|
|
Главная страница -> Технология утилизации
Эско №1,2002 - об использовании солнечных водонагревателей в климатических условиях средней полосы россии. Вывоз мусора. Переработка мусора. Вывоз отходов.Атаев А.Е., д.т.н. Елисеев Н.П., к.т.н. кафедра светотехники МЭИ Во всем мире на наружное, бытовое и производственное освещение затрачивается значительная часть производимой электроэнергии. В ниже следующей таблице приведены данные по годовому расходу электроэнергии для целей освещения (в абсолютных единицах и в процентах от производимой в стране электроэнергии) в некоторых развитых странах мира и России. СТРАНА Млрд. кВт*ч % РОССИЯ * 200 13 США 500 20 АНГЛИЯ 40 20 НИДЕРЛАНДЫ 16 20 * Данные, относящиеся к России, приведены по бывшему СССР. Сейчас можно лишь сказать, что в процентах цифра возросла, а в абсолютном значении уменьшилась. Приведенные цифры не дают представления об эффективности использования электроэнергии на освещение, но показывают насколько значимым является снижение затрат на искусственное освещение при ограниченности и исчерпаемости энергоресурсов, а также ухудшении экологической обстановки. Для России же актуальность решения данной задачи кроме того определяется большим расходом электроэнергии в расчете на миллион жителей ( в 1,5 раза выше, чем в Великобритании и Японии) и наличием дефицита электроэнергии в ряде регионов страны. Экономия электрической энергии может быть достигнута как за счет уменьшения установленной мощности, так и за счет уменьшения времени наработки за год. Номинальная мощность осветительного оборудования (установленная мощность ОУ) рассчитывается на стадии ее проектирования исходя из нормированных значений освещенности и качественных характеристик освещения, выбранной системы освещения и принятого способа размещения светильников, начальной световой отдачей используемых комплектов “лампа-пускорегулирующий аппарат (ПРА)”, коэффициента использования светового потока осветительной установки относительно рабочей поверхности, коэффициента запаса, зависящего от изменения светового потока ламп и КПД светильников во времени, снижения отражающих характеристик поверхностей помещения во времени. Рассмотрим мероприятия, проводимые в Америке, по экономии электроэнергии в быту: 1. Замена ЛН на КЛЛ. 2. Использование ЭПРА. Это обеспечивает экономию до 25% электроэнергии. 3. Новые сверхвысокочастотные лампы (СВЧ). Экономия электроэнергии составляет 30-50%, по сравнению с ДРЛ. 4. Использование естественного освещения (экономия электроэнергии в общественных зданиях достигает 50 %). 5. Использование световодов. 6. Правительственные специальные программы: уменьшение норм затрат электроэнергии на освещение, увеличение цен на электроэнергию, правительственное поощрение научных исследований и разработок, направленных на экономию электроэнергии, замораживание усилий по выработке электроэнергии в США, программа по реконструкции освещения в помещениях в течение 5 лет. Похожие усилия предпринимаются в Англии и европейских странах. Интересными мерами, на наш взгляд являются в Англии правительственный подарок каждому пенсионеру по 2 КЛЛ. Приведем эффективность источников излучения с точки зрения экономии электроэнергии и срока службы. Эффективность использования электроэнергии прежде всего определяется световой отдачей используемых источников излучения, равной отношению светового потока лампы (лм) к её мощности (Вт). Есть еще много параметров, характеризующих качество источников излучения, из которых здесь целесообразно привести срок службы. В нижеследующей таблице приведены световая отдача и средний срок службы в часах различных наиболее распространенных в настоящее время типов источников света. Параметр ЛН ГЛН ЛЛ КЛЛ ДРЛ МГЛ НЛВД Н, лм/Вт 12 18-20 70 55-65 50-60 80-110 80-140 Срок службы, час. 1000 5000 12000 10000 16000 10000 24000 Здесь: ЛН - лампы накаливания; ГЛН - галогенные лампы накаливания; ЛЛ - люминесцентные лампы; КЛЛ - компактные люминесцентные лампы; ДРЛ - дуговые ртутные лампы; МГЛ - металлогалогенные лампы; НЛВД - натриевые лампы высокого давления. Из приведенной таблицы видно, что КЛЛ и ЛН, применяемые в быту по светоотдаче отличаются примерно в 5 раз, т.