Науково-технічні основи використання сонячної енергії в системах теплопостачання

0,493 0,235

8

1-кв. будинок з СТНУ у с. Букурія2

68

-

10

-

0,11 0,41

0,100 ± 0,090 0,400 ± 0,036

0,611 0,386

9

УСГВ адмінкорпусу у м. Києві

122

-0,92

5,3

- 0,44

0,433

0,400 ± 0,039

1,97

10

Сонячно-електрична котельня

216

-

-

-

0,392

0,430 ± 0,042

2,02

11

Сонячно-паливна котельня

180

-

-

-

0,462

0,450 ± 0,042

2,25

Примітка: 1) Розрахунки виконані за даними табл.2 ;

2)Чисельник- річні значення, знаменник - за опалювальний період.

Результати досліджень опубліковані в [1, 6, 19, 22,23].

В шостому розділі наведені результатів узагальнення виконаних досліджень у типових і експериментальних проектах, нормативно-методичних і програмних документах.

Першими, що пройшли повний цикл “розробка - дослідження - експериментальне проектування і будівництво - натурні дослідження і дослідна експлуатація - типове проектування - підготовка нормативів”, є УСГВ житлово-цивільних будинків і сонячні приставки до котелень різного призначення.

За результатами досліджень УСГВ розроблено ряд типових проектів, які за дорученням Держбуду СРСР поширювалися по замовленнях проектних і монтажних організацій країни (виконано більш 25 замовлень).

З системами сонячного опалення ситуація істотно інша. У 1988 р комісія Держбуду СРСР за участю автора розглянула результати їх експериментального проектування і будівництва в різних районах СРСР. Жодний з реалізованих проектів не був рекомендован навіть для повторного застосування. Визнано доцільним продовжити дослідження і розробку спеціальних теплових насосів для СТНУ, відпрацьовування і удосконалювання пасивних систем, розробку СК і систем опалення з повітряним теплоносієм. (Подальший хід розвитку геліотехники і закордонний досвід останнього десятиліття цілком підтвердили цей висновок. В нашій країні роботи в цьому напрямку, на жаль, практично зовсім припинились).

Результати виконаних досліджень використані на стадії експериментального проектування для створення т.з. "демонстраційних" об'єктів. Це проекти з широкомасштабним і комплексним залученням НВДЕ - житлові будинки і мотель з автономними системами енерготеплопостачання і СБА, проект селища з комплексним використанням НВДЕ для теплопостачання, проект СТНССА потужністю 0,5 і 1,0 МВт, який дозволив уточнити ряд технічних рішень теплоти і визначити кошторисну вартість систем теплопостачання із сезонним акумулюванням, система теплопостачання виробничого корпусу Кримської сонячної електростанції, що використовує для дискретного переорієнтування виведені з експлуатації геліостати з розміщенням на них спеціально сконструйованих СК, і інші, досить великі проекти, що вимагають відповідних капітальних вкладень.

Результати розрахунків технічних характеристик експериментальних проектів показали, що частка покриття потреби в тепловій енергії за рахунок використання СР складає від 45 до 75%. Більша цифра відноситься до СТНССА, однак вартість теплової енергії при цьому зростає до 40-45 дол. США/МВт*год. Питома вартість ССТ з переорієнтуванням СК на 10-15% вище, ніж з нерухомими, але за рахунок росту теплопродуктивності на 30-35% вдається знизити вартість вироблюваного тепла на 10% порівняно з нерухомими. Для подальшої перевірки більшість проектів, як інноваційні, включені до “Державної програми підтримки НВДЕ і малої тепло- і гідроенергетики”.

Техніко-економічні показники ССТ експериментальних об'єктів мають значні розбіжності. Показники ССТ одноквартирних будинків значно гірші, ніж гарячого водопостачання. В середньому подорожчання будинку при улаштуванні УСГВ складає 7-20% його вартості і залежить, в першу чергу, від питомих значень площі СК. Питома вартість виробленого тепла найменша у сезонних приставок до котелень, найбільша - у систем опалення і гарячого водопостачання будинків (незважаючи на цілорічний режим роботи).

