ВОПРОСЫ ТЕОРИИ. И ИННОВАЦИОННЫХ РЕШЕНИЙ. ПРИ ИСПОЛЬЗОВАНИИ. ГЕЛИОЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ СИСТЕМ

ГЕЛИОУСТАНОВКИ БОЛЬШОЙ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ

В 1989 г. по проекту автора в Краснодаре была построе­на и эксплуатируется до настоящего времени гелиоуста­новка издательства «Советская Кубань» с площадью сол­нечных коллекторов 260 м2. Солнечные коллекторы (432 шт.) размещены на кровле цеха. Ориентация их - южная, угол наклона к горизонту 45°, режим работы - сезонный: апрель-октябрь. Компоновка солнечных коллекторов - двухрядная. Баки-аккумуляторы (5 шт.) вместимостью по 4 м3 соединены параллельно и размещены на черда­ке соседнего здания, превышающего на 8 м отметку верхней образующей коллекторов. Циркуляция воды осуществляется насосом К8/18. Солнечные коллекторы размерами 1000x600x100 мм изготовлены фирмой «Спец - гел иотеп ломонтаж» (г. Тбилисси). Теплопоглощающая панель - штамповано-сварная (материал СтЗ), имеет два патрубка Ду 20 мм. Панель покрыта черной эмалью; приме­нено стекло толщиной 4 мм; обечайка корпуса выполнена из алюминиевого проката; теплоизоляция из листового пе­нопласта; с наружной стороны покрытие теплоизоляции - фанера (в 1999 г. заменена на фольгу из алюминия). На рис. 3.32 приведена схема трубопроводов этой гелиоустановки. В 1991 г., через два года после ее ввода в эксплуатацию Краснодарской лабораторией Академии коммунального хозяйства были выполнены режимно-наладочные работы. С учетом реального уровня солнечной радиации в течение нескольких недель июня-июля был определён средний экс­плуатационный КПД гелиоустановки - 16 %. Причинами столь низкого КПД были отступления от проекта и нерав­номерное распределение воды через отдельные группы коллекторов. После изменения схемы соединения солнеч­ных коллекторов, согласования гидравлических сопротив­лений отдельных контуров циркуляции были проведены повторные испытания. В результате ее фактический КПД увеличился на 21 % и составил 37 %. Абсолютное значение температурной развёртки в характерных точках контуров циркуляции уменьшилось с 10 до 4 °С.

Гелиоустановка площадью 326 м2 для котельной в г. Тимашевск, разработанная автором, построена в 1989 г.

Солнечные коллекторы (340 шт.) размещены следующим образом: 98 штук - на кровле, 242 штук - на четырёх на­весах вблизи здания котельной. Ориентация коллекто­ров - южная, угол наклона к горизонту 45°, режим рабо­ты - сезонный: апрель-октябрь. Компоновка коллекторов на кровле котельной - однорядная, на навесах - семиряд­ная. Коллекторы размерами 1550x630x100 мм изготов­лены заводом «Сибтепломаш» (г. Братск). Теплопогло­щающая панель - штамповано-сварная из листовой стали СтЗ, имеет 4 патрубка Ду 20 мм с резьбовым подключением. Покрытие - гальваническое «чёрный хром», толщина стекла 5 мм, корпус — штампованный из листовой стали СтЗ, теплоизоляция - минеральная вата. Через три года после ввода установки в эксплуатацию были выполнены режимно-наладочные работы [162]. При этом были выяв­лены отклонения от проекта обвязки групп коллекторов трубопроводами, отсутствовала возможность совместной работы с водогрейным котлом. В результате обработки по­лученных при испытаниях данных по-новому выполнены врезки групп коллекторов, согласованы их гидравличе­
ские сопротивления, внесены изменения в схему трубопро­водов котельной, что обеспечило повышение эксплуатаци­онного КПД гелиоустановки до 54 %.

Схема трубопроводов данной установки (рис. 3.33) предусматривает следующие режимы работы. Водопро­водная вода после прохождения через Na-катионитовые фильтры, в которых снижается до нормативных значе­ний ее жесткость, подогревается теплом гелиоустановки в теплообменнике и поступает в бак-аккумулятор. Утром следующего дня разжигается один из котлов «Братск-1Г», теплоноситель от которого подаётся в теплообменник до - грева. Горячая вода из бака-аккумулятора, нагретая на­кануне теплом гелиоконтура, насосом подается в теплооб­менник, где догревается теплоносителем котла и поступает во второй бак-аккумулятор, из которого осуществляется разбор горячей воды на потребление. Продолжительность работы котла 1—1,5 ч в сутки.

