ACTUALITIES AND PERSPECTIVES OF CLEAN ENERGY USING IN AGRICULTURE. CASE STUDY / ACTUALITATI ŞI PERSPECTIVE ALE UTILIZARII ENERGIILOR CURATE ÎN AGRICULTURA. STUDIU DE CAZ PhD. D.M. Constantinescu, PhD M. Badescu, PhD S. Boruz - University of Craiova - Abstract: The paper is dealing, at the beginning, with the general issues on the clean energy sources (CES) and emphasizes their use on farm domain, e.g. the using of solar energy for irrigation, fruit drying, medicinal and aromatic plants etc. There are, also, emphasized the latest news on the exploitation efficiency showing new such equipments in Romania. Key words: clean energy resources, solar energy, solar radiation, thermal energy, heat pump. General aspects In order to reduce the actual disproportion between the energy consumption per capita, taking account of the population number evolution there would be necessary a four time increasing of the total energy consumption on the entire planet till 2020. In the developed countries the energy consumption per capita will increase by 20% and this increase will be made using the nuclear energy and by perfecting the clean energy resources. The complexity of the problems about the energy production, its transport and consumption has increased in the last decades along with the acutisation of environment problems, climatic changes and the exhousting of the natural resources. The clean energy resources emphasize the need for a higher percentage of the clean energy sources within the global energy structure. The promotion of the clean energy sources makes an important step for investments in alternative energy resources. In this context, the regenerable energy is seen, for the first time as a possible alternative solution for the coal and oil. The reasons for using clean energy sources are: - a pollution free environment and no climatic changes - an economic standard determined by the lifespan costs and exhausting of the fossil fuel - a social standard with new employment places with the increasing of the buying power when the energy requirement is increasing The common features of these clean energy sources are: - higher initial costs, yet they are calculated in function of the duration of use - reduced operation costs without being a polluting factor. The solar energy is the most available clean energy. It can be kept in thermic accumulators or it can generate electricity by using photovoltaic panels. The solar energy can have different using. This is the case of the geothermal energy which must not be confused with the inner energy from the hot kernel of the Earth. The modern applications of the geothermal energy include heat pumps for heating and cooling the houses. Such way, there is need to improve the advanced technologies for solar energy as well as developing the information, education and formation structures in order to increase the consciousness and dissemination of the know-how and good practices. In actual conditions from Romania there is considered the heat production by passive or active or delivering electrical energy by using photovoltaic systems conversion methods. The analysis between the nature of Rezumat: Lucrarea de faţă s-a născut din necesitatea de a răspunde la câteva întrebări actuale,al căror conţinut şi răspuns il vom prezenta în continuare. Dar ca să nu reprezinte, numai o înşiruie de speculaţii tehnice cu comentariile de rigoare,in final, urmare enunţării unei teme de proiectare se tratează un studiu de caz din domeniul agriculturii. Cuvintele cheie: resurse de energie curată, energie solară, radiaţei solară. energie termală, pompe de căldură Aspecte generale Pentru a reduce disproporţia actuală dintre consumurile de energie pe locuitor, având în vedere şi evoluţia probabilă a populaţiei, ar fi necesară o creştere de patru ori a consumului total de energie pe întreaga planetă până în anul 2020. În ţările dezvoltate, consumul de energie pe cap de locuitor va creşte cu circa 20%, această creştere urmând să fie asigurată în cea mai mare parte pe seama energiei nucleare şi pe perfecţionarea tehnologiilor de energie curata. Complexitatea problemelor legate de producerea energiei, transportul şi consumul energiei a crescut mult în ultimele decenii, odată cu acutizarea problemelor globale de mediu, schimbările climatice şi epuizarea resurselor naturale. Tehnologiile de energie curata evidenţiază necesitatea ca sursele de energie regenerabilă să aibă o pondere mai mare în structura producţiei