Диссертация (1141603), страница 18
Текст из файла (страница 18)
( с учетом дополнительного подключения жилыхдомов и клуба)7. Утвержденный тариф на горячее водоснабжение 206,32 руб/м38. Затраты на горячее водоснабжение в летний период -229 тыс. руб., загод – 918,124 тыс. руб/год.9. В котельной установлена ёмкость 6,5-7 м3, предназначена для ГВС.Необходимо рассчитать количество солнечных коллекторов, необходимоедля снятия нагрузки на горячее водоснабжение в летний период и таким образомвывести из работы в период с апреля по октябрь угольную котельную и улучшитьэкологию поселка.
Котельная обслуживает 2 3-х этажных жилых дома и однушколу.В целях безопасности эксплуатации проработать защиту коллекторов отвскипанияводы.Технологическипроцессомучестьустановкубака–аккумулятора.Таблица 5.7 - Расчет количества солнечных коллекторов SUN 1, необходимогодля теплоснабжения объектов в пос. ЛиствянкаЯнв.31Февр.28 Март31Апр.30МайИюньИюльАвг.Сен.Продолжительность месяца, день3130313130 Окт.Ноя.Дек.Год313031365119 Продолжение таблицы 5.7 Среднемесячные значения солнечной энергии, падающей на оптимально ориентированнуюповерхность, кВт∙час/м2∙день2,924,375,555,835,624,894,014,004,173,672,862,334,195,65,65,374,03,125,9Количество пасмурных дней4,32,63,14,56,68,111,19,57,7Средняя продолжительность солнечного дня, час356,77,48,68,87,876,14,9Суммарное значение солнечной энергии за месяц, кВт∙час/м77,99111,00154,97 148,68 137,21 107,0479,8786,0493,0993,18269,87Среднечасовое значение солнечной энергии за месяц, кВт∙час/м0,970,870,830,790,650,560,510,570,680,7560,00 1218,4020,921,170,7170,0070,0070,00Часовая тепловая нагрузка на ГВС, кВт/час70,0070,0070,0070,0070,0070,0070,0070,0070,0070,00Суточная тепловая нагрузка на ГВС, кВт/сут910,00 910,00910,00 910,00 910,00 910,00 910,00 910,00 910,00 910,00 910,00 910,00 910,00Требуемая мощность солнечных коллекторов, кВт/час303,33 182,00135,82 122,97 105,81 103,41 116,67 130,00 149,18 185,71 293,55 455,00 155,11Среднемесячная производительность солнечного коллектора SUN 1, кВт/час1,191,071,010,960,800,680,630,700,830,911,131,420,87320178Требуемое количество солнечных коллекторов SUN 1, шт255171134128133153186186179203260Расчетное количество солнечных коллекторов 203 шт.
Такое количествосолнечных коллекторов позволит полностью покрыть расчетную суточнуютепловую нагрузку на ГВС в период с февраля по октябрь и от 60 до 80 %нагрузки в период с ноября по январь. При этом в феврале, марте, апреле, мае исентябре излишки тепла могут также покрыть и часть тепловой нагрузки наотопление. В системе солнечного теплоснабжения будет задействована ужеимеющаяся ёмкость, объёмом 6,5-7 м3.Таблица 5.8. Расчет срока окупаемости солнечного коллектора SUN 1Источник энергииСтоимость 1 коллектораSUN 1, руб.Стоимость расчетного количества коллекторов SUN 1 скомплектующими, руб. Угольное топливо14 000,004 563 893,70120 Продолжение таблицы 5.8 Цена энергоносителя по тарифу, руб/м3 (по данным наянварь 2017 г.)Стоимость энергоносителя за год, руб.Срок окупаемости, лет206,32918 124,004,1При затратах на горячее водоснабжение за год в размере 918 124,00 руб.,месячные затраты на ГВС составляют 76 510,33 руб.
