Використання відновлюваних та альтернативних джерел енергії для забезпечення мікроклімату у будинках. Частина 2
Частина 2. Використання сонячної енергії
Джерело сонячної енергії теж належить до низькопотенційних. Для того, щоб пересвідчитись у цьому, досить проаналізувати кількість теплоти, котру можна отримати з одиниці поверхні сонячного колектора, розташованого на широті м. Києва. І для порівняння спробуймо оцінити необхідні витрати енергії для отримання тих чи інших комунальних послуг.
На рис.1 представлено дані про середньомісячну величину теплового потоку сумарної сонячної енергії, що надходить на 1 м2 поверхні колектора, і теплового потоку, що сприймається 1 м2 такого колектора за окремими місяцями року.
Рис. 1. Середньомісячний тепловий потік сумарної сонячної енергії на географічній широті м. Києва у Вт
Потреба у теплоті на опалення 10 м2 площі рядової квартири без термомодернізації становить близько 710 Вт, квартири на першому поверсі – 960 Вт, а на останньому – 1250 Вт. А дані графіка свідчать про те, що у січні тепловий потік, який можна отримати з 1 м2 сонячного колектора, становить лише 40 Вт.
Порівняння теплового потоку, що генерується, з одного боку, і з потребою в теплоті, з іншого, переконливо свідчить, що сонячний колектор площею 1 м2 зможе забезпечити теплотою лише 0,6 м2 площі рядової квартири, або 0,3 м2 квартири на останньому поверсі. За умови, що тепловий потік, який необхідний для опалення 80-квартирного житлового будинку (без термомодернізації) становить близько 180 кВт = 180 000 Вт, необхідна поверхня сонячних колекторів для опалення будинку має бути близько 5000 м2 (для порівняння: площа даху такого будинку становить 900 м2).
Таким чином, ми можемо відзначити, що опалення від сонячних колекторів можна забезпечити для такого будинку лише тоді, якщо потреба будинку в теплоті на опалення становитиме менше 30 кВт. Досягти цього, навіть шляхом підвищення теплозахисту огороджень будинку, неможливо.
Отже, перспектива опалення багатоповерхового будинку за допомогою лише сонячних колекторів є сумнівною. Може йтися лише про поєднання традиційних способів генерації теплоти за допомогою викопних чи інших видів палива і сонячної генерації. Реалізувати такі технології найбільш зручно у рамках впровадження сучасних систем централізованого теплопостачання.
Насамперед це означає, що в таких системах теплопостачання потрібно відмовлятися від високотемпературного графіку відпуску теплоти і здійснювати перехід на нижчу температуру теплоносія ─ до 60-70 oС ─ у подавальному трубопроводі теплових мереж і самих систем опалення. Це пов’язано з тим, що отримати високу температуру теплоносія в сонячних колекторах у холодний період року досить проблематично. У будинках споживачів теплоти необхідно виконати глибоку термомодернізацію з реконструкцією системи вентиляції і досягти низьких показників енергоспоживання. Крім того, у системі теплопостачання слід впровадити заходи з акумуляції теплоти.
Одна з можливих схем використання сонячної теплоти в системі централізованого теплопостачання представлена на рис. 2
Рис. 2. Принципова схема вироблення теплової енергії на базі котельні з використанням сонячних колекторів: Р – робочі тіла в системі теплопостачання; П – паливо; ДП – дуттьове повітря; ПЗ – продукти згорання; РТ СЦТ – робоче тіло централізованої системи теплопостачання (СЦТ); Т – теплообмінник; К – водогрійний котел СЦТ; Т1 – подавальний трубопровід СЦТ; Т2 – зворотній трубопровід СЦТ; АЕ – акумулятор енергії; СК – сонячний колектор; СП – споживач; А – навколишнє середовище
Схема працює за таким принципом: водогрійний котел К підігріває воду шляхом спалювання палива, і на виході вода, яка надходить до споживача (СП), має температуру t1. У разі, якщо температура зовнішнього повітря дозволяє використовувати теплоносій з не дуже високою температурою, то генерація теплоти здійснюється в сонячних колекторах з догріванням до потрібної температури у проміжних теплообмінниках Т. Кількість спаленого палива в котлах при цьому зменшується. Є можливість, за необхідності, здійснювати рециркуляцію теплоносія контуром сонячних колекторів, а також накопичувати гарячу воду, отриману в колекторах. Це потрібно робити, оскільки найчастіше період максимальної генерації теплоти від сонця не збігається з періодом максимального споживання теплоти з системи.
У якості сонячних колекторів необхідно використовувати такі конструкції, які здатні витримувати високі тиски води, характерні для систем теплопостачання, наприклад www.absolicon.com.
За використання сонячної енергії для нагрівання гарячої води теж необхідно потурбуватися про скорочення витрат води. Кількість теплоти, яку можна отримати з 1 м2 сонячного колектора протягом цілої доби у січні залишається незмінною – не більше 1,2 кВт∙год, а протягом доби літнього місяця – не більше 6 кВт∙год. Необхідні ж витрати на приготування гарячої води, наприклад, для миття посуду під проточною водою протягом 10 хвилин або прийняття душу ─
3 кВт∙год. Ситуація поліпшується, якщо душ приймати 5 хвилин – тоді вам потрібно витратити 1,5 кВт∙год. А втім, це значно менше, ніж буде отримано з 1 м2 сонячного колектора протягом усієї доби.
Таким чином, висновок очевидний – для використання сонячної теплоти в системі гарячого водопостачання знову потрібні спеціальні технології, частково – традиційні джерела паливної або електроенергетики і скорочення витрат енергії.
Таку технологію можна реалізувати за допомогою схеми, представленої на рис. 3
Рис. 3. Схема приготування гарячої води за допомогою сонячних колекторів
Схема включає сонячні колектори, баки-акумулятори води, пікові дублюючі потужності у вигляді паливних котлів, електрокотлів або системи централізованого теплопостачання, проміжні теплообмінники, системи автоматизації роботи.
Для восьмиквартирного будинку площа колекторів повинна становити близько 90 м2. У такому разі сонячні колектори покриють річне навантаження будинку на гаряче водопостачання на 16% річної потреби в теплоті. Об’єм баків-акумуляторів повинен бути не менше 4 м3, кількість колекторів – 45 шт. Інвестиції у систему – близько 2 млн грн. Протягом січня-квітня і
вересня-грудня дефіцит теплоти на приготування гарячої води, що покриватиметься через дублюючу систему теплопостачання, становитиме від 73% у січні або грудні, до 10% у квітні або вересні. У цілому за рік сонячні колектори згенерують теплоти 6030 МВт∙год, а кількість теплоти, отриманої із традиційних джерел енергії, буде 41000 МВт∙год. Із травня до серпня матимемо профіцит теплоти, яка вироблятиметься у колекторах.
Таким чином, застосування відновлюваних безпаливних джерел енергії дає можливість скоротити витрати традиційних видів палива, але вимагає обов’язкового їхнього дублювання традиційними джерелами енергії з використанням електричної енергії, палива або систем централізованого теплопостачання. А ефект, який можна досягти за впровадження таких технологій, залежить від рівня споживання енергії користувачами.
Перехід на альтернативні й відновлювальні джерела енергії є неминучим стратегічним напрямом розвитку теплоенергетики, але з урахуванням усіх викликів, які пов’язані з показниками надійності, керованості і забезпеченості систем.
Слідкувати за оновленням та перебігом проєкту можна на сторінках у соціальних мережах:
***
Посилання на статтю pdf 461.37 KB
Посилання на презентацію 3.55 MB
постів