Целесообразность использования систем солнечного теплоснабжения в городе Благовещенск
СОДЕРЖАНИЕ
Введение
.
ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ
.1
Характеристика г. Благовещенска
.2
Характеристика здания
.
ОСНОВНЫЕ СВЕДЕНИЯ О СИСТЕМЕ СОЛНЕЧНОГО ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ (ССТ)
.
РАСЧЕТ ЦЕЛЕСООБРАЗНОСТИ УСТАНОВКИ ССТ ДЛЯ УЧЕБНОГО КОРПУСА №6 АМУРСКОГО
ГОСУДАРСТВЕННОГО УНИВЕРСИТЕТА
.1
Расчет тепловой нагрузки на отопление здания
.2
Расчет системы солнечного теплоснабжения
.3
Выбор оборудования
.4
Срок окупаемости
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ
СПИСОК
ПРИЛОЖЕНИЕ
А
ПРИЛОЖЕНИЕ
Б
ВВЕДЕНИЕ
По оценкам ученых годовое поступление солнечной
энергии на Землю в 50 тыс. раз превышает энергопотребление человечеством. Этот
источник практически неистощим, а методы преобразования солнечной энергии
основаны на экологически чистых процессах. Солнечная энергия внастоящее время
уже используется для отопления и охлаждения зданий, тепловой обработки
железобетонных конструкций, сушки фруктов и овощей, подогрева воды, питания
рефрижераторов, производства электрической энергии в космосе и на земле.
Благодаря своему географическому положению
г.Благовещенск имеет хорошие перспективы развития солнечной энергетики (см.
Приложение А). Это хорошо можно проиллюстрировать на примере китайского города
Хэй-Хэ. Город Благовещенск и городской округ Хэй-Хэ разделяет река Амур, ширина
которой в этой местности около 800 метров, однако на территории китайского
города солнечная энергетика широко развита, солнечные коллекторы и фотоэлементы
установлены на крышах большинства домов.
Целью данной работы является рассмотрение
возможности установки системы солнечного теплоснабжения (ССТ) на крыше учебного
корпуса №6 Амурского Государственного Университета.
Планируется решить следующие задачи:
изучить конструкции и принципа действия ССТ;
рассчитать систему солнечного теплоснабжения для
отопления учебного корпуса №6;
выбрать оборудование;
рассчитать сроки окупаемости системы.
1. ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ
.1 Характеристика г. Благовещенска
Благове́щенск -
город в России
<#"871705.files/image001.jpg">
Рис. 1 - Принципиальная схема системы солнечного
теплоснабжения
Система ССТ включает три контура циркуляции:
первый контур, состоящий из солнечных
коллекторов 1, циркуляционного насоса 8 и жидкостного теплообменника 3;
второй контур, состоящий из бака-аккумулятора 2,
циркуляционного насоса 8 и теплообменника 3;
третий контур, состоящий из бака-аккумулятора 2,
циркуляционного насоса 8, водовоздушного теплообменника (калорифера) 5.
Функционирует ССТ следующим образом (1, с.5-9).
Теплоноситель (антифриз) теплоприемного контура, нагреваясь в солнечных
коллекторах 1, поступает в теплообменник 3, где теплота антифриза передается
воде, циркулирующей в межтрубном пространстве теплообменника 3 под действием
насоса 8 второго контура. Нагретая вода поступает в бак-аккумулятор 2.
Из бака-аккумулятора вода забирается насосом ГВС
8, доводится при необходимости до требуемой температуры в дублере 7 и поступает
в систему ГВС здания. Подпитка бака-аккумулятора осуществляется из водопровода.
Для отопления вода из бака-аккумулятора 2
подается насосом третьего контура 8 в калорифер 5, через который с помощью
вентилятора 9 пропускается воздух и, нагревшись, поступает в здание 4.
В случае отсутствия солнечной радиации или
нехватки тепловой энергии, вырабатываемой солнечными коллекторами, в работу
включается дублер 6.
3. РАСЧЕТ ЦЕЛЕСООБРАЗНОСТИ УСТАНОВКИ
ССТ ДЛЯ УЧЕБНОГО КОРПУСА №6 АМУРСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО УНИВЕРСИТЕТА
.1 Расчет тепловой нагрузки на
отопление здания
В связи с отсутствием достоверных данных, расчет
тепловых нагрузок на отопление отдельного здания определяется по укрупненным
показателям (6, с. 18-30).
(1)
где α- поправочный
коэффициент, учитывающий отличие расчетной температуры наружного воздуха для
проектирования отопления to от= -30 °С, при которой определено соответствующее
значение qo; принимается по таблице [3];
-расчетная температура наружного
воздуха, °С;
- температура воздуха внутри
помещения, °С;объем здания по наружному обмеру, м3;
- удельная отопительная
характеристика здания, ккал/м3 ч°С;
- расчетный коэффициент
инфильтрации, обусловленной тепловым и ветровым напором, т.е. соотношение
тепловых потерь зданием с инфильтрацией и теплопередачей через наружные
ограждения при температуре наружного воздуха, расчетной для проектирования
отопления.
Расчетный коэффициент инфильтрации
Kи.р определяется по формуле:
(2)
где g - ускорение свободного
падения, м/с2;- свободная высота здания, м;- расчетная для данной местности
скорость ветра в отопительный период, м/с; принимается по СНиП 23-01-99.
Средняя тепловая нагрузка на
отопление (приложение Б)
(3)
-расчетная тепловая нагрузка
отопления, Гкалл/ч;
-средняя температура наружного
воздуха за отопительный период, °С.
Годовая тепловая нагрузка на
отопление
(4)
-длительность отопительного периода,
ч.
Расчетный расход теплоносителя на
отопление, кг/с:
(5)
3.2 Расчет системы солнечного
теплоснабжения
Основным параметром ССТ является
годовая удельная теплопроизводительность, определяемая из уравнения (приложение
В).
= a + b (H - 1000), кВт·ч/м2, (6)
где H - среднегодовая суммарная солнечная
радиация на горизонтальную поверхность, кВт·ч/м2;, b - параметры, определяемые
из уравнения (6) и (7)
a=(a1
+ a2r
+ a3r2)
+ (a4
+ a5r
+ a6r2)
f + (a7
+ a8r
+ a9r2)
f2; (7)=(b1 + b2r
+ b3r2)
+ (b4
+ b5r
+ b6r2)
f + (b7
+ b8r
+ b9r2)
f2; (8)
где r - характеристика теплоизолирующих свойств
ограждающих конструкций здания при фиксированном значении нагрузки ГВС,
представляет собой отношение суточной нагрузки отопления при температуре
наружного воздуха равной 0 °С к суточной нагрузке ГВС. Чем больше r, тем больше
доля отопительной нагрузки по сравнению с долей нагрузки ГВС и тем менее
совершенной является конструкция здания с точки зрения тепловых потерь; r = 0
принимается при расчете только системы ГВС.
Характеристика определяется по формуле
(9)
где l - удельные тепловые потери здания, Вт/(м3·°С);-
количество часов в сутках;- кратность вентиляционного обмена воздуха, 1/сут;
rв
- плотность воздуха при 0 °С, кг/м3;
- теплоемкость воздуха при 0 °С и
постоянном давлении, Вт·ч/(кг·°С);- объем здания по наружному обмеру, м3;вн -
температура воздуха внутри здания, °С;- суточная нагрузка ГВС, равная 517
Вт·ч/м2;- жилая площадь здания, м2;
a1…a9; b1…b9 - коэффициенты, (5, табл.1
и 2);- коэффициент замещения, ориентировочно принимается от 0,2 до 0,4.
Уравнение (5) применимо при
использовании схемы, приведенной на рис.1.
Уравнение (5) применимо при
значениях:
£H£ 1900;
£r£ 4;
,2 £f£ 0,4.
Общая площадь поверхности солнечных
коллекторов находится по формуле
= Qf / q, м2. (10)
где f- доля полной среднегодовой
тепловой нагрузки, обеспечиваемой за счет солнечной энергии.
3.3 Выбор оборудования
По каталогу «Солнечные коллекторы с
вакуумными высокотемпературными трубками ES 58-1800- R1» выбираем коллекторы со
следующими характеристиками:
площадь одного коллектора 4,86 м2;
количество трубок 30;
глубина 0,145 м;
стоимость 39800 руб.
Количество коллекторов равно:
(11)
Тогда сумма, затраченная на
приобретение коллекторов:
(12)
Бак - аккумулятор выбираем исходя из
объема необходимого количества теплоносителя. Объем таких емкостей
рассчитывается исходя из количества солнечных коллекторов, и ни в коем случае
не определяется от объема теплоносителя в отопительной системе. В среднем это
значение равно 75 л на один метр квадратный площади абсорбера солнечной
системы.
(13)
По каталогу из соотношения
цена-качество выбрали 15 бак-аккумуляторов полной комплектации (трубы и
теплоизоляция) с двумя теплообменными спиралями LogaluxPNR1000-80 EW объемом
1000 л и стоимостью 99675 руб/шт.
(14)
Насосную станцию выбираем исходя из
расхода теплоносителя G=0,916 л/с. Для бесперебойной циркуляции установим 7
насосов марки TYY/SS-III, мощностью 93 Вт и регулятором потока: 2-8 л/мин
(0,03-0,13 л/с), стоимостью 10000 руб/шт.