При использованиисолнечного теплоснабжения экономия составит примерно 857 923,04 руб. Срококупаемости при этом составит примерно 5,5 лет. Используя излишки тепла вфеврале, марте, апреле, мае и сентябре на частичное покрытие тепловой нагрузкисистемы отопления можно сократить срок окупаемости на 20 %, то есть 4,4 года, ас учетом остановки котла на ремонтные летние работы и компенсации жильцамзатрат при отсутствии горячего водоснабжения [110] примерно 4,1 года.Вышеописанное технико-коммерческое предложение для пос.
Листвянкабыло представлено в администрацию Иркутской области. Кроме того быларазработана принципиальная схема котельной пос. Листвянка с учетом системыгелиотеплоснабжения (Приложение 3), в которой была также предусмотреназащита от вскипания теплоносителя в солнечных коллекторах. Данная защитазаключается в том, что в каждом из 4-х контуров гелиоколлекторов установленаёмкость (20) и, в случае приближения температуры теплоносителя к точкекипения, открывается клапан с электронным приводом (35) и теплоносительстекает в данную ёмкость. Объем ёмкости (20) должен превышать объемгелиоконтура.
После того, как давление в сети падает до заданного значения всвязи с отсутствием теплоносителя в трубопроводе, срабатывает реле давления(18) и подпиточный насос (19) подает теплоноситель обратно в сеть. Однако длятого, чтобы избежать повторного перегрева теплоносителя в системе установлентрехходовой клапан (36), который перенаправляет теплоноситель обратно ктеплообменнику (24). Такой режим циркуляции будет сохраняться до тех пор,пока температура теплоносителя в гелиоконтуре не упадет до заданного значения,после чего трехходовой клапан (36) перенаправляет теплоноситель в солнечные121 коллекторы (16).
В данной схеме функция обработки сигналов и управлениясистемой автоматизации возложена на контроллер (29).Для предотвращения вскипания теплоносителя по причине стагнации врезультате пропадания электрического напряжения в схеме были предусмотренытермостатические клапаны (37), которые откроются при достижении температурытеплоносителязначения,дополнительнойзащитызаданногобыланаданныхпредусмотренаклапанах.группаТакжедлябезопасности(21),предохранительный клапан которой также сбрасывает теплоноситель в ёмкость(20). После возобновления подачи электрического напряжения процесс проходитпо вышеописанной схеме.При необходимости слить теплоноситель вручную, можно использоватьшаровые краны (40).Выводы по главе 5В данной главе была произведена оценка рынка солнечных коллекторов вРоссии, по результатам которой было установлено, что рынок на территориинашей страны развит слабо.Было доказано, что благодаря ряду достоинств, описанных в предыдущихглавах, а также невысокой стоимости, которая составила от 13 до 15 тыс.
рублей,в зависимости от применяемых материалов, коллектор SUN 1 является вполнеконкурентоспособным на российском рынке солнечных коллекторов.Также был произведен расчет необходимого количества коллекторов дляразныхобъектовг.Иркутска,аименно:детскийсадна140мест(административное здание), 4-х этажный жилой дом, производственный объект ипоселок Листвянка, Иркутской области.Большие сроки окупаемости получились из-за тарифов на энергоносители.С увеличением тарифов уменьшится срок окупаемости. Однако стоит отметить,что при том, что средний срок эксплуатации плоских солнечных коллекторовсоставляет 40 лет, а коллекторы SUN 1 ремонтопригодны, то можно сделать122 вывод, что применение данных гелиоустановок даст большую экономию средстви энергоресурсов в административных, жилых и производственных зданиях.Как видно из таблиц 5.1, 5.3, 5.5 и 5.7, а также рисунка 5.1, в летний периодколичество тепла, выдаваемое солнечными коллекторами SUN 1, значительнопревосходит требуемое количество тепла.
В таком случае необходимо будетсовершать одно из возможных действий:-Накрывать лишние коллекторы брезентом на лето;-Дополнительноустановитьсистемурегулированиятемпературытеплоносителя, которая будет запускать циркуляционный насос только тогда,когда температура теплоносителя в баке аккумуляторе упадет ниже заданной;-Использовать такую систему защиты от вскипания как Drainback [111]или описанную выше;-Продавать излишки тепла близлежащим объектам или обратноэнергосбытовой компании.
