Применение солнечной энергии в системах горячего водоснабжения жилых зданий

Применение солнечной энергии в системах горячего водоснабжения жилых зданий

Теплоснабжение гражданских и промышленных зданий и сооружений традиционными способами требует затрат большого количества природного топлива. Для уменьшения удельного количества потребляемого природного топлива можно совершенствовать теплогенерирующие установки, либо использовать нетрадиционные источники энергии (солнечную, ветровую, геотермальную и т.д.) [1]. Возобновляемые ис-точники энергии неисчерпаемы, экологически чисты, не имеют отходов и дешевы. Однако их применение связано с высокой стоимостью преобразующих устройств, перио-дичностью работы, специфичностью места расположения [2]. Несмотря на все это, их использование растет. В ближайшем будущем специалистам в области теплоснабжения придется сталкиваться с различными системами, создаваемыми на основе нетрадиционных источников энергии, одним из которых является солнечное излучение. Солнечная радиация - практически неисчерпаемый и экологически чистый источник энергии.

Солнечная энергия является почти неограниченным источником, поступающая мощность которого на поверхность Земли оценивается в 2000 ГВт. Годовой приход солнечной энергии эквивалентен 1,3.1014 тоннам условного топлива. В технических вопросах использования солнечной энергии следует выделить два аспекта - электроснабжение и теплоснабжение.

В настоящее время для концентраторов энергии требуется большая площадь поверхности. Кроме того, технология изготовления модулей концентраторов является дорогостоящей. Для создания постоянного поступления вторичного энергоносителя нужны аккумуляторы. Необходимость создания системы аккумулирования выдвигает дополнительные, но преодолимые трудности и увеличивает стоимость энергии [3].

Существует много различных схем систем солнечного горячего водоснабжения от простых, с естественной циркуляцией (основные компоненты: солнечный коллектор, бак-аккумулятор), до более сложных, с принудительной циркуляцией воды (основные компоненты: солнечный коллектор, бак-аккумулятор, насос). У каждой из них есть свои достоинства и недостатки. При выборе системы следует, прежде всего, руководствоваться данными об экономии энергии, надежности конструктивных узлов, эффективности осуществляемых мер против замерзания и долговечности коллекторных труб. Вопросы условий эксплуатации систем и выбора места их установки следует решать в за-висимости от особенностей климата и рельефа местности.

Для оценки рациональности применения установок по преобразованию солнечной энергии в тепловую в средней полосе России, нами произведен ряд расчетов. В расчетах оценивались технологическая и экономическая целесообразность использования одностекольных солнечных коллекторов для горячего водоснабжения 40-квартирного жилого дома. За расчетный месяц выбран июль, как месяц с наибольшей суммарной солнечной радиацией.

Приведем полученные основные технико-экономические показатели установки по преобразованию солнечной энергии в тепловую энергию для горячего водоснабжения жилого дома:

коэффициент полезного действия установки - 39%;

площадь коллекторов - 452 м2;

суммарный объем баков-аккумуляторов - 28 м3;

годовая выработка тепла установкой 550 ГДж;

срок окупаемости - 19 лет.

Как видно, площадь плоских коллекторов для 40 квартирного дома довольна большая, потребуется занять практически всю крышу дома. Срок окупаемости также вы-сок. Это связано с тем, что величина солнечной радиации, поступающей на поверхность ниже, чем в южных районах. Тем не менее, возможность использования солнечной энергии остается.

У систем, генерирующих тепловую энергию из солнечной энергии, есть два неоспоримых плюса:

1) отсутствие необходимости постоянно платить за энергию; 2) такие системы экологически чисты.

Системы горячего водоснабжения с использованием энергии солнца требуют еще много доработок, особенно для применения в России, в частности, в средней и се-верной её частях. За границей использованию возобновляемых источников энергии уделяется гораздо больше внимания, пока мы всё ещё продолжаем тратить ограниченные природные топливные ресурсы [4].

Возможно, прогнозируемый многими энергетический кризис подтолкнёт российских ученых и инженеров к активному развитию использования неисчерпаемых энергетических ресурсов, которые находятся в свободном доступе по всей планете. Повышение КПД солнечных коллекторов может значительно сократить требуемую для их установки площадь. На наш взгляд, использование солнечной энергии в системах горячего водоснабжения может быть эффективным хотя бы в летний период, поскольку солнечная радиация в это время довольно высока. По крайней мере, для частных малоэтажных домов солнечные системы могут стать более выгодными с экономической точки зрения, так как расходы для таких домов не велики и легко могут быть покрыты за счёт энергии солнца.

ЛИТЕРАТУРА

Сибикин Ю.Д., Сибикин М.Ю. Нетрадиционные возобновляемые источники энергии М.: ИП РадиоСофт, 2008. 228 с.

Матрунчик А.С. Использование альтернативных источников энергии в малоэтажных зданиях на примере ветрового генератора малой мощности / Матрунчик А.С., Красильников И.В. // Молодые ученые - развитию текстильно-промышленного кластера (ПО¬ИСК - 2014): сборник материалов межвузовской научно-технической конференции аспирантов и студентов с международным участием. Ч. 2. Иваново: Иванов. гос. поли- техн. ун-т, 2014. С. 197-198.

Авезов, Р. Р. Системы солнечного тепло- и хладоснабжения / Р. Р. Авезов; Под ред.

В. Сарнадского. М.: Стройиздат, 1990. 464 с.

Инженерный и экономический анализ энергосберегающих мероприятий / Алоян Р.М., Федосов С.В., Матвеева Н.Ю., Красильников И.В., Андреева О.Р., Летиция Гарсия Крус, Давид Валеро, Висенте Монтиэль, Иисус Иньеста; под общ. ред. Федосова

С.В. Тамбов: Изд-во Ип Першина Р.В., 2014 .165 с.

УДК 628.356

Количество показов: 758