Для оцінки можливих шляхів зниження вартості УСГВ виконано постатейний аналіз питомих витрат на будівництво експериментальних ССТ, який показав, що найбільша питома вага в капітальних витратах припадає на вартість і монтаж СК (50-65%) і загальнобудівельні роботи з підготування території, зведення опорних конструкцій і допоміжних будівель (20-40%). Це дозволило виявити наявність резервів зниження витрат за рахунок здешевлення СК при масовому випуску та за рахунок підвищення їх питомої теплопродуктивності, поліпшення рішень по загальнобудівельних роботах, удосконалювання схем і розробки спеціального обладнання (використання в УСГВ типових ємних водопідігрівачів зменшувало виробництво тепла на 15-20%, відсутність дешевих, нетоксічних антифризів також оберталась недовиробленням 10-15% тепла). Ці висновки були враховані при розробці типових проектів та для встановлення лімітної ціни при організації випуску корозійностійких СК другого покоління, які зумовили можливість переходу до одноконтурних систем, дозволили спростити і здешевити їх схемні рішення, а також розробити і впровадити каскадні УСГВ.

Будівельні норми вимагають при проектуванні ССТ обов'язкове попереднє виконання ТЕО, при цьому дотепер відсутня їх затверджена методика. Автором підготовлені і опубліковані основні положення методичних рекомендацій для проведення такого ТЕО, які базуються на діючих в країні нормативах і використовують для аналізу і оцінки критерій приведених витрат.

При порівняльних розрахунках на стадії ТЕО можна виключити з розгляду складові приведених витрат, які не залежать від джерела теплоти, і тоді економічна ефективність впровадження ССТ визначиться як різниця вартості виробленої теплоти і щорічних витрат, які виражені часткою z від величини капітальних витрат К:

DЗ = Qсст ст - z К і 0 (13)

На основі аналізу економічних показників збудованих об'єктів і розробленої проектно-кошторисної документації відповідно до діючої законодавчої бази і нормативних джерел автором визначена структура капітальних витрат по окремих групах у загальній вартості ССТ, що дозволяє обчислити норми відрахувань на їх амортизацію і ремонт.

Термін окупності капітальних вкладень (і зворотня йому величина рентабельності проекту) визначається відношенням t = K/DЗ, що може бути перетворене у вигляді:

t = t гр/(h - z t гр) (14)

Тут t гр - граничний мінімальний термін окупності витрат (відповідає терміну окупності при відсутності поточних витрат і 100% ккд СК), який дорівнює відношенню капітальних вкладень до “вартості” падаючої СР:

t гр = К/qпад / ст (15)

Параметр z об'єднує ряд чинників, пов'язаних з поточними витратами: умови фінансування, витрати на амортизацію, експлуатацію і т.і. Добуток величин z и tгр являє безрозмірний комплекс, що відбиває кліматичні умови місця будівництва, вартісні показники системи і обладнання, включає економічні умови реалізації проекту і т.і. Він дорівнює відношенню річних витрат до “вартості” падаючої за рік (сезон) СР і може бути названим “критерієм економічної ефективності системи”:

hек = z К/qпад/ст (16)

Умова економічності ССТ , що не використовують ТНУ, може бути записана у вигляді:

hек < h (17)

Для СТНУ економічна ефективність за критерієм приведених витрат може бути визначена аналогічно виразу (13):

DЗ = Qстну ст - z К - Qстнусе/j і 0 (18)

а умова економічної доцільності впровадження СТНУ має вигляд:

hек < r Ч hстну (19)

Тут r - безрозмірний коефіцієнт, що враховує відношення тарифів на теплову ст і електричну се енергію і величину коефіцієнта перетворення ТНУ:

r = (1 - 1/j)/(1 - 1/j Ч се/ст) (20)

З виразу (20) випливає необхідність виконання умови:

j > се/ст (21)

причому, чим це відношення менше, тим легше виконується умова (19). Вирази (17) і (19) об'єднують для техніко-економічного аналізу технічні показники системи, які виражаються у вигляді ккд, з комплексом величин, що впливають на економічні показники проекту і дозволяють, використовуючи дані табл.1, проводити попередню оцінку економічної доцільності улаштування ССТ.

Термін окупності СТНУ визначається з (14) з врахуванням (19-20):

tстну = (22)

Можна перейти до узагальненого безрозмірного запису величини терміна окупності для будь-якого типу ССТ:

(23)

де =

Побудовані графіки рівнянь (23) дозволяють провести попередню оцінку необхідних показників ССТ, включаючи СТНУ і СТНССА, на передпроектній стадії їх впровадження.

