Основные публикации по солнечной энергии
Экономика солнечного отопления и охлаждения
Экономический анализ комбинированной системы солнечного отопления и охлаждения в основном проводится так же, как и для одной только системы отопления (разд. 12.5), но с учетом некоторых дополнительных факторов. Эти дополнительные факторы можно разделить на две группы: факторы, оказывающие непосредственное влияние на затраты, и факторы, влияющие на затраты через показатели тепловой эффективности системы.
Добавление системы охлаждения к системе отопления и горячего водоснабжения, описанной в предыдущей главе, оказывает по меньшей мере двоякое влияние на эффективность системы. Во-первых, что особенно важно, коллектор снабжает систему дополнительной полезной энергией в летнее время, снижая (если рассматривать только коллектор) затраты на получение энергии. Во-вторых, при использовании коллектора для коадиционирования воздуха значительно сокращается расход энергии на горячее водоснабжение в летнее время. Дна лиз тепловых характеристик системы за полный период отопления и охлаждения позволяет оценить степень влияния тех или иных факторов на эффективность системы в целом.
Экономический анализ системы должен преследовать две цели: оптимизировать систему и сравнить ее с обычными системами того же назначения. Сравнение следует проводить с такими системами, которые вероятнее всего могут рассматриваться в качестве замены систем солнечного отопления и охлаждения. В настоящее время можно сопоставить топливный подогреватель и компрессионный кондиционер, с одной стороны, с системой, состоящей из солнечного коллектора, дополнительного источника энергии и абсорбционного кондиционера воздуха — с другой. Поскольку стоимость абсорбционных холо
дильных установок значительно выше, чем компрессионных, то дополнительное возрастание исходных затрат может быть возмещено за счет стоимости солнечной установка Согласно данным Лёфа и Тибота [15], дополнительные затраты могут составлять 1000 долл. (см. также пример, приведенный в разд. 13.7). В свою очередь, стоимость энергии, вырабатываемой с помощью солнечной установки, должна быть значительно ниже. Затем можно произвести сравнение по сумме полных годовых затрат на эксплуатацию и стоимость основного оборудования этих систем (или каких-либо иных рассматриваемых систем). Для описания работы комбинированной системы отопления, горячего водоснабжения и кондиционирования можно использовать уравнения типа (12.5.1) и (12.5.4). Уравнение (12.5.4) необходимо лишь дополнить величиной CR •, учитывающей стоимость абсорбционной системы охлаждения
^Г, а = + CSy + Cg + CR^.)! + РСр + Qд Ср. (13.3.1)
При проведении сравнений по затратам стоимость подогревателя на обычном топливе можно исключить, как и в случае сравнения только отопительных систем, когда входящее в их состав однотипное оборудование не учитывается. При необходимости можно учесть различные амортизационные отчисления по каждому из видов оборудования.
Лёф и Тибот, помимо опубликованной ими работы по экономике солнечного отопления, рассмотренной в предыдущей главе, представили на конгресс в Париже новую работу [151. В этой работе на основе исследования тепловой модели определена годовая эффективность комбинированной системы, предназначенной для отопления и кондиционирования воздуха, и оценены затраты, что позволило оптимизировать основные конструктивные параметры солнечной установки, а также сравнить ее с другими системами подобного назначения. Исследованная ими система показана на фиг. 13.3.1. Холодильная установка в этой системе представляет собой абсорбционную машину производительностью 3 т, в генератор которой подается горячая вода при температуре 93°С. В режиме номинальной мощности машины ее к. п.д. составляет 0,6 при условии, что вода в баке-аккумуляторе имеет температуру в пределах 82 — 93° С. Для повышения температуры воды, подаваемой в генератор, до 93 °С при ее падении в баке-аккумуляторе ниже 82°С предусмотрен дополнительный источник энергии. Если температура воды в баке-аккумуляторе упала ниже 82°, энергия, необходимая для работы системы кондиционирования воздуха, полностью обеспечивается за счет дополнительного источника и горячая вода подается в генератор холодильной установки по байпасной
Фиг. 13.3.1. Схема комбинированной системы отопления и охлаждения [15]*
• манс. ЗЗХ /чин. (/>ета/ч)в2Х /чин. (зи/чой)35“С |
AWЛ - |
маме. |
І |
/чин. вех макс. Зд’С |
1 — солнечный коллектор; 2 — бак с горячей водой; 3 - насос нагрузки; А — дополнительный нагреватель; 5 — кондиционер воздуха; В — насос коллектора.
линии, минуя бак-аккумулятор. Нагрузки по охлаждению и отоплению соответствуют тем же двум зданиям, которые были рассмотрены в более раннем исследовании Лёфа и Тибота (т. е. 0,33 - 0,55 кВт/град при температуре наружного воздуха не более 18 °С). Нагрузки по охлаждению для системы кондиционирования определены с учетом ряда факторов, в том числе явных и скрытых перетоков воздуха, внутреннего тепловыделения, теплопроводности стен и проникновения солнечного излучения через окна.
При анализе указанной системы отопления и охлаждения изучены четыре ее конструктивных параметра, включая площадь коллектора, угол его наклона, число стеклянных покрытий и объем аккумулятора. Как и в случае отопления, в расчете были использованы метеорологические данные для восьми районов Соединенных Штатов. Проведено также сравнение затрат при использовании солнечной энергии для различных комбинаций режимов отопления, горячего водоснабжения и кондиционирования воздуха. Указанные затраты подсчитаны в зависимости от числа стеклянных покрытий, площади коллектора и объема бака-аккумулятора на единицу площади коллектора.
Показано, что оптимальное число слоев стекла в коллекторе комбинированной системы отопления и кондиционирования равно двум или трем. Оптимальное значение удельного показателя аккумулятора равно ~ 50 кг/м2 для системы отопления и для комбинированной системы. В климатических условиях Альбукерке при постоянной площади
коллектора увеличение емкости аккумулятора приводит к незначительному повышению эффективности системы солнечного отопления и к еще меньшему повышению эффективности комбинированной системы. Оптимальная площадь коллектора дома в Альбукерке при установленной величине затрат оказывается наименьшей для случая отопления, наибольшей — для кондиционирования и принимает некоторое промежуточное значение для комбинированной системы. Для других климатических районов получаются совершенно иные результаты. Например, в районе Майами кривая затрат в зависимости от плошади коллектора для системы отопления не имеет минимума, а аналогичные кривые для системы кондиционирования и комбинированной системы практически совпадают.
Лёф и Тибот для каждого из восьми районов страны сравнили также затраты при минимальной стоимости энергии, полученной за счет солнечной радиации, с затратами при использовании обычных источников энергии в случаях применения раздельных систем отопления и кондиционирования, а также комбинированной системы. Результаты этого сравнения при стоимости коллектора 21,50 долл./м2, сроке амортизации 20 лет и норме годового процента, равной 8%, показывают, что:
1. В таких городах, как Альбукерке, Майами, Чарлстон, Феникс
и Омаха, затраты при использовании солнечной энергии для комбинированной системы оказываются меньшими, чем при использовании ее для систем, предназначенных только для отопления или кондиционирования.
2. В Бостоне, Санта-Мария и Сиэтле затраты при использовании солнечной энергии только для отопления оказываются меньшими, чем аналогичные затраты для комбинированной системы.