На основании результатов исследований автора Крас­нодарской лабораторией энергосбережения и нетрадици­онных источников энергии АКХ были разработаны Реко­мендации по проектированию гелиоустановок котельных и ЦТП. В данной работе были исследованы следующие во­просы: анализ опыта эксплуатации солнечно-топливных котельных и ЦТП с гелиоустановками; методики расчё­тов солнечной радиации в условиях Краснодарского края; теоретические основы проектирования гелиоустановок и выбор оптимального варианта размещения солнечных коллекторов; основные теплоэнергетические показатели и схемные решения гелиоустановок котельных и ЦТП; ана­лиз экономической целесообразности сооружения и экс­плуатации гелиоустановок котельных и ЦТП, в том чис­ле принципы сопоставимости, структуры капитальных вложений, годовые эксплуатационные затраты, расчёт экономии топлива, эффект от снижения вредных выбро­сов, определение экономически целесообразных удельных капитальных вложений на сооружение гелиоустановок, стоимостей солнечных коллекторов, металлоконструк­ций. В указанных рекомендациях на основании обработки многолетних данных интенсивности солнечной радиации городов Краснодара и Геленджика по известным методи­кам были определены расчётные месячные теплопроизво­дительности выпускаемых до 1990 г. отечественных кол­лекторов при углах наклона 30° и 45° к горизонту.

Анализ экономических показателей гелиоустановок горячего водоснабжения, построенных в 1999-2000 гг., выполнен в работе [101]. В табл. 3.28 приведены техниче­ские показатели 10 таких установок. На них применены солнечные коллекторы Ковровского механического завода различных конструкций теплопоглощающей панели и те­плоизоляции. Коллекторы размещены на кровлях зданий, либо на навесах. Баки-аккумуляторы выполнены из не­ржавеющей стали, стали СтЗ с различными покрытиями. Теплоизоляция баков — стекловата и оцинкованная сталь. Схемы гелиоустановок — одноконтурные, циркуляция воды через солнечные коллекторы — термосифонная или на­сосная. Режим работы гелиоустановок — сезонный. В табл. 3.29 представлены стоимостные показатели гелиоустано­вок, приведённые к ценам 2000 г. по курсу 1 дол. США = 28 руб. Стоимость гелиоустановок, построенных в 1999 г. пересчитаны с учётом официальных показателей ин­фляции за соответствующий период. При анализе пока­зателей общая стоимость гелиоустановки распределена на следующие составляющие: солнечные коллекторы, учитывающая как собственно их стоимость, так и затра­ты на их монтаж; металлоконструкции и трубопроводы, включающая стоимость материалов, вспомогательного оборудования, арматуры, теплоизоляции и их монтаж; бак-аккумулятор с его монтажом и теплоизоляцией; про­чие расходы: проектирование и наладка. В табл. 3.30 приведены экономические показатели указанных выше гелиоустановок.

В общем случае при условии равенства эксплуатацион­ных затрат гелиоустановки и традиционного энергоисточ-

№ п/п	Наименование	Стоимость гелио­установки, дол.	Стоимость сооружения замещаемого традици­онного энергоисточни­ка, дол.	Расчётное сезонное количество выработан­ной тепловой энергии, кВт-ч	Стоимость тепловой энергии, вырабатывае­мой гелиоустановки, ДОЛ.	Срок экономичес-кой окупаемости, лет
1	г. Анапа, база отдыха «Рассвет», душевые	5714	1393	20406	653	6,6
	г. Анапа, база отдыха «Ладога»:	3071	928,6	10203	326	6,6
2	— столовая;	5214	1392,9	20406	653	5,9
	— душевые; — прачечная	5429	1392,9	20406	653	6,2
	г. Новороссийск,
3	база отдыха «Лесная	7250	2785,7	28242	904	4,9
	поляна», столовая и
	душевые
4	г. Темрюк, детсад « Колокольчик »	2750	928,6	15576	498	3,7
5	г. Анапа, база отдыха «Элита»:	4786	1160,7	11050	354	10,2
— столовая;	4857	1160,7	11050	354	10,4
	— душевые
6	Курортный комплекс «Инал», база отдыха	5679	1625	15138	484	8,4
« Кубаньбургаз »:	6143	1625	18270	585	7,7
	— столовая;
	— душевые

ника срок экономической окупаемости гелиоустановки мо­жет быть определён по формуле

где Ту — срок экономической окупаемости, лет; Кт, Кт — ка­питальные вложения в гелиоустановку и замещаемый тра­диционный энергоисточник, руб.; Q — годовое количество тепловой энергии, выработанное гелиоустановкой, кВт ч; Ст — стоимость замещаемой тепловой энергии, руб./кВт-ч.

