ИСПОЛЬЗОВАНИЕ СОЛНЕЧНОЙ ЭНЕРГИИ В СИСТЕМАХ ЭНЕРГОСНАБЖЕНИЯ СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА. СХЕМНЫЕ РЕШЕНИЯ
Проблемам использования солнечной энергии в системах тепло- и хладоснабжения сельских потребителей посвящена обширная литература [3, 9, 32, 34, 35, 41...47]. Солнечная энергия используется в системах отопления и вентиляции жилых зданий, животноводческих ферм, теплиц, в системах хладоснабжения и кондиционирования, горячего водоснабжения, в различных технологических процессах.
Как показывают результаты соответствующих расчетов, удельная годовая теплопроизводительность установок солнечного горячего водоснабжения в климатических условиях России достаточно высока и составляет 500...750 кВт-ч (тепловых) на 1 м2 коллектора при коэффициенте замещения нагрузки 0,4...О,6. Для сезонного (только в неотапливаемый период) солнечного горячего водоснабжения коэффициент замещения нагрузки повышается до 0,8, но удельная теплопроизводительность снижается [48].
Под эгидой ЮНЕСКО принята Всемирная Солнечная Хартия, подписанная главами 160 государств и правительств стран — членов ООН. В рамках этой Хартии предусматривается развитие использования как солнечной энергии, так и других нетрадиционных источников энергии. В составе проекта предусматриваются: создание Всемирной солнечной комиссии, Всемирной специализированной информационной сети; постоянное проведение межрегиональных конференций; создание общих программ и учебных средств для подготовки специалистов и т.п.
Ведущие позиции в разработке и промышленном производстве систем солнечного энергоснабжения занимают: США (выпускается свыше 1,6 млн. м2 коллекторов в год и свыше 18 млн. м2 уже введено в эксплуатацию; темп роста производства ФЭП более 20 % в год); страны Западной Европы (введено в эксплуатацию 5,9 млн. м2 коллекторов; ежегодный прирост ФЭП составляет 25 %); Япония (в эксплуатации находится 11 млн. м2 коллекторов); Австралия (3,9 млн. м2 коллекторов). В Израиле с 1980 г. жилые дома до девяти этажей в обязательном порядке оснащены установками солнечного горячего водоснабжения.
По данным Европейской Федерации, по индустрии солнечных установок в ряде Европейских стран приняты стимулирующие законодательства, которые обеспечили годовой прирост количества систем солнечного энергоснабжения на 18...23 %, т.е. более 0,1 м2 солнечных коллекторов на человека. В США эта цифра около 0,4, в Израиле — 0,6, на Кипре — 0,8 м2/чел.
В Дании построена солнечная топливная котельная для теплоснабжения поселка из 150 коттеджей с общей площадью коллекторов 8040 м2. В Европе восемь объектов оборудованы системой солнечного теплоснабжения с площадью коллекторов больше 2000 м2.
Для значительной территории России широкое использование солнечной энергии вполне обосновано в экономическом и экологическом отношениях.
Для примера приведем схемы систем гелиоустановок, которые сооружены и эксплуатируются.
На рис. 2.14 изображена двухконтурная схема с замкнутым циркуляционным контуром и разомкнутым контуром водоразбора. Гелиоустановка предназначена для теплоснабжения двухэтажного четырехквартирного жилого дома в с. Пересадовка Николаевской области. В циркуляционный контур системы входят солнечные коллекторы, секционные теплообменники баков-аккумуляторов и циркуляционный насос типа ЦВЦ. В качестве теплоносителя принят антифриз — водный раствор 45- процентного этиленгликоля. Общая площадь коллекторов составляет 28,8 м2.
Экспериментальные исследования системы проводились в 1984 г. Результаты испытаний представлены на рис. 2.15 [44]. Эксплуатация установки показала ее работоспособность и эффективность.
Схема гелиоустановки теплоснабжения с долгосрочным аккумулированием теплоты, разработанная в 1990 г. по плану проектирования Госгражданстроя, приведена на рис. 2.16. В установке предусмотрены латунно-алюминиевые солнечные коллекторы, тепловые насосы типов НТ-500М и НТ-1000М.