е. на получение одного и того же светового потока для компактных люминесцентных ламп требуется в пять раз меньше электроэнергии. За время срока службы одна КЛЛ мощностью 20 Вт позволяет сэкономить , по сравнению с ЛН, 800 кВт ч электроэнергии, для выработки которой потребовалось бы 250 кг каменного угля или 200 литров мазута. Тем не менее у нас в стране КЛЛ применяются ограниченно. Причины две: высокая стоимость и ограниченный выпуск КЛЛ. В ниже следующей таблице приведены данные по выпуску различных источников света в миллионах штук в России. ГОД ЛН ЛЛ ГЛВД ВСЕГО 1993 950 72,3 7,53 1030 1995 1123 117 10 1350 2000 1496 140 15 1661 Здесь ГЛВД - газоразрядные лампы высокого давления, куда входят ДРЛ, МГЛ и НЛВД. КЛЛ за 1995 год было выпущено всего 0,2 млн. штук, что составляет 0,015% от общего объема. В Англии же уже в 1992 году было продано населению около 6 млн. штук КЛЛ, что составляет 2,6% от общего объема проданных населению источников света. На одну семью в среднем в Англии уже в 1990 году приходилось по 15 КЛЛ, и это позволило при довольно высоких нормах освещенности затратить за год на освещение всего 800 кВт ч. С 1990 года идет уменьшение годового потребления электроэнергии для освещения на один дом и к 2000 году планируется цифра 650 кВт ч. В России о массовом использовании КЛЛ в квартирах пока говорить вообще не приходится. Тем не менее сегодня уже на Московском электроламповом заводе и в Саранском АО Лисма производственные мощности могут позволить выпускать КЛЛ в количестве 2 млн. штук в год. Можно отметить также новейшие только разрабатываемые дуговые натриевые лампы высокого давления, серные лампы, сверхвысокочастотные лампы, источники излучения на светодиодах, источники излучения на основе автоэлектронной эмиссии. Однако, несмотря на более высокую светоотдачу, активно они будут использоваться заметно позже, и сегодня влиять на экономию электроэнергии по стране не могут. Наиболее массовыми источниками света в течение ближайшего десятилетия, позволяющими получить значительную экономию энергоресурсов и находящими все более широкое применение как для освещения общественных зданий, так и для освещения в быту будут ЛЛ и КЛЛ. Это обусловлено их достоинствами: высокими световыми отдачами (до 87 лм/Вт для мощных ламп), хорошей цветопередачей (общий индекс цветопередачи более 80), компактностью их светящих тел, позволяющую уменьшить материалоемкость светильников, а также возможностью прямой замены ЛН на КЛЛ со встроенными ПРА и цоколем Е-27. Достоинства современных источников света в полной мере могут быть реализованы с соответствующими пускорегулирующими аппаратами. В настоящее время для включения источников света используются: как электромагнитные ПРА (ЭМПРА, обычные, с пониженными потерями, с минимизированными потерями), так и электронные пускорегулирующие аппараты (ЭПРА, неуправляемых и управляемых). К достоинствам ЭМПРА следует отнести чрезвычайно высокую надежность и относительно низкую стоимость. К достоинствам комплектов лампа-ЭПРА следует отнести: - практически полное отсутствие пульсаций светового потока ламп, что позволяет использовать данные комплекты для освещения помещений с тяжелой зрительной работой, - высокие световые отдачи комплекта КЛЛ-ПРА , достигающие световой отдачи самих ламп при их работе на частоте 50 Гц, что позволяет обеспечить экономию электроэнергии в осветительной установке на 25%, - больший на 30-40 % срок службы ламп при их работе с ЭПРА, по сравнению с ЭМ ПРА, - возможность регулирования световым потоком ламп при работе с ЭПРА. Однако сравнительная дороговизна ЭПРА делает оправданным в настоящее время использование также ЭМПРА. Тем не менее на Западе в последние годы КЛЛ изготавливают только с ЭПРА, более того, ЭПРА начинают интенсивно использовать для ЛЛ и ламп высокого давления. Причем потребность в ЭПРА для ЛЛ на Западе ежегодно возрастает на 20-30%. Проведенный нами анализ показал, что при реализации указанных возможностей потенциал снижения установленной мощности искусственного освещения в общественных зданиях весьма ограничен. Например, лучшие из применяемых в настоящее время для внутреннего освещения общественных зданий источники света по характеристикам световой отдачи практически достигли “потолка” в 96–104 лм/Вт, а для современных типов светильников реальные значения КПД составляют 70–80% и резерв его повышения практически исчерпан. Все шире применяются отделочные материалы с высокими (до 0,8) коэффициентами отражения. Тем не менее возможно значительное уменьшение потребления электроэнергии в осветительных установках. Анализ показывает, что в структуре энергопотребления общественных зданий доля расхода энергии на цели освещения достигает 70%, четкая же персональная ответственность и материальная заинтересованность в экономии электроэнергии трудно реализуемы. В этом случае оптимизировать энергопотребление можно за счет применения автоматизированных систем управления. Системы управления освещением (СУО) поддерживают требуемые (нормируемые) уровни освещенности