de energie. Promovarea energiei produse din surse de energie regenerabilă face un pas important spre atragerea interesului pentru investiţii în surse alternative. În acest context, energia regenerabilă este privită pentru prima oară ca o posibilă soluţie alternativă la combustibilii clasici. Raţiunile pentru utilizarea tehnologiilor de energie curata sunt: - un mediu înconjurător fara poluare şi modificări climatice - un standard economic determinat de costurile duratei de viata şi epuizarea combustibilului fosil - un standard social cu noi locuri de munca,cu creştere a puterii de cumpărare în condiţiile unei cereri de energie crescuta. Trăsăturile comune ale acestor tehnologii de producere a energiei curata sunt: - costuri iniţiale mai mari, dar deseori acestea sunt calculate în funcţie de durata de viata; - costuri de operare mai reduse, fara să fie un factor poluant. Energia solara este cea mai disponibilă energie curată. Aceasta poate fi stocata în acumulatoare termice sub forma de energie termica sau poate genera electricitate cu ajutorul panourilor fotovoltaice. Imaginatia omului a ajuns pana acolo incat a folosit energia solara pentru utilizari din cele mai diverse. Asa este energia solara transmisa prin radiatie Pamantului şi inmagazinata în straturile sale de suprafata, denumita în acest caz şi Energie Geotermala. A nu se confunda totusi aceasta energie cu cea a miezului fierbinte a Pamantului, transmisa prin conductie, straturilor superioare ale acestuia. Aplicatiile moderne ale energiei geotermale includ pompe de caldura geotermale pentru incalzirea şi racirea locuintelor. Se impune astfel promovarea tehnologiilor avansate de conversie a energiei solare precum şi dezvoltarea structurilor de informare,educare şi formare pentru cresterea constientizarii, diseminarea know-howului şi a bunelor practici.in conditiile concrete din Romania se ia în considerare energia solara-utilizata la producerea de caldura prin metode de conversie pasiva sau activa sau la furnizare de energie electrica prin utilizarea de de sisteme fotovoltaice. Dintr-o 139
the solar and fuel energy there can be noticed that there is difference of the power flux. For the solar thermic energy this is of 1 kw/m 2 (the density of the solar radiation flux at a wind speed of 12 m/s). For comparison, the density of the thermic flux in the pipes of a steam generator is 100 kw/m 2. This is the reason why the classical energetical installation is designed for high power because the cost of the production of a energy unit is low but the cost of the distribution is high. On the contrary, the solar installations are efficient for low powers. They can be located where the energy is required which means at the consumer place. This is the reason why the solar energy sources are ideal for the rural areas. The experience of the developing countries show that they are very efficient in these zones as economical, social and environmental effect because within the rural areas the consumers are scattered, the energy requirement is low and the technological processes are in the same time with the highest solar energy flux for irrigation, fruit drying, medicinal and aromatic plants. The action of the solar radiation The solar energy has a wide spectrum of electromagnetic waves. The highest part that reaches the soil is between 380 (ultraviolet) and 2500 nm (infrared). The energy that get through the upper atmosphere layers reaches the soil as constant of Iso = 1385 W/m 2. At the upper atmospheric layers the radiation encounter gas molecules, water and solid particles that conducts to absorption and dispersion processes. The incident radiation is given by the following relation: Is=Id+Ii, where: Id the direct radiation, the fraction of the incident radiation that was not absorbed or dispersed Ii the indirect radiation which was dispersed. The balance of the solar incident radiation Because the clods consist of water drops whose main effect is to reflect the light at the soil surface there reaches radiation whose formula is given by the following formula Io = Is ( 1- s), where - s is the reflexion of the short waves (albedo) that depends of the solar declination and the state of the soil surface or water. analiza făcută rezultă că energia termica de natura solara şi cea provenita din combustibili fosili se deosebesc esenţial între ele prin densitatea fluxului de putere. Pentru energia termica solara această mărime este de circa 1 kw/m 2 (densitatea