Увеличаващият се брой на населението на планетата, води до недостиг на енергийни ресурси. Допълнителният добив на енергия не е универсално решение ако не използваме разумно наличната. Формите на енергия, които произтичат от водата са с широк спектър и приложение в нашето ежедневие. Особено като отчетем факта, че за производството на електроенергия се използва вода – във ВЕЦ. Доставянето на вода е тип услуга, която също изразходва не малки количества енергия. Водата е ресурс, който трябва да се цени, а в днешно време всяка една полза от нея и остатъчната енергия, която отделя трябва да се използва оптимално. Инвестициите в енергоспестяващи иновативни решения трябва да са приоритет. Решението е ограничаване на разхищението на ресурси и тяхното хаотично „изтичане”. От значение е и екологичната страна на въпроса, която все повече вълнува обществото и води до регулаторни промени. Ограничаване разхищението на ресурси и спиране на тяхното хаотично потребление ни доведе до идеята за създаване на „Система за пестене на енергия“. Превръщайки вторичната енергия от топлата вода в изключително полезен остатъчен продукт, в пестене на пари и природен ресурс.

ОПИСАНИЕ:

При използването на топла вода за битови нужди губим много ползи и не се замисляме колко остатъчна енергия крие това природно богатство – водата. Вглеждайки се в детайлите около възобновяемите енергийни източници, ще разберем, че това е източник, който доизгражда цялостния вид на така наречената „зелена енергия”. Със „Система за пестене на енергия” се използва оптимално остатъчната енергия от топлата водата в конкретна посока – съчетание от разумно използване на природен ресурс и пестене на пари. Колкото по-ниска е базовата температура във водосържателя, се изисква повече електроенергия за нейното подгряване. Преминавайки през системата, отпадъчната топла вода затопля студената, идваща от водопровода, без да има смесване и директен контакт между тях, и връща вече затоплената вода във водосъдържателя. Всичко това кара съответния нагревател да работи по-икономично и да изразходва по-малко енергия. Преценихме, че на този етап е по-удачно „Система за пестене на енергия“ да се монтира на по-ранен етап. Може да се адаптира в новостроящи се къщи, пасивни сгради, жилищни комплекси, хотели, ресторанти – кухненски помещения, бизнес сгради, търговски центрове и др.

РЕШЕНИЕТО:

Разработката се основава на остатъчната енергия от топлата водата, използвайки я преди тя да изтече в канализацията. По водопровода студената вода идва с температура между 5 и 15 º С (според сезона), „Система за пестене на енергия“ подгрява тази студена вода, употребявайки остатъчната енергия на топлата, която използваме за битови нужди в ежедневието си. При връщането на тази вече затоплена вода отново в бойлера/проточния бойлер, съответният нагревател във водосъдържателя започва да работи по-икономично и да изразходва по-малко енергия. Със „Система за пестене на енергия“ се достигат нива от порядъка на 50-70% ефективност на процеса.

РАЗВИТИЕТО:

„Система за пестене на енергия“ премина през редица промени и прототипи, до достигането на сегашния дизайн на продукта. Идеята възниква през 2012 г. като решение на битов проблем – голямо потребление на топла вода в домакинството. Това са прототипи изпитвани в рамките на 3 години и 5 месеца, в реални битови условия – от 2012 до 2014 година. Тяхната ефективност достигна между 30% и 40%…

През 2014 г. взехме участие в събитие, свързано с представяне на изобретения и иновативни разработки – „Изобретения, трансфер, иновации“ ИТИ’2014 г. Събитието се проведе в „НДК“, по инициатива на „Съюз на изобретателите в България“. В случая представихме един от първите опитни прототипи на „Система за пестене на енергия“. Настоящата разработка на продукта беше все още беше в процес надграждане и усъвършенстване…