Використовуючи запропоновану методику, виконані розрахунки економічної ефективності розроблених експериментальних і типових проектів систем. У табл. 5 наведене порівняння економічно припустимих і технічних значень ккд і терміни окупності деяких експериментальних об'єктів і проектів ССТ.

Таблиця 5 - Техніко-економічні показники експериментальних об'єктів ССТ

№	Найменування	Економія	Коефіцієнти	Термін
пп	об'єкта	палива т.у.п/м2	електро- енергії кВт*год/м2	корисної дії	економіч-ної ефек-тивності	окуп- ності, років
1	Пансіонат “Гірський”	-	528	0,47	0,32	2,1
2	Пансіонат “Севастопольський”	-	505	0,45	0,34	2,5
3	9-пов. 64-кв. будинок у м. Херсоні	0,071	-	0,40	0,44	-
4	5-пов. 54-кв. будинок у м. Очакові	0,067	-	0,38	0,63	-
5	2-пов. будинок у с. Пересадівка	0,075	-	0,34	0,64	-
6	1-кв. будинок із ССТ у с. Колісне	0,08	-	0,09 (0,25)	0,10	-
7	1-кв. будинок із СТНУ у с.Букурія	-	198	0,11 (0,41)	0,20	-
8	Дитсадок на 280 місць у м.Одеса	0,06	-	0,27	0,37	-
9	Сонячно-електрична котельня	-	490	0,43	0,23	3,8
10	Сонячно-паливна котельня	0,090	-	0,45	0,28	9,9
11	УСГВ для адмінкорпуса (м. Київ)	0,075	-	0,53	0,34	10,8

Примітки: 1) Значення в дужках - для опалювального періоду;

2) Вартість теплоти прийнята рівною 15 грн/ГДж, електроенергії - 0,14 грн/кВт*год.

Як випливає з таблиці, терміни повернення вкладених у ССТ коштів, визначені тільки по економії палива (теплоти), досить великі, а в деяких випадках вони можуть зовсім не повернутися, що робить проблематичним (без врахування екологічних складових ефекту і мір економічної підтримки) широке використання сонячної енергії на Україні. Для розширення обсягів впровадження і в Україні необхідно вжити стимулюючі заходи, що передбачені Законом України “Про енергозбереження”, а для попередніх розрахунків економічної ефективності питомі величини економії палива деякими ССТ, розраховані за результатами виконаних досліджень експериментальних об'єктів наведені у таблиці 6 для 3 зон України.

Таблиця 6 - Розміри економії палива для деяких типів ССТ

Найменування cистем	Економія палива, т.у.п. /м2
	I зона	II зона	III зона
	тверде	газоподібне	верде	газоподібне	тверде	газоподібне
УСГВ	,079-0,123	,061-0,090	,092-0,145	,071-0,105	,111-0,174	,086-0,127
Сонячні приставки	0,079-0,108	0,076-0,091	0,089-0,126	0,077-0,107	0,107-0,152	0,093-0,129

На підставі отриманих даних у табл. 7 наведені підсумкові порівняльні економічні характеристики ССТ, що використовувались для розрахунків і включені в програмні документи.

Підготовка нормативно-методичних документів є необхідною і однією з найважливіших умов впровадження виконаних розробок у практику будівництва. Розробка нормативів по сонячному теплопостачанню виконувалася за дорученнями Держбуду СРСР і Держбуду України. Результати наведених у дисертації досліджень стали основою або були включені в 2 нормативних документи загальнодержавного статусу і 3 методичних.

Таблиця 7 - Підсумкові порівняльні економічні характеристики ССТ

№ з/п	Тип системи	Оди- ниці вимірю- вання	Вартість одиниці, тис. дол. США	Річне вироблення на одиницю, МВт*год/рік	Вартість виробленої енергії, дол/МВт*год	Кількість палива, що заміщується, т.у.п/од	Термін окуп- ності, років
1	Приставки до котелень	МВт	60,0-70,0	550	8,5-10,0	90-130	6-8
2	Сезонні УСГВ об'єктів	м3/доб	1,5-3,0	8,0-10,0	9,5-12,0	1,5-2,5	9-11
3	Автономні установки водопідігріва	м3/доб	1,5-2,5	7,5-9,5	9,5-12,5	1,3-2,0	10-12

Слід зазначити, що з затвердженням Держбудом України - “Посібника..” і “Технічних рішень...” і прийняття Міждержавного ГОСТу “Коллекторы солнечные. Методы испытаний.” та “Методики ТЕО улаштування систем теплопостачання, що використовують НВДЕ” (в стадії завершення), основа нормативно-методичної бази, необхідної для впровадження ССТ, буде сформована. Пропозиції по її розширенню передані в Держстандарт і Держбуд України і включені в “Державну програму підтримки розвитку НВДЕ...” .

У “Державній програмі підтримки розвитку НВДЕ і малої гідро- і теплоенергетики”, автор брав участь в розробці розділу “Сонячна енергетика” де визначена стратегія розвитку ССТ і відібрані 22 найважливіших проекта і потрібні нормативно-методичні документи, включаючи базу по сертифікації продукції, розробка яких сприятиме широкому впровадженню геліосистем. У “Програмі...” зафіксовані розраховані прогнозні цифри по обсягах впровадження сонячних колектоpів до 2010 року, що повинні скласти 9,5 млн. м2, та визначені обсяги реалізації різних типів ССТ, на яких має здійснюватись це впровадження.

У “Національній програмі відродження села”, що ухвалена Верховною Радою України в 1996 році, у відповідному розділі автором визначені напрямки і можливі обсяги впровадження ССТ у технологічні і комунальні об'єкти сільської місцевості, включаючи пропозиції по переліку необхідних еталонних і демонстраційних розробок.

Наведені в цьому розділі результати опубліковані в [12-14,17, 20, 21,24,26,27].

ЗАГАЛЬНІ ВИСНОВКИ

В дисертаційній роботі розроблені і теоретично обгрунтовані науково-технічні і методичні засади розробки і проектування ефективних ССТ, що дозволяє розв'язати значну прикладну проблему - використання сонячної енергії в системах теплопостачання для зменшення витрат палива енергетичними системами окремих об'єктів та їх комплексів і зниження забруднення і викидів в навколишнє середовище.

Отримані результати базуються на виконанні повного циклу розробки: аналіз існуючого стану - технічне рішення - створення математичної моделі та виконання досліджень на моделях - експериментальне проектування та будівництво - натурні дослідження та дослідна експлуатація - розробка типових проектів та нормативно-методичної бази.

В роботі вперше отримані наступні результати:

1. Обгрунтована необхідність проведення зонування території країни по кількості падаючої СР для розрахунків ССТ, яке викликано тим, що спостереження і реєстрація значень метеопараметрів здійснюється тільки в 21 населеному пункті 13 областей України.

На основі аналізу статистичних характеристик просторово-часового розподілу інтенсивності СР показано, що Україну можна розділити на 3 зони, і для кожної зони визначен пункт-представник, для котрого значення величин кліматичних параметрів не більше ніж на 10% відрізняються від значень будь-якого іншого пункту цієї зони і не перевищують відносну похибку опублікованих середніх величин кліматичних даних.

2. При обчисленні річної (сезонної) теплопродуктивності ССТ з дублюючими джерелами теплоти, використання довідкових середньодобових і середньомісячних даних по сонячній радіації дає похибку більше 10%. Це спричиняється тим, що її реальні коливання в часі і кореляція з температурою зовнішнього повітря не враховуються. Для зменшення похибки розрахунків необхідно використовувати кліматичні данні у вигляді “типового року”.

Розроблена методика складання “типового року” на підставі використання даних багаторічних спостережень на метеостанціях, і для пунктів-представників кожної зони "типовий рік" складено.

3. Для нерухомих СК і для таких, які змінюють орієнтацію протягом дня, що розташовуються на горизонтальній або похилих площинах, отримані математичні вирази для розрахунків коефіцієнту незатінення в залежності від співвідношення висоти ряду до відстані між рядами.

Для СК із різними характеристиками просторового розташування для практичного використання розраховані значення цього співвідношення, що забезпечують величину коефіцієнту незатінення не менше 0,95.

4. Запропоновано режим зміни орієнтації СК, який базується на використанні оптичних властивостей скла. Виконано розрахунки, які довели, що дискретна зміна орієнтації СК 3-5 разів на добу, що здійснюється відповідно до запропонованого режиму, дозволяє підвищити їх теплопродуктивність на 30-40%. Для різних сезонів року розраховані кути нахилу, азимути поворотів і час переорієнтування СК, що забезпечують при мінімальному числі поворотів поглинання СР усього на 5-10% менше, ніж при постійному стеженні СК за Сонцем.

5. Для найбільш поширених типів ССТ - установок сонячного гарячого водопостачання з природною і примусовою циркуляцією, із дублюючими джерелами енергії і без них, сонячно-паливних і сонячно-електричних котелень, а також сонячно-теплонасосних установок, у т.ч. із сезонним акумулюванням теплоти - розроблені математичні моделі, які слугували для дослідження впливу схемних рішень, режимів роботи і параметрів основного устаткування ССТ на їхню продуктивність, що дозволило суттєво скоротити терміни досліджень і витрати на отримання результатів. У цих моделях відомі аналітичні описи процесів перетворення сонячної енергії в теплову в СК і теплопередачі в елементах устаткування систем сформульовані в термінах e-NTU-методу, що дозволило зменшити кількість змінних параметрів і спростити моделі.

6. Перевірка адекватності розроблених математичних моделей на експериментальній ССТ шляхом порівняння результатів розрахунків температур у вузлових точках з дослідними даними засвідчило їх цілком задовільний збіг, а статистичний аналіз розподілу відхилень підтвердив, що вони відповідають нормальному закону, що дозволяє вважати відхилення випадковими і підтверджує адекватність прийнятого модельного опису ССТ.

7. Експериментальні дослідження теплопродуктивності широкого класу ССТ показали задовільний збіг фактичних значень ккд використання енергії СР з їх розрахунком по регресійним моделям.

Це засвідчило доцільність використання розробленого універсального методологічного підходу до знаходження довгострокових (річних, сезонних) експлуатаційних показників ССТ шляхом заміни розрахунків на математичних моделях із використанням кліматичної інформації у вигляді “типового року” розрахунком по регресійним рівнянням, що отримані за методиками теорії планування експерименту. При цьому такий показник ССТ як ккд використання сонячної енергії може визначатися для всієї території України одним рівнянням.

Для практичного застосування досліджуваних типів систем такі рівняння знайдено .

8. Дослідження широкого класу ССТ в різних кліматичних зонах країни виявили, що найвищий ккд використання сонячної енергії мають сонячно-теплонасосні установки (45-55%), далі слідують сонячно-паливні і сонячно-електричні котельні (40-45%), менший ккд мають пооб'єктні (35-40%) та автономні (30-35%) установки гарячого водопостачання і найменший - автономні системи теплопостачання (9-11%) .

9. Запропонована методика техніко-економічної оцінки ССТ, основні положення якої спираються на діючу законодавчу і нормативну бази та практичні результати автора, дозволяє при відсутності в цій галузі дотепер затвердженого нормативного документу проводити попереднє техніко-економічне обгрунтування доцільності використання ССТ в конкретних умовах.

Для оцінки техніко-економічної ефективності застосування ССТ запропоновано безрозмірний критерій, що залежить від кількості падаючої радіації і відношення річних витрат на ССТ до вартості енергії (палива), що заміщається.

Доведено, що використання ССТ економічно доцільно, якщо значення ккд використання сонячної енергії дорівнює або більше значення цього критерія.

Результати роботи використані для визначення напрямків і масштабів впровадження ССТ у прийнятій в 1996 р. Верховною Радою України “Національній програмі відродження села” і в затвердженій в 1997 р. Кабінетом Міністрів України “Програмі державної підтримки розвитку НВДЕ і малої гідро- і теплоенергетики”, ввійшли в 2 нормативних і 3 методичних документи для розрахунку і проектування ССТ і використані при розробці 7 типових і 19 експериментальних проектів, по яких побудовані більше 50 об'єктів.

ОСНОВНІ ПОЛОЖЕННЯ ОПУБЛИКОВАНІ У НАСТУПНИХ РОБОТАХ:

1. Использование солнечной энергии для теплоснабжения зданий / Ю.А. Константиновский, А.И. Заваров, М.Д. Рабинович, А.Р. Ферт / Под ред. Э.В. Сарнацкого - Киев: Будівельник, 1985. -104 с.

2. Рабинович М.Д., Сарнацкий Э.В. Гелиотехнические установки для отопления, охлаждения и горячего водоснабжения гражданских зданий - М.: ЦНТИ Гражданстроя, cер. инж. оборудование населенных мест, жилых и общественных зданий, 1982. - Вып.6. - 44 с.

3. Пекер Я.Д., Айзен А.М., Рабинович М.Д. Климатические основы расчета годовых расходов энергии системами отопления и кондиционирования воздуха // Труды ГГО. - Л.: Гидрометеоиздат - 1974. - Вып. 337. - С. 43-57.