fluxului de radiaţie solară, vântului la o viteză de aproximativ 12 m/s). Pentru comparaţie: densitatea fluxului termic în conductele unui cazan cu aburi este de 100 kw/m 2. Din această cauză instalaţiile energetice clasice s-au proiectat şi se proiectează de puteri mari, deoarece în acest caz costul unei unităţi de putere este mai mic, dar distribuirea energiei consumatorilor cere cheltuieli mari. Dimpotrivă, instalaţiile energetice pe baza de energie solara sunt eficiente pentru puteri mici. Ele pot fi amplasate în locul unde energia este necesară, adică la consumator. Din acest punct de vedere sursele de conversie a energiei solare sunt surse ideale pentru sectorul rural al economiei naţionale. Experienţa ţărilor în curs de dezvoltare a demonstrat, că anume în acest sector ele au cel mai mare efect: economic, social şi ambiant. în sectorul rural consumatorii de energie sunt dispersaţi, cererea de putere este mică şi adesea procesele tehnologice coincid în timp cu valorile maximale ale densităţii fluxului de putere, de exemplu, în cazul utilizării energiei solare pentru irigare, uscarea fructelor, plantelor medicinale şi aromatice etc. Acţiunea radiaţiei solare Radiaţia solară este o energie al cărui spectru ocupă o bandă largă de unde electromagnetice şi ea ă legile radiaţiei corpurilor negre. Cea mai mare parte a energiei spectrului primită pe sol, aparţine intervalului 380nm (ultraviolete) *2500nm (infraroşii). Energia care străbate straturile superioare ale atmosferei şi ajunge pe sol, este constantă şi are valoarea Iso = 1385 W/m 2. La intrarea în atmosferă radiaţia solară întâlneşte molecule de gaz, apă şi particule solide, ceea ce conduce la apariţia proceselor de: absorţie şi dispersie. Radiaţia incidentă este dată de relaţia: Is = Id + Ii, unde: Id radiaţia directă, fracţia din radiaţia incidentă care nu a fost absoebită sau dispersată; Ii radiaţia indirectă, fracţia din radiaţia incidentă dispersată. Bilanţul de energie solară primit la nivelul solului Deoarece norii sunt constituiţi din picături de apă, al căror efect principal este de reflectare a radiaţiei, la suprafaţa solului sau apelor, intensitatea radiaţiei este dată de fromula: Io = Is ( 1- s), unde - s este reflexitatea undelor scurte (albedo), care depinde de înclinaţia solară şi de starea suprafeţei solului sau apei. The evaluation of the global energy While permanent functioning, the characteristics of a collector are obtained by using the following equation of evaluation of the global energy: Q u = Qa _ Qp where: Qu the energy transferred to the thermal fluid for transfer Qa the absorbed solar energy Evaluarea energiei globale În timpul functionarii permanente, caracteristicile unui colector sunt obtinute cu ajutorul urmatoarei ecuatii de evaluare a energiei globale. Q u = Qa _ Qp unde: Qu - reprezinta energia transferata fluidului de transfer terminc, Q a - reprezinta energia solara absorbita, 140
Qp the corresponding energy to the heat losses For an estimation of the energy that is absorbed by the collector there must be made a theoretical distinction between the direct radiation and the difuze one by associating adequate transmission and absorption coefficients. Nevertheless, in practice there is considered the incident global energy component that is perpendicular to the collector surface. Q a = A. s. s. G where: A the surface of the collector entrance (square meters) s and s the average values of the transparent transmission lid and of the absorption panel for the entire solar spectrum G the global admission energy in W/sm (admission area) measured in the collector plane. Taking account that a lamellar collector is relatively thin, the lateral losses are neglected yet the frontal and back loses are considered. These losses are expressed as follows: Q p = QAV + QAR When all losses are reduced at a unity of the absorption panel, being a thermic flux from collector to the exterior can be expressed in relation with the temperature difference that causes them as follows: Q AV / A = UAV (Tm-Ta) and QAR / A = UAR (T m-ta) or: Q A / A = U (Tm-Ta) where: U = U AV + UAR UAV = the coefficient of thermic loss from the frontal part (W/mp. K) U AR = the coefficient of thermic loss from the backward part (W/mp. K) T m = the average temperature of the absorption panel T a = the ambiant average temperature The thermical equilibrium at a certain moment between the solar energy received by the collector and, the available useful energy and