Въпреки добрите резултати, решихме да променим структурата му, заради високата себестойност, големият брой детайли и наличието на висок процент медна сплав. Продуктът претърпя значителна трансформация и голямо развитие – от 2014 г. до днес. Разработката претърпя редица промени, за да се постигне настоящия дизайн на продукта. През годините проектът „Система за пестене на енергия“ претърпя и еволюция в основната си концепция. Той премина през няколко основни прототипа, до достигането на предпроизводствен прототип. Всичко това допринесе за значително подобрение на продуктовата разработка – производствената му себестойност и функционалните му характеристики. При първите прототипи се постигна КПД от порядъка на 30%. С напредването на продуктовата разработката се подобри значително структура на основния продукт и използваните материали за производството му. В системата се добавиха допълнителни продукти и това оптимизира още повече процеса. Това доведе до значителни резултати и поддържана ефективност от порядъка на 50%. В някои ситуации ефективността варираше между 50% и 70%. През 6-те години на разработката, всички прототипи бяха подложени на интензивни тестове и при различни условия…

ИЗПОЛЗВАНЕ НА ПРОДУКТА:

Монтира се под на сифона на мивката, а експлоатацията и почистването му от замърсявания са удобни и лесни. Системата ще се монтира от съответната строителна компания или подизпълнители участващи в обзавеждането на съответното помещение. При наличието на вече изградена ВиК инфраструктура, от страна на строителната компания. Освен основният продукт, към продуктовия комплект на „Система за пестене на енергия“ ще бъдат добавени още два продукта и няколко малки ВиК аксесоара. Вторият продукт е „отклонителен-смесител“, който отново е наша разработка. Третият продукт от системата ще бъде малък водосъдържател – тип „проточен бойлер“. За функцията на третото изделие е възможно да се адаптира или доработи готов пазарен продукт. Но и в този случай има варианти за авторска разработка на собствен продукт. Необходимо е водосъдържателят да бъде разположен в максимална близост до останалите два продукта от „Система за пестене на енергия“. Всичко това се прави с цел да се ограничат загубите на извлечената топлинна енергия, която се пренася до съответния бойлер/проточен бойлер/система за загряване на вода. Непосредствено преди внедряването в производство, всички изделия от продуктовия комплект на системата ще бъдат подложени на финална разработка и технологична подготовка за производство. „Система за пестене на енергия“ може да се комбинира с проточни системи и ВЕИ.

В процеса на продуктовата разработка възникна концептуална идея за опаковка. Основното предназначение на опаковката е за съхранение при транспортиране на „Система за пестене на енергия“ до новостроящи се сгради. Решихме, че с един по-детайлен подход към дизайна на опаковката, ще покажем нашето отношение към продукта. Разработвайки тип „транспортна опаковка“, крайният клиент няма да взема участие или да изразходва допълнителни средства за монтажа на системата.

РАЗРАБОТКАТА:

За пробни детайли и прототипи, както и за предпроизводствен прототип, бяха използвани различни производствени и прототипни технологии и материали: 3D принтиране – PLA; CNC машини и стругове – фрезоване на детайли от полипропилен и месинг, струговане и обработка на медна тръба. Предпроизводственият прототип е изработен основно от полипропилен, използван за двата основни детайла, монтирани от двете страни на тръбата, която също е изработена от полипропилен, с дебелина на стената 10 мм. За серийното произвоство на двата основни детайла, тръбата, както и някои допълнителти части, е предвидено да се използва технология за шприцоване на пластмаса. За детайли като вътрешната тръба е използвана медна сплав, с дебелината на стената – варираща в диапазона 0,3-0,4 мм, до достигане на краен вариант. При серийното производство на медната тръба ще се използва определен тип производствена технология – индукционно коване. За целта на предпроизводствения прототип са изработени някои допълнителни части от месинг, който ще бъде заменен с полипропилен при серийното производство. Използваните материали за изработката на предпроизводствения прототип са напълно рециклируеми. Целта на предпроизводствения прототип, в този му вид, е да доближи до някаква степен характеристиките на крайния продукт – в случая се доближават до 70-75% от реалните продуктови характеристики. Ефективността, която се постигна след тестване на въпросния прототип, достигна диапазона от 50 до 70%. Непосредствено преди внедряването в производство, всички детайли от продуктовия комплект на системата, ще бъдат подложени на финална доработка и технологична подготовка за производство – било то редизайн и реинженеринг.

