где V — удельный объем бака-аккумулятора (объем бака на 1 м^ площади солнечного коллектора) принимается соответственно равным для климатических районов: 11-0,06; т-0,07и1У-0,08мЗ/м2.

В двухконтурных установках температуру воды на входе принимают на 5 Ос выше определенной по формуле (6.63).

В первый час работы установки температуру на входе принимают равной температуре воды в баке-аккумуляторе.

Пример 3. Необходимо выполнить расчет одноконтурной установки с естественной Щ1ркулящ1ей для З-комнатного жилого дома на 4 жителя в Ялте. Исходные условия — см. пример 2.

Расход горячей воды по СНиП 2.04.01—85 — 100 кг/сут на одного жителя.

По метеоданным примера 2 вычисляют производительность установки по соответствующим формулам. При V - 0,08 м^/м^ конечное значение температуры нагретой воды достигает 42 °С, что ниже нормируемой СНиПом. Поэтому для увеличения температуры нагрева воды объем бака уменьшают до 0,55 м^/м^, вследствие чего получают необходимую температуру горячей воды Tj.^ = 50,4 °С. Расчетные данные сводят в табл. 6.9.

После 15 ч начинается вынос теплоты (Гр < ^норм) ™этому расчет следует прекратить. Общая выработка теплоты установкой - 55 кг/(м2.су1). Площадь коллекторов определяют следующим образом:

Л = 100-4/55 = 7,3 м2.

6.9. Расчетные данные для одноконтурной установки солнечши-о горячш) водоснабжения

6.5.РА(ЛВТ СОЛНЕЧНЫХ ТЕПЛОНАСОСНЫХ УСТАНОВОК НА МАТЕМАТИЧЕСКИХ МОДЕЛЯХ

в последние годы расчеты солнечных теплонасосных установок (СТНУ) привлекают все большее внимание отечественных и зарубежных исследователей. Однако опубликованные результаты базируются либо на излишне упрощенном теоретическом описании коэффициента преобразования теплового насоса, либо выполняются только в расчетном режиме. В связи с этим для оценки ряда эксплуатационных параметров СТНУ, необходимых для их проектирования, в КиевЗНИИЭП

использована описанная выше методика подобных исследований, выполненных ранее для двухконтурных гелиосистем горячего водоснабжения с принудительной циркуляцией теплоносителя. Детальная математическая модель теплового насоса достаточно сложна, поэтому для расчетов использована модель, базирующаяся на представлении объемной холодопроизводительности д.^ и холодильного коэффициента е в зависимости от температур испарения и конденсации [5]. В [6] приведены соответствующие графики для компрессоров типа ППО, работающих на хладагентах R 12, к 142 и к 1231 при рабочем объеме компрессора V = 0,08з м^. По этим графикам, используя методы планирования эксперимента, построены эмпирические зависимости второго порядка для работы на хладагенте R 12, которые после оценки значи-. мости коэффициентов регрессии принимают следующий вид:

f = 4,290 + 0,845Г„ - 0,828Г^ - 0,270Г^,Г^; О =q-У = 187,5 + 9,66Г2 + 69,38Т„ - 26,45Г^ - 8,66Г^^Г,

(6.64)

к>

где У - коэффищ1ент преобразования; Q - теплопроизводительность теплового насоса, Вт .4.

Выражения (6.64) позволяют составить систему уравнений, описывающих работу схемы, приведенной на рис. 6.12, а, и решить ее как функцию внешних условий. При этом предполагается отбор горячей воды в режиме с постоянной температурой г^, ^, регулируемой расходом.

Этими уравнениями являются:

(^вых - ^вх)/(^р - ^вх) = 1 - «Р(- Ar^WV,);

er=^r(W-W;

^пoл=^г fKf-i);

^в = Опол/{1г.в-^х.в).

(6.65)

(6.66)

(6.67) (6.68) (6.69)

где Hj - расход теплоносителя (водяной эквивалент); - количество теплоты, получаемой из коллекторов; - температура испарения хладагента, которая ниже Г^^^ на Д f„ = 5 OQ; Ojjijjj - теплопроизводительность СТНУ; У - коэффищ1ент преобразования; ~ количество воды (водяной эквивалент), подогреваемой в СТНУ до температуры Г^, g.

i----1 / 5

360

280 220 360 A. и

Рис. 6.12. Принципиальная схема (в) и графики (б) эависимосхи коэффициевта хфеобраэовавия У и вырабопш теплоты Опол для СТНУ от плицади коллектщюв А и температуры коидевсацииТк

1 — коллекторы; 2 — насос; 3 — испаритель; 4 — конденсаторы; 5 — регулятор температуры; 6 — бак-аккумулятор

Решая совместно эти уравнения, можно найти аналитическое выражение для при = const, по которому определяется т^^ и далее 1^^,^, ^.«поли^^з:

Г„ = ^ -(W^ - 49,S6)±[{W, - 49,56)2 _ о^зщу,^т^^^ - ^^т ^ ^н " "23)1/2} /д (б,70)

При использовании этих выражений как основы алгоритма была составлена программа для нахождения среднегодовых эксплуатационных показателей СТНУ горячего водоснабжения, которые (для климатических условий Ялты) приведены на Р"с. 6.12, б.

Их результаты показывают, что среднегодовой коэффициент преобразования f имеет обратную зависимость от величин и лежит в пределах 3 ... 4.5, что является достаточно высоким значением, и даже с точки зрения использования топлива вполне оправдывает применение электроэнергии для теплоснабжения. Среднемесячные значения для всех вариантов отличаются от среднегодовых не более чем на 10... 1^ %.

КПД солнечного теплоприемного контура мало связан с величиной т^и гораздо меньше, чем для обычных двухконтурных систем, зависит

Гяс 6.13. Зависимости стоимости выработанного СТНУ тепла Ст от Кг нСэУСГВ

; - Сэ = 3 руб/ГДж; Кг = 50 руб/м2; то же, соответственно: Я — 6 и 50; Ш-Зи75;;У-6и75; V-12h50; V/-12 и 75

С^,руб/гд>н

200 2U0 280 320 360 А, м

ОТ удельной площади коллекторов, изменяясь в интервале 0,52 ... 0,48, что на 15 ... 25 % выше КПД двухконтурных УСГВ без ТНУ {см. табл. 6.4).V

Теплопроизводительность СТНУ в рассматриваемом интервале значений А возрастает с ростом г^, а ее усредненные удельные значения находятся в интервале 3,05 ... 4,15 ГДжДм^. год) [6,5 ... ... 12 МДжДм^.дн.)]. Эти же показатели,вычисленные для климатических условий городов Одесса и Киев, дали близкие результаты.

Это позволяет перейти к технико-экономической оценке и выявлению областей оптимального применения СТНУ, для чего необходимо определить стоимость вырабатываемой теплоты из выражения

С,=[(Е„ + и)(к^+Р)+Сз]/д„„„,

(6.71)

где Ед - нормативный коэффициент окупаемости капитальных впожений в год (принят 0,1); И - норма эксплуатационных издержек как доля капитальных вложений; Kj, -удельная стоимость солнечного теплоприемного контура, р/м2; F — площадь солнечных Коллекторов, м2; Р - стоимость теплового насоса; руб.^С^ - стоимость расходуемой для ТНУ электроэнергии, руб.; Спол ~ вырабатываемая теплота.

Эффективность устройства СТНУ следует проверить по трем возмож-ньш базовым вариантам теплоснабжения: от котельной, от УСГВ без ТНУ и от ТНУ без УСГВ.,

Использование графиков на рис. 6.13 позволяет определить условия, при которых теплоснабжение от СТНУ эффективней, чем от котельной.

Из приведенных зависимостей следует, что устройство СТНУ при Ку = 50 руб/м2 эффективней прямого электроснабжения при = = 5,6 руб/ГДж [2 коп,/(кВт • ч)], а при К^. = 75 руб/м^ эффективней, когда Сэ = 9 руб/ГДж [3 коп/(кВт -ч)].

Если базовый вариант - ТНУ, устройство УСГВ даст повьштение

температуры испарения и улучшение за счет этого термодинамических показателей цикла. Расчеты показывают, что в этом случае зависимости имеют тот же характер, а несколько ниже (в среднем на 1 руб/ГДж).

Для сравнения СТНУ с УСГВ той же производительности определено пороговое значение некоторого комплекса параметров, начиная с которого СТНУ становится экономически целесообразным:

/= (Е„ + И)(КгА + Р)/ОпадГСз ^ 0,215.

(6.72)

При рассматриваемом значении входящих величин это означает, что. Сз > 3 руб/ГДж.

Таким образом, показано, что использование СТНУ может быть эффективно в Любом из трех возможных случаен: при замене традиционного источника теплоснабжения; устройстве солнечного теплоприемного контура в теплонасосной системе теплоснабжения, установке теплового насоса в системе теплоснабжения.

Если стоимость электроэнергии С^ > 2,5 коп/(кВт -ч) все три варианта эффективны при Kj. = 75 руб/м^; если Cg ^ 1,5 коп/(кВт -ч), то эффект

получают при Kj. = 50 руб/м^.

6.6. РАСЧЕТ СОЛНЕЧНЫХ ПРИСТАВОК К ТЕПЛОАККУМУЛЯПИОННЫМ ЭЛЕКТРОКОТЕЛЬНЫМ

в главе 4 приведены описания и схемные решения комбинированных солнечно-топливных и солнечно-электрических котельных. Их расчет сводится в первую очередь к определению необходимой площади солнечных коллекторов, что, как и в случае других установок и систем солнечного теплоснабжения, является задачей оптимизационной. Эта задача была решена для солнечно-электрических тепло-аккумуляционных котельных при климатических условиях Украины, но результаты решения могут быть использованы в случае отсутствия конкретных данных и для солнечно-топливных котельных, а также для других, близких по параметрам, климатических районов.

В КиевЗНИИЭП составлена программа для расчета в эксплуатационном режиме солнечно-электрической котельной производительностью 25 м^/сут (a(.yi= 4,7 ГДж, т^_^= 60^, 4_з= 15°), и для климатических условий Ялты ( = 450 (.щ.) и Киева( Г = 50° с.ш.). Были выполнены расчеты годовой и сезонной теплопроизводительности при изменении площади коллекторов от 20 до 320 м^. Результаты расчета, приведенные на Р"с. 6.14 могут быть использованы в полном объеме или выборочно для нахождения удельных параметров подобных установок.

178

а)

Q„gy,,MBm.v/iod

120 100 80 60 tO 20 О

07 0.6 0,5 0,^ 0,Ъ 0.2

0.1

20 70 120 170 220 ■ 270 Z20 Lm^

б)

Б(,МВт.ч/сезон

7гря \

сед сед

520 А.

Рис 6.14. Графики зависимости выработки Опол, КПД а и коэффициента замещения при годовой (а) и сезовной (б) работе приставок для климатических условий Ялш (сплошвая Ливия) и Киева (прерывистая линия)

^-Опол:2-г ;3- f

Оценка экономической эффективности, выполненная по традиционной методике, показала, что при удельной стоимости солнечной приставки менее 90 руб/м^ она становится экономически целесообразной при стоимости замещаемой электроэнергии выше 20 руб/(Мвт -ч). При этом оптимальное значение площади солнечного коллектора растет при снижении удельной стоимости: от 70 м^ при 90 руб/м^ до 170 м при 60 руб/м . При стоимости замещаемой электроэнергии 40 руб/(МВтч) возрастание площади в исследуемых пределах приводит к росту экономической эффективности устройства солнечных Приставок.