the thermic losses make possible the description of the momentary outturn by using the following formula: R= R0 - U (Tm - Ta) / G. According with the international norms (ISO) and European ones (CEN), the outturn of an lamellar collector can be described by three independent temperature coefficients: R=R 0 a1t* - a2 G (T*) where: R0 optical conversion coefficient (%) A1 thermic loss by conduction coefficient (W/mpK) A2 thermic loss by convection coefficient (W/mpK) T* = (T m-ta) / G Due to the fact that the researchers and producers of the equipments that use the solar energy are in a high concurrence, in the last years, there where substantially diminished the lifespan of the solar equipments. More improved equipments appear year by year on the market ranging from the plane panels to the airless tube ones that use the solar energy. On the other hand there exist solar thermic installations that are used for heating the housekeeping water and, eventually, for heating. The second category regarding the solar energy are the photovoltaic modules that produce electric current. The solar installations are often used for the heating of the housekeeping water. The necessary of the heated water is constant during the entire year can be combined with the solar energy offer. During the summer months, the solar installation can cover the need. The conventional installation must be kept as reserve because; even during the summer period there are periods of bad weather. During the entire year, the solar installation can provide around 60% of the required energy Q p - energia corespunzatoare pierderilor de caldura Pentru o estimare a energiei care a fost absorbita de colector trebuie facuta o distinctie teoretica între radiatia directa şi radiatia difuza, asociindu-le coeficienti de transmisie şi de absorptie adecvati. Totusi în practica se iar în considerare componenta radiatiei globale incidente care este perpendiculara pe suprafata colectorului. În acest caz, energia absorbita este indicata în Watts, în ecuatia urmatoare: Q a = A. s. s. G unde: - A reprezinta aria suprafetei intrarii colectorlui în m 2, - s şi s reprezinta valorile medii ale coeficientului de transmitere a capacului transparent şi ale coeficientului de absorptie a panoului absorbant pentru întregul spectru solar, - G reprezinta energia de admisie globala în W/mp (aria de admisie), masurata în planul colectorului. Având în veere ca un colector tip lamelar este relativ subtire, pierderile din laterale pot fi neglijate în estimarea aproximativa, doar pierderile frontale şi prin partea din spate a colectorului fiind luate în considerare. aceste pierderi sunt exprimate dupa cum urmeaza: Q p = QAV + QAR Atunci când sunt reduse la o unitate a suprafetei panoului absorbant, toate pierderile reprezentând un flux termic dinspre colector înspre exterior pot fi exprimate în relatia cu diferenta de temperatura care le cauzeaza, astfel: Q AV / A = UAV (Tm-Ta) şi QAR / A = UAR (T m-ta) sau: Q A / A = U (Tm-Ta) unde: U = U AV + UAR UAV = Coeficientul de pierdere termica dinspre partea frontala (W/mp. K) U AR = Coeficientul de pierdere termica dinspre partea din spate (W/mp. K) T m = Temperatura medie a panoului absorbant T a = Temperatura ambianta medie Echilibrul termic la un moment dat între energia solara primita de colector, energia utila disponibila şi pierderile termice fac posibila descrierea randamentului instantaneu cu ajutorul ecuatiei urmatoare: R= R0 - U (Tm - Ta) / G Conform principiilor acceptate de normele internationale (ISO) şi europene (CEN), randamentul unui colector tip lamelar poate fi descris prin trei coeficienti independenti de temperatura: R=R 0 a1t* - a2 G (T*) unde: R0: coeficient de conversie optica (%) A1: pierdere termica prin coeficientul de conductie (W/m p.k) A2: pierdere termica prin coeficientul de convectie (W/mp.K) T* = (T m-ta) / G Datorita faptului ca cercetatorii şi producatorii echipamentelor care utilizeaza energia solara,se afla intr-o apriga concurenta, în ultimii 10 ani s-au diminuat substantial ciclurile de viata ale echipamentelor solare. Tot timpul apar pe piata sisteme din ce în ce mai performante,de la panourile plane la cele cu tuburi vidate, care utilizeaza energia solara. Pe de o parte exista instalatiile termice solare, care sunt utilizate pentru incalzirea apei potabile si, eventual, pentru incalzire. A doua categorie privind obtinerea energiei solare o reprezinta modulele fotovoltaice, care produc curent electric. Numarul producatorilor particulari de instalatii este în continua crestere. Instalatiile solare sunt utilizate cel mai adesea pentru incalzirea apei calde de consum. Necesarul de apa calda, aproximativ constant pe durata intregului an, poate fi bine combinat cu oferta de energie solara. în lunile de vara, instalatia solara poate acoperi în mod satisfacator cantitatea de energie necesara. Instalatia de incalzire conventionala trebuie insa pastrata ca rezerva, deoarece chiar şi vara exista perioade cu vreme proasta. De-a lungul unui an, instalatiile solare livreaza pana la 60% din energie solara necesara pentru 141
for the heated water. The using of the solar installation for house heating has a positive effect on environment. When right used, the solar installation can cover up to 30% of the annual energy requirement for both water heating and house heating. A square meter of the collector surface saves 50 l of diesel fuel per year. This is why the solar energy is the most impressive form of energy. During 20 minutes, the Sun shines an equivalent of energy for entire mankind need for a year. On the Romanian territory, on 1 square meter of horizontal surface can capture in an year an energy quantity of 900 to 1450 kwh, of course, depending on the season. The daily average radiation can be 5 times higher during the summer over winter. Yet, even during winter, in a sunny day, there can be captured 4-5 Kwh/m 2 /day, the quantity being dependent of the environment temperature. The solar energy analysis tells us the following things: the solar energy is free and clean and it can be transformed into electricity, thermic or mechanical energy. the implementing of this system needs lots of investments. the solar installations must be modern, high know how. hybrid solar systems, thermal and photovoltaic are the most efficient because energy delivered in various forms which can be converted into one another with beneficial effects on use and storage; the using of the insulation materials is desirable. the saving of energy conducts to the increasing of the global efficiency of the system. Romania can use the European states experience and use its own researches in order to improve the situation of solar energy using. The thermal energy The Earth is an important energy source because it has relatively constant temperatures throughout the year. Such way, during the winter, the soil is warmer than the air and during the summer it is cooler than the outside air, again. This is because the heat from the Sun is transferred into the soil and reaches several meters during the winter and the frost of the winter is transferred into the soil and reaches the same depth during the summer time. This means that it is a heat pump (a heat machine that takes the heat from a cooler body and release it to a hotter body, with a certain energy consumption, nevertheless). This is a good and well spread principle. This is esthetically and noiseless. Easy to work and maintain. The maintaining costs are reduced by 3-4 times, efficient and comfort. It is, also, autoregenerable, do not use CO 2 or CO, do not produce ash or smoke, it has no flame or explosives and, finally, it is a sure climatisation (cool or heat) or housekeeping water production. A classification criterion is the nature of the heat sources that are involved. So, the source of the heat can be: gas: the atmospheric air, the heated air from a technological process (attention to the limits in order to avoid accidents) liquid: the water from the environment (rivers, streams, lakes, watertable); heated water from technological processes (cooling water); sewer water. the solar energy: the water which was heated by sun (at the environment temperature such way the losses to be lowered). the Earth as thermic gradient with protection elements (soil dilatation during frosting) Among the main domains where the heating pumps can be used from agriculture and the food industry are: - cooling and heating of different technological fluxes; - steam production incalzirea apei calde de consum. Utilizarea instalatiilor solare pentru sustinerea incalzirii are un efect pozitiv asupra mediului inconjurator. în cazul unei exploatari corespunzatoare, instalatiile solare combinate acopera pana la 30% din consumul anual de energie, necesar prepararii apei calde de consum şi incalzirii. Un metru patrat de suprafata colectoare economiseste pana la 50 l motorina pe an.energia solara reprezinta deci cea