Рис. 2.14. Принципиальная схема солнечного теплоснабжения жилого дома в с. Пересадовка:
1 — гелиоприемники; 2 — расширительный бак; 3 — циркуляционный насос гелиосистемы; 4 — бак-аккумулятор горячей воды; 5 — котел газовый отопительный; 6 — в систему ГВС; 7,10 — в систему отопления; 8,11 — из системы отопления; 9, 12 — из водопровода; 13 — в систему ГВС; 14,17 — в систему отопления; 15,18 — из системы отопления; 16, 19 — из водопровода
В качестве баков-аккумуляторов используются заглубленные в грунт железобетонные резервуары, обвалованные слоем грунта толщиной 1 м над крышкой и под углом 45° к горизонту для размещения солнечных коллекторов. Несомненный интерес представляют комбинированные системы, использующие несколько типов возобновляемых источников энергии. Это позволяет более равномерно заполнить график энергопотребления. Такая система, как правило, в технико-экономическом отношении более эффективна.
Рис. 2.15. Результаты испытаний системы солнечного теплоснабжения в с. Пересадовка
Рис. 2.16. Тепловая схема системы солнечного теплоснабжения с тепловым насосом и долгосрочным аккумулированием теплоты:
1 — солнечный коллектор; 2 — сезонный бак-аккумулятор; 3 — бак промежуточных температур; 4 — бак антифриза; 5 — бак горячего водоснабжения; 6 — тепловой насос; 7—электроводонагреватели; 8 — подогреватель водоводяной; 9 — на горячее водоснабжение; 10,11 — водопроводная вода; 12 — сброс воды
Рис. 2.17. Принципиальная схема солнечного-геотермального теплоснабжения:
1 — солнечный коллектор; 2 — дополнительный источник теплоты; 3 — скважина геотермальная;
4 — тепловой насос; 5 — бак-аккумулятор отопительной системы;
6,8 — теплообменники; 7 — электрический водонагреватель; 9 — бак-аккумулятор системы горячего водоснабжения; 10 — система горячего водоснабжения; 11 — система сброса воды; 12 — насос; 13 — трехходовой кран
Рис. 2.18. Схема системы горячего водоснабжения двухквартирного сельского жилого дома с автономным энергоснабжением:
1 — солнечный коллектор; 2 — слив в сезонный бак-аккумулятор; 3 — емкий водонагреватель; 4 — электроводонагреватель; 5 — в ванную; 6 — на кухню и в постирочную одной квартиры; 7 — из колодца; 8 — стена-коллектор в стене Тромба; 9 — тепловой насос; 10 — к ТЕН-ам от ветроагрегата; 11 — насос; 12 — компрессор; 13 — сезонный бак-аккумулятор; 14 — ручной насос; 15 — слив антифриза в инвентарную емкость; 16 — отопление одной квартиры; 17 — конвекторы; 18 — напольное отопление; 19 — отопление второй квартиры
Анализ различных вариантов комбинированных схем энергосбережения, использующих возобновляемые источники энергии, выполнен в работе [49].
В работе [50] приведен ряд схем теплоснабжения комплекса зданий, включающих использование солнечной и геотермальной энергии. Одна из схем представлена на рис. 2.17. В схеме предусмотрена установка теплового насоса мощностью 3 кВт. Максимальная температура воды в конденсаторе равна 55°. Экспериментальные исследования показали высокую эффективность установки.
На рис. 2.18 изображена схема гелиоустановки системы теплоснабжения двухквартирного жилого дома, разработанная в КиевЗНИИЭП. В схеме предусматривается энергоснабжение потребителя также от ветродвигателя. Южный фасад выполнен в виде стены Тромба для систем пассивного отопления. Система отопления комбинированная — панельно-лучистая напольная с дополнительными настенными отопительными приборами.
Другие возможные принципиальные схемы комбинированного использования возобновляемых источников энергии приведены в последующих главах монографии.
