%

50

30 20 w

40

80

120 ISO 200 КрысрцЬ

Рнс 4,4. Зависимость доли замещения нагрузки горячего водоснабжения солнечной энергией от капитальных затрат на солнечную установку для котельных различной теплопроизводительности

I - 0,1/1,04 (в числителе - нагрузка на горячее водоснабжение, МВт, в знаменателе -

тепловая мощность котельной, МВт); 2 - 0,19/2,08; 5 - 0,25/2,32,-4 - 0,51/4,64; 5 - 0.76/6,96; 6- 1,02/3,25; 7-1,31/4,18

ние, принятых в типовых проектах котельных (рис. 4.4). При этом стоимость 1 м^ системы солнечного теплоснабжения принята для всех вариантов равной ПО руб/м^.

Рассматривая ряд отопительных котельных мощностью до 6 МВт, где нагрузка на горячее водоснабжение не превышает 1,5 МВт, видно, что оптимальная доля замещения нагрузки солнечной энергии находится в пределах 10 ... 50 %. Для котельных, имеющих ббльшую нагрузку на горячее водоснабжение, замещение ее солнечной энергией будет составлять меньший процент. Однако нижний предел по технико-экономическим соображениям должен быть не менее 10 %.

Известно, что на солнечные коллекторы приходится основная часть капитальных затрат при сооружении солнечной установки. Увеличение площади коллекторов обеспечивает большую долю замещения тепловой нагрузки, но одновременно ведет к удорожанию солнечной установки. При разработке технических решений перед проектировщиком стоит задача выбора из множества вариантов оптимальной площади коллекторов, обеспечивающей выработку максимального количества тепла при возможных минимальных затратах и с учетом располагаемой свободной территории для размещения гелиополя. Следует отметить, что, как правило, площадь коллекторов по условиям застройки объекта теплоснабжения, бывает меньше, чем требуется для получения оптимального коэффициента замещения /^ф. Площадь определяют по /-методу, который используют для определения долгосрочных тепловых характеристик систем солнечного теплоснабжения в зависимости от конструктивных параметров этой системы и метеорологических среднемесячных параметров для конкретной местности.

Рис. 4.5. Зависимость коэффициента теплопередачи внутренней поверх-иости каналов теплоприемника от расхода теплоносителя при его средней температуре 30 оС

220

т

по\

во

о 10

30

50

70

30 gw^mVz

За счет увеличения эффективности работы коллекторов можно соответственно уменьшить площадь солнечной установки, снижая этим капитальные затраты. Эффективность солнечного коллектора в значи-. тельной степени зависит от коэффициента теплопередачи внутренней поверхности каналов теплоприемника к^, а он в свою очередь прямо пропорционален расходу теплоносителя (рис. 4.5). Из рис. 4.5 видно, что оптимальным расходом теплоносителя через одну группу последовательно соединенных солнечных коллекторов могут считаться значения 0,03 ... 0,07 м-/ч. Удельный расход теплоносителя на 1 м^ поверхности солнечного коллектора принимают в пределах g = 10... 40 кг/(м?ч). Низкий расход жидкости через коллектор может существенно уменьшить выработку тепла вследствие уменьшения коэффициента теплоотдачи. Кроме того, при уменьшении расхода повышается температура теплоносителя, что приводит к росту потерь энергии в окружающую среду (рис. 4.6).

Принятые значения необходимо учитывать для оптимизации схемы взаимного соединения (параллельного или последовательного) отдельных солнечных коллекторов в блоки.

t;c

60

20\

/77 /И

W JOT т ж л мес

Рис 4.6. Зависимость выходной темп^атурт теплоносителя от удепьшнф расхода тешю-восителя

г

Как показали экспериментальные исследовния работы солнечно-топливной котельной, проведенные в г. Ашхабаде, при удельных расходах теплоносителя 10 ... 15 кг/м^- ч для получения расчетной выходной температуры теплоносителя число последовательно соединенных коллекторов в ряду должно быть уменьшено до 3 ... 5. Принятое в проекте решение о семи последовательно соединенных^ коллекторов в ряду обусловливает некоторое превышение выходно: температуры теплоносителя над расчетной, что, в свою очередь, снижает эффективность солнечной установки. Кроме того, это ведет к увеличенному расходу теплоносителя через один ряд последовательно соединенных солнечных коллекторов.

В СССР первая солнечно-топливная котельная, разработанная ЭНИН им. Кржижановского, была построена в Крыму для горячего водоснаб- ^ жения гостиницы "Спортивная" без возможности сезонного аккумулирования тепла (рис. 4.7). Котельная работает следующим образом. Из теплообменника нагретая вода поступает в промежуточный бак-аккумулятор. Если вода имеет температуру ниже заданной (42 ... 440С), то она возвращается снова в теплообменник. По достижении заданной температуры вода из промежуточного бака-аккумулятора сливается в основной бак-аккумулятор, оттуда подается потребителю. При необходимости вода догревается в теплообменнике котельной котловой водой.

Гелиосистема, выполненная в виде солнечной приставки к существующей котельной, проста в эксплуатации.

Солнечные коллекторы общей площадью 204 м^ расположены на опорной конструкции рядом с гостиницей и ориентированы на юг. Коллекторы объединены в 8 секций (по 40 единиц в каждой), а секции, в свою очередь, - в два блока. Соединение коллекторов в секции ~ параллельно-последовательное, секций в блоки - параллельное.

1985 г. в Грузии сооружена комплексная промышленная установка тепло- и хладоснабжения дома отдыха "Гумиста", включающая в себя две независимо работающие гелиосистемы, тепловой насос и котельную на органическом топливе (рис. 4.8). Предусмотрена возможность подачи теплоносителя из второго контура как непосредственно в линию горячего водоснабжения, так и в аккумуляторные емКости вместимостью 42 и 24 м^ соответственно в первой и второй гелиосистемах. Гелиосистемы выполнены в виде приставки.

Если интенсивность солнечной радиации недостаточна, чтобы нагреть воду за один проход теплоносителя через теплообменники, то осуществляется циркуляция воды между баками-аккумуляторами и теплообменниками. Нагретая вода поступает в бак-аккумулятор котельной, причем в случае необходимости вода догревается до требуемой температуры в пароводяном теплообменнике.

Рис 4.8. Принципиальная схема солвешю-тепловасосншо теплохладоснабжения до отдыха "Гумиста в Грузинской ССР

1, 17 - солнечные коппекторы; 2,18 — расширительный бак; 3, 15 — водоводяные теплообменники; 4,1Ь — насосы гелиоконтура; it — аккумуляторные баки; 6 - конденсатор; 7 — испаритель; 8 — холодильная машина; 9 — вентилятор; 10 — калориферы кондиционера; и - водяной бак; 12 — аккумулятор котельной; 13 - пароводяной теплообменник

Площадь солнечных коллекторов первой гелиосистемы составляет 720 м^. Они расположены на крыше столовой и состоят из двух параллельно соединенных блоков, состоящих соответственно из 7 и 22» секций. Число рядов в секциях колеблется от 8 до 24, а каждый ряд включает два последовательно соединенных коллектора.

Площадь солнечных коллекторов второй гелиосистемы составляет 260 м^. Они расположены в виде эстакады на хозяйственном дворе дома отдыха и состоят из 4 секций, содержащих по 16 рядов, и одной секции с 19 рядами двух последовательно соединенных коллекторор.

С апреля 1987 г. в с. Крапивна Золотоношского района Черкасской области эксплуатируется солнечно-электрическая котельная, предназначенная для горячего водоснабжения откормочного комплекса. Она состоит из существующей электрокотельной и вновь сооруженной солнечной приставки, которая служит для предварительного нагрева воды (рис. 4.5). В дневное время теплоноситель циркулирует по контуру: солнечные коллекторы - теплообменник - насос. Одновременно в контуре потребления происходит наполнение бака водопроводной водой, нагретой в теплообменнике. В ночное время теплоноситель нагревается в контуре дублера: электрокотел, использующий ночную внепиковую электроэнергию, - баки контура накопления - насос. В период разбора воды теплоноситель циркулирует по контуру: бак-94

Рис 4.9. Солнечно^лектрическая котельная (с. Крапивна Золотоношского района Черкасски обл.)

I - солнечный коллектор; 2 — теплообменник, 3 - бак-аккумулятор контура потребления; 4 -баки-аккумуляторы контура накопления; 5,6-насосы; 7 - электрокотел

аккумулятор контура накопления - теплообменник - насос. Горячая вода из бака-контура потребления насосом подается через теплообменник, где нагревается до требуемых потребителю параметров. Защита от замерзания - опорожнение. КПД гелиосистемы - 0,45. Солнечные коллекторы общей площадью 225 м^ установлены на уровне земли под углом 40° к горизонту и ориентированы на юг.

Солнечно-электрическая котельная обеспечивает высокую эффективность и эксплуатационную надежность горячего водоснабжения потребителей. При эксплуатации выявлено соответствие расчетных показателей натурным данным. Рекомендуется для применения в сельской местности. Комплексное использование внепиковой ночной электроэнергии и солнечной энергии - является одним из* наиболее перспективных направлений.

Экспериментальная солнечно-топливная котельная в Алма-Атинской области, предназначенная для горячего водоснабжения жилых домов и лабораторий, разработана ГПИ Казсантехпроект (рис. 4.10).

из ВОДОПРОВОДА

Рис 4.10. Экспериментальная солнечнотопливвая котельная (Алма-Атинская обй.)

- солнечный коллектор; 2 — теплообменник; 3 — насосы гелиоконтура; 4 — бак дпя спива антифриза; 5 — баки-аккумупяторы; 6 - расширительный бак; 7 — насос промежуточного контура; 8 - сетевой насос; 9 - дублер-теплообменник (существующий); 10 - циркуляционный трубопровод