Капитальные вложения на сооружение гелиоустановки определяются по формуле

(3.35)

где Кг — капитальные вложения в гелиоустановку, руб.; kg — удельные капитальные вложения на сооружение ге­лиоустановки, руб./м2; q — удельная теплопроизводитель­ность гелиоустановки, кВт-ч/ м2.

Соответственно из формул (3.34) и (3.35) следует, что удельные капитальные вложения на сооружение гелиоу­становки выражаются уравнением:

(3.36)

Согласно нормам проектирования удельная теплопро­изводительность гелиоустановки определяется по формуле

(3.37)

где г|г — КПД гелиоустановки; Js, Jd — интенсивность пря­мой и рассеянной солнечной радиации, падающей на гори­зонтальную поверхность в течение усреднённых суток рас­чётного месяца, кВт-ч/м2; Ра — коэффициент положения солнечного коллектора для прямой солнечной радиации; Ъ — угол наклона солнечных коллекторов к горизонту.

Расчётное годовое количество тепловой энергии, выра­батываемое гелиоустановкой, выражается уравнением

Q = nG’Tcv(t2-t1),

где Q — расчётное годовое количество тепловой энергии, кВт-ч; Gr’ — расчётный суточный расход горячей воды по­требителя для месяца с минимальным уровнем солнечной радиации (для гелиоустановок без дублёра), кг; п — продол­жительность эксплуатации гелиоустановки, ч.

Таким образом, удельные капитальные вложения на сооружение гелиоустановки определяются по формулам

К=К+К«+Ьб+К’ (3.40)

где kK, ftMK, k6, йпр — удельные капитальные вложения соот­ветственно в солнечные коллекторы, металлоконструкции и трубопроводы, бак-аккумулятор и прочие; принимаются для каждой гелиоустановки с учётом конкретных условий.

Удельные капитальные вложения в солнечные коллек­торы целесообразно определять, ограничив значения их расчётных КПД — r|max, из уравнения

к™+jdcos2||rcT+raG, J;2_fi)]-(feMK+fe6+fenp). (з.41)

По результатам расчётов по формуле (3.41) принимает­ся решение по выбору конкретной конструкции солнечно­го коллектора и для него определяются капитальные вло­жения в гелиоустановку по формуле

nG’Tcv (t2 — )(kT + Амк + + fcnp)

І‘в““ — a — 2

Уточнённый расчётный срок экономической окупаемо­сти гелиоустановки принимается по формуле:

В табл. 3.31 приведены экономические показатели гели­оустановок. При определении стоимости сооружения заме­щаемого традиционного энергоисточника приняты затраты на приобретение и монтаж электрокотлов катодного типа отечественного производства, насосов, трансформаторных подстанций в ценах июля 2000 г. при курсе 1 дол. США — 28 руб. Стоимость замещаемой электрической энергии при­нята 0,9 руб./(кВт-ч) — 0,032 дол. СШАДкВт-ч). В данной таблице приведены результаты расчётов сроков экономиче­ской окупаемости гелиоустановок по формуле (3.43).

Минимальный срок окупаемости — 3,7 года имеет гелиоустановка в г. Темрюк, что объясняется шестиме­сячным сроком эксплуатации. Максимальные сроки оку­паемости имеют гелиоустановки базы отдыха «Элита» (г. Анапа) — 10,2-10,4 года как следствие трёхмесячного срока эксплуатации и применения баков из нержавеющей стали. Гелиоустановки с баками из обычной стали имеют сроки окупаемости 3,7-6,6 года, с баками из нержавеющей стали — 7,7-10,4 года, т. е. в полтора-два раза больше.

Значительные сроки окупаемости гелиоустановок и рост цен на органическое топливо ставят под сомнение экономи­ческие показатели на столь отдалённую перспективу. В этих условиях целесообразно дополнительно определить срок энер­гетической окупаемости гелиоустановок, сопоставив количе­ство энергии, выработанное гелиоустановкой за год с энерго­затратами на производство материалов гелиоустановки:

где Е/?гскЭск, Т. туЭу — массы и энергоёмкости материалов со-

Таблица 3.31. Сопоставление затрат энергии на изготовление гелиоустановок и их энергопроизводительности Удельная материалоём­кость, кг/м2/% Энергоёмкость, кВт ч Удельная энергоёмкость, (кВт-ч/м2)/% Срок окупаемости энергетический/экономи — ческий, лет № п/п Наименование гелиоустановки общая солнечных коллекторов металлоконструк­ций, трубопроводов, бака-аккумулятора общая солнечных коллекторов металлоконструк­ций, трубопроводов, бака-аккумулятора общая солнечных коллекторов металлоконструк­ций, трубопроводов, бака-аккумулятора 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 г. Анапа, база 1 отдыха 158.4 31.2 127.2 188532 107388 81144 4961 2826 2135 9,2/6,6 «Рассвет», 100,0 19,7 80,3 100 63,4 36,6 душевые г. Анапа, база отдыха «Ладога»: 140.8 зі а 109.5 126489 94259 32230 6657 4961 IfiQfi 12,4/6,6 2 — столовая; 100,0 22,2 77,8 100 79,6 20,4 136.5 31 .я 105.3 169609 107388 62221 4463 ЯЯЯЯ 1637 8,3/5,9 — душевые; 100,0 22,9 77,1 100 69,3 30,7 170.7 31 .я 139.5 189758 107388 82370 4QQ4 яяяя Я1ДЯ 9,3/6,2 — прачечная 100,0 18,3 81,7 100 63,1 36,9

ответственно солнечных коллекторов и остальных элемен­тов гелиоустановки (металлоконструкций, трубопроводов, баков-аккумуляторов гелиоустановок), кВт ч; q — удельное количество тепловой энергии, вырабатываемое гелиоуста­новкой за год, кВт-ч/м2.

При сооружении 10 гелиоустановок, представленных в табл. 3.31, применены солнечные коллекторы следующих конструкций: № 1 — поглощающая панель из латунной трубки, стальных рёбер, теплоизоляционная воздушная коробка из пергамина с покрытием тыльной стороны ДВП и пергамином; № 2 — то же со стальными ребрами, теплои­золяция из пенополиуретана, покрытие тыльной стороны из стального листа; № 3 — то же с алюминиевыми погло­щающими рёбрами, теплоизоляция из пенополиуретана с покрытием тыльной стороны из стального листа.

Удельная энергоемкость материалов конструкций сол­нечных коллекторов, кВт ч/м2, составила соответственно для № 1 — 2826; № 2 — 3518; № 3 — 4961 [101]. Из анализа данных значений следует, что для различных конструк­ций солнечных коллекторов с увеличением КПД на 7-10 % удельная энергоёмкость возрастает на 57 %.

На рис. 3.41 представлены структура стоимости, удель­ной материалоемкости и энергоемкости указанных выше гелиоустановок.

Таким образом, опыт разработки методологических основ проектирования гелиоустановок горячего водоснаб­жения и их строительства позволяет сделать следующие выводы.

1. Исследования гелиоустановок горячего водоснабже­ния большой производительности позволили установить необходимость выполнения режимно-наладочных испыта­ний, в результате которых их КПД увеличивается на 17­21 %. В отличие от зарубежных аналогов при увеличении производительности их удельная стоимость существенно не изменяется. Сопоставление значений сроков окупаемо-

Рис. 3.41.

Структура стоимости, удельных материалоемкости и энергоемкости гелиоустановок сти гелиоустановок с площадью солнечных коллекторов 96-326 м2 с аналогичными показателями при площади 22-54 м2 не выявило их уменьшения. В структуре стоимо­сти гелиоустановок основные затраты приходятся на при­обретение и монтаж солнечных коллекторов (40,0-67,0 %), при этом наибольшие значения характерны для импорт­ных коллекторов. Применение баков-аккумуляторов из нержавеющей стали значительно увеличивает срок окупа­емости гелиоустановок.

2. Солнечно-топливные котельные в отличие от гели­оустановок ГВС характеризуются большими значениями КПД и меньшей удельной стоимостью монтажа, эксплуа­тации. Установлена взаимозависимость эффективности ра­боты гелиоустановок и КПД котельных.

3. Анализ тенденций повышения стоимости органиче­ского топлива, с одной стороны, и снижения цен на обору­дование с использованием ВИЭ по мере совершенствования технологий их производства, с другой, показал целесоо­бразность определения срока энергетической окупаемости гелиоустановок при сопоставлении количества энергии, выработанной за год с энергозатратами на производство её оборудования и материалов.

4. В соответствии с методическими основами проекти­рования с 1987по 2003гг. выполнена разработкаи строитель­ство 42 гелиоустановок горячего водоснабжения, эксплуа­тация которых подтвердила их расчётные характеристики. Завершено также проектирование ещё 20 гелиоустановок с общей площадью солнечных коллекторов 1903 ж2.Рис. 3.40. Месячный график работы гелиоустановки солнечно-топливной ко­тельной в Анапе

[1] nkh

где R — расстояние между скважинами; rc, — радиус рабочей скважины с постоянным давлением р0; ps — давление в слое; рэ — давление на забое эксплуатационной скважины; Q. — расход жидкости, подаваемой в скважину; k — коэффици­ент проницаемости слоя; ц — коэффициент динамической вязкости; h — высота образованного водоносного горизонта; Fo — число Фурье.

[2] Данные по ст. Геленджик получены на ведомственной метеостан­ции «Сатурн».