4. Рабинович М.Д., Ферт А.Р. Проектирование систем солнечного теплохладоснабжения // Системы солнечного тепло- хладоснабжения. - М.: Стройиздат, 1990. - С.143-192.

5. Рабинович М.Д. Инженерный метод расчета солнечной радиации, падающей и поглощенной коллектором // Гелиотехника. - 1982. - N4. - C.59-64.

6. Рабинович М.Д., Ферт А.Р., Згурский О.А, Максимченко А.Т. Системы солнечного теплоснабжения сельских домов // Сельское строительство. - 1983. - N1. - C.2-5.

7. Рабинович М.Д. Расчет эффективности двухконтурной гелиосистемы с противоточным теплообменником // Гелиотехника. - 1984. - N1. - С.40-44.

8. Рабинович М.Д. Инженерный метод оптимального проектирования гелиосистем // Гелиотехника. - 1984. - N4. - C.50-54.

9. Рабинович М.Д. Сравнение различных методов представления климатической информации при расчете производительности гелиосистем// Гелиотехника. - 1986. - N3. - С.76-77.

10. Рабинович М.Д., Ферт А.Р., Ванжула С.К., Стрельчук О.Б., Соколов Ю.В. Гидравлические характеристики солнечных коллекторов // Водоснабжение и санитарная техника. - 1988. - N12. - C.18-19.

11. Рабинович М.Д., Шнерх О.А. Установки солнечного горячего водоснабжения с дискретной ориентацией коллекторов // Гелиотехника. - 1992. - N2. - C.52-56.

12. Рабинович М.Д. Нетрадиционные и возобновляемые источники энергии для объектов теплоснабжения в жилищно-гражданском строительстве // Будівництво України - специальный выпуск "Проблемы энергосбережения в жилищно-гражданском строительстве Украины" - 1995. - С.61-68.

13. Рабинович М.Д. Экономические показатели систем теплоснабжения с нетрадиционными источниками энергии и методика их расчета // Экономика Украины. - 1997. - N10. - С.83-84.

14. Рабинович М.Д., Ферт А.Р. Использование солнечной энергии для теплоснабжения на Украине // Возобновляемая энергия. - 1998. - №3. - С.13-15.

15. Рабинович М.Д. Дискретная переориентация солнечных коллекторов и ее использование для солнечно-электрической системы теплоснабжения // Технічна електродинаміка. - 2000. - №3. - С.52-55.

16. Рабинович М.Д. Исследование солнечно-теплонасосных систем теплоснабжения с сезонным баком-аккумулятором на математических моделях // Промышленная теплотехника. - 2000. - т. 22. - №1. - С. 85-90.

17. Рабинович М.Д. Критерии оценки технико-экономической эффективности систем солнечного теплоснабжения и методика ее расчета // Проблеми загальної енергетики. - 2000. - №2 - С. 14-17.

18. Рабинович М.Д. Оценка точности представления климатической информации в расчетах систем солнечного теплоснабжения на математических моделях и ее использование для зонирования территории // Збірник наукових праць ін-ту проблем моделювання в енергетиці НАН України. - К.:Ін-т проблем моделювання в енергетиці НАН України, 2000. - Вип.9. - С.26-34.

19. Рабинович М.Д. Исследования установок солнечного горячего водоснабжения с естественной циркуляцией // Техніка будівництва. - 2000. - №7 - С.65-68.

20. Рабинович М.Д. Экспериментальные системы автономного энергоснабжения с комплексным использованием возобновляемых источников энергии//Праці ін-ту електродинаміки НАН України. Електродинаміка.: Зб. наук.пр. -К.:ІЕД НАН України,2000. - С.185-193.

21. Рабинович М.Д. Эксергетический анализ и экономическая оптимизация солнечных коллекторов для комбинированного производства тепловой и электрической энергии // Технічна електродинаміка - темат. випуск "Проблеми сучасної електротехніки"- 2000. -Част.1. - С. 93-96.

22. Рабинович М.Д. Результаты натурных исследований и опытной эксплуатации гелиосистем // Системы солнечного тепло- хладоснабжения. - М.: Стройиздат, 1990. - С.253 -267.

23. Рабинович М.Д., Васильева И.М. Схемные решения систем солнечного теплоснабжения // Системы солнечного тепло- хладоснабжения. - М.: Стройиздат, 1990. - С. 82 -109.