в процессе эксплуатации осветительной установки в соответствии с заданной программой, исключая перерасход электроэнергии. При использовании СУО экономия электроэнергии достигается за счет нескольких факторов. Во-первых, в начальный период эксплуатации люминесцентных ламп, а также при избыточном (по строительно-конструктивным, архитектурным или другим соображениям) количестве светильников создаваемая в помещении освещенность завышена и может автоматически уменьшаться до требуемого значения, что по оценке снижает энергопотребление на 15–25%. Во-вторых, наиболее значительную экономию электроэнергии позволяет обеспечить рациональное использование естественного освещения (ЕО) (переход от искусственного освещения к совмещенному), так как в течение достаточно большого времени суток освещение может быть вообще отключено либо включено на минимальную мощность (1–10% от номинальной). Экономия может достигать 25–40%. В-третьих, часовая наработка осветительной установки при отсутствии автоматического управления также превышает рациональные значения, так как при стихийном управлении искусственное освещение остается включенным при достаточном ЕО и отсутствии в освещаемых помещениях людей, а также в нерабочее время из-за забывчивости персонала. Проводимый нами комплекс работ направлен на создание отечественных автоматизированных систем управления освещением (СУО) общественных зданий. Разрабатываются как элементы таких СУО (электронные пускорегулирующие аппараты, контроллеры и др.), так и алгоритмы работы для подобных систем. При этом к разрабатываемым системам предъявляются требования не только обеспечения экономии электроэнергии, но и создания комфортной световой среды для пользователей, а также условий для удобного использования и обслуживания осветительной установки. Исходя из этого, автоматизированные СУО должны выполнять следующие функции: I. контроль состояния помещений, а именно: контроль количественных и качественных характеристик освещения в различных зонах помещения; контроль наличия людей в помещении; контроль состояния органов ручного управления освещением; контроль исправности светильников и режима их работы, контроль напряжения, тока, энергопотребления осветительной установки, а также характеристик качества электроэнергии; II. управление освещением помещений, а именно: автоматическое и/либо ручное управление (сценарий устанавливается с пульта управления); включение и выключение освещения в помещении полностью или по группам светильников; плавная регулировка светового потока каждого светильника или отдельных групп светильников. Системы общего назначения, наилучшим образом подходящие для централизованного управления освещением в зданиях, целесообразно строить по двухуровневой схеме. При этом СУО содержит некоторое количество контроллеров, размещенных вблизи управляемых осветительных установок и образующих первый уровень управления. Централизованное управление второго уровня осуществляется персональной ЭВМ, единственной на все здание, и взаимодействующей уже не с отдельными датчиками и светильниками, а с контроллерами первого уровня. Это позволяет гибко совмещать централизацию управления освещением с локальным управлением, собирать статистические данные о работе освещения в каждом помещении, а также ограничивать возможности индивидуальных пользователей по воздействию на освещение, что необходимо в целях экономии электроэнергии. Двухуровневая СУО сохраняет частичную работоспособность при отказе практически любых ее элементов и предоставляет большие возможности по интеграции управления освещением с другими информационными системами здания. Создаваемая нами СУО (её структурная схема приведена на рис.) строится по двухуровневой схеме путем объединения локальных систем в централизованную, с распределением приоритетов в управлении между центральным постом и потребителем в зависимости от ситуации. При этом центральная ЭВМ в основном выполняет функции контроля состояния ОУ и задания режимов работы системы, а локальные контроллеры – учет требований индивидуальных пользователей и непосредственное управление освещением. Такая схема позволяет добиться наибольшей экономии электроэнергии. Одним из аспектов, осложняющих применение микропроцессорных СУО в отечественных условиях, является традиционное присутствие в таких системах большого количества дополнительных электропроводок, служащих для обмена информацией между элементами СУО. Наиболее эффективным способом решить эту проблему является использование для этой цели проводов электрической сети. Нами разработан оригинальный способ помехоустойчивого обмена цифровой информацией через сетевую электропроводку, который будет использован в создаваемой СУО. Автоматизация управления освещением в разрабатываемой системе представлена функциями учета естественного света в помещении, контроля присутствия людей и возможностью работы с беспроводным дистанционным управлением. Следует отметить, что осветительная установка, управляемая по сигналам фотодатчиков, по сути является установкой совмещенного освещения. Это накладывает дополнительные специфические требования к количественным и качественным характеристикам световой среды, а следовательно, и к алгоритму работы СУО. Например, решающая роль в определении поведения осветительной установки в зависимости от уровня естественного света может принадлежать некоторым качественным характеристикам освещения, а не традиционно используемой горизонтальной освещенности. Поэтому актуальной светотехнической задачей исследований в области СУО, решаемой в настоящее время на кафедре светотехники МЭИ, является установление приоритетов в системе параметров световой среды и выработка алгоритма работы СУО в зависимости от наиболее важных из этих параметров. Следует отметить, что стоимость электроэнергии в России заметно меньше, чем в развитых странах, что в силу дороговизны элементов автоматизированных СУО препятствует в настоящее время широкому их применению. Однако наблюдаемая явная тенденция выравнивания цен на электроэнергию и необходимость улучшения экологической обстановки делают актуальными решение задач по разработке как элементов СУО, так и алгоритмов работы автоматизированных СУО.
О.С. Попель, С.Е. Фрид Институт высоких температур Российской академии наук АННОТАЦИЯ На основе математического моделирования простейшей солнечной водонагревательной установки с использованием современных программных средств и данных типичного метеогода показано, что в реальных климатических условиях средней полосы России целесообразно использование сезонных солнечных водонагревателей, работающих в период с марта по сентябрь. Для установки с отношением площади солнечного коллектора к объему бака-аккумулятора 2м2 /100 литров вероятность ежедневного нагрева воды в этот период до температуры не менее чем 37о С составляет 50 - 90%, до температуры не менее чем 45 оС: 30 - 70%, и до температуры не менее чем 55о С: 20 - 60%. Максимальные значения вероятности относятся к летним месяцам. ВВЕДЕНИЕ Возможности использования экологически чистой повсеместно доступной возобновляемой энергии солнечного излучения привлекают все большее внимание. В соответствии с прогнозами уже в течение ближайших 15-20 лет возобновляемые источники энергии (энергия Солнца, ветра, биомассы) должны занять заметное место в мировом энергетическом балансе, обеспечивая замещение истощающихся запасов органического топлива и экологическое оздоровление окружающей среды. В среднем по году, в зависимости от климатических условий и широты местности, поток солнечного излучения на земную поверхность составляет от 100 до 250 Вт/м2, достигая пиковых значений в полдень при ясном небе, практически в любом (независимо от широты) месте, около 1000 Вт/м2. В условиях средней полосы России солнечное излучение «приносит» на поверхность земли энергию эквивалентную примерно 100 - 150 кг у. т/ м2 год. Практическая задача, стоящая перед разработчиками и создателями различного вида солнечных установок, состоит в том, чтобы наиболее эффективно «собрать» этот поток энергии и преобразовать его в нужный вид энергии (теплоту, электроэнергию) при наименьших затратах на установку. Простейшим и наиболее дешевым способом использования солнечной энергии является нагрев бытовой воды в так называемых плоских солнечных коллекторах. Плоский солнечный коллектор представляет собой теплоизолированный с тыльной стороны и боков ящик, внутри которого помещена тепловоспринимающая металлическая или пластиковая панель, окрашенная для лучшего поглощения солнечного излучения в темный цвет (или покрытая специальным оптическим селективным покрытием, хорошо поглощающим относительно коротковолновое солнечное излучение и мало излучающее в инфракрасной области) и закрытая сверху светопрозрачным ограждением (один или два слоя стекла или прозрачного стойкого под воздействием ультрафиолета пластика). Панель является теплообменником, по каналам которого прокачивается нагреваемая вода. Вода направляется в теплоизолированный бак гидравлически соединенный с солнечным коллектором. За день вода из бака может несколько раз проходить через коллектор, нагреваясь до расчетного уровня температуры, зависящего от соотношения между объемом