mai impresionanta şi sigura sursa de energie. Intr-un interval de 20 de minute, soarele furnizeaza echivalentul consumului energetic anual al omenirii. Pe teritoriul Romaniei, pe o suprafata orizontala de 1 m², putem capta anual o cantitate de energie cuprinsa intre 900 şi 1450 kwh, dependenta bineinteles şi de anotimp. Radiatia medie zilnica poate să fie de 5 ori mai intensa vara decat iarna. Analiza în domeniul energiei solare conduce deci la urmatoarele constatari: energia solara este o sursa gratuita şi nepolunta care poate fi transformată în energie: termica, electrica, mecanica; implementarea energiei solare necesita investitii financiare mari; instalatiile solare trebuie să contina repere de inalta eficienta; sistemele solare hibride, termal şi fotovoltaic, sunt cele mai eficiente deoarece livreaza energia sub diferite forme care se pot converti una în alta cu efecte benefice asupra utilizarii şi stocarii; utilizarea materialelor cu proprietati izolatoare superioare; economisirea energiei conduce la sporirea eficientei globale a sistemului solar. Romania poate să preia experienta statelor europene, sa-si valorifice propriile cercetari şi realizari şi să le foloseasca în procesul alinierii sale la preocuparile şi exigentele comunitatii europene. Energia geotermala Tehnologie simpla, nu Tehnologie Spatiala, care doar transfera energie, nu o produce. Pamantul este o importanta sursa de energie.temperaturi constante pe tot parcursul anului. Mai cald decat aerul în timpul iernii şi mai rece decat aerul în timpul verii. Permanent reinoita de energia acumulata de la Soare.Pompa de caldura este o masina termica ce preia o cantitate de caldura de la o sursa de temperatura scazuta şi cedeaza o cantitate de caldura unei alte surse de temperatura mai ridicata,consumand pentru aceasta o anumita cantitate de energie. Energia consumata poate fi de natura diversa: mecanica, electrica, termica, solara, etc.pompele de caldura functioneaza deci pe baza a doua surse de caldura şi pe baza energiei mecanice furnizate.ele primesc caldura gratuit de la sursa rece şi o cedeaza la temperatura ridicata sursei calde,potentialul termic al caldurii fiind ridicat pe seama energiei mecanice primite. Un criteriu de clasificare a pompelor de căldură îl constituie natura surselor de căldură între care lucrează pompa de căldură considerată. Izvorul de căldură al unei pompe de căldură poate fi: - gaz: aerul atmosferic, aerul cald dintr-un proces tehnologic (trebuie acordata o atenţie deosebită limitelor de temperatură şi naturii agentului termic din procesul pentru care este nevoie de încălzire); - lichid: apa din mediul înconjurător (din râuri, lacuri, apa subterană); apa caldă din procese tehnologice (apa de răcire); apa caldă menajeră; - energia solară: apa caldă încălzită solar (încălzită la temperatura mediului, astfel încât pierderile de căldură să fie mici); - pământul ca gradient geotermic, cu elemente de protecţie (dilatarea pământului prin îngheţ). Principalele domenii în care se utilizeaza pompele de caldura în industrie sunt: - incalzirea şi racirea diverselor fluxuri din procesele tehnologice; - producerea de abur; 142
- drying - evaporation - distillation of several solutions - concentration of solutions, or custom from: sugar refining, production of cheese, corn syrup production, laccate products, fish products, food (in kind.); distillation of spirits, beer, meat products, potato processing, poultry processing processing vegetables, aquaculture and piscicoltura, dry biomass; - Along with these purposes it can be used to heat the buildings and the heating of the housekeeping water. The financial efficiency of a heating pump depends on several parameters as: - the performance coefficient of the heating pump; - the functioning time - investments - fuel cost - other costs These costs can be grouped as follows: - using costs as energy and fuel. - Investment costs. - Maintenance costs - Other costs as insurance and others Technico-economical calculus on the implementing of the heat pumps for agricultural use The integration of a heat pump in a technological system that already exists implies the introduction of a series of supplementary heat exchange in the heat exchange net in order to distribute the heat from the source toward the heat pump and from the pump toward the thermic well. The number of the supplementary heat exchangers highly depends on the scheme of the technological installation and the size of the heat pump. The estimation of the number of the supplementary exchangers depends on: - the number of the fluid fluxes that are upon the heat source and the size of the heat pump (in function of the heat minimum requirement); - the number of the fluid fluxes that are under the heat source and the cooling minimum necessary. The annual profit is the difference between the annual savings and annual costs. PA=SA-CA Where PA is the annual profit, the SA annual savings and CA annual costs The annual savings are the difference between the energy costs before and after the installation of the heat pump. EA = t * ( PC* P replaced - act * P action - source * P source) - PC* P maintenance pc the power of the installed heat pump act the power for functioning of the heat pump (of electrical or thermical nature, in function of the type of the heat pump) source the power that is absorbed by the heat pump from the source (for heat transformers or heat pump with II type absorption pump: the cooling power) P replaced the cost of the replaced energy by installing the heat pump P action the cost of the action energy P source the cost of the energy from the energy source (for the heat transformers or heat pump with type II absorption: the cost of the cooling energy) P maintenance the annual costs for maintaining per kw given by the heat pump t the annual time of functioning The annual factor of capital recovery as a depends on the interest rate and the lifespan of the heat pump. By multiplying the investment costs by the annual recovery factor there is obtained the value of the annual - uscarea / dezumidificarea; - evaporarea; - distilarea unor solutii; - concentrarea unor solutii, sau particularizat la: rafinarea zaharului, productia branzeturilor, productia siropului de porumb, produse laccate, produse din peste, industria alimentara (in gen.), distilarea spirtoaselor, fabricarea berii, produse din carne, prelucrarea cartofilor, prelucrarea pasarilor, prelucrarealegumelor, acvaculturaşi piscicultura, uscareabiomasei; - alături de aceste scopuri poate fi folosit pentru încălzirea clădirilor şi de încălzire a apei menajere. Rentabilitatea unei pompe de caldura depinde de diversi parametri, cum ar fi: - coeficientul de performanta al pompei de caldura; - numarul de ore de functionare din timpul unui an; - cheltuielile de investitie; - costul combustibilului; - alte cheltuieli suplimentare. Aceste cheltuieli pot fi grupate în patru mari categorii, şi anume: - Cheltuieli legate de utilizare; - Cheltuielile legate de investitie; - Cheltuielile legate de intretinere. - Alte cheltuieli. Calculul tehnico-economic referitor la implementarea pompelor de caldura Integrarea unei pompe de caldura intr-un sistem deja existent implica introducerea unui numar de schimbatoare de caldura suplimentare în reteaua de schimbatoare de caldura, cu scopul distribuirii caldurii de la sursa de caldura catre pompa de caldura şi de la pompa de caldura catre putul termic. Numarul de schimbatoare de caldura suplimentare depinde foarte mult de schema instalatiei industriale şi de marimea pompei de caldura. Estimarea acestui numar de schimbatoare de caldura suplimentare depinde de: numarul de fluxuri de fluide aflate deasupra temperaturii sursei de caldura şi de marimea pompei de caldura (in functie de necesarul minim de caldura); numarul de fluxuri de fluide aflate sub temperatura sursei de caldura şi de necesarul minim de racire. Profitul anual reprezinta diferenta dintre economiile anuale şi cheltuielile anuale. PA = EA - CA Unde PA este profitul anual, EA - Economiile anuale şi CA - Cheltuielile anuale Economiile anuale reprezinta diferenta dintre cheltuielile pentru energie inainte şi dupa instalarea pompei de caldura. EA = t * ( PC*P inlocuit - actionare*p actionare - sursa*p sursa) - PC*P intretinere, PC - Puterea pompei de caldura instalate actionare Puterea necesara actionarii pompei de caldura (de natura electrica sau termica, în functie de tipul pompei de caldura) sursa Puterea absorbita de catre pompa de caldura de la sursa de caldura (pentru transformatoare de caldura-sau pompe de caldura cu absorbtie de tipul II: puterea pentru racire) P inlocuit Costul energiei inlocuite prin montarea pompei de caldura P actionare Costul energiei de actionare P sursa Costul energiei provenite de la sursa de energie (pentru transformatoare de caldura-sau pompe de caldura cu absorbtie de tipul II: costul energiei pentru racire) P intretinere Cheltuielile anuale pentru intretinere per kw furnizat de pompe de caldura t -Timpul total anual de functionare Factorul anual de recuperare a capitalului - notat cu a - depinde de rata dobanzilor şi de durata de viata a pompei de caldura. Prin multiplicarea cheltuielilor de investitie cu factorul anual de recuperare a capitalului se obtine 143
