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]*

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.