő szerkezete van, felül pozitív, alul negatív amorf szilícium réteggel. Körülbelül 10 évig életképes, és olcsóbb, mint az elızı kettı típus. A napelemek elınye még, hogy nem csak az elektromos hálózatra lehet rákapcsolni, hanem alkalmas önálló rendszer kiépítésére is. Ez úgy mőködik, hogy a nap közben termelt és fel nem használt villamos energia akkumulátorokban tárolódik, és este innen kerül a rendszerbe (4.10. ábra). Így bárhova egyszerően telepíthetı, esetünkben ez az a mód, ahogy össze lehetne kötni egy napelemet egy abszorpciós hőtıszekrénnyel.

4.10. ábra Fotovillamos rendszer szigetüzeme. (forrás: http://www.mefo.hu/index.phtml?pid=solar_vill) 4.4. A Stirling-motorok. A motor a nevét a skót Robert Stirlingrıl kapta. İ 1816-ban szabadalmaztatta gépét, melyet az akkori gızgépeknek alternatívájaként tervezett meg. Ez a levegı – motor alacsony nyomása miatt sokkal kevesebb balesetet okozott. Majd 100 évvel késıbb Rolf Meijer nevezte el Stirling – motornak a zárt ciklusú külsı égetéső motorokat. Ennek a rendszernek a napenergiával való összekötése, pedig John Ericsson nevéhez főzıdik.

29

4.11. ábra. Stirling-motor felépítése (balra: teljesítmény-dugattyú, jobbra: kiszorítódugattyú) (forrás: http://keveney.com/Ross.html) A Stirling-motornak két dugattyúja van, az egyik a munka- vagy teljesítménydugattyú, a másik a kiszorító-dugattyú. A mőködés a hıtágulás elvén alapszik. A rendszerben gáz van. Ez a gáz a melegítés hatására kitágul, térfogata megnı, és ezzel elmozdítja a teljesítmény-dugattyút. Ez a dugattyú közvetlen összeköttetésben van a másik, kiszorító-dugattyúval, ami így szintén elmozdul. Utóbbi dugattyú elmozdulásával a felmelegedett gáz egy hidegebb (hőtött) térbe áramolhat, visszanyeri eredeti hımérsékletét és térfogatát. Ennek hatására a teljesítmény-dugattyú visszamozdul, és vele együtt visszamozdul a kiszorító-dugattyú. A körfolyamat újra kezdıdhet. A Stirling-motoroknak több változata ismert: α-Stirling. β-Stirling és γ-Stirlingmotor. A 3 változat hasonló elven mőködik, ahogy fentebb már leírtam. Különbséget a felépítésükben tapasztalhatunk. A α-nál a két dugattyú szöget zár be egymással V-alakban és a végeiken vannak összekapcsolva, ha az egyik elmozdul, utána mozdul a másik, az egyik ág a főtés a másik a lehőlés helye. A β-nál egyetlen hengerben van a két dugattyú és egy tengelyen is mozognak. Míg a γ-változat esetében a két dugattyú két különálló hengerben helyezkedik el és a végeik ugyanahhoz a tengelyhez kapcsolódnak. Ilyen a 4.11.-es ábrán látható motor is.

30

5. Egy hőtıgép mőködtetése napenergia felhasználásával 5.1. A berendezés megépítése A rendszer létrehozásához szükség van az alkalmas hőtıeszköz és a napenergiát hasznosító berendezés kiválasztására. Miután célunk az volt, hogy minél olcsóbban, és saját magunknak építsük meg a rendszert, ezért a legegyszerőbb napenergia felhasználási módot kellett megtalálnunk, amivel össze lehet kapcsolni egy hőtıgépet. Ez pedig a napkollektor és az abszorpciós hőtıgép lett, ugyanis ehhez a hőtıhöz hıenergiára van szükség, a kollektorok pedig ilyet állítanak elı. A legmegfelelıbbnek a fókuszálós napkollektor megépítését találtuk, mert az abszorpciós hőtı üzemeltetéséhez magas hımérséklető melegpont kell, és hatékonyan kell felmelegíteni a főtıfolyadékunkat is. Ezt aztán már csak az abszorpciós hőtıgép hátuljához, a főtıegységbe kell vezetni. Itt meg kell említeni, hogy Milus Bálint szakdolgozó társammal együtt készítettük a berendezést. Az ı dolgozatának témája a napenergia fókuszálása, és annak felhasználási lehetıségei. Ezért a napkollektor részletesebb leírása az ı szakdolgozatának a tárgya. 5.2. Az abszorpciós hőtıgép adatai, hőtési teljesítménye Egy használt abszorpciós hőtıgépet, egy Lehel S 80 E típusút sikerült beszereznünk. Mőszaki adatai: Bruttó őrtartalom: 80 liter Mélyhőtıtér: 7 liter Hőtıközeg (NH3): 0,26kg Névleges feszültség: 220 V Névleges áramerısség: 0,5/0,18 A Névleges frekvencia: 50Hz Névleges teljesítmény: 110/40 W

31

5.1. ábra Lehel S80 E típusú abszorpciós hőtıszekrény Elvégeztünk egy mérést is a hőtıvel, azért hogy néhány mőködési paramétert megvizsgáljunk. Nem napenergiával, hanem hagyományos módon elektromos árammal melegítettük fel a hőtı melegpontját. A mérés célja az volt, hogy meghatározzuk az elektromos hálózatra dugva mennyi idı alatt hől le, és milyen hımérsékleten van a leghidegebb pontja. A mérési eredményeket az 5.2. ábra mutatja.

Hımérséklet (Celsius-fok)

Abszorpciós hőtıgép elektromos üzeme 25 20 15 10 5 0 -5 0 -10 -15 -20 -25 -30

50

100

150

200

250

Idı (perc)

5.2. ábra. Abszorpciós hőtıgép elektromos üzeme. Az 1. ábrán az látható, hogy az abszorpciós hőtıgépünkben hogyan változik a hımérséklet az idı függvényében, ha a hálózati csatlakozót bedugjuk. Látható, hogy körülbelül 20 perc után kezd el lehőlni a levegı a készülékben, és 185 perc múlva éri el a leghidegebb pontot, ami kb. -25oC. A hőtıtérben a kezdeti hımérséklet 18,2 oC volt. A

32

mérés közben az abszorpciós hőtıgép főtıegységében elhelyezkedı főtıpatronja 232 oC-ra melegedett fel. A hımérséklet idıbeli csökkenését egy egyszerő modellben próbáljuk megérteni. A párologtató hımérséklete lehől Th hımérsékletre, és állandóan ekkora a hımérséklete. Ez kisebb, mint a hőtött térben a levegı hımérséklete, ezért a hőtött térbıl Q = k ⋅ ∆T ⋅ ∆t hıt von el, ahol Q az elvont hı mennyisége, k a hıátadási tényezı (a

párologtató és a hőtıtér közötti felületen) a ∆T a hımérséklet különbség a párologtató (Th) és a hőtıtér(T) között (Th-T) és ∆t az eltelt idı. Ez Q = c ⋅ m ⋅ ∆T alapján ∆T idıbeni hımérséklet csökkenést okoz, itt c a hőtıtérben lévı levegı fajhıje, m ugyanennek a levegınek a tömege, viszont a ∆T ebben az esetben a hımérséklet idıbeni változását (T(t+∆t)-T(t)) jelenti. Tehát c ⋅ m ⋅ (T(t + ∆t ) − Τ(t )) = k ⋅ (Th − T ) ⋅ ∆t . Ha ezt az egyenletet átalakítjuk, akkor a

dT k k = Th − T egyszerő differenciálegyenletet kapjuk. Ha dt c ⋅ m c⋅m

leegyszerősítjük úgy, hogy β =

k k , akkor egy T’=β-αT egyenletet Th és α = c⋅m c⋅m

β β  kapunk. A kezdeti feltételt kielégítı megoldása a T(0)= T1 esetén: T =  T1 + e −αt − , α α  az α a csökkenés sebességére utaló tényezı, míg −

β pedig a véghımérséklettel egyenlı. α

Kiszámíthatjuk a hőtıgépünk esetén a k hıátadási tényezıt, mert kifejezhetjük a k = α ⋅ c ⋅ m egyenlettel. A levegı fajhıje 0oC-on 0,997 J/gK, szobahımérsekleten 1,012

J/gK, így vehetjük 1 J/gK-nak. A levegınk tömegét a sőrősségbıl kiszámíthatjuk, ez -10 o

C-on 1,341 kg/m3, míg 0 oC-on 1,293 kg/m3, tehát számolhatunk 1,3 kg/m3-es adattal. A

hőtıtér 7liter, azaz 7dm3, így 9,1g levegı van a mélyhőtı-rekeszben. Az α értéke a mérésünk alapján: 0,026 1/perc. Az adatokat az egyenletbe behelyettesítve megkapjuk az eredményt, hogy k=0,2366 J/Kperc. Ez a hőtınknek egy általános paramétere.

33

5.3. ábra. A hımérséklet exponenciális csökkenése a hőtés során, különbözı paraméterek mellett. Ha az α értékét a felére csökkentjük (5.3. ábra kék vonala), vagy 5-szörösére emeljük (5.3. ábra zöld vonala), akkor láthatjuk, hogy hogyan befolyásolja a hőtést sebességét. Ha csökkentjük, akkor lassabb lesz a lehőlés sebessége, ezt úgy érhetjük el, ha c ⋅ m -et növeljük, tehát például a hőtıtér térfogatát megnöveljük, vagy ha k-t csökkentjük, tehát ha valami nagyon rossz hıátadó anyagot használunk fel. Megnövelni az α-t, azaz felgyorsítani a lehőlést pedig, úgy tudjuk, ha c ⋅ m -et csökkentjük, vagy k-t növeljük, tehát például, ha hőtıteret lecsökkentjük, vagy nagyon jó hıátadó anyagot építünk be.(J.M. Smith 2002)

34

5.3. Napkollektoros hőtı berendezés leírása, építésének lépései A berendezés felépítésének célja, hogy minél olcsóbban egy energiatakarékos berendezést építsünk, amivel a napenergiát sikerül hőtésre felhasználni. Ehhez a legjobbnak egy napkollektor megépítését és annak abszorpciós hőtıvel való összekapcsolását találtuk. Ezt úgy akartuk megvalósítani, hogy a napsugarakat egy pontba fókuszáljuk, ahol a kollektorunkban egy hıálló olajat melegít, és ezt egy pumpa segítségével vezetjük az abszorpciós hőtı melegítendı pontjához. A Nap sugarak fókuszálásához egy régi, kidobott parabola antennát használtunk fel. Azért találtuk ezt jó megoldásnak, mert kísérleteink alapján aránylag egy pontba veri vissza a sugarakat, és ott elég magas hımérsékletre melegíti fel a levegıt Elıször lefestettük teljesen feketére, hogy ezzel is csökkentsük a fényvisszaverését. Aztán a felületére 4x4 cmes foncsorozott tükörlapokat ragasztottunk fel hıálló szilikon tömítı ragasztóval. 557 db ilyen tükröt használtunk fel, hogy teljesen beborítsa a parabola felületét. Tehát 8912cm2, azaz 0,891m2 lett a tükrözı felületünk. Meg kell említeni, hogy ez a felület nem lesz egyenlı egy ekkora sík felületre esı sugárzás mértékével, a parabola ívessége miatt.

5.3. ábra. A betükrözött parabola-antenna

35

Kollektornak egy kettıs falú, egyik végén nyitott 100mm belsı és 150mm külsı átmérıjő alumínium dobozba helyezett 6mm külsı és 4mm belsı átmérıjő rézcsövet használtunk. Ezt a csövet felspiráloztuk, hogy a benne keringı hıfelvevı folyadék (olaj) több idıt töltsön a kollektor térben. A spirálok kialakítását is úgy próbáltuk megcsinálni, hogy minél több sugárzást nyeljenek el. A vörösréz csöveket jó hıátadó képességük miatt választottuk ki. Az egészet hıálló festékkel feketére festettük. Az alumínium doboz két fala közé kızetgyapotot tettünk be, így biztosítva a nagyobb hıszigetelést és akadályozva a légáramlásokat. A kollektoregység elejére egy hıálló kerámia-üveglapot erısítettünk, amely a paraboláról visszavert sugarakat beengedi, viszont a kisugárzást csökkenti.

5.4. ábra. A kollektoregység.

A hıfelvevı és leadó folyadék keringtetéséhez szükségünk volt egy pumpára is, ehhez mi egy fogaskerék pumpát építettünk a rendszerbe, ez a pumpa 1cm3 folyadékot képes egy fordulattal átjuttatni. Azért kellett ezt a pumpát választanunk, hogy a magas hımérsékletető folyadékunkat is képes legyen mozgásban tartani. A meghajtásához egy 120 W-os 1400 fordulat/perccel mőködı 3-fázisú elektromotort szereztünk be.

36

5.5. ábra. A villanymotor és a pumpa . A folyadék vezetéséhez nagyrészt ilyen 6/4-es átmérıjő rézcsövet, illetve 180 oC-ig

hıstabil szilikoncsöveket használtunk. A pumpa nyomócsonkjához, mindenképpen ezt a rézcsövet kellett csatlakoztatnunk, mert a kollektorban lévı spirál miatt fellépı nagy nyomásnak ellen kellett, hogy álljon. A szilikoncsöveket a pumpa szívócsonkjához, illetve olyan helyekre helyeztük, ahol fontos volt, hogy mobilisabb legyen a rész, ezzel illesztettük össze a különbözı hosszúságú rézcsöveinket is. A csöveket, és a hőtıgép hátán a főtı részt üveggyapottal hıszigeteltük, majd beborítottuk alumínium-fóliával. Próbáltuk minél jobban csökkenteni a kisugárzásból adódó hıveszteséget a kollektor és a hőtıgép között.

5.6. ábra. A szigetelés

37

Az egész rendszerben az Agip Alaria nevő ipari hıközlı olaja kering, ami 300 oC-ig mőködik stabilan. Azért volt szükség erre az olajra, mert azt vártuk a rendszertıl, hogy 100-250 oC közötti hımérsékletre tudjuk melegíteni.

5.7 ábra. A kész kollektor a keringtetı berendezéssel. Az 5.7.-es ábrán a kész berendezést mutatom be, amellyel megpróbáltuk a

méréseinket elvégezni. 5.4. Az elvégzett mérések számítások A berendezés tesztelésére sajnos már nem sok idı maradt. Legelıször a kollektor hıátadó képességét teszteltük laboratóriumi körülmények között, majd összekötöttük a hőtıvel és úgy is végeztünk mérést. Végül kivittük az Északi Tömb nyugati teraszára is, de az idıjárás nem kedvezett nekünk, így nem sikerült felhasználható eredményt nyernünk ebbıl.

5.4.1. A kollektor felmelegedésének mérése 1000W-os reflektorok felhasználásával. A mérés helye és ideje: Budapest, ELTE Atomfizikai Tanszék P22-es labor,2008.11.05. A mérés célja: Laboratóriumi körülmények között 1000W-os reflektorok segítségével a kollektor hıátadásának és a keringtetı-rendszernek a tesztelése.

38

A mérés leírása: A kollektorunk hıfelvevı egysége elé egy 1000W-os reflektort állítottunk. Alumínium-fólia felhasználásával próbáltuk csökkenteni a visszaverıdésekbıl adódó veszteségeket. Elıször az olajat egy másfél literes PET palackból pumpáltuk a rendszerbe és az átkeringett folyadék ugyanoda jutott vissza. Itt a palackban mértük a hımérsékletet percenként. Három egymás utáni mérést végeztünk, és 44,5˚C illetve 88,5˚Cra sikerült az olajat felmelegíteni

0 0,5 1 1,5 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Hımérséklet (˚C) 1. mérés 2. mérés 3. mérés 23 36 75 27 50,5 79,5 30 52 83,5 31 54 86 33 56 89 35,5 60,5 95 34 66 100,5 34,5 71 106 35 76 110 36 80 114 38 84 118 40,5 86 121,5 44,5 88,5 124

140

1. mérés 2. mérés

120 Hımérséklet (Celsius-fok)

Idı (perc)

3. mérés 100 80 60 40 20 0 0

2

4

6

8

10

Idı (perc)

Ezután csökkentettük az olaj mennyiségét, ugyanis kicseréltük a PET-palackot egy 2 dl-es üveg edényre, valamint leszigeteltük a csöveket üveggyapottal. És elvégeztünk egy újabb mérést, melyben már 124˚C volt a maximális hımérséklet. Ezekben a mérésekben még nem áll be a maximális hımérséklet. A rendszer mechanikai hibáit és gyengeségeit azonban

39

5.4.2. A kollektor felmelegedésének mérése két darab 500W-os reflektorral. A mérés helye és ideje: Budapest, ELTE Atomfizikai Tanszék P22-es labor, 2008.12.02. A mérés célja: A kollektor hıátadásának tesztelése, illetve a maximális hımérséklet elérése a laboratóriumi adottságok mellett. A mérés leírása: Két darab 500W-os reflektort állítottunk a kollektor elé majd két órán keresztül melegítettük és keringtettük benne az olajat. Az adatokat 2 percenként jegyeztük fel. Eredmény:

Hımérséklet (Celsius-fok)

160 140 120 100 80 60 40 20 0 0

20

40

60

80

100

120

140

Idı (perc)

A mérés alatt az olajunk hımérséklete 143oC-ot ért el. Az utolsó 3 regisztrálásnál már nem emelkedett a hımérséklet. 5.4.3. A kollektor összekapcsolása a hőtıszekrénnyel. A mérés helye és ideje: Budapest, ELTE Atomfizikai Tanszék P22-es labor, 2008.12.10. A mérés célja: Laboratóriumi körülmények között a rendszer üzemelésének kipróbálása. A mérés leírása. Szintén a két 500W-os reflektort felhasználva melegítettük a rendszert, csak most elvezettük az olajat az abszorpciós hőtı főtıegységéhez.

40

Eredmény: Olaj Hőtıtér hımérséklete hımérséklete (˚C) (˚C) 68 22 91 97 108 117 124 130 132 134 135 136 22 136 22 136 22 136 22 136 22 136 22 136 22 136 22 136 22

160 140 Hımérséklet (Celsius-fok)

Idı (perc) 0 15 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170 180

120 100 80 60 40 20 0 0

50

100

150

200

Idı (perc)

Az

olaj

hımérsékletét

végig

regisztráltuk 10 percenként, a mélyhőtı rekeszét viszont csak a 100. perc után kezdtük el felírni. A mérés 3 órán át tartott. Sajnos a mérés nem hozott pozitív eredményt. Az olajnak az elızı mérésben mért

maximális

hımérsékleténél

alacsonyabb adatokat kaptunk. Ennek oka, egyrészt hogy a rézcsövünk hossza is megnıtt azzal, hogy bekötöttük a hőtıbe, és

így több hıt adott le a környezetnek. Másrészt az abszorpciós hőtıgép is elvont valamennyi hıt a rendszertıl. Azt láthatjuk, hogy a mélyhőtıben nem csökkent a hımérséklet, tehát ilyen körülmények között nem sikerült mőködtetnünk a hőtıszekrényt. A főtıszálas mérésben a melegítendı pont hımérséklete 232˚C volt. A fókuszáló rendszert úgy kell átalakítani, hogy még 100˚C hımérséklet növekedés legyen. Ezt a veszteségek csökkentésével kívánjuk elérni. Ez hıszigetelést illetve a keringési sebesség csökkentését jelenti elsı közelítésben. Elıfordulhat, hogy a lámpák névleges 2x500 W-os teljesítménye mellett a fény formájában leadott teljesítménye kisebb, és a Nap sugaraival melegített esetben nagyobb lesz a kollektorban elnyelt energia.

41

6. A szakdolgozat szakmódszertani fejezete 6.1. A környezeti nevelés történetének rövid áttekintése A környezeti nevelés megjelenése az iskolai nevelési programokban a 20. századra, annak is inkább a második felére tehetı. Erre a századra a környezetszennyezés, az élıhelyek pusztulása, állat- és növényfajok eltőnése olyan mértéket ért el, mely cselekedettre buzdította a fejlettebb országokat. Az elsı lépés, hogy 1948-ban az IUCN (International Union for Conservation of Nature) Nevelési Bizottsága egy határozatot fogadott el a környezetvédelmi nevelésrıl. A következı, már jóval jelentısebb lépés az elsı környezetvédelmi világkonferencia volt Stockholmban, 1972-ben. Ezen elfogadtak egy ajánlást a nemzetközi környezetvédelmi oktatás programjáról. Ezután születhetett meg az elsı hivatalos ENSZ dokumentum a környezeti nevelésrıl (Belgrád, 1975): „…a világ népei számára tudatosítani kell azt, hogy akörnyezet és a hozzá kapcsolódó problémák megoldása és az újabbak megelızése megfelelı tudást, felkészültséget, készségekete, attitődöket, indítékokat és együttmőködési szándékokat igényel, amelynek biztosítása a környezeti nevelés feladata”. 1977-ben, Tbilisziben az UNESCO és az UNEP közös

konferenciáján tudatosodott a világ nevelıiben és környezetvédıiben, hogy a környezeti problémák megoldása elképzelhetetlen a két szakterület (nevelés és környezetvédelem) összefogása nélkül. Az 1977-es konferencián a nevelık és környezetvédık által megfogalmazott alapelvek 15 év múlva, 1992-ben Rio de Janeiróban az ENSZ Környezet és Fejlıdés Konferenciáján kerültek szélesebb körben elfogadtatásra. Rióban a fenntartható fejlıdés megvalósításának kérdése is elıkerült, ettıl kezdve a gazdasági és társadalmi vonatkozások is bekerültek az eddigi természet- és környezetvédelmi kérdések mellé. Ennek hatására szerte a világban széleskörően bontakoztak ki különbözı természet- és környezetvédı civil szervezetek. Eközben a tanácskozás résztvevıi megállapodásokat írtak alá, melyek különbözı nemzeti vállalásokat jelentettek a környezet megóvása érdekében. Rió után 10 esztendıvel a johannesburgi ENSZ Világcsúcson a tagországok megerısítették

42

a korábbi vállalásokat, és a Környezeti Nevelés Évtizedének kiáltották ki a 2005-2015 közötti idıszakot. Nálunk a természetszeretetre nevelésnek évszázados hagyománya van az óvodai és általános iskolai pedagógiában és fıként érzelmi alapokra támaszkodik. Napjainkra a környezeti nevelés széles körben elterjedt, olyannyira, hogy az oktatási rendszer minden szintjén találkozhatunk vele (www.oki.hu/cikkek.php). Hazánkban a NAT és Kerettantervek határozzák meg a környezeti nevelés helyét, feladatát és szerepét a közoktatásban. Lehetıvé teszik az iskolák számára a környezeti nevelés sokféle formáját, az egyes tantárgyakba beépítve, az erdei iskolák keretében, a szakkörök és ünnepségek alkalmával (www.korlanc.uw.hu/download/knprogram.rtf). Megfogalmazhatunk alapvetı célokat: a természet megismerése, megszeretése és megvédése, tehát a környezetrıl – környezetben - környezetért hármas rendszere fejezi ki leginkább a célokat. - A természetismereti, természetvédelmi, környezetvédelmi kérdésekkel kapcsolatos információk átadása. - Helyi környezeti problémák megismerése, és felismeréséhez szükséges érzékenység kialakítása. - A környezeti-, természetvédelmi problémákkal kapcsolatos tevıleges magatartásra nevelés. - Környezettudatos

gondolkodás-

és

magatartásmód

kialakítása.

(www.blaskovich.hu/kornyezeti_prog_05-07.doc)

A környezeti nevelés hallatlan gazdag tanulási-tanítási módszereket honosított és fejlesztett ki az elmúlt évek során. A tanulás fogalma kiszélesedik, megjelennek az önálló, felfedezésre és kreatív alkotásra építı megoldások mind a tanárok mind a diákok részérıl (www.korlanc.uw.hu/download/knprogram.rtf).

43

6.2. A környezeti nevelés magyarországi jogszabályi háttere Alkotmány: 18. § „A Magyar Köztársaság elismeri és érvényesíti mindenki jogát az egészséges környezethez.” Környezetvédelmi és természetvédelmi jogszabályok: Elsıként a Környezetvédelmi törvényt (1995. évi LIII.) említeném meg. A törvény célként, a környezet elemeinek és folyamatainak védelmét és a fenntartható fejlıdés környezeti feltételeinek biztosítását fogalmazza meg. Legfontosabb alapelvei: a megelızés, az elıvigyázatosság, a leghatékonyabb megoldás, a helyreállítás, a felelısség, az együttmőködés,

a

tájékozódás

és

a

nyilvánosság

(http://www.okm.gov.hu/letolt/kozokt/KN_Mintaprogramok2.doc).

A Természetvédelmi törvény (1996. évi LIII. Törvény) kimondja, hogy a természeti értékeink védelme, a természetvédı szemlélet kialakítása elsıdleges állami feladat. Kiemelt szerepet kell biztosítani a természet értékeinek megóvásában a civil szférának, az állampolgároknak, hiszen a nemzeti kincsnek minısülı természeti értékeink megırzése az állampolgárok és önszervezıdı csoportjaik aktív részvétele nélkül nem lehetséges (http://www.okm.gov.hu/letolt/kozokt/KN_Mintaprogramok2.doc).

211/1997. (XI.26) Kormányrendelet: A rendelet 5. §-nak értelmében a környezetvédelmi felügyelıségnek a feladata a környezeti tudat- és szemléletformálás, valamint a környezetvédelmi kutatás, oktatás, nevelés és ismeretterjesztés. A 6. § azt mondja ki, hogy a nemzeti parkok igazgatóságának állami feladata az ismeretterjesztı oktatás - nevelés, a természetvédelmi bemutatók tartása és a különbözı tudományos kutatások. 20031/1998 (II.13.) Kormányhatározat – Nemzeti Környezetvédelmi Program

44

„…Magyarországon még nem megfelelı szintő a környezeti tudatosság. A lakosság ismeretei a környezetrıl, a környezet védelmérıl, megóvásáról hiányosak és többnyire nem megfelelı színvonalúak.” Együttmőködési megállapodás az Oktatási Minisztérium és a Környezetvédelmi Minisztérium között (1999-2002). A két tárca együttmőködést írt alá a környezeti nevelésrıl, oktatásról, képzésrıl és fejlesztésrıl. Ez foglalkozik az egyes környezeti nevelési területek céljaival, koncepcióival, a megvalósításhoz szükséges tankönyvek és oktatási segédanyagok, módszertani útmutatók kidolgozásával. 1993. évi LXXIX. Törvény a közoktatásról – többször (elsısorban az 1995. évi LXXXV. Törvénnyel, az 1995. évi CXXI. Törvénnyel, az 1996. évi LXII. Törvénnyel és az 1999. évi LXVIII. Törvénnyel) módosítva: 8.§ (8): „Az általános mőveltséget megalapozó szakaszban asz iskolai nevelés-oktatás tartalmi egységét az iskolák közötti átjárhatóságot a Nemzeti alaptantervben szereplı mőveltségi területekre épülı kerettantervek biztosítják.” 10. § (1): „A gyermekek, a tanulónak joga, hogy nevelési, illetıleg nevelési-oktatási intézményben, biztonságban és egészséges környezetben neveljék és oktassák, (…) iskolai tanulmányi rendjét pihenıidı, szabadidı, testmozgás beépítésével, sportolási, étkezési lehetıség biztosításával életkorának megfelelıen alakítsák ki.” 39. § (1): „A nevelési-oktatási intézmények szakmai tekintetben önállóak. (…)”41. § (5):”A nevelési-oktatási intézménynek gondoskodnia kell a rábízott tanulók felügyeletérıl, a nevelés és oktatás egészséges és biztonságos feltételeinek megteremtésérıl, a tanuló- és gyermekbaleseteket elıidézı okok feltárásáról és megszüntetésérıl, (…)” 2003. évi törvénymódosítás értelmében: 48.§ (3): „Az iskola nevelési programjának részeként el kell készíteni az iskola egészségnevelési és környezeti nevelési programját.” 11/1994 (VI.8) MKM rendelet a nevelési-oktatási intézmények mőködésérıl, (az 1/1998/VII.24./ OM rendelettel módosítva)

45

6/B.§ (1): „A szabadidı-szervezı segíti az iskola pedagógusainak és tanulók szabadidı-szervezéssel, közösségi élet kialakításával összefüggı munkáját. A szabadidıszervezı feladata különösen: a) az iskola pedagógiai programjához kapcsolódó tanórán kívüli foglalkozások, programok elıkészítése, szervezése, a környezeti neveléssel összefüggı tevékenység segítése (erdei iskola, tábor stb.); i) a hazai és a külföldi tanulmányi utak szervezésével kapcsolatos pályázati lehetıségek figyelemmel kísérése, a pályázatok elkészítésében való közremőködés.” Közoktatási szabályok: A Nemzeti Alaptantervrıl szóló 130/1995. (X.26) és a 63/2000. (V.5) Kormányrendelet Megtörtént a környezeti nevelés tudatos beépítse a nevelés-oktatás folyamatába. „A környezet ismeretén és személyes felelısségen alapuló környezetkímélı magatartás egyéni és közösségi szinten egyaránt legyen a tanulók életvitelét meghatározó erkölcsi alapelv” (http://www.okm.gov.hu/letolt/kozokt/KN_Mintaprogramok2.doc).

A környezeti nevelés kereszttantervi jelleggel megjelenik minden tantárgy oktatásában. Fontos elırelépés, hogy a mőveltségi területek közös követelményeként megfogalmazódott a környezeti nevelés célja, tartalma, témakörei. A kerettantervek kiadásáról, bevezetésérıl és alkalmazásáról szóló 28/2000. (IX.21.) OM rendelete egyes oktatási jogszabályok módosításáról NAT-ra építve határozza meg a tantárgyi követelményeket, az egyes tantárgyak ismeretanyagát, a belsı tevékenységi formákat, valamint a továbbhaladás feltételeit. A környezeti nevelés tartalma és módszerei megjelennek az egyes tantárgyak közös céljaiban, valamint a tanított tananyag tartalmában. A Kerettanterv az interaktív, tevékenykedtetı, kézség- és képességfejlesztı pedagógiai módszerek alkalmazását hangsúlyozza a nevelésoktatás folyamatában, így a környezeti nevelésben is.(Schróth Á. 2001.)

46

6.3. A környezeti nevelés színterei és módszerei A környezeti nevelés színterei igen változatos képet mutatnak, ugyanis elég tág mozgásteret biztosítanak egy pedagógus számára. Lehetıség van iskolai és iskolán kívüli tanítási és nevelési programok véghez vitelére. Iskolában a környezeti nevelés megjelenhet tantárgyi keretek közt tanórákon, tantárgyak közötti összehangolt nevelés formájában, de különbözı tanórákon kívüli programokban (szakkör, témanap, témahét, kiállítások, projektek, versenyek, akciók stb.) A tanintézeten kívüli programoknak is széles tárházát ismerhetjük, ilyenek például: osztálykirándulás, erdei iskola, terepgyakorlat, kirándulások, múzeumi-, állatkerti látogatások, tábor. A módszereket tekintve is igen változatos képet kapunk. Gyakorlatilag a régen használt és elavulttá vált frontális módszereken kívül is rengeteg lehetıségünk van, hogy fejlesszük a tanulók képességeit, készségeit. Néhány példa a módszertani lehetıségekre: Fejlesztendı készségek

problémamegoldó konfliktuskezelési együttmőködési önálló ismeretszerzési elemzı megfigyelı kommunikációs vita elıadói stb.

Tevékenységek, módszertani javaslatok önálló mérések, vizsgálatok terepgyakorlatok nyári táborok természet- és környetvédelmi tevékenységek szituációs játékok drámajátékok riportkészítés kérdıív készítés helyzetfelmérés (szociometriai vizsgálat) cikkelemzés poszterkészítés házi dolgozat írása tanulói elıadások internethasználat modellkészítés asszociációs feladatok csoportmunka önálló munka stb.

5.1. táblázat A környezeti bónevelés módszerei a fejlesztendı készségek függvényében (Schróth Á. (2004)).

47

6.4. A napenergia és az energiatakarékosság tanítása a középiskolában. 6.4.1. Lehetıségek tanóra keretein belül. Mind a napenergia, és ezzel együtt a megújuló források oktatása, mind az energiatakarékosság témaköre rendkívül aktuálisnak tekinthetı. A fosszilis tüzelıanyagok komoly környezetszennyezı tulajdonságai, és a készletek csökkenése miatt, az emberiségnek más energiahordozók felé kell fordulnia, melyek egyik lehetséges módja a megújuló források kiaknázása. A probléma megoldásának párhuzamos lehetısége a fogyasztás mérséklése, a takarékosabb és gazdaságosabb felhasználás. Nagyon fontos, hogy a jövı felnövekvı generációit már az iskolában megismertessük ezekkel a lehetıségekkel. Ehhez a mai oktatási rendszerünkben is számos lehetıség adódik. A következıkben azt szeretném bemutatni, hogy ezeket a témákat hol lehet a különbözı szaktantárgyak tananyagaiba illeszteni.

Kémia 8. évfolyam TÉMAKÖRÖK Környezeti kémia

TARTALMAK Energiagazdálkodás: tőzifa, természetes és mesterséges szenek, kıolaj, földgáz, atomenergia, elektromos áram. Megújuló energiahordozók, energiatakarékosság. Kémia 10. évfolyam

TÉMAKÖRÖK

Környezeti szerves kémia

48

TARTALMAK Energiagazdálkodás: fosszilis, hasadó és megújuló energiaforrások, elınyeik, hátrányaik. Van-e harmadik út? Tervgazdaság és piacgazdaság, fogyasztói társadalom, a fenntartható fejlıdés és a környezet, hol van az „elég” a személyes és a társadalom léptékő fogyasztásban.

Fizika 7. évfolyam TÉMAKÖRÖK

Energiamegmaradás

TARTALMAK Az energia megmaradásának tudatosítása, kvalitatív szintő érzékeltetése egyszerő példákon. Annak tudatosítása, hogy végesek energiakészleteink, ezért életfontosságú az ésszerő energiahasználat.

Fizika 8. évfolyam TÉMAKÖRÖK TARTALMAK Elektromos alapjelenségek, egyenáram Az elektromos munka és az elektromos Háztartási berendezések teljesítménye és teljesítmény fogyasztása – energiatakarékos életmód. Elektromágneses indukció, váltakozó áram Az elektromos hálózat, energiaellátás. Az energiatakarékosság globális stratégiai Az elektromos energiahálózat jelentısége. Az energiatakarékosság Az energiatakarékosság hétköznapi, gyakorlati megvalósítása. Fizika 10. évfolyam TÉMAKÖRÖK Elektromos teljesítmény

TARTALMAK Elektrosztatika Energiatakarékos fogyasztók használata. Fizika 11. évfolyam

TÉMAKÖRÖK

TARTALMAK

Rezgések, hullámok A fény szerepe a fotoszintézisben – Elektromágneses hullámok oxigéntermelés. Modern fizika A napelem, mint megújuló energiaforrás, és A fény kettıs természete a kimerült elemek kezelése. Magfizika Atombomba, atomerımő. Maghasadás Az atomenergia felhasználásának elınyei és kockázata – atombalesetek, tiszta energia.

49

Földünk és környezetünk 9. évfolyam TÉMAKÖRÖK

A természetföldrajzi övezetesség hatása a társadalmi – gazdasági életre

TARTALMAK A megújuló erıforrások és az élelmiszertermelés éghajlattól függı övezetessége. A gazdasági jólét – környezetszennyezés – népesség: a fejlıdı és a fejlett országok konfliktusa. A nemzetközi egyezmények szerepe. A Föld eltartóképessége – fenntartható fejlıdés.

(Schróth Á. 2004.)

6.4.2. Tanórán kívüli oktatás Ezeket a témaköröket tanórákon kívül is nagyon sokszínően fel lehet dolgozni. A napenergiával kapcsolatos mérések kivitelezéséhez a legjobb idıszak tavasszal és nyáron van, amikor nagyobb az esélyünk, hogy több órás napsütést fogjunk ki. Ilyenkor az idıjárás azt is jobban megengedi, hogy kimerészkedjünk a szabadba és remek tantermen kívüli elfoglaltságokat találjunk tanítványainknak. Számos lehetıségünk van egy-egy kirándulás, erdei iskola, terepgyakorlat során, hogy még változatosabbá tegyük a téma feldolgozását. Ezek az alkalmak többek között is azért remek lehetıségek, mert kicsit lazábban, kicsit felszabadultabban lehetünk a diákokkal Ezeken kívül remek lehetıséget nyújt a tanulók közötti együttmőködésre, a különbözı képességek és készségek fejlesztésére. Nagyobb önálló munkára ad lehetıséget egy-egy témanap, témahét. Ilyenkor is kipróbálhatják a tanulók az önálló esetleg csoportmunkát. 6.5. Az energiatakarékosság és a napenergia tanítása a gyakorlatban 6.5.1. Az energiatakarékosság oktatása egy fizika órán Az energiatakarékosság témakörének többek között a fizika tantárgy keretein belül lehet helyet találni. Konkrét példámban a 8. évfolyamon Az elektromos munka és az elektromos teljesítmény témakörében a Háztartási berendezések teljesítménye és fogyasztása – energiatakarékos életmód tartalmú órát mutatom be. Azért ezt az évfolyamot

50

választottam, mert itt még az életkori sajátságokból adódóan sokkal játékosabbak a diákok és ez remek alkalmat nyújt a téma megismerésére, elsajátítására. Az óra elején az energia forrásairól beszélnénk. Elıször tisztáznánk, hogy jelenleg a Földön milyen forrásokból nyerjük az energiát (fosszilis, atom, megújuló), itt célzott kérdésekkel próbálnám rávezetni a tanulókat a megfejtésre (Milyen üzemekben termelik az energiát? Itt milyen forrásokat használnak fel? Mibıl nyerjük az energiát, ha fızünk otthon, és ha a szabadban? Mit töltünk egy autóba, hogy elinduljon? Pakson milyen erımő mőködik? Mi történik a hideg vízzel nyáron, ha kitesszük a napra?)

Ezután a diákoknak a táblánál az energiafajták képeit (szén, földgáz, kıolaj, nap, szél, víz, biomassza, urándioxid) a megfelelı energiatípusokhoz kellene húzniuk a kezükkel az aktívtábla adta lehetıségek mellett. (2. melléklet, 1. dia). Fontos, hogy a képek felismerése közösen történjen, és csak ezután jöjjenek a táblához a gyerekek. A feladat nem nehéz, de megmozgatja kicsit a gyerekeket, és ilyenkor azokat is lehet aktiválni, akik kevésbé figyelnek, vagy mással foglalkoznak. Itt aktuális megbeszélni, hogy a különbözı energiaforrások hogyan részesednek az Világ energiatermelésébıl (2. melléklet, 2. dia). A téma megértéséhez, szemléltetéséhez gyakran segítséget nyújtanak az oktatási segédanyagok. Ezen az órán az Energia Klub interaktív posztereit hívnám segítségül, a „Nem megújuló energiaforrások” és a „Megújuló energiaforrások” címő kiadványokat. (2. melléklet, 2,3. dia)(http://www.energiaklub.hu/). A diákok ezeken láthatják a hıerımővek,

az atomerımővek, a közlekedés hatásait, a mélymőveléső és a külszíni bányákkal, a nyersolaj- és gáztartályokkal kapcsolatos problémákat, valamint megismerhetik a nap-, a szél, a biomassza-, a geotermális energia, a bioüzemanyagok, a biogáz és a vízierımővek mibenlétét és felhasználásukat. Szerintem fontos megbeszélni, hogy milyen energiafogyasztókkal vesszük körül magunkat. Ezt a témát egyszerőbb úgy feldolgozni, hogy ha a tanulók valamennyire elıre készülnek (például elızı órán megkapták házi feladatnak) abból, hogy milyen háztartási, elektronikai készülékeket, villanyégıket stb. használnak otthonukban. Megmérhetjük ıket egy egyszerő készülékkel a fogyasztásmérıvel. Érdemes csoportba osztani ıket és minden

51

csoportnak különbözı fogyasztókat (energiatakarékos izzók, nem energiatakarékos izzók, LED-es fényforrások, merülı forraló, vízmelegítı, televízió, porszívó, különbözı hőtıgépek, mikrohullámú sütı, régebbi és újabb mobiltelefon-töltık, akkumulátor-töltık) kiosztani, melyeknek a fogyasztását meg kell mérniük és utána rangsorolniuk, hogy melyikek használatával tudnak energiagazdaságosabban élni. Majd, hogy még jobban elmélyüljenek a témában, a csoportoknak egy-egy cikket kellene közösen feldolgozni, elemezni. A cikkek egy oldalasak, hogy nagyon sok idıt ne vegyenek el az órából (3. melléklet). Az elolvasás után egy feladatlapot kellene kitölteniük a gyerekeknek, majd ismertetniük a többiekkel. Az írásokat az ELMŐ energiatakarékossági programjában található hasznos tanácsok alapján állítottam össze. Érdekességként a 2. melléklet 5. diáján egy átlagos háztartás energiafogyasztását mutatom be a családtagok számának függvényében, ehhez mindenki hozzáhasonlíthatja saját családja felhasználását. Ma már nem csak a háztartási gépeket, hanem a magukat a háztartásokat is energiatakarékossági osztályokba sorolják, „címkézik”. Szerintem mindenkinek tanulságos és érdekes lehet megtudni, hogy az otthona melyik osztályba osztható. „A háztartások „címkézése” villamosenergia fogyasztásuk szerint” címő dia (2. melléklet 6. dia) és az otthonról hozott elektromos energia számla alapján mindenki kiszámíthatja, hogy családja hova tartozik. Ehhez a témakörhöz is lehet jó segédanyagokat találni. Én is betettem az óravázlatomba egyet, szintén egy interaktív posztert az Energia Klubtól, az „Otthon az energiában” címőt (2. melléklet 7. dia) (http://www.energiaklub.hu/hu). Egy ideális energiatakarékos házat ismerhetünk meg belıle. Végül, ha marad idı, a csoportok kipróbálhatják az „Otthon az energiában” (http://www.energia.a-jatek.hu) társasjátékot. Ebben a korosztályban még aktívan, lelkesen

részt vesznek a gyerekek az ilyen játékokban, melyek amellett, hogy jó levezetését jelentik az órának, még nevelnek is. Erre remek példa az Energia Klub társasjátéka. A játéktábla

52

mezıin kalandozva a tanulók végigjárhatják a ház részeit. Eközben kiderül, mennyire takarékosak otthonunkban. Ha egy játékos kérdésmezıre lép, akkor egy kérdéskártyát húz, melyen válaszolnia kell az adott helyiséggel kapcsolatos energiatakarékossági kérdésre Ha elsıre nem sikerül túl jól, néhány újabb játék után már biztosan megtanulják a takarékossági ötleteket. Az alábbiakban bemutatok egy-két példát a kérdésekre: Meddig érjen a függöny, ha az ablak alatt főtıtest van? a. Az a legjobb, ha nem is teszünk függönyt az ablakra. b. Lehetıleg érjen a földig. c. Ne lógjon rá a főtıtestre. Ha az ablakokra függönyt, redınyt, vagy zsalugátert raksz, kevésbé tud megszökni télen a szoba melege. a. Igaz. b. Hamis (http://www.energia.a-jatek.hu). Az óra utolsó percére a házi feladat ismertetése marad. A tanulóknak egy féloldalas házi dolgozatot kellene készíteniük arról, hogy hogyan tudnák saját háztartásukban az energiafogyasztást mérsékelni. Azért gondoltam a házi feladat lehetıségére, mert amellett, hogy felmérik saját otthonuk fogyasztóit, elgondolkozhatnak az energiatakarékossági lehetıségeken és talán még egy-két praktikát szüleikkel is megoszthatnak. 6.5.2. Tanórán kívüli tanítás gyakorlatban. Energiafogyasztás témakörében: Energiafogyasztással kapcsolatban a diákoknak szervezhetünk iskolán kívüli feladatot. Erre egy lehetıség, ha a tanulókat néhány fıs csoportokba osztjuk. A csoportoknak az lenne a feladata, hogy készítsenek egy felmérést a magyarországi energiafogyasztási szokásokról. Minden csapatnak különbözı lakóközösségekben kellene kutatni, így kialakítanánk lakótelepi, városi, városi zöld övezeti, kisvárosi, falusi csoportokat. A tanulóknak minimum 5-5 háztartást (lehetıleg nem családtagok, hanem

53

ismerısök, távolabbi rokonok, ismeretlenek házát, lakását) kellene felmérni egy kérdıív kitöltésével. A kérdıívet is érdemes a diákokkal együtt összeállítani, hiszen sok használható ötletük lehet a témához. A 4. mellékletben bemutatok egy példát, néhány kérdéssel. A munka végén az adatokat összesítése és egy egyszerő statisztika készítése után kellene a tapasztalataikat megosztani a többi csoporttal. A megbeszélés során össze kellene hasonlítaniuk a különbözı lakóhelyeken élık lehetıségeit, azt hogy milyen mértékben használnak fel energiatakarékos megoldásokat, mennyire tudatosan próbálják leszorítani fogyasztásukat, és hogy mindez mennyire függvénye a körülményeiknek. Ezt végezhetjük, úgyis, hogy a különbözı témák szerint értékeljük ki az energiafogyasztást, például főtési-, hőtési rendszer, vízhasználat, világítás, háztartási eszközök stb. szempontjából. Napenergia témakörében: A napenergiával kapcsolatos gyakorlati, szemléltetendı feladatokat érdemes akkor végezni, amikor nagy eséllyel süt a Nap, tehát késı tavasszal vagy nyáron. A legmegfelelıbb alkalmak ezekre a tanításon kívüli programok, amint említettem már, az erdei iskolák, kirándulások, terepgyakorlatok, stb. Számos kísérletet végeztethetünk el a tanulókkal. Az alábbiakban ismertetek egy gyors és egyszerő lehetıséget, amit akármelyik erdei iskolai foglalkozás, vagy terepgyakorlat alatt elvégeztethetünk akár különbözı korcsoportokban is. Napkollektor készítése: Nagyon gyorsan és olcsón készíthetünk egyszerő napkollektor modellt. Nem kell hozzá más, csak egy fekete cipıdoboz, néhány méter hosszú fekete gumicsı, némi újságpapír, egy–két pohár, egy tölcsér, hımérı és papír-írószer, az eredmények feljegyzéséhez. A kísérlet során a dobozt kitömjük a papírral (ezt befestjük feketére), vágunk a két végén egy–egy lyukat és belehelyezzük a gumicsövet, úgy hogy kígyószerően kanyarogjon, és a végei kilógjanak a lyukakon. Az egész „berendezést” szikrázó napsütésre helyezzük. Ezután megmérjük az ismert térfogatú (15 ml) vizünknek a hımérsékletét és lejegyezzük.

54

A vizet áttöltjük a gumicsövön úgy, hogy a lehetı leglassabban áramoljon és a másik oldalt összegyőjtjük egy másik pohárba és ekkor is felírjuk a hımérsékletét. Ezt az átáramoltatást megismételjük 5-ször úgy, hogy minden egyes átfolyatás után hımérsékletet mérünk. A kísérlet végén táblázatot és grafikont készítünk a hımérsékletváltozásról. Ezzel a kis méréssel könnyen, egyszerően, gyorsan szemléltethetjük a napkollektorok mőködésének alapelvét (Gecsı E. 1993).

55

7. Összegzés Szakdolgozatom témájának a Napenergia hőtésre való felhasználását választottam. A dolgozat elején az energiatermelés és –fogyasztás kérdéseivel foglalkoztam. Vázoltam a napjaink energetikával kapcsolatos kérdéseit, tendenciáit. Ebbıl kifolyólag jutottam arra a következtetésre, hogy minél több alternatív energiatermelési lehetıséget kell kiaknázni, és erre a megújuló-, köztük a Napenergia hasznosítása is alkalmas. Egy másik alapvetı probléma a nyári és a téli energiafogyasztás kiegyenlítıdése, amelyben közrejátszik a légkondicionálók gyors terjedése. Ezért próbáltuk meg egy hőtıgép energia-ellátását Napenergiából biztosítani. A következı fejezetekben áttekintettem a technológiai lehetıségeket, sorra vettem a hőtıgép és a napsugárzás hasznosítási lehetıségeket. Ezután foglalkoztam a saját berendezésünk leírásával, mérési eredményeinknek a dokumentálásával. Sajnos a kísérlet végrehajtásában nagyon sok hátráltató tényezı lassított bennünket (hımérıépítés elhúzódása, keringtetı motor leégése, szilikoncsı szétrobbanása). Így végül nem sikerült kipróbálnunk a szerkezetet Napsütésben. A laboratóriumi tesztelések sem hoztak pozitív eredményt, a hőtıt egyszer sem sikerült mőködésre bírni. A legnagyobb problémát a nagy hıveszteség jelentette, a túl hosszú csıvezeték, a rendszer nyitottsága, a szigetelési technika mind-mind belejátszhatott ebbe. A dolgozatom szakmódszertani részében egy tanórát állítottam össze az energiatakarékosság témakörében, valamint tanórán kívüli programokat mutattam be. Próbáltam a foglalkozások élvezetességét növelni a feladatok sokszínőségének növelésével, így található benne cikkelemzés, mérési feladat, táblai munka, kísérlet, kérdıív készítés és közvélemény-kutatás.

56

Köszönetnyílvánítás Ez úton szeretnék köszönetet mondani az alábbi személyeknek a szakdolgozatom megírásához nyújtott segítségükért: Horváth Ákosnak (témavezetımnek,), aki szakmai segítséggel lehetıvé tette a szakdolgozat megírását. Pávó Gyulának, aki sok segítséget nyújtott a hıérzékelı megépítésében, és aki mindig rendelkezésünkre bocsátotta elektronikai szaktudását. Milus Bálintnak, szakdolgozó társamnak, akivel együtt szereltük össze az egész berendezést. Sokat köszönhetünk Bálint édesapjának, Milus Istvánnak, aki segített elıteremteni a technkai hátteret.

57

Irodalomjegyzék GECSİ ERVIN, 1993: A napenergia tanítása.- Fizikai szemle, XLIII évfolyam 7. szám, p. 288-293.

DR. GÖİZ LAJOS, 2007: Energetika jövıidıben.- Bessenyei György Könyvkiadó, Nyíregyháza, pp. 23-28., 33-42., 49-97.

J.M. SMITH, H.C. VAN NESS, M.M. ABOTT, 2002: Introduction to chemical engineering thermodynamics.- McGrawHill, Boston, pp. 316-318.

DR. KISS ÁDÁM, DR. HORVÁTH ÁKOS, BABÁK GYÖRGY, 2001: Környezeti fizika, Tessedik Sámuel FıiskolaKiadása, Szarvas, pp. 5-48.

DR. MUNKÁCSY BÉLA, 2008: Az energiagazdálkodás és az emberi tényezı.- Környezeti Nevelési Hálózat Egyesület, Szigetszentmiklós, pp. 3-5.

DR. MUNKÁCSY BÉLA, 2007: Energiagazdálkodás jegyzet

SCHIMANEK EMIL, 1941: a hőtés technikai és gazdasági problémái, Franklin Társulat, Budapest, pp. 96-102.

SCHRÓTH ÁGNES, 2004: Környezeti nevelés a középiskolában, Trefort Kiadó, Budapest, pp. 13-20, 23-29,223-240.

http://www.rmki.kfki.hu/plasma/fusion/hun/flash/07.html http://www.mavir.hu/ http://www.energiakozpont.hu/intro.php http://www.albaklima.hu/hutelm.htm

58

http://hmika.freeweb.hu/Lexikon/Html/KompHuto.htm http://hmika.freeweb.hu/Lexikon/Html/AbszoHut.htm http://www.lyonker.eu/huto/absorb/absorb3.gif www.sorkollektor.hu http://www.mefo.hu/index.phtml?pid=solar_term www.egt.bme.hu/!Tananyagok/Passziv-szolar_napkollektor.pdf www.kekenergia.hu http://www.mefo.hu/index.phtml?pid=solar_vill http://keveney.com/Ross.html http://press.electrolux.hu/node414.aspx www.oki.hu/cikkek.php www.korlanc.uw.hu/download/knprogram.rtf www.blaskovich.hu/kornyezeti_prog_05-07.doc http://www.okm.gov.hu/letolt/kozokt/KN_Mintaprogramok2.doc http://www.energiaklub.hu/hu http://www.energia.a-jatek.hu

59

Mellékletek 1. melléklet Óravázlat Osztály: 8. osztály

Tantárgy: fizika

Óra címe: Energiafelhasználás és a takarékosság lehetıségei a háztartásokban

Kapcsolódás tárgyon belül: Az energiamegmaradás, az elektromos munka és teljesítmény.

Kapcsolódás más tantárgyhoz: Kémia – környezeti kémia: energiagazdálkodás, megújuló energiahordozók, energiatakarékosság.

Pedagógiai cél: A különbözı energiaforrások megismertetése, önálló és csoportmunka fejlesztése.

Nevelési cél: Energiatakarékosságra nevelés. A tudatos energiafelhasználás meghonosítása.

60

Idı

Óra menete

Pedagógiai módszer, eszköz

0-8

Energiatermelés: Milyen forrásokból termelnek ma a világon energiát. Megújulók: nap, szél, víz, biomassza Fosszilis: szén, gáz, olaj Nukleáris: atom

Kérdve kifejtés, PowerPointos szemléltetés, vetítés, aktív táblánál (felszólítás után) feladat megoldása

Az aktív táblán látható képeknek a megfelelı helyre illesztése! Nem megújulók – megújulók összehasonlítása Fosszilis 80%, megújuló 13%, atom 7% 13-17

17-30

Házi feladat megbeszélése: Az otthoni háztartási eszközök, és azok fogyasztása Csoportmunka: 4 db csoport kialakítása Elektromos fogyasztók mérése.

Kérdve kifejtés -

Háztartási gépek, energiafogyasztást mérı mőszer.

Egyéni számítási feladat végrehajtása.

30-33

Cikkek elolvasása, feladatlap kitöltése és megbeszélése.

Cikkek, feladatlapok

Egy ideális energiatakarékos ház bemutatása, megbeszélése

Kérdve kifejtés Aktív tábla, plakát

Hol használhatunk megújuló energiaforrásokat.

33-44

44-45

Hogyan lehet takarékoskodni. Társasjáték A meglévı csoportok játszanak egymás ellen. Házi feladat ismertetése

„Otthon az energiában” társasjáték -

Frontális elıadás

61

2. melléklet 1. dia

Energiaforrások: •

Fosszilis tüzelıanyagok

Atomenergia

Megújuló energiaforrások

2. dia

Energiaforrások részesedésea Világ energiatermelésébıl

80%

62

7%

13%

3. dia

Nem megújuló energiaforrások (interaktív plakát)

www.energiaklub.hu

4.dia

Megújuló energiaforrások (interaktív plakát)

www.energiaklub.hu

63

5. dia

Egy háztartás átlagos éves áramfelhasználása Háztartás létszáma

Éves fogyasztás (kWh)

1

1790

2

3030

3

3800

4

4430

6. dia A háztartások „címkézése” villamosenergia-fogyasztásuk szerint

A B

< 250 kWh/fı/év 250 - 500 kWh/fı/év 500 – 1000 kWh/fı/év

C D

1000 – 2000 kWh/fı/év

E

> 2000 kWh/fı/év Forrás: Munkácsy B.: Energiagazdálkodás EA.

64

7. dia

Egy energiatakarékos ház

www.energiaklub.hu

65

3. melléklet Csoportmunka: cikkek 1. csapat. Az elektromos berendezések „stand-by” funkciója A mai elektronikai cikkek egyik tulajdonsága, hogy képesek folyamatos készenléti üzemmódban („stand by”) mőködni. Ez azt jelenti, hogy egy gombnyomásra azonnal bekapcsolnak, ehhez az kell, hogy ne kapcsoljuk ki, ne áramtalanítsuk ıket. Ahogy mindennek

természetesen

ennek

is

megvan

az

ára,

ez

ugyanis

ún.

rejtett

energiafogyasztással jár. Egy televízióval, egy dvd-készülékkel, hifi-berendezéssel stb. ellátott háztartást a rejtett energiafogyasztást elkövetı készülékek sokasága akár évi 440 kWh felesleges áramfogyasztással is terhelheti. Kérdés, ér-e annyit, hogy készülékei azonnali szórakoztatásra készek legyenek, avagy túl nagy fáradságot jelent-e a távirányító helyett magát a készüléket kikapcsolni? Ha úgy döntöttünk ennyit nem ér meg a kényelmünk érdemes néhány fontos tanácsot megfogadni. - Készülékvásárláskor hasonlítsuk össze a különbözı eszközök stand-by üzembeli fogyasztását is! Modern készülékeknél ez nem haladhatja meg az 1 Watt-ot.

- Hosszabb távollét esetén teljesen kapcsoljuk ki a készülékeket. A televíziót, videómagnót, DVD- és CD-lejátszót is húzzuk ki a hálózatból! - Hosszabb munkaszünetnél a számítógépet és a képernyıt kapcsoljuk ki teljesen! Figyeljünk arra, hogy a képernyıvédı becsapós dolog: mozgó képek esetén még több energiát is elfogyaszt, mint normál üzemmódban. Jobb, ha hosszabb munkaszünet esetén teljesen kikapcsoljuk a képernyıt. Talán Rátok is jellemzı, hogy a mobiltöltıt gyakran felejtitek – vagy hagyjátok szándékosan – bedugva a konnektorba, akkor is, ha nem használjátok azt. A készülék ilyenkor

is

áramot

fogyaszt,

szóval

érdemes

mindig

kihúzni

a

hálózatból.

