Размещено на http://www.allbest.ru/

Статья

на тему: Опыт проектирования и строительства гелиоустановки для горячего водоснабжения районной больницы

Выполнил:

В.А. Бутузов

В России в настоящее время отсутствуют нормативные документы по проектированию и строительству солнечных водонагревательных установок (гелиоустановок). В то же время создание гелиоустановок большой мощности (более 100 кВт) является сложной инженерной задачей, при решении которой необходимо адаптировать зарубежный опыт к российским условиям. Низкая стоимость замещаемой энергии и отсутствие государственной поддержки вынуждают разработчиков принимать компромиссные решения по используемому оборудованию и схемным решениям.

Основным параметром, определяющим мощность и окупаемость гелиоустановок, является солнечная радиация (прямая, рассеянная, суммарная). В современной инженерной практике в основном применяют значения солