Всесезонный электрогелиоводонагреватель

В последнее время наблюдается расширение масштабов использования солнечной энергии в народном хозяйстве страны. Первоочередным направлением внедрения солнечных установок является горячее водоснабжение потребителей, не подключенных к централизованным системам теплоснабжения [1]. Солнечные водонагревательные установки могут найти широкое применение в сельском строительстве (горячее водоснабжение жилых домов, сельскохозяйственных производственных помещений, полевых станов и т.п.). В ряде случаев уже в настоящее время при относительно недешевом органическом топливе солнечные водонагревательные установки оказываются экономически эффективными. Оснащение потребителей солнечными установками позволяет повы- сить надежность их горячего водоснабжения, что для некоторых объектов, например животноводческих ферм, является чрезвычайно важным обстоятельством. Внедрение в сельский быт солнечных водонагревательных установок позволит улучшить бытовые условия работы сельского населения. Одновременно использование солнечной энергии взамен сжигания органического топлива способствует уменьшению загрязнения окружающей среды.

Наиболее эффективно использование солнечных водонагревательных установок в южных районах страны, где имеет место большее поступление солнечной радиации, и солнечные водонагревательные установки могут работать практически круглый год без применения специальных мер защиты от замерзания воды.

Успех внедрения солнечных водонагревательных установок во многом зависит от их конструкции, стоимости, удобства эксплуатации и надежности работы.

Поступление солнечного излучения на поверхность Земли для южных районов страны составляет 0,1–0,2 т у.т./год (0,7– 1,5 Гкал/м2·год). С учетом КПД солнечных водонагревательных установок и замещаемого источника энергии 1 м2 солнечная водонагревательная установка может обеспечить экономию 0,1–0,15 т у.т./год. Таким образом, общая потребность в солнечных водонагревательных установках для экономии, например 1 млн т у.т./год, равна 10–15 млн квадратных метров.

Для изучения поступления солнечной радиации на поверхность для зоны Ростовской области сотрудниками отдела элек- троэнергетики ВНИПТИМЭСХ были проведены исследования на примере марта месяца для тринадцати часов (рис. 1).

Как видно из графика, наибольшее поступление солнечной радиации приходится на диапазон углов отклонения от вертикальной плоскости 30–40 градусов.

При горизонтальном расположении приемника солнечной радиации (угол 90 градусов) происходит снижение уровня солнечной радиации на 40%.

При вертикальном расположении приемника солнечной радиации (угол 0 градусов) снижение уровня солнечной радиации составляет 14,5%.

Полученные закономерности необходимы при разработке экономичных всесезонных электрогелиоводогрейных установок.

Рис. 1. Зависимость солнечной радиации от угла отклонения плоскости приемника от вертикали

На основании проведенных исследований разработана конструкция адаптированного коллектора всесезонного электро-гелиоводоподогрева для условий северной страны. Стеклопакет со специальным слоем напыленного серебра замыкает тепловой поток в пространстве между стеклопакетом и тепловоспринимающей поверх- ностью. Это позволяет устранить замерзание воды в коллекторе в зимнее время, отказаться от дорогостоящего анодированного покрытия, улучшить условия теплоот-бора теплоотводящими медными трубками.

Многолетние исследования, проводимые во ВНИПТИМЭСХ, показывают, что использование трубок с фазопереход- ным веществом позволяет обеспечить горячее водоснабжение в вечерний максимум водоразбора (рис. 2).

ние затрат на её эксплуатацию за счет перевода работы на дифференцированные по времени тарифы на электроэнергию осу-

Повышение надежности системы ком- ществлено при помощи аккумулирования

Часы суток, ч

Рис. 2. Вероятность потребности в горячей воде: а – в период утренней дойки; б – в период вечерней дойки

Разработана рациональная схема всесезонного электрогелиоводоподогрева, существенно отличающаяся от раннее известных. Коллектор установки в виде накладного либо встроенного фальшокна располагается на южной стене здания. Такая конструкция зимой обогревает здание, летом создает прохладу. Использование двух емкостей для воды, расположенных друг над другом, создает постоянный дополнительный напор воды при его падении в водопроводной сети, обеспечивает двойной запас воды, позволяет при необходимости удвоить подачу горячей воды, производить сброс излишков горячей воды из нижней емкости в верхнюю. Емкости снабжены двумя программными устройствами, позволяющими гарантированно обеспечивать графики горячего водоснабжения и двумя термосифонами, включающими ТЭНы только при необходимости догрева воды. При чрезмерном повышении давления в баках срабатывают клапаны сброса давления.

В этих гелиосистемах нет подвижных или изнашивающихся частей. Они работают в течение 20 лет и практически не требуют эксплуатационного обслуживания.

Для сравнения в электрической установке каждые 3–5 лет нужно обязательно менять ТЭНы и проводить ревизию оборудования. Официальный срок эксплуата- ции электрического котла – до 10 лет. Газовый котел требует замены горелок раз в 4–5 лет, а также текущего эксплуатационного обслуживания (например, регулярной чистки), которые должны осуществлять специалисты.

Предварительное технико-экономическое обоснование показывает, что, если до установки гелиоколлектора использовалось газовое отопление, окупаемость системы составит около 7–8 лет, а при определенных условиях (росте тарифов или перерасходе топлива) и того меньше – 3–4 года. В случае электрического оборудования установка окупит себя за 3–5 лет.