В Сочи для круглогодичного горячего водоснабжения корпуса санатория им. Фрунзе разработан проект гелио­установки площадью 198,7 м2.

Целесообразность сооружения данной установки подтверждена технико-экономическим обосно­ванием, выполненным автором в Краснодарской лаборатории АКХ. Солнечные коллекто­ры (92 шт.) типа 2123 фирмы

Рис. 3.33.

Схема трубопроводов гелиоустановки котельной в г. Тимашевск:

1 — солнечные коллекторы; 2 — тепло­обменник гелиоконтура; 3 — насос гелио­контура; 4 — Na-катионитовые фильтры; 5 — повысительный насос; 6 — баки - аккумуляторы; 7,8 — насосы горячего во­доснабжения; 9 — теплообменник догрева
«AMCOR» (Израиль) имеют общую площадь 198,6 м2. Те­плопоглощающая панель коллекторов выполнена из мед­ных трубок со стальным оребрением, имеет селективное покрытие, защищена просветлённым градостойким сте­клом, пенополиуретановой теплоизоляцией и алюминие­вым корпусом. Габариты коллектора 1940x1240x95 мм, площадь 2,16 м2, масса 63 кг. Здание санаторного корпу­са имеет плоскую мягкую кровлю, над которой выполнена кровля из алюминиевого профиля по деревянному карка­су. Для размещения солнечных коллекторов на отметке 34,5 м запроектирован новый каркас с опорой на 32 колон­ны, проходящие через обе кровли с передачей нагрузок на существующий железобетонный несущий каркас зда­ния. Данное решение согласовано с генпроектировщи­ком - институтом «Южпроекткоммунстрой» для работы при 9-балльной сейсмичности. Ориентация коллекторов - южная с отклонением 10° на восток, угол наклона к го­ризонту 45°. Число и вместимость баков-аккумуляторов приняты с учетом режимов работы гелиоустановки, а так­же из условий распределения нагрузок на несущий каркас здания. Баки-аккумуляторы вместимостью 8 м3 (2 шт.) и 4 м3 (2 шт.) установлены над лифтовыми шахтами с превы­шением 500 мм над верхней образующей солнечных кол­лекторов, что при максимальном уровне солнечной радиа­ции в летнее время обеспечивает термосифонный режим циркуляции. При недостаточном уровне солнечной радиа­ции циркуляция обеспечивается насосами UPS-32-120 (2 шт.) фирмы «GRUNDFOS». Догрев воды в зимнее время и при продолжительной пасмурной погоде производится в двух электрокотлах типа ТАВИА-ЭВК-45 катодного типа мощностью по 45 кВт. Расчётное время работы котлов с 22.00 до 7.00 - (по льготному ночному тарифу).

Схема трубопроводов гелиоустановки (рис. 3.34) предусматривает два режима работы. В дневное время пер­вая группа баков рабочей вместимостью 12 м3 (8+4 м3) ра-

Рис. 3.34.

Схема трубопроводов гелиоустановки корпуса санатория им. Фрунзе в г. Сочи:

1 — солнечные коллекторы; 2 — насосы гелиоконтура; 3 — баки- аккумуляторы; 4 — насосы электрокотлов; 5 — электрокотлы; 6 — рецир­куляционные насосы ботает в режиме нагрева с солнечными коллекторами. При этом в зависимости от потребности в горячей воде могут работать все коллекторы или их половина. В ночное время первая группа баков-аккумуляторов автоматически пере­ключается в режим догрева в электрокотлах с водоразбо­ром из них со следующего утра. Вторая группа баков вме­стимостью 12 м3 утром дополняется водопроводной водой до заданного уровня и переключается в режим работы с солнечными коллекторами. Первая и вторая группы баков работают попеременно, обеспечивая подачу потребителям расчётного количества горячей воды с температурой 55 °С.

В связи с размещением баков-аккумуляторов на кровле здания предусмотрена установка рециркуляционных на­
сосов фирмы «GRUNDFOS»

UPS-32-120. На рис. 3.35 приведены графики сопо­ставления теплопроизво­дительности данной гели­оустановки при КПД 60 % и расчётного потребления корпусом горячей воды с температурой 55 °С.

