Гелиоустановки горячего водоснабжения малой

Гелиоустановки горячего водоснабжения
малой производительности
http://www.geleo.boom.ru/article06.htm
Анализ технических аспектов разработки и эксплуатации крупных гелиоустановок
горячего водоснабжения (ГВС) в России и их экономических показателей
представлен в [1, 2]. Вместе с тем анализ зарубежного опыта свидетельствует, что
около
50
%
всех
эксплуатируемых
гелиоустановок
имеют
малую
производительность — из расчёта теплопотребления отдельных жилых домов. В
США на каждого человека приходится 0,4 м² установленной площади солнечных
коллекторов гелиоустановок, в Израиле — 0,6, на Кипре — 0,8 м² [3].
К гелиоустановкам ГВС малой производительности относятся установки для
жилых домов производительностью до 500 л в день. В Германии 450 тыс.
домовладельцев имеют установки для ГВС и отопления с общей площадью
солнечных коллекторов свыше 2 млн. м² [4]. На Кипре около 90 % частных домов
и больше 50 % гостиниц оборудованы гелиоустановками. Ежегодно на острове
выпускают солнечные коллекторы общей площадью 35 тыс. м² [5]. В США
годовой выпуск коллекторов составляет 1,6 млн. м² при общей площади
эксплуатируемых гелиоустановок более 20 млн. м² [3].
Определённый опыт разработки и эксплуатации малых гелиоустановок имеется и
в России. Так, в станице Благовещенской Краснодарского края используется
гелиоустановка (производительностью 200 л в день) для жилого дома с
солнечными коллекторами Ковровского механического завода. Гелиоустановка —
одноконтурная, циркуляция — термосифонная. Бак выполнен из стали 3 с
лакокрасочным покрытием, теплоизолирован, размещён на чердаке. Стоимость
гелиоустановки — 500 долл. Гелиоустановка такой же производительности с
коллекторами того же завода используется для дома на базе отдыха в этой
станице. Бак выполнен из пищевой нержавеющей стали, теплоизолирован, с
защитным
покрытием
изоляции
оцинкованной
сталью.
Стоимость
гелиоустановки — 700 долл. Гелиоустановки ГВС позволяют сократить почти на
2/3 годовое потребление энергии для семьи из четырёх человек. При этом
соответственно сокращаются выбросы в атмосферу CO2.
На рис. 1, 2 приведены показатели работы гелиоустановки площадью 6 м² в
условиях юга России. При этом потребность одного человека в горячей воде
принята равной 50 л в день. Как видно, гелиоустановка обеспечивает суточную
потребность семьи из четырёх человек без теплового дублёра в межотопительный
период с 15 апреля по 15 октября и требует догрева от традиционного источника в
остальное время. Схема гелиоустановки горячего водоснабжения с тепловым
дублёром представлена на рис. 3.
В России комплектные гелиоустановки малыми партиями выпускают Ковровский
механический завод (Ковров, Владимирская обл.), фирма "Конкурент"
(Жуковский, Московская обл.), НПО машиностроения (Реутово, Московская обл.).
Рисунок 1. Изменение производительности гелиоустановки площадью 6 м² в
течение года
Гелиоустановка Ковровского механического завода состоит из двух солнечных
коллекторов и прямоугольного бака вместимостью 160 л. Солнечные коллекторы
размерами 900 × 960 × 106 мм имеют теплопоглощающую панель из латунной
трубки со стальным оребрением, окрашенным селективной краской. Стекло —
обычное, толщиной 3 мм. Материал теплоизоляции полости — пергамин. Корпус
выполнен из стального профиля. Масса коллектора — 24 кг. Бак изготовлен из
стали 3 с лакокрасочным покрытием, теплоизолирован полистиролом. Эта
гелиоустановка работает по одноконтурной схеме. Бак оснащен регулятором
подпитки и распределителем нагретой воды, поступающей от коллекторов. В
комплект поставки входят опорные конструкции коллекторов, бак,
соединительные шланги, крепёжные изделия. Общая масса гелиоустановки — 150
кг, стоимость в комплекте на 01 ноября 2001 года — 500 долл. (301 долл / м²). При
натурных испытаниях в 1998 - 1999 гг. в летнее время нагрев воды до 50 °С
достигался при уменьшении заполнения бака до 120 л. Причина заключалась в
неудачной конструкции распределителя нагретой воды в баке. При этом в нём не
обеспечивались перемешивание и последующая стратификация воды.
