Навигация:
Главная → Все категории → Энергосбережение в строительстве

Использование солнечной энергии для групповых и районных систем отопления


Использование солнечной энергии для групповых и районных систем отопления

Технология солнечного отопления от больших отдельно стоящих установок солнечных коллекторов получила значительное развитие с середины 1970-х годов. Научно-исследовательские работы в Швеции и других странах были сконцентрированы в первую очередь на коллекторах и методиках накопления тепла и незначительно — на обычных системах отопления, вентиляции и управления, которые также необходимы для того, чтобы создать полноценно действующую систему.

В условиях климата Швеции могут быть использованы многие из различных типов коллекторов для температурного диапазона ниже 100°С. Коллекторы с использованием вакуумных труб, производство которых основано на технологии производства флуоресцентных световых труб, высокоэффективны при низких и высоких температурах. Коллекторы на вакуумных трубах экспериментально использовали в Швеции для многочисленных небольших систем районного отопления с использованием солнечной энергии, и они были конкурентоспособны. Однако их стоимость должна быть значительно снижена прежде, чем такие системы представят интерес для рынка.

Солнечные коллекторы с линейным фокусированием или концентрирующие были использованы в проекте г. Ингелып-тад. Однако, кажется, что область применения концентрирующих коллекторов для производства тепла в условиях климата Швеции ограничена.

Коллекторы плоского типа не обеспечивают адекватных характеристик при температурных уровнях, необходимых для групповых и районных систем отопления. Однако в последние годы в Швеции достигнуты значительные успехи в разработке высокоэффективных солнечных коллекторов плоского типа. Их производительность почти удвоилась, в то время как установочная удельная стоимость каждого квадратного метра коллектора сократилась в 3 раза. Эти результаты достигнуты комбинацией различных мероприятий. Так, размеры модуля коллектора увеличили от нескольких до десятков квадратных метров. Упростили монтаж и подсоединение коллекторов — прежде это была очень дорогая операция. Эффективность коллектора повышена за счет дополнительного остекления с покрытием тефлоновыми пленками, что снижает конвективные потери. Внесено также множество детальных улучшений. Лучшие солнечные коллекторы плоского типа, использованные для групповых и районных систем отопления, теперь имеют характеристики, которые приближаются к коллекторам на вакуумных трубках и даже лучше, чем у концентрирующих коллекторов. Энергопроизводительность различных типов коллекторов, основанная на характеристиках действующих установок, показана на рис. 1.



Рис. 1. Производство энергии солнечными коллекторами; по результатам эксплуатации (Е. Вахлманн; R 147:1984)
D — вакуумные трубы, второе поколение, плоские высокоэффективные; С — вакуумные трубы, первое поколение; В — плоскопластинчатые трубы второго поколения; А — плоскопластинчатые трубы, покрытые с одной стороны стеклом, селективные


В настоящее время в Швеции усилия специалистов сосредоточены на солнечных коллекторах плоского типа, для которых, кажется, можно легко достичь конкурентного соотношения цена/производительность.

В процессе разработок значительное внимание уделялось также конструкции систем и архитектуре зданий. Системы заметно упростились. Теплопотери от частей системы помимо самих коллекторов сокращены благодаря применению упрощенных трубопроводов, снижению их диаметров, особому вниманию к теплоизоляции и соответствующему управлению. Ожидается, например, что среднегодовая эффективность массива солнечных коллекторов в системе г. Люккебю должна быть около 35%.

Швеция является одной из ведущих стран, использующих большие отопительные установки на солнечной энергии. Одна из частных шведских компаний, ответственных за значительную часть этой сложной работы, является также ведущим поставщиком и владельцем массивов солнечных коллекторов для групповых отопительных теплостанций. Большие установки из солнечных коллекторов могут быть построены с применением существующих методов; они способны обеспечить круглогодичное теплоснабжение с помощью;подходящего сезонного накопителя. Однако для конкурентоспособности при применении в групповых и районных системах отопления стоимость получаемого тепла от систем этого типа должна быть сокращена на 50%. На рис. 2 показаны данные об эффективности многочисленных экспериментальных проектов зданий с встроенным отоплением использующим солнечную энергию и сезонный накопитель тепла.



Рис. 2. Экспериментальные проекты зданий с встроенным солнечным отоплением и сезонным накопителем тепла
I — площадь солнечных коллекторов, м2: 1 — полуконцентрирующие коллекторы; 2 — концентрирующие коллекторы; 3 — коллекторы плоского типа, смонтированные на крыше; 4 — не защищенные стеклом коллекторы плоского типа, встроенные в конструкцию крыши; 5 — коллекторы плоского типа, встроенные в конструкцию крыши; 6 — высокотемпературные коллекторы плоского типа; II — накопители тепла, 1 ООО м3: 1-е шурфе; 2-е бетонном баке; 3-е шурфе; 4 — в глине; 5 — в полости скалы

Системы отопления с использованием солнечной энергии очень чувствительны к температурным уровням, что предъявляет специальные требования к проектированию системы и ее характеристикам. Некоторые трудности можно преодолеть, используя тепловые насосы. Однако с точки зрения производства первичной энергии от солнца система должна иметь резервы слишком большой мощности для тепловых насосов. Но в этом случае системы отопления с использованием солнечной энергии технически и экономически становятся в большой степени источником тепла для тепловых насосов, чем независимые системы отопления без них. В качестве источника тепла для тепловых насосов они могут конкурировать с другими возможными источниками тепла, такими, как тепло грунта и наружного воздуха. Следовательно, имеются различия между системами отопления с использованием солнечной энергии с тепловыми насосами и без них, а также с сезонным накопителем тепла и без него. В табл. 10.2 показаны области применения различных типов систем отопления с использованием солнечной энергии.

Экономика и эффективность. Сейчас трудно с какой-либо определенностью указать уровни стоимостей, до которых могут быть снижены установки отопления с использованием солнечной энергии в результате технических улучшений и рационального массового производства. В табл. 10.3 показаны стоимость и производительность экспериментальных проектов зданий, имеющих солнечные коллекторы.

Установки нагрева от солнечной энергии для групповых или районных систем отопления поставляются обычно по цене 1500 шв.крон/м2 (145,8 руб/м2) и имеют годовую производительность больше, чем 400 кВт ч/м2 [5], что эквивалентно цене на энергию около 25 эйри/кВтч (2,43 коп/'кВт ч).

Стоимости солнечных коллекторов основаны на полученных при производстве небольших партий индивидуальных экспериментальных проектов зданий. Не считая небольших систем, предназначенных для нагрева бытовой горячей воды, которые производятся в широком масштабе в Японии, в настоящее время нет массового производства солнечных коллекторов.

Усовершенствование в течение всего времени не прекращалось. Один и тот же тип солнечного коллектора не применялся на однотипных установках.

По существующим сегодня массивам солнечных коллекторов еще мало инженерного опыта, они состоят из продукции относительно массового производства. Следовательно, имеется возможность для их оптимизации и улучшения качества продукции.

Потенциальный рынок солнечных коллекторов так велик, что, несомненно, можно создать основу для их рационального массового производства.



Рис. 3. Удельная стоимость водяных накопителей тепла (Б. Абель; R 148:1984)
I — накопитель тепла — вода; II — накопитель тепла — вода, без теплоизоляции; 1 — существующая стоимость; 2 — ожидаемая стоимость при улучшении технологии, широкомасштабном внедрении и скидке


Отделом инженерного оборудования зданий при Высшем техническом учебном заведении им. Чалмерса установлены стоимости накопителей тепла солнечных коллекторов и в целом систем, основанные на данных, полученных на экспериментальных установках Совета. Экономические параметры отличаются от приводимых в других частях обзора и, следовательно, должны быть здесь приведены: реальная процентная ставка 4%; общий срок службы 40 лет; относительное увеличение стоимости энергии (за исключением электричества) 2%; амортизационные периоды: коллекторов 20 лет, системы отопления, вентиляции, трубопроводов и пр. 20 лет, накопителей тепла 40 лет.

Системы отопления с использованием солнечной энергии и сезонными накопителями тепла интересны с экономической точки зрения даже при существующем уровне производительности и капиталовложений. Цифры (рис. 5) показывают, что стоимость накопителей тепла больше зависит от их размера, чем от стоимости солнечного коллектора. В перспективе стоимость энергии для систем без тепловых насосов будет ниже, чем для систем с тепловыми насосами, так как разница в стоимости высоко- и среднетемпературного солнечных коллекторов этого типа систем меньше, чем стоимость теплового насоса.



Рис. 4. Стоимость систем высокотемпературных солнечных коллекторов, включая стоимость самих коллекторов, поддерживающих конструкций, трубопроводов, теплообменников и установок (Е. Абель; R 148:1984)
1 — существующая стоимость; 2 — ожидаемая стоимость при улучшении технологии, широкомасштабном внедрении и скидках




Рис. 5. Общая стоимость тепла от систем отопления с использованием солнечной энергии с сезонными накопителями тепла без тепловых насосов I и с применением тепловых насосов II. Системы без тепловых насосов были рассчитаны по данным экспериментальной установки в г. Ингельстад, а системы с тепловыми насосами ~ по данным установки в г. Ламбохов (Е. Абель; R 148:1984) 1 — существующая стоимость; 2 — ожидаемая стоимость при улучшении технологии, широкомасштабном внедрении и скидках


Препятствия на пути технического прогресса. Главным препятствием на пути широкого применения систем отопления на солнечной энергии с сезонными накопителями тепла является нехватка земли, необходимой для размещения коллекторов. Эта проблема может быть решена либо путем монтажа коллекторов на крышах зданий (что практически возможно только для небольших установок), либо созданием очень небольших массивов коллекторов, размещаемых на непригодной земле около зданий; большие массивы солнечных коллекторов могут быть размещены в стороне. При этом для достаточно больших массивов коллекторов допустимо некоторое повышение стоимости для прокладки необходимых трубопроводов между ними и зданиями или накопителем тепла.

Теплостанции с использованием солнечной энергии, подсоединенные к системам районного отопления, должны конкурировать с установками, работающими на дешевом топливе — обычно это твердое топливо. В этом случае главное препятствие в использовании твердого топлива связано с экономическим ущербом от его воздействия на природу. Наиболее перспективна альтернатива использования этих теплостанций совместно с центральными районными станциями.

Похожие статьи:
Опыт жилищных организаций

Навигация:
Главная → Все категории → Энергосбережение в строительстве

Статьи по теме:





Главная → Справочник → Статьи → Блог → Форум