Использование солнечных коллекторов для горячего водоснабэения в гостинице города-курорта Анапа

• 1.    Солнечная энергия как основной источник возобновляемой энергии

  Краснодарский край является регионом с высокой интенсивностью солнечной радиации. Солнечное сияние здесь более 2200 часов/год. У берегов Черного и Азовского морей 260–280 солнечных дней в году. Суммарная солнечная энергия, поступающая на горизонтальную поверхность в течение года, в среднем по региону составляет 1200–1400 кВт/ч на квадратный метр.

• 2.    Описание объекта

• 3.    Моделирование солнечного коллектора

В настоящее время становится актуальным применение возобновляемых источников электрической и тепловой энергии как в производстве, так и в быту. Это связано с проблемами доставки и экономии топлива, электрообеспечения районов с неразвитой централизованной сетью и необходимостью улучшения общей экологической обстановки. Эти вопросы в ряде случаев можно успешно решить с помощью нетрадиционных источников малой мощности.

В магистерской работе проводится оценка использования солнечных коллекторов в гостиничных комплексах с большим потребление горячей воды, а также расчет их эффективности и сроков окупаемости.

Так как район данного объекта не газифицирован, были установлены 2 электрических котла мощностью 56 кВт/ч. В работе предложен вариант использования лучистой энергии солнца для горячего водоснабжения и подогрева бассейна для снижения нагрузки на электрические котлы, а также в связи с ограничением на количество потребляемой электроэнергии, для данного объекта равной 250 кВт.

Так же было произведено 3D моделирование солнечного коллектора с помощью программ Компас-3D и STAR-SSM+.

Солнечные коллекторы могут работать с различными значениями удельного расхода теплоносителя. Расход измеряется в литрах/ч на 1 м2 площади абсорбера.

Увеличение расхода теплоносителя при одинаковой производительности коллектора уменьшает разность температур в первичном контуре, а уменьшение расхода – увеличивает разность температур.

При увеличении разности температур (то есть при уменьшении расхода) средняя температура коллектора возрастает, а его КПД падает. Правда, при уменьшении расхода теплоносителя требуется меньше электроэнергии для работы насоса и можно использовать соединительные трубопроводы меньших размеров.

На рисунке 1, 2, 3, 4 представлена зависимость температуры теплоносителя от его скорости.

Рис. 1 – Теплообменник солнечного коллектора при расходе 30 л/ч

Рис. 2 – График температуры солнечного коллектора при расходе 30 л/ч

Рис. 3 – Теплообменник солнечного коллектора при расходе 35 л/ч

Рис. 4 – Теплообменник солнечного коллектора при расходе 35 л/ч

В результате расчетов гелиосистемы определяем, что для данного объекта потребуется 24 солнечных коллектора компании Viessmann, общей мощностью 24 МВт/год, для компенсации 54% нагрузки на электрические котлы.

Подводя итог расчетов, можем определить, что наиболее подходящий угол наклона солнечного коллектора для теплого периода года 35°. Данный угол обеспечивает максимальную эффективность гелиополя размером 116 м2.

Так же была предложена новая технология, предотвращающая закипание солнечных коллекторов и продлевающая их срок службы, который составляет более 20 лет.

Высокоселективный абсорбер с оксидом ванадия. Компания Viessmann, начала испытания многослойного абсорбера. Один из этих слоев составляет оксид ванадия (VO2). при температурах выше + 75 °С оксид ванадия начинает менять свои оптические свойства. При разогреве значительно увеличивается его тепловое излучение и благодаря этому уменьшается температура коллектора. И чем выше будет температура абсорберу, тем выше будет его тепловое излучение. Особенно сильно этот эффект проявляется при температурах абсорберу от + 100 °С.)

Рис. 5 – Защита теплоносителя от закипания

В диапазоне стандартных рабочих температур абсорбер нового коллектора работает так же, как и стандартный плоский коллектор. А при температурах выше + 75 °С он начинает менять свои свойства и способность абсорберу отражать солнечные лучи многократно увеличивается, гарантируя тем самым не закипания теплоносителя в коллекторе.