Рисунок 2. Диаграмма сопоставления потребности в горячей воде семьи из
четырёх человек, солнечной радиации и производительности гелиоустановки
площадью 6 м²
Фирма "Конкурент", переименованная в 2001 г. в "Радугу-Ц", выпускала
гелиоустановку "Радуга-2М", состоящую из двух коллекторов и бака вместимостью
200 л. Солнечные коллекторы размерами 1830 × 630 × 100 мм имеют
штампованную сварную теплопоглощающую панель из нержавеющей стали с
селективным покрытием, стекло упрочнённое, с низким содержанием железа.
Теплоизоляция выполнена из базальтового фольгированного волокна,
пенополиуретана. Корпус и тыльная сторона коллектора изготовлены из
алюминиевых сплавов. Прямоугольный бак выполнен из нержавеющей стали,
теплоизолирован пенополиуретаном, имеет встроенную теплоприёмную панель, в
которую поступает теплоноситель от солнечных коллекторов (двух-контурная
схема). Бак оборудован регулятором подпитки, электронагревателем мощностью
1,6 кВт и терморегулятором с диапазоном регулирования от 10 до 90 °С. В
комплект поставки входят опорная конструкция коллекторов, соединительные
шланги, крепёжные изделия. Общая масса гелиоустановки — 83,5 кг, стоимость в
комплекте — 950 долл. (450 долл / м²). Производительность гелиоустановки в
день (по данным изготовителя) в условиях Москвы - до 170л, Краснодара — до 200
л. Продолжительность нагрева воды с 16 до 50 °С в ясный солнечный день — 6 6,5 ч (при использовании электронагревателя — 5,5 - 6 ч). Данные испытаний в
натурных условиях не опубликованы. В настоящее время фирмой "Радуга-Ц"
указанные гелиоустановки не выпускаются.
Рисунок 3. Схема гелиоустановки ГВС с тепловым дублёром
НПО
машиностроения
выпускало
одноконтурные
гелиоустановки
производительностью 80 л (один коллектор) и 120 л (два коллектора).
Коллекторы — двух видов, различающиеся материалом теплопоглощающей
панели: из нержавеющей стали и алюминия. Стоимость гелиоустановки
производительностью 120 л в комплекте — 400 долл. (400 долл / м²). В настоящее
время выпускаются только солнечные коллекторы размерами 2007 × 1007 × 100
мм с теплопоглощающей панелью из алюминия марки АД-31, стекло —
упрочнённое, толщиной 4 мм, теплоизоляция — изовер (стекловолокно), корпус
(обечайка) — из алюминиевого профиля, тыльная сторона теплоизоляции — из
оцинкованной стали. Масса коллектора — 54 кг.
Гелиоустановки ГВС, выпускаемые западными странами, различаются
конструкциями солнечных коллекторов, возможностью совмещения коллектора и
бака в так называемых ёмкостных солнечных коллекторах, геометрической
формой баков (вертикальные, горизонтальные), наличием или отсутствием
теплового дублёра и типом автоматики. В этих установках используются
коллекторы как с металлическими теплопоглощающими панелями, так и с
пластмассовыми, например, с панелью из полипропиленового проката с
горизонтальным баком.
Наибольшим разнообразием конструкций гелиоустановок ГВС бытового
назначения характеризуется рынок США. В них применяются солнечные
коллекторы площадью 0,9 - 2,3 м² с теплопоглощающей поверхностью из
нержавеющей стали, медных листов, труб с рёбрами из различных материалов.