АНАЛИЗ НА ПРЕДИМСТВАТА:

Продължителният процес на разработката доведе до оптимизиране, а от там и до значително занижена производствена себестойност – в сравнение в първоначалната идея, пробните прототипи и продукти. Всичко това има реалната възможност да доведе до потенциална по-висока рентабилност от единица продаден продукт. Разработката доведе до редуциране на броя детайли, от които е изграден “Система за пестене на енергия”. Усилията в разработката дадоха резултати след изработката на първия предпроизводствен прототип. Предстои финално адаптиране към технологичните изисквания на производството, с цел внедряване, което ще наложи изработка на още един предпроизводствен прототип. Уточнена е производствената екипировка (матрици за шприцоване на пластмаса), използваните материали и внедряването в типа производство. Осезаемо подобрената себестойност се получи посредством гъвкаво адаптиране на продукта към конкретната производствена технология и тип материали – основната му структура е изградена от полипропилен, а метал (медна сплав) присъства само в един детайл. Материалите, които ще се използват за производството на продукта са рециклируеми. Натрупаните през годините изпитания, в процес на интензивна и детайлна разработка – показаха нарастваща ефективност в тествания предпроизводствен прототип в рамките на 3 години. Всичко това стъпва върху стабилна основа, която е изградена на старата структура и прототипи на системата, които са тествани 3 години и 6 месеца. Получените резултати през годините, следствие на различни тестове, се анализираха непрекъснато – с всеки нов тест, събираните данни бяха все по-обнадеждаващи. При миене с топла вода в мивката и използвайки остатъчната топлинна енергия, с монтирана „Система за пестене на енергия”, беше отчетена икономия на електроенергия в рамките на минималния диапазон от 25 – 30 kWh до максимални нива в размер на 50 kWh. Това е спестена електроенергия за 4-членно семейство, в рамките на един месец. Разбира се, през годините извъшвахме и сравнителни анализи с вече известни решения и продукти на пазара, които ни показаха къде сме и в каква посока се движим. Всичко това се постигна на база на системен анализ и обективна оценка на постигнатите резултати. Без да претендираме, че това е “перфектният продукт”, по простата причина, че такъв не съществува на пазара! При стандартните топлообменници, забелязахме, че са относително бързодействащи, но при много високи нива на температура на водата – от порядъка на 80 градуса. Но точният въпрос е: “Кой мие нещо с подобна температура?”. Конкурентен продукт на пазара беше тестван от наша страна, но неговото реално действие и ефективност не беше оправдано, като се имат предвид необходими нива на температура – 80 градуса. Ефективността в него беше занижена, поради наличието на прекалено много метал в структурата му. Докато при “Система за пестене на енергия” нивата, при които стартира процесът и се преминава към използване на остатъчната топлинна енергия от топлата вода, изтичаща през сифона и преминаваща през системата – е 40 градуса. Известните топлообменници на пазара са здрави като структура, но с прекомерна употреба и висок разход на метал (особено мед) за тяхното производство. Това води до незавършена функционалност и ниски нива на ефективност, както и проблеми със свързването към ВиК, навлизане на неприятни миризми и т.н. Друга конкретна посока са рекуператорите с термопомпи. Те имат прекалено много минуси, защото консумират не малки количества електроенергия и имат изисквания към съответното захранване. Нуждаят се от редовно почистване, имат сложни структури и са капризни в процеса на експлоатация. Не на последно място – прекалено обемисти са и заемат големи площи при монтаж, което логично води до некомпактен продукт, който не е приложими за конкретната зона под мивката. Високите им цени също са непосилни, както и възвръщаемостта им във времето, която не позволява изплащането на инвестицията не по-рано от 7 до 10 години. Това е прекалено голям период за подобен тип продукт, което ги прави автоматично необосновано скъпа инвестиция. Последните цени при проучването показаха диапазон от порядъка на минимум 700 €, а в някой случаи и над 3000 €. В случая за „Система за пестене на енергия“ се прогнозира пазарна цена на този етап в диапазона на 400 – 500 €, която ще бъде уточнена окончателно при внедряването на продукта. Когато през “Система за пестене на енергия” не преминава отпадна топла вода, а преминава само студена вода, съответно това не води до никаква възвърщаемост и изплащане на продукта. Всеки един продукт има състояния, в които не се експлоатира, така че тогава не може да се търсят каквито и да било нива на ефективност и възвръщаемост! Други типове продукти, които сме анализирали и сравнявали с продукта “Система за пестене на енергия”, са пасивните топлообменници. Те са твърде рядко използвани към момента. Отличават се със сериозни габарити, което ги прави също неприложими в съответната зона под мивката. Преобладаващият материал, който се използва за тяхното производство е метал. Имат прекалено бавно действие и ниска ефективност. Позволяват монтаж на места, които са труднодостъпни в повечето сгради и това също не ги прави икономически ефективни за употреба. Сравнително скъпи са като крайна пазарна цена, която е от съществено значение в случая.