costs. a the annual factor of investments recovery I total investment costs CA = a x I The total investments costs are the sum of the costs for the heat pump itself and the associated costs. The duration of the investment recovery is the ratio between the total expenses and the annual savings. TRI is the duration of investment recovery. TRI = I/SA Case study The accomplishing of a heating system for a vegetable greenhouse such way the production cost to be minimum and the investment mortgage to be made in maximum 5 years. The heating system is based on a heating pump or more, the working fluid will be water that will be heated within a boiler. This will circulate within the greenhouse through pipes between the crop keeping a continous flux through the pipes, in order to stabilize the same temperature inside the glasshouse. The first part of the study has consisted of a mathematical model that will allow us to choose the most appropriate heat source and the reserve source. The result was: 1. A mixt system composed of the heat pump soilwater whose primary circuit to be underground of the building and solar panels. 2. the reserve source is the electrical heating 3. the additional production source to the vegetable one is photovoltaic panels. valoarea cheltuielilor anuale. a Factorul anual de recuperare a cheltuielilor I Cheltuielile totale de investitie CA = a*i Cheltuielile totale de investitie reprezinta suma dintre cheltuielile pentru pompa de caldura propriu-zisa şi cheltuielile asociate legate de aceasta. Durata de recuperare a investitiei reprezinta raportul dintre cheltuielile totale de investitie şi economiile anuale. TRI Durata de recuperare a investitiei TRI = I / EA STUDIU de CAZ Realizarea unui sistem de incalzire a unei sere de legume,astfel incat pretul de productie să fie cat mai mic şi amortizarea investitiei să se realizeze în maximum 5 ani. Sistemul de incalzire se bazeaza pe o sursa de caldura,sau mai multe,fluidul de lucru va fi apa, care va fi incalzita în interiorul unui boiler. Aceasta apa va circula în interiorul serei, prin tevi de fier instalate tip sina intre liniile de cultura, mentinand un flux continuu prin tevi, omogenizand astfel distibuirea caldurii pe toata suprafata serei. Prima parte a STUDIULUI a constat în realizarea unui model matematic care să ne permita să alegem cea mai buna sursa şi varianta de sursa de rezerva. Rezultatul a fost: 1. Un sistem mixt compus din pompa de caldura solapa,al carei circuit primar este amplasat în subsolul suprafetetei serei, şi panouri solare termice. 2. Sursa de rezerva o reprezinta incalzirea electrica 3. Sursa de productie aditionala celei de legume, reprezentata de panouri fotovoltaice. 144
Conclusions For the biological systems that are used in agriculture and the food industry as: greenhouses, warehouses, installation for stocking and conservation of fruits and vegetables, field crops conditioning, animal processing and food processing, among the clean energy sources, the most important are: the solar and the geothermal energy that confer the highest degree of environmental friendship, in place production and a inter completion that ensure maximal output. The increasing of the efficiency of these systems will reduce the initial costs of investments and can spread out in other domains of the modern agriculture. BIBLIOGRAPHY / BIBLIOGRAFIE [1]. Robert Gavriliuc,POMPE de CALDURA-De la TEORIE la PRACTICA,2005; Concluzii Pentru a sistemelor biologice, care sunt utilizate în agricultură şi industria alimentară ca: sere, depozite, instalatii pentru depozitarea şi conservarea fructelor şi legumelor, domeniul culturi condiţionat, de prelucrare a animalelor şi de prelucrare a produselor alimentare, printre curate surse de energie, cele mai importante sunt: solare şi a energiei geotermale, care conferă cel mai înalt grad de protecţie a mediului de prietenie, în locul de producţie şi un inter finalizarea asigura că maxima de iesire. Din ce în ce mai eficienta a acestor sisteme va reduce costurile iniţiale de investiţii, şi se poate răspândi în alte domenii ale agriculturii moderne. [2]. D.Ristoiu, Energii alternative, 2006. 145