Баки-аккумуляторы выполняются из нержавеющей стали с покрытием
стеклоэмалью, анодированные алюминием, из стеклопластика вместимостью 72 305 л. Стоимость таких гелиоустановок — 623 - 2777 долл / м².
Объёмы
выпуска
гелиоустановок
определяются
заинтересованностью
потребителей, наличием или уровнем государственного стимулирования,
экономическими факторами. Общепризнанно, что гелиоустановки, тем более
малой производительности, пока не могут быть конкурентоспособными с
традиционными энергоисточниками. В Европе действуют две модели
государственной поддержки развития энергетики [6]. В основе британской
модели — обязательные квоты на отпуск энергии от альтернативных источников
энергии. Этой модели придерживаются Франция и Ирландия, однако темпы
развития нетрадиционной энергетики в этих странах значительно ниже, чем в
государствах, работающих по германской модели. В Германии, Дании, Испании
действуют гарантированные государственные дотации на реализацию проектов с
использованием возобновляемых источников энергии.
Анализ опыта сооружения гелиоустановок в Испании свидетельствует о том, что в
условиях наивысшего в Европе уровня солнечной радиации, отсутствия
собственных энергоресурсов и соответственно их большой стоимости даже при
относительно высоком уровне жизни населения и наличии на рынке
гелиооборудования
ведущих
производителей
количество
работающих
гелиоустановок и площадь установленных солнечных коллекторов в стране
незначительны. И только с принятием в 2001 г. закона о дотациях владельцам
домов, установивших гелиоустановки, до 40 % их стоимости резко увеличились
объёмы продаж. В Италии при аналогичном положении дел с внедрением
гелиоустановок лишь предстоящее принятие новых государственных мер
стимулирования может изменить ситуацию.
В России низкие цены на традиционные энергоносители не способствуют
массовому применению гелиоустановок. Для установки производительностью 200
л в день при стоимости замещаемой электроэнергии 1 руб / (кВт · ч) и её работе
только в летнее время в условиях юга страны срок окупаемости в среднем
составляет около 10 лет. Вместе с тем при строительстве новых домов с
интегрированными в них гелиоустановками целесообразность сооружения
гелиоустановок не вызывает сомнения.
Выводы
1. Анализ мирового и отечественного опыта сооружения гелиоустановок
горячего водоснабжения малой производительности свидетельствует об их
перспективности.
2. Россия имеет ограниченный опыт разработки и эксплуатации малых
гелиоустановок. Отечественные производители практически не предлагают
комплектных качественных и недорогих гелиоустановок.
3. Перспективы развития гелиоустановок в России определяются:
o неизбежным повышением стоимости энергоресурсов на внутреннем
рынке;
o экологической востребованностью;
o расширением информации для проектировщиков по зарубежному
оборудованию гелиоустановок, их компоновочным и схемным
решениям.
Список литературы
1. Бутузов В. А. Солнечное теплоснабжение: состояние дел и перспективы
развития. — Энергосбережение, 2000, №4.
2. Бутузов В. А. Анализ энергетических и экономических показателей
гелиоустановок горячего водоснабжения. — Промышленная энергетика,
2001, № 10.
3. Рабинович М. Д. Современное состояние и направления развития систем
солнечного теплоснабжения в Украине и мире. — В кн.: Доклады II
Международной конференции "Нетрадиционная энергетика в XXI веке".
Киев , 2001.
4. Dynamischer Trend bei Solaranlagen. Stand und Perspektiven. — Flüssiggas,
1999, №6.
5. Wenn die Sonne heizt und kocht. Steiner Peter. — Kultur und Technik, 2000, №
3.
6. Schmelz Reyinal Europas Einfluss wächst. — Sonne, Wind und Warme, 2000,
№4.
Бутузов Виталий Анатольевич,
доктор технических наук