(15)
На каждый контур с одним баком-аккумулятором
устанавливаем контроллер марки SM-SS-F, с точностью измерения температуры ± 2
oC, предел измерения температуры 0 ~150 oC. Входы: 4 датчика, 1 датчик Pt1000 (≤500
oC) для коллектора, 1 или 2 датчика NTC10K, B3950 (≤ 135 oC) для бака, 1
датчик NTC 10K, B3950 для насоса отопления. (PVC кабель ≤105 oC). Выходы:
4 реле, одно для тена, 2 для насосов, 1 для клапана. Окружающая температура:
-10 oC ~ 50oC. Класс защиты воды: IP40. Стоимоть: 6219 руб.
(16)
Рис. 3 - Схема присоединения
контроллера в ССТ
По данным энергоаудиторской компании
ООО «Этери» в г. Благовещенск стоимость монтажа системы из 3 коллекторов и 1
бака-аккумулятора составляет 15000 руб.
(17)
Таким образом ориентировочная сумма
капитальных затрат составляет:
(18)
3.4 Ежегодная экономия
Система солнечного теплоснабжения ввиду своих
особенностей неспособна полностью замещать центральное отопление круглосуточно,
поэтому в ночное время и пасмурные дни в качестве резервного источника будет
также задействовано центральное отопление.
Эксплуатация ССТ включается себя:
затраты на электроэнергию для привода насосов.
(19)
где Р-мощность одного насоса,
Вт;число насосов, ед;
-время функционирования системы
(отопительный период), ч
-тариф на электрическую энергию,
коп/кВт∙ч;
затраты на резервное отопление:
(20)
где 
-время функционирования резервного
отопления в год, ч;
-тариф на тепловую энергию,
руб/Гкал;
Общие затраты составят:
Определим затраты на теплоснабжение
за счет центрального отопления:
Тогда годовая экономия денежных
средств составит:
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
По итогам выполненных расчетов можно сделать
вывод, что использование системы солнечного теплоснабжения для отопления
учебного корпуса №6 Амурского Государственного Университета выгодно и
целесообразно.
В зависимости от типа и характеристик выбранного
оборудования гелиоустановки окупают себя за срок от 2-х до 5-ти лет. Согласно
расчетам срок окупаемости, рассмотренной системы составляет 4 года при
гарантийном сроке 15 лет, что является позитивным фактором для финансирования
аналогичных проектов.
Данная система отлично комбинируется с другими
энергосберегающими устройствами. Так, например, в качестве резервных источников
можно использовать такие передовые технологии как вихревой теплогенератор,
фотоэлементы, аккумуляторы энергии, что позволит снизить ежегодные
экономические затраты на эксплуатацию до минимума.
Следует учесть то, что начальные вложения на
установку солнечной водонагревательной системы в разы выше по сравнению с
традиционными системами теплоснабжения (газовые или электрические котлы) и
составляет примерно 80USD за один кВтч энергии (примерно 1900USD за 1кВт
мощности системы) на период окупаемости. Дальнейшее использование системы
предусматривает незначительные затраты только на плановые ремонты. Солнечные
водонагреватели способны обеспечивать до 100% потребностей в горячей воде и
обеспечить от 50% до 70% экономии затрат на отопление.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Методические
указания по расчету и проектированию систем солнечного теплоснабжения. М.н.
Егай, О.М. Коршунов, А.С. Леонович -Л: СЗПИ, 1990-12 с.
. Приказ
№258-пр/т от 13.12.2013 Об установлении тарифов на тепловую энергию,
отпускаемую энергоснабжающими организациями на 2014 год.
. СНиП
2.04.01-85*
. СНиП
23-01-99
. Тарнижевский
Б.В. Оценка эффективности применения солнечного теплоснабжения в России//
Теплоэнергетика, 1996, №5.
. Теплоэнергетические
установки и теплоснабжение: Методические указания к курсовой работе.
Л.Д.Рожкова - Л: СЗПИ, 1983 - 32 с.
ПРИЛОЖЕНИЕ А
Рис. 4
Рис. 5
ПРИЛОЖЕНИЕ Б
Расчет тепловой нагрузки на
отопление
ПРИЛОЖЕНИЕ В
Расчет системы солнечного теплоснабжения
Расчет системы солнечного теплоснабжения
кратность вентиляции
плотность воздуха
Вт*ч/(кг·К)
, 
благовещенск солнечный
теплоснабжение
удельная теплопроизводительность
площадь поверхности СК 
коэффициент замещения
для южной части европейской части
, 