Для горячего водоснаб­жения городского рынка в г. Краснодар разработана гелиоустановка площадью 220 м2, особенностью кото­рой является размещение солнечных коллекторов фирмы «AMCOR» (Изра­иль) на двух плоскостях

кровли с перепадом отметок в 4 м, а также двойное дубли­рование (электрокотлами и догревом от централизованно­го теплоснабжения), солнечных коллекторов (102 шт.) об­щей площадью 220 м2 устанавливаются на южной стороне кровли здания под углом 45° к горизонту. В данном случае применены коллекторы модели 2133. Предусмотрено два бака-аккумулятора, вместимость каждого 20 м3. Один бак обеспечивает суточную потребность рынка в горячей воде. Циркуляция воды через солнечные коллекторы обеспечи­вается двумя насосами LP-50-125/142 фирмы «GRUND­FOS». Первый насос включается при разности температур до и после солнечных коллекторов, равной 10 °С, второй — при разности температур в 20 °С. При недостаточном уров­не солнечной радиации вода догревается в электрокотлах ЭВК-60 фирмы «ТАВИА» (С.-Пб.) или в пластинчатых те­плообменниках, подключенных к системе централизован­ного теплоснабжения. Режим работы баков-аккумуляторов

Рис. 3.36.

Схема трубопрово­дов гелиоустанов­ки городского рын­ка г. Краснодар:

1 — солнечные кол­лекторы; 2 — насосы гелиоконтура; 3 — баки-аккумуляторы;

4 — насосы те­пловых дублёров;

5 — электрокотлы;

6 — пластинча­тый подогреватель;

7 — насосы горячего водоснабжения

1 — солнечные коллекторы; 2 — баки-аккумуляторы; 3 — насосы гелиокон­тура; 4 — насосы ГВС; 5 — пиковый подогреватель пароводяной
совместно с тепловыми дублёрами аналогичен режиму гелиоустановки спального корпуса санатория им. Фрунзе в Сочи. Схема трубопроводов гелиоустановки приведена на рис. 3.36. Особенность данной установки - применение микропроцессорного блока для автоматизации управле­ния. При этом обеспечиваются заполнение баков холодной водой до заданного уровня, последовательное включение насосов циркуляции воды через солнечные коллекторы, догрев воды в тепловом дублёре, подача горячей воды за­данной температуры потребителю.

В 2001 г. разработана, смонтирована и введена в эксплу­атацию гелиоустановка горячего водоснабжения ремонт­ного цеха локомотивного депо в г. Тихорецк площадью 96 м2. Солнечные коллекторы (120 шт.) КМЗ смонтирова­ны на кровле цеха на отметке 12 м. На рис. 3.37 приведена схема трубопроводов гелиоустановки. Циркуляция воды через солнечные коллекторы обеспечивается насосом 3, по­дача потребителям - насосом 4. Водопроводная холодная вода поступает в бак-аккумулятор № 1 через регулятор уровня в баке № 2, из которого производится водоразбор горячей воды. При этом бак № 1 работает в режиме нагре­ва с солнечными коллекторами. Горячая вода вследствии температурной стратификации поднимается в верхнюю часть бака № 1, откуда по перемычке перетекает в бак № 2, восполняя поданную потребителям порцию воды. Та­ким образом, один из баков работает в режиме нагрева с солнечными коллекторами, второй имеет запас горячей воды, готовый для потребления. При недостаточном уров­не солнечной радиации предусмотрен догрев воды в паро­водяном теплообменнике системы централизованного теплоснабжения.

В табл. 3.25 приведены технические характеристики рассмотренных выше гелиоустановок. При расчётах их дневной производительности принимались во внимание значения интенсивности прямой и рассеянной радиации

Наимено­

вание

гелио­

установки

Количе­ство/ пло­щадь СК, шт./м2

Изготовитель

СК

Средняя расчётная дневная производи­тельность (максималь - ная/мини - мальная), м3

Количе­ство И емкость баков - аккуму­ляторов, м3

Год

строи­

тельства

Размеще­ние СК

Краснодар,

издатель­

ство

«Советская

Кубань*

432/260

«Спецгелио­

тепло­

монтаж»,

Грузия

12,5/5,2

5x4

1989

Кровля

Тимашевск,

котельная

340/326

«Сибтепло - маш* Братск

23,0/9,5

2x75

1989

Кровля,

навесы

Сочи, санаторий им. Фрунзе

92/198,7

«AMCOR*

Израиль

17,3/3,0

2x8

2x4

проект

Навес над кровей

Краснодар,

городской

рынок

102/220

«AMCOR*

Израиль

17,2/7,1

2x20

проект

Кровля

Тихорецк, локомотив­ное депо

120/96

Ковровский

механический

завод

7,5/3,1

2x6

2001

Кровля

(по результатам обработки данных многолетних изме­рений); максимальные и минимальные значения произ­водительности на основе заданной продолжительности эксплуатации; температура воды на входе и выходе из ге­лиоустановки соответственно 15 и 55 °С.