бака и площадью солнечного коллектора, а также от климатических условий. Циркуляция воды в замкнутом контуре солнечный коллектор – бак – солнечный коллектор может осуществляться принудительно с помощью небольшого циркуляционного насоса или естественным образом за счет разности гидростатических давлений в столбах холодной и нагретой воды. В последнем случае бак должен располагаться выше верхней отметки солнечного коллектора. В ряде стран солнечные водонагревательные установки стали обычным атрибутом жизни. Так, например, в Израиле горячее водоснабжение 80% всех жилых домов обеспечивается солнечными водонагревателями, что дает экономию более 5% производимой в стране электроэнергии. Многие десятки фирм-производителей различных типов солнечных коллекторов и водонагревательных установок успешно действуют в Европе, Америке, Австралии и других регионах мира. Суммарная площадь установленных в наше время солнечных коллекторов в мире превышает уже 50 млн. квадратных метров, что эквивалентно замещению традиционных источников энергии в объеме примерно 5–7 млн. тонн условного топлива в год. Пик развития «солнечного» рынка в мире, обусловленный разразившимся энергетическим «кризисом» и резким ростом цен на энергоресурсы, приходится на середину и конец 70-х годов. Во многих странах были приняты специальные государственные программы прямой финансовой, законодательной и информационной поддержки и стимулирования развития технологий использования нетрадиционных возобновляемых источников энергии. Говоря о солнечных водонагревателях, можно утверждать, что в настоящее время во многих странах мира технологии эффективного нагрева воды для бытовых целей солнечным излучением достаточно хорошо отработаны и широко доступны на рынке. Наиболее экономически эффективные сферы применения солнечных водонагревателей в значительной мере уже освоены. Например в США более 60% частных и общественных плавательных бассейнов обогреваются за счет солнечной энергии (простейшие бесстекольные, без тепловой изоляции, как правило, пластиковые солнечные коллекторы). В бывшем СССР, несмотря на искусственно устанавливаемые цены на традиционные энергоресурсы, вопросам развития гелиотехники также уделялось определенное внимание со стороны государства. Действовали государственные программы по линии Министерства науки и технической политики, Минтопэнерго. Вместе с тем эти усилия были направлены преимущественно на южные республики (Туркмения, Узбекистан, Грузия, Армения, Украина и др.), где климатические условия безусловно являются наиболее благоприятными для использования солнечной энергии. В результате, сегодня в России число действующих солнечных установок весьма ограничено. Тем не менее за последние годы в России сформировалось около десятка потенциальных производителей солнечных коллекторов и водонагревателей с отработанными на выпуске опытных и мелких партий технологиями их массового производства. Как правило, сегодня это – акционерные компании, занимающиеся другими основными видами деятельности. Следует отметить, что, как правило, разработанные российскими производителями солнечные коллекторы, отвечают современным техническим требованиям. Они изготавливаются из нержавеющей стали, в ряде случаев имеют селективные покрытия панелей, современную теплоизоляцию. К сожалению, крупных заказов производители не имеют и выпускают установки от случая к случаю, в связи с чем цена на них устанавливается довольно высокой – в большинстве случаев от 100 до 300 долларов в расчете на 1 кв. м площади коллектора. Высокая цена на изделия в сочетании с относительно низкими по сравнению с зарубежными внутренними ценами на топливо резко ограничивает спрос. Ситуация усугубляется также слабой информированностью потенциальных потребителей о возможностях практического использования солнечных установок, их преимуществах. В отличие от ведущих зарубежных стран у нас пока еще отсутствует законодательство, устанавливающие какие-либо льготы для производителей и потребителей экологически чистых энергетических установок. Вместе с тем в связи с тенденцией неуклонного роста цен на топливо и электроэнергию интерес к солнечным водонагревательным установкам растет. В этой ситуации возникает необходимость вновь вернуться к анализу проблемы и предоставить потенциальным потребителям и разработчикам объективную информацию о реальных возможностях использования солнечной энергии. В данной статье мы остановились на анализе эффективности солнечных водонагревателей применительно к климатическим условиям средней полосы России (Москва и московский регион), где по ряду оценок существует наибольший платежеспособный спрос на такие установки (летние кафе, коттеджи, дачи и т.