ПРОДЪЛЖЕНИЕТО:

В началото на 2015 г., възникна нова идея около разработката „Система за пестене на енергия“. Не се отклонихме от концепцията за използването на вторичната топлинна енергия от отпадната топла вода, а просто я продължихме и се насочихме към разработване на система, която се разполага на стената в банята: „Система за баня“ – https://solo-form.com/project/sistema-za-banya/. С оглед на тенденциите и развитието на света, както и развиващите се пазарни ниши като чисти технологии и интелигентни домове, в „Система за баня“ има заложена хибридна концепция, в която ще има възможност за адаптиране на хардуерно решение, разработване на софтуерно управление, комбинирано с простичка механика. Проектирането е в напреднала фаза, която постепенно ще премине към макети, пробни изделия и прототипи. Разработката е продължение на „Система за пестене на енергия“, но в много по-усъвършенстван вариант и с приложение в друга среда, в чиято основа е заложена част от структурата на „Система за пестене на енергия“, но в комбинация с няколко други устройства и принципи.

ИЗВОД:

За възпроизвеждането на топла вода се използва електроенергия, ние не пренебрегваме този факт и сме се опитали с нашия продукт да оползотворим оптимално остатъчна топлинна енергия – от отпадната топла вода. Вместо да изтича напразно в канализацията, остатъчната топлина се трансформира в реални ползи и пестене на електроенергия, която се регенерира и използва ефективно. Това е количествено натрупване във времето, което носи само и единствено ползи за потребителите и икономиката като цяло. Принципът е много прост: питейна вода – електроенергия – топла вода – използване на отпадната топла вода – пестене на електроенергия. С този продукт, макар и в малки количества, подпомагаме процеса в конкретна посока. Допринасяме също и за опазването на околната среда чрез разумно използване на остатъчната топлинна енергия от водата, преди тя да изтече в канализацията. Това има пряко и непосредствено отношение към понятия като „зелена енергия“ и „умни домове“. Предлагаме комплексен подход и технология за регенериране, с един достъпен и приложим продукт. Търсенето на такъв тип “енергоспестяващи продукти” като “Система за пестене на енергия” и “Система за баня”, ще нараства все повече и повече. Особено продукти с реална ефективност, възвръщаемост и рентабилност, разрешаващи конкретни проблеми с ресурс като водата и ценната остатъчна енергия от нея. Трябва да се гледа от различни гледни точки на енергийната ефективност – „отвътре-навън” в сградата и помещението, в което се използва вода за битови нужди. Решението на проблема е чрез вглеждане в отделните детайли на общия проблем, а един от тях е търсенето на всички възможни начини да се пести и използва оптимално водата. Това засяга много остатъчната топлинна енергия, която се изхвърля хаотично без да се използват различните ѝформи на приложение. Разхищението на електроенергия е осезателно в сградите, но това не може да се компенсира само чрез топлоизолация, защото тя не връща количества електроенергия, които „изтичат в канализацията”. Това също е част от акцента наречен “енергийна ефективност”. Всичко това, което е постигнато в този продукт, както и решаването на конкретен проблем с него, е малка стъпка към по-ефективно използване на така ценен ресурс като водата. Но не е ли точно това пътят – чрез малки стъпки, се правят големите крачки към промяната!