В табл. 3.26 приведены стоимостные показатели ге­лиоустановок в ценах 2001 г. (при курсе 1 дол. США = 30 руб.). Стоимость гелиоустановок, построенных до 2001 г., пересчитана в сопоставимых ценах. Общая стои­мость гелиоустановок распределена на следующие со­ставляющие: солнечных коллекторов, учитывающая как собственно их приобретение, так и затраты на монтаж; баков-аккумуляторов с затратами на монтаж и теплоизо-

Стоимость гелиоустанов­ки, дол.

Составляющие общей стоимости гелиоустановки,

Й

О

и

vP

0s-

общая

удельная в расчёте наїм2

удель­ная в расчёте на 1 м3

солнечные

коллекто­

ры

баки-

аккумуля­

торы

пиковые догреватели с насосами

металлокон­струкции и трубопроводы

прочие

расходы

Краснодар,

издательство

«Советская

Кубань»

30500

117,3

2440

13300/43,6

8000/26,2

8200/26,9

1000/3,3

Тимашевск, котель­ная

24800

76,1

1078

15300/61,7

Сущ.

Сущ.

8500/34,3

1000/4,0

Сочи, санаторий им. М. В.Фрунзе:

— с коллекторами

77300

388,4

4468

41000/53,0

2000/2,6

5000/6,4

27800/36,0

1500/2,0

«AMCOR»;

— с коллекторами КМЗ

52900

266,0

1902

16600/31,4

2000/3,8

5000/9,5

27800/52,5

1500/2,8

Краснодар, городской рынок:

— с коллекторами

66150

300,7

3846

45350/68,6

3000/4,5

5200/7,8

11100/16,8

1500/2,3

«AMCOR»;

— с коллекторами КМЗ

39150

178,0

2276

18350/46,9

3000/7,7

5200/13,3

11100/28,3

1500/3,8

Тихорецк, локомотив­ное депо

15800

164,6

2107

8000/50,6

1000/6,3

Сущ.

5800/36,8

1000/6,3

ляцию; металлоконструкций и трубопроводов, включая материалы, вспомогательное оборудование, теплоизоля­цию, арматуру и затраты на монтаж; пиковых догрева- телей с насосами; прочие расходы (проектирование и на­ладка). Наименьшие удельные стоимости (76,1 дол./м2 и 1078 дол./м3) имеет гелиоустановка в Тимашевске, что обусловлено применением дешёвых солнечных коллекто­ров со стальными теплопоглощающими панелями, а также использованием существующего оборудования котельной, в первую очередь баков-аккумуляторов. Гелиоустановка издательства «Советская Кубань» в Краснодаре, оборудо­ванная аналогичными солнечными коллекторами, также имеет низкую удельную стоимость (117,3 дол./м2), одна­ко применение избыточной ёмкости баков-аккумуляторов из нержавеющей стали почти вдвое увеличивает удель­ную стоимость кубометра емкости (2440 дол./м3). По это­му показателю данная гелиоустановка менее выгодна, чем установка в г. Тихорецк с солнечными коллекторами с по­глощающей панелью из латунной трубки со стальным оре- брением. Анализ показателей гелиоустановок санатория им. Фрунзе в Сочи и городского рынка в Краснодаре пока­зывает, что варианты с коллекторами Ковровского меха­нического завода (поглощающая панель из латунной труб­ки со стальным оребрением) примерно в 1,5 раза дешевле варианта с израильскими коллекторами фирмы «AMCOR» (поглощающая панель из медных трубок со стальным оребрением).

В общей стоимости гелиоустановок основные затраты приходятся на приобретение и монтаж солнечных кол­лекторов, причем при использовании отечественных кол­лекторов они составляют 43,6-61,7 %. При замене изра­ильских коллекторов фирмы «AMCOR» на отечественные (КМЗ) затраты уменьшаются с 53 % до 31,4 %. Расходы на изготовление и монтаж баков-аккумуляторов из стали СтЗ с лакокрасочным покрытием незначительны, составляют

Наименование

гелиоустановки

Стоимость гелиоуста­новки, дол.

Стоимость сооружения замещаемого традици­онного источника анергии, дол.

Расчетное сезонное количество выработан­ной тепловой энергии, кВт-ч

Стоимость тепловой энергии выработанной гелиоустановкой, дол.

Срок экономической окупаемости, лет

Краснодар, издательство «Советская Кубань»

30 500

6500

98 509

3251

7,4

Тимашевск, котельная

24 800

8150

180 265

5949

2,8

Сочи, санаторий им. М. В.Фрунзе:

— с коллекторами «AMCOR»;

— с коллекторами КМЗ

77 300 52 900

5000

5000

167160

167160

5516

5516

13,1

8,7

Краснодар, городской рынок:

— с коллекторами «AMCOR»;

— с коллекторами КМЗ

66150

39150

5200

5200

135 168 135 168

4461

4461

13,7

7,6

Тихорецк, локомотивное депо

15 800

3000

60 307

1990

6,4

2,6-7,7 % и увеличиваются до 26,2 % при изготовлении баков-аккумуляторов из нержавеющей стали. Применение отечественных электрокотлов с насосами может увеличить стоимость гелиоустановки на 6,4-13,3 %. В расчётах при­нята стоимость наиболее качественных и дорогих электро­котлов фирмы «ТАВИА» (С.-Петербург).

В табл. 3.27 приведены экономические показатели ге­лиоустановок. При определении стоимости сооружения традиционного энергоисточника затраты на приобретение и монтаж электрокотлов катодного типа отечественного производства, насосов, трансформаторных подстанций также указаны в ценах декабря 2001 г. Соответственно сто­имость замещаемой энергии принята - 1 руб./(кВт-ч) или

0,033 дол./(кВт-ч). В таблице представлены результаты расчётов сроков экономической окупаемости по методике, изложенной автором в работе [101].

Минимальный срок окупаемости имеет гелиоустанов­ка котельной в г. Тимашевск (2,8 года), что объясняется низкой стоимостью солнечных коллекторов со стальной теплопоглощающей панелью (около 40 дол./м2), высоким КПД - 54 %, определяемым оптимальными температур­ными и гидравлическими параметрами работы, использо­ванием оборудования существующей котельной. Большой срок окупаемости гелиоустановки издательства «Совет­ская Кубань» в Краснодаре (7,38 года), также оборудо­ванной солнечными коллекторами со стальной теплопо­глощающей панелью, обусловлен высокой стоимостью баков-аккумуляторов из нержавеющей стали и их избы­точной вместимостью. Применение солнечных коллек­торов израильской фирмы «AMCOR» в гелиоустановках Сочи и Краснодара (городской рынок) приводит к увеличе­нию срока окупаемости до 13,7 года, что почти вдвое боль­ше чем при использовании коллекторов Ковровского меха­нического завода (7,6-8,68 года).

Сопоставление данных, представленных в табл. 3.27, и аналогичных показателей гелиоустановок площадью 22­54 м2, рассмотренных автором в работе [101], показало, что увеличение площади солнечных коллекторов в 2-5 раз не вызывает уменьшения сроков окупаемости.

ВОПРОСЫ ТЕОРИИ. И ИННОВАЦИОННЫХ РЕШЕНИЙ. ПРИ ИСПОЛЬЗОВАНИИ. ГЕЛИОЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ СИСТЕМ

ЭКОНОМИЧЕСКОЕ И ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ ГЕЛИОУСТАНОВОК

На основании результатов исследований автора Крас­нодарской лабораторией энергосбережения и нетрадици­онных источников энергии АКХ были разработаны Реко­мендации по проектированию гелиоустановок котельных и ЦТП. В данной работе были исследованы следующие во­просы: анализ …

СОЛНЕЧНО-ТОПЛИВНЫЕ КОТЕЛЬНЫЕ

Для солнечных водонагревательных установок соотно­шение параметров при отсутствии теплового дублёра выра­жается уравнением: О Л 0,278 10-3АЕ/ лг =ОгсрУ2-Ь), i-n vi - интенсивность суммарной солнечной радиации в плоскости сол­нечных коллекторов за …

Как с нами связаться:

Украина:
г.Александрия
тел./факс +38 05235  77193 Бухгалтерия
+38 050 512 11 94 — гл. инженер-менеджер (продажи всего оборудования)

+38 050 457 13 30 — Рашид - продажи новинок
e-mail: msd@msd.com.ua
Схема проезда к производственному офису:
Схема проезда к МСД

Партнеры МСД

Контакты для заказов шлакоблочного оборудования:

+38 096 992 9559 Инна (вайбер, вацап, телеграм)
Эл. почта: inna@msd.com.ua