п.). Ясно, что для более южных и «солнечных» регионов страны условия использования солнечных водонагревателей будут более благоприятными. ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ Рассматривается простейшая солнечная водонагревательная установка с объемом бака 100 литров (рис.1). Бак теплоизолирован. Циркуляция воды в контуре солнечный коллектор – бак может быть естественная или принудительная. На результаты анализа это обстоятельство не оказывает существенного влияния. Рисунок 1. Основная цель анализа состоит в определении возможности нагрева воды в баке в течение дня до определенной температуры, приемлемой для потребителя, за счет энергии солнечного излучения с учетом реальных климатических условий (интенсивность солнечной радиации, изменяющейся в течение дня, температура наружного воздуха). В качестве контрольных выбраны три уровня температур нагрева воды в баке: 37оС (это та температура, при которой вода ощущается нами как теплая), 45 и 55оС. Для бытовых целей (душ, мытье посуды, стирка белья и т.п.), как показывает практический опыт и статистические зарубежные данные, нагрев воды выше 40 - 45оС не требуется. Площадь солнечного коллектора в проводимых расчетах варьировалась в пределах 1 – 3м2. Забегая вперед, отметим, что увеличение площади солнечного коллектора более 3 м2 в расчете на 100 литровый бак естественно приводит к повышению максимальной температуры воды в баке и более раннему в течение дня достижению выбранных контрольных температур, но при этом вероятность ежедневного нагрева воды до требуемой температуры существенно не возрастает. Таким образом, исходя из бытового назначения установки, увеличение площади солнечного коллектора более 3м2 оказывается нецелесообразным, так как сопряжено с неоправданным увеличением стоимости установки. Рассматривались три типа солнечных коллекторов: простейший одностекольный солнечный коллектор с неселективным «черным» покрытием, двухстекольный солнечный коллектор с таким же покрытием теплопоглощающей панели и одностекольный коллектор с селективным покрытием. Теплотехнические характеристики рассмотренных коллекторов, базирующиеся на реально достижимых в производстве показателях, приведены в таблице 1. Таблица1. Тип солнечного коллектора Суммарный приведенный коэффициент тепловых потерь в расчете на 1 кв. м поверхности (FRUL), Вт/м2К Приведенный оптический кпд,(FRta) Отношение поглощательной способности панели к ее излучательной способности,(a/e) Одностекольный, неселективный 7,0 0,8 0,98/0,95 Двухстекольный, неселективный 4,0 0,7 0,98/0,95 Одностекольный, селективный 4,0 0,78 0,95/0,12 Моделирование работы солнечной водонагревательной установки осуществлялось с использованием современного мощного программного продукта TRNSYS, разработанного в Висконсинском университете (США) и широко используемого зарубежными научными центрами для моделирования работы солнечных установок. Для упрощения анализа предполагалось, что ежедневно нагретая вода вечером (после захода солнца) сливается из бака, и установка вновь заполняется холодной водой с температурой 10оС. В качестве исходной климатической информации использовался так называемый типичный метеогод (TMY), разработанный с участием ГГО им. Воейкова (С.-Петербург) на основе статистической обработки многолетних наблюдений метеостанций города Москвы в соответствии с международно принятой методологией. Типичный метеогод включает в себя ежечасную информацию о прямой, рассеянной и суммарной солнечной радиации, поступающей на горизонтальную поверхность, температуре воздуха, его влажности и скорости и направлении ветра. Именно наличие такой подробной и достоверной климатической информации позволило впервые выполнить достаточно детальный анализ влияния реальных местных климатических условий на работу солнечных установок. Целевой функцией проведенного анализа являлось количество дней в каждом месяце, в течение которых вода в баке нагревалась до установленного контрольного уровня температуры. РЕЗУЛЬТАТЫ МОДЕЛИРОВАНИЯ СОЛНЕЧНЫХ УСТАНОВОК Для того, чтобы дать представление о характере моделирования солнечного водонагревателя на рис. 2 представлены графики изменения суммарной солнечной радиации, поступающей на горизонтальную поверхность, температуры воздуха и температуры воды в баке солнечной установки в течение произвольно выбранных двух последовательных «типичных» дня августа. Приведенные результаты расчета относятся к одностекольному солнечному коллектору без селективного покрытия и отношению его площади к объему бака 2м2/100 литров. Рисунок 2. На рисунке горизонтальными линиями отмечены «контрольные» значения температур 37, 45 и 55оС. По кривой изменения солнечной радиации видно, что первый день является практически ясным, второй день - с переменной облачностью. Температура воздуха в эти дни изменяется в интервале между 18 и 25 оС. Температура воды в баке начинает повышаться с восходом солнца и в первый день вода нагревается от 10 оС до 37 оС примерно к 11-30 , до 45 оС - к 12-30, до 55оС - к 2 часам дня. Максимальный нагрев воды в баке (до 65 оС) имеет место примерно к 15 часам. При моделировании солнечной установки предполагается, что по достижении максимальной температуры циркуляция воды через солнечный коллектор прекращается, и в связи с тем, что бак хорошо теплоизолирован, вода в нем до вечера практически не остывает. В 22 часа горячая вода сливается и бак вновь заполняется холодной водой. В последующий день из-за облачности нагрев воды осуществляется более медленно, чем в первый день, максимальная температура воды в баке достигает лишь 60оС. В пасмурные дни, естественно, вода греется слабее, и в ряде случаев ее температура не достигает выбранных контрольных значений. В и на представлены результаты статистической обработки результатов моделирования работы солнечных водонагревателей в реальных климатических условиях Москвы. В таблице по месяцам года приведено количество дней, в которые температура воды в баке превышает заданные контрольные значения в зависимости от площади коллектора и его типа. Видно, что в период с ноября по февраль в рассмотренном диапазоне расчетных параметров вероятность нагрева воды даже до минимальной контрольной температуры 37оС оказывается весьма низкой. Использование солнечных водонагревателей в этот период нецелесообразно. Эффективное использование солнечных водонагревателей возможно лишь в период с марта-апреля по сентябрь. С увеличением удельной площади солнечного коллектора количество дней нагрева воды до приемлемых температур возрастает. Температура воды на уровне не менее 45оС при 2-3 м2 солнечного коллектора в летние месяцы достигается в 22-27 случаях. Это означает, что потребитель, имеющий простейшую солнечную водонагревательную установку с площадью солнечного коллектора 2-3 м2 и баком объемом 100 литров летом будет иметь горячую воду с температурой не менее 45оС с вероятностью 70-90%. Анализ результатов моделирования показывает также, что в летнее время потребитель будет иметь достаточно нагретую воду уже к середине дня (11-13 часов), а к концу дня с большой вероятностью вода в баке нагреется до 55-60оС. При выборе типа солнечного коллектора следует иметь в виду, что дополнительное остекление и применение селективного покрытия не приводят к кардинальному повышению теплопроизводительности солнечной установки, но сопряжены со значительным увеличением стоимости солнечной установки. ВЫВОДЫ В климатических условиях средней полосы России солнечные водонагревательные установки могут эффективно использоваться различными потребителями в бытовых целях в течение 6-7 месяцев в году (март/апрель - сентябрь). Для нагрева 100 литров воды солнечная установка должна иметь 2-3 м2 солнечных коллекторов. Такая водонагревательная установка в летнее время обеспечит ежедневный нагрев воды до температуры не менее 45оС с вероятностью не менее 70-80%. Как с энергетической, так и с экономической точек зрения для создания бытовых солнечных водонагревателей целесообразно использовать простейшие солнечные коллекторы с одним прозрачным ограждением. Применение селективных покрытий вряд ли целесообразно по экономическим причинам. Для успешного продвижения солнечных водонагревателей на российский рынок необходима разработка технических решений и применение новых материалов, обеспечивающих при высоком качестве и долговечности снижение стоимости солнечных водонагревателей по крайней мере до 70-100 долларов в расчете на 1 м2 солнечного коллектора. В этом случае при замещении водонагревателей солнечной установкой срок её окупаемости составит не более 2-3 лет. Приложение Контакты: О.С. Попель Институт высоких температур Российской академии наук 127412 Москва, Ижорская ул. 13/19, Тел. 485-23-74, Факс: 485-79-36, Вывоз мусора превратился и утилизация отходов Портативные анализаторы количества и качества электроэнегии и их применение в энергоаудитах. Установки на базе газопоршневых и дизельных двухтопливных двигателей. Программа форума по энергосбережению в мисхоре. Экология и энергетика. Любой панельный дом можно усовершенствовать. Главная страница -> Технология утилизации Экологически чистая мебель: |