24. А.с. N 1682731 СССР, МКИ F 24 J 2/26. Поглотитель солнечного коллектора / Кавицкий Б.М., Лепихов Е.А., Рабинович М.Д. (СССР). - №4752481/06; Заявлено 23.10.89; Опубл. 07.10.91, Бюл. №37. - 2 с.

25. А.с. N 1474393 СССР, МКИ F 24 J 3/02. Солнечный коллектор / Рабинович М.Д. (СССР). - №4262417/24-06; Заявлено 27.04.87; Опубл. 23.04.89, Бюл. №15. - 3 с.

26. ВСН52-86. Установки солнечного горячего водоснабжения. Нормы проектирования. // Рабинович М.Д., Ферт А.Р., Хаванский В.М. - Москва: Стройиздат, 1986. -16 с.

27. Посібник з використання сонячної енергії для опалення і кондиціювання повітря - до чинних СНиП 2.04.05-91 “Отопление, вентиляция и кондиционирование”.: Затв. Держбудом України 24.09.97 №35. Введен у дію 15.01.98// Рабінович М.Д., Ферт О.Р., Хаванський В.М., 40 с.

УМОВНІ ПОЗНАЧЕННЯ

А - площа колекторів, м2;

а* - альбедо поверхні, що відбиває;

ст, се - питома вартість теплової або електричної енергії, що заміщується, грн/ГДж або грн/кВтЧгод;

S,D - щільність потоку прямої, дифузної складової сонячної радіації, Вт/м2;

F - площа теплообмінної поверхні, м2;

f', fR - фактор ефективності та відводу теплоти колектора;

Р - відношення інтенсивності СР, що падає на СК, до горизонтальної (перпендикулярної);

Q - кількість теплоти, ГДж;

q - тепловий потік, Вт/м2;

R - коригуючий множник, що враховує відхилення орієнтації СК;

T - температура, К;

t - час, с;

U - коефіцієнт тепловтрат СК, Вт/м2К;

V - об'єм БА, м3;

W - водяний еквівалент витрати (об'єму) рідини, Вт/К (Дж/К);

z - щорічні експлуатаційні витрати як частка капітальних вкладень;

e - ступінь чорноти;

g - коефіцієнт тепловтрат БА, Вт/К;

j - коефіцієнт перетворення теплового насосу;

r - коефіцієнт відбиття СР;

h - коефіцієнт корисної дії;

(ta) - оптичний ккд СК;

ІНДЕКСИ та СКОРОЧЕННЯ

БА - бак-акумулятор;

в - вода, що підігрівається;

вип - випарник;

вих - вихід теплоносія;

вх - вхід теплоносія;

гор - на горизонтальну поверхню;

д - система, що дублює;

ЕТО - ємнісний бак-акумулятор;

к - конденсатор;

НВДЕ - нетрадиційні і відновлювальні

джерела енергії;

о - навколишнього повітря;

пад - падаючий на площу колектора;

погл - поглинене;

ПТО - проточний теплообмінник;

р - рівноважна;

СБА - сезонний бак-акумулятор;

СК - сонячний колектор;

СР - сонячна радиація;

ССТ - система сонячного теплопостачання;

СТНССА - сонячно-теплонасосна система з сезонним акумулюванням;

ТНУ, СТНУ - теплонасосна установка (сонячно-теплонасосна установка);

УСГВ - установка сонячного гарячого водопостачання;

хв - холодна вода;

s, D, r - приналежність до відповідної складової СР;

^ - на площу, перпендикулярну сонячному проміню.

К - капітальні витрати, грн;

АНОТАЦІЇ

сонячний колектор теплопродуктивність теплопостачання

Рабінович М.Д. Науково-технічні основи використання сонячної енергії в системах теплопостачання. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора технічних наук, спеціальність - 05.14.01 “Енергетичні системи та комплекси”, Інститут загальної енергетики НАН України, м. Київ, 2001р.

Проведено зонування території країни для розрахунків ССТ і для кожної з 3 зон визначен пункт-представник і складено "типовий рік". Отримані математичні вирази для розрахунків коефіцієнту незатінення СК і розраховані його значення для будь-якого розташування СК. Розраховано режим зміни орієнтації СК, що забезпечує підвищення їх теплопродуктивності на 30-40%. Розроблені математичні моделі для дослідження впливу схемних рішень, режимів роботи і параметрів устаткування на теплопродуктивність ССТ. Для кожної з визначеного класу систем знайдено рівняння для розрахунків ккд використання сонячної енергії для всієї території України. Наведені дані натурних досліджень експериментальних ССТ, які показали задовільний збіг фактичних значень ккд з розрахунком по моделям. Розроблено основні положення методики техніко-економічної оцінки ССТ .

Ключові слова: системи сонячного теплопостачання, науково-технічні основи, методична база.

Рабинович М.Д. Научно-технические основы использования солнечной энергии в системах теплоснабжения. - Рукопись.

Диссертация на соискание научной степени доктора технических наук, специальность - 05.14.01 “Энергетические системы и комплексы”, Институт общей энергетики НАН Украины, г. Киев, 2001 г.

Проанализирован мировой опыт, свидетельствующий, что солнечное теплоснабжение является одним из наиболее активно развивающихся направлений использования НВИЭ, обеспечивающий существенную экономию топлива и снижение загрязнения окружающей среды. Благоприятные климатические условия, ограниченность собственных запасов ископаемого топлива, наличие значительного опыта и технологической базы обуславливают целесообразность широкого внедрения систем солнечного теплоснабжения в Украине.

Показана необходимость проведения зонирования территории страны по количеству падающей СР. На основе анализа пространственно-временных характеристик распределения интенсивности СР показало, что таких зон может быть 3, и в каждой зоне выделен пункт-представитель. Установлено, что при расчетах ССТ с дублирующими источниками теплоты необходимо использовать данные “типичного года", которые составлены для всех зон Украины по разработанной методике. Предложено взаимное затенение СК учитывать соответствующим коэффициентом. Для недвижимых и переориентируемых СК, расположенных на горизонтальной или наклонных плоскостях, получены выражения для его вычисления. Доказано, что дискретное изменение ориентации, проведенное в соответствии с рассчитанными углами наклона СК, азимутами поворотов и временем переориентации позволяет повысить их теплопроизводительность на 30-40%.

Исследовано влияние схемных решений, режимов работы и параметров основного оборудования ССТ на их производительность, разработаны математические модели для наиболее распространенных и перспективных типов ССТ. В этих моделях описания процессов преобразования солнечной энергии в тепловую в СК и теплопередачи в элементах оборудования переформулированы в термины e-NTU-метода, что уменьшило число переменных параметров и упростило модели. Адекватность разработанных математических моделей проверена на экспериментальной ССТ по специально разработанной методике. Разработан универсальный методологический подход к расчету долгосрочных показателей ССТ, состоящий в замене расчетов на математических моделях с использованием “типичного года” расчетом по регрессионным моделям. При этом кпд для исследованного класса систем определяется для всей территории Украины одним уравнением. Экспериментальные исследования ССТ показали удовлетворительное совпадение полученных кпд использования СР с расчетными. Исследования различных схем ССТ выявили, что самый высокий кпд использования солнечной энергии имеют СТНУ (45-55%), далее - солнечные приставки к котельным (40-45%), пообъектные (35-40%) и автономные (30-35%) УСГВ и наименьший - автономные системы теплообеспечения (9-11%) .

Разработаны основные положения методики технико-экономической оценки ССТ. Для оценки технико-экономической эффективности предложен безразмерный критерий, зависящий от количества падающей радиации и отношения годовых затрат на ССТ к стоимости замещаемой теплоты (топлива, электроэнергии). Доказано, что использование ССТ экономически целесообразно, если значение кпд использования солнечной энергии равно или больше величины этого критерия.

Ключевые слова: системы солнечного теплоснабжения, научно-технические основы, методическая база.

Rabinovych М.D. Scientific and technical bases using of the solar energy in heat supply systems. - Manuscript.

Thesis for a Doctor's degree of technical sciences, speciality - 05.14.01 "Energy systems and complexes", Institute of general energy Ukrainian National Аcademy of Science, Kiev, 2001.

Designed strategy of using climatic information in calculations of solar heating systems, explored dependencies of amount falling and absorbed to solar radiation from the spatial position of solar collectors and offered methods of its increasing. As a result generalizing of theoretical and experimental research data proposed equations for the calculation of heat productivity solar heating systems for industrial, agricultural and housing-public objects. Designed strategy of evaluation technical-economic of efficiency the solar systems.

Designed methodical recommendations and standards on the calculation and designing the installation solar heating systems for objects of wide construction.

Key words: solar heat supply systems, scientific and technical bases, methodical base.

Размещено на Allbest.ru

...