(http://www.energiapersely.hu/energiatakarekossagi_tippek/stand-by_uzemmod.php)

66

2. csapat. Világítás Napjainkban sokféle villanykörtét lehet kapni a boltokban. Léteznek a hagyományos izzók, melyeket a teljesítményük után a jól ismert 40W-, 60W-, 75W-, 100W-os égı néven ismerünk. A technika fejlıdésével ma már kaphatunk sokkal energiatakarékosabb villanykörtéket, melyek teljesítménye 7W és 20W között mozog. Érdemes tehát azon világítótestekben, amelyek naponta a leghosszabb ideig világítanak, a villanyizzót energiatakarékos égıre cserélni. Bár ezek beszerzési ára magasabb, mintegy 80%-kal kevesebb áramot fogyasztanak, és tízszer akkora az élettartamuk, mint a hagyományos villanykörtének, ezért hosszú távon sokkal gazdaságosabbak. Egy hagyományos villanykörte átlag élettartama kb. 1.000 óra, míg az energiatakarékos égık akár 8.00012.000 órán keresztül is világítanak. Hátrányuk, hogy az energiatakarékos izzók gyakori fel- és lekapcsolása megrövidítheti élettartamukat. Ezért olyan helységekbe ahol gyakori a fel és lekapcsolás, a hagyományos izzó jobb megoldás. Érdemes megfontolnunk néhány gyakorlati tanácsot, mellyel csökkenthetjük áramfogyasztásunkat: - Mondjunk le a folyamatos világításról. Mindig csak abban a helyiségben legyen felkapcsolva a világítás, ahol éppen tartózkodunk. - A világítást igazítsuk a használathoz: az általános megvilágítás legyen alacsony, a munkavégzés helyén viszont magas. Ez nem csak a szemnek jobb, de az atmoszférára is jó hatással van. - Ha elmegyünk otthonról, kapcsoljuk le a világítást! Betörés elleni védelemhez használjunk inkább idıkapcsolót és mozgásérzéskelıt. Rendszeresen tisztítsuk meg a világítótestet és az izzót is, de csak akkor, ha meggyızıdött az áramtalanításról! (http://www.energiapersely.hu/energiatakarekossagi_tippek/vilagitas.php)

67

3. csapat. Hőtés A hőtıgépek és fagyasztók áramfogyasztása folyamatos. A modern készülékek áramfelvétele akár 40%-kal is alacsonyabb lehet, mint a nyolcvanas években gyártott hőtıszekrényeké. A hőtıgépeket ma már kategóriákba osztják energiafogyasztásuk alapján. Az A kategóriás készülékek fogyasztják a legkevesebb, míg a G kategóriás gépek a legtöbb energiát. Ha megengedhetjük magunknak érdemes erre is odafigyelnünk vásárláskor. Tanácsok: - Mindig akkora hőtıszekrényt vásároljunk, amekkora a háztartásunk igényeinek megfelel. Többszemélyes háztartás esetén személyenként 40-50 literes térfogattal számoljunk! - Soha ne állítsuk a hőtı- vagy fagyasztószekrényt főtés vagy tőzhely közelébe, és óvjuk a készüléket a direkt napfénytıl. Általánosan érvényes szabály, hogy minél hővösebb helyen áll a készülék, annál alacsonyabb lesz az áramfogyasztása. - Idırıl idıre olvasszuk le a fagyasztókészüléket. A vastag jégréteg szigetelıként funkcionál, rontja a hőtés hatékonyságát. - Ha túl gyorsan képzıdik jég a mélyhőtıben, az arra utal, hogy az ajtók nem záródnak tökéletesen. Ellenırizzük rendszeresen, hogy tiszta-e, illetve megfelelıen záródik-e a hőtı- és fagyasztó ajtaja. - Állítsa be a helyes hőtési hımérsékletet. Ez a hőtıszekrényben 7oC-ot, a fagyasztóban -18oC-ot jelent. Minden egyes Celsius fok mínuszban, 6%-kal növeli az áramfogyasztást. Ne nyitogassa sőrőn és csak rövid ideig tartsa nyitva a hőtı ajtaját, hogy a hideg minél kevésbé szökhessen el. Ha minden élelmiszerfajtának megvan a maga helye, megkíméli magát a hosszadalmas kereséstıl és a hőtıszekrény indokolatlanul hosszú nyitva tartásától. (http://www.energiapersely.hu/energiatakarekossagi_tippek/hutesfagyasztes.php)

68

4. csapat. Víz használat A háztartási energiafelhasználás legnagyobb hányada – a főtés után – a melegvíz elıállítására esik. Átlagosan egy ember egy nap minimum 30-50liter melegvizet fogyaszt el egy nap. Ma már léteznek olyan átfolyásos vízmelegítık, melyeken elıre be lehet állítani a pontos hımérsékletet, ennek használata akár 20%-os energia megtakarítást is jelenthet, Nem csak energiát, hanem vizet is tudunk velük spórolni, ugyanis nem kell plusz hidegvizet engednünk a fürdıvíz kívánt hımérsékletének eléréséhez. Sajnos ilyen berendezéssel csak kevés háztartásban találkozhatunk drágaságuk miatt. A legtöbb helyen gáz, vagy villanybojlert használnak. Néhány tanács a használatukhoz: - Rendszeres használat esetén a villanybojlert ne állítsuk 60 oC-nál magasabb hıfokra. Így megelızhetjük a főtıszál vízkövesedését és csökken a külsı hıveszteség is. - Ha hosszabb ideig nem használjuk a bojlert, kapcsoljuk ki teljesen. Azt is érdemes átgondolnunk, hogy a vízhasználatunkat hogyan tudjuk lejjebb szorítani: - A fürdés háromszor annyi energiafelhasználással jár, mint a tusolás. Egy háromperces zuhanyozáshoz 30-50liter víz szükséges, míg egy kád megtöltéséhez 120-150 liter vizet használunk. - Szappanozásnál zárjuk el a vízcsapot. Fogmosásnál, borotválkozásnál vagy kézmosásnál sincs szükség arra, hogy a víz folyamatosan folyjon. - Használjunk vízsugárszőkítıt és légkeveréses tusolófejet. Ez a vízsugarat porlasztja, ami azonos vízmennyiség mellett jobb tisztítóhatást eredményez. - A csöpögı vízcsapot azonnal szereljük meg. Ha csak 10 csepp víz csöpög is el percenként, az havonta mintegy 170liter felesleges elfolyó vizet jelent. -

Tusolás

után

a

habfürdı

maradványait

sokkal

könnyebben

–

és

energiatakarékosabban –tüntetheti el egy gyors, hideg zuhannyal, mint meleg vízzel. (http://www.energiapersely.hu/energiatakarekossagi_tippek/vizmelegites.php)

69

Feladatlap A cikkek elolvasása után válaszoljatok a feltett kérdésekre! 1. Melyek azok a felhasználási formák, melyeket jobb, ha kerülünk, mert megemeli az energiafogyasztásunkat?

2. Milyen „praktikákra”, lehetıségekre hívja fel a figyelmet a cikk, melyekkel anyagi ráfordítás nélkül mérsékelni tudjuk áramszámlánkat?

3. Milyen eszközöket, berendezéseket ismertet a szöveg, melyekkel csökkenthetjük villamosáram fogyasztásunkat?

70

4. melléklet Kérdıív az energiafogyasztási szokások feldolgozásához

Csoport:

Név:

Helyszín:

Idıpont:

Kérdések:

Milyen főtési rendszer van az ingatlanban?

Hogyan állítják elı a melegvizet?

Az egyes helyiségekben milyen és hány darab villanykörtét használnak?

A fızéshez, sütéshez milyen energiaforrást használnak?

Az elektromos készülékeket áramtalanítják-e, teljesen kikapcsolják-e ha nincsenek otthon?

Mennyi elektromos áramot fogyasztanak egy hónapban (számla alapján)?

Milyen energiaosztályba esik a hőtıgépük és hol használják azt?

Mennyi szórakoztató elektronikai eszköz van a háztartásban?

71

Akkumulátorokkal, vagy elemekkel üzemeltetik a készülékeiket?

Használnak-e valamilyen formában megújuló energiát?

Az egy háztartásban élık naponta hányszor fürdenek, és milyen módon (zuhanyzás – fürdés)?

Fogmosáskor, borotválkozáskor elzárják-e a vizet?

Mosogatáskor állandóan megy-e a víz, vagy elzárják? stb.

72