Такая практика активно применяется в странахЕвропы. К сожалению в нашей стране она пока не используется.-Другие мероприятия [112].Методика расчета количества и срока окупаемости солнечных коллекторов,представленная в данной главе, может применяться для расчета любых солнечныхколлекторов для любого объекта в любом регионе России, что и былопродемонстрировано на примере пос. Листвянка, Иркутской области.123 ЗАКЛЮЧЕНИЕВ ходе работы над данной диссертационной работой были проведены обзорианализсуществующихгелиоустановок,врезультатекоторогобылоустановлено, что самым дешевым и простым типом солнечных коллекторовявляется плоский солнечный коллектор.
При этом, имея ряд недостатков, ониявляются весьма наукоёмким объектом исследования. Однако далеко не все изних эффективны в регионах с холодным климатом, таких как Восточная Сибирь,и они не позволяют максимально использовать потенциал солнечной энергетики вданных регионах. В связи с этим, используя эмпирические выражения,описывающие термодинамические процессы в плоских солнечных коллекторах, атакже уже известные способы повышения эффективности можно положитьоснову для разработки нового типа коллектора, который будет иметьповышенную эффективность в климатических условиях, приравненных кусловиям Крайнего Севера.Произведя оценку потенциала солнечной энергетики в Восточной Сибири сучетом данных Гонконгской обсерватории, NASA и обсерваторий стран бывшегоСССР удалось получить исходные данные для дальнейших расчетов.Было проведено исследование влияния конструктивных особенностейплоского солнечного коллектора на эффективность его работы, в результатекоторого подтвердилось, что снижение тепловых потерь плоского солнечногоколлектора является необходимым условием для его эффективной работы вхолодных климатических условиях.
На основе данных исследований былоподобрано оптимальное техническое решение, которое заключается в увеличениитолщины тыльной изоляции коллектора, а также применении двойногосветопрозрачного слоя. Двойное остекление позволит существенно снизитьполный коэффициент теплопроводности. При этом оптический КПД солнечногоколлектора снизится не более, чем на 10 %.Выполнив математическое моделирование распределения температурытеплоносителя в направлении потока, удалось доказать, что при увеличении124 длины тепловоспринимающих труб температура теплоносителя на выходе изгелиоустановки возрастает. Это позволит ускорить нагревание теплоносителя вгелиоколлекторе.
Последующий гидравлический анализ показал, что самымэффективным способом разместить удлиненную тепловоспринимающую трубку встандартном корпусе коллектора будет применение шести параллельныхмеандрообразных каналов. Данное мероприятие позволит минимизироватьгидравлическое сопротивление тепловоспринимающих труб, снизить финансовыезатраты на соединительные фитинги, снизить эксплуатационные затраты,минимизировав требуемую мощность циркуляционного насоса, а также обеспечиввозможность повышения коэффициента теплоотдачи от трубы к теплоносителюза счет увеличения мощности циркуляционного насоса с минимальнымифинансовыми затратами. Также было установлено, что увеличение количестватепловоспринимающих трубок увеличивает эффективность плоского солнечногоколлектора за счет того, что у каждой из трубок будет свое прямое ребро,меньшее по размеру, чем ширина корпуса коллектора.По итогам теоретического этапа данной диссертационной работы быларазработана новая модель солнечного коллектора Solar UNit 1 (SUN 1), в которойбыли применены все вышеописанные технические решения, а также возможностьпроизводить замену поврежденных деталей SUN 1, исключая полную заменугелиоколлектора.
Для испытания данного коллектора был собран единственный вВосточной Сибири испытательный стенд, куда в качестве эталонного образца былтакже установлен плоский солнечный коллектор «Сокол» и вакуумнаягелиоустановка HY-CY для проведения исследований, не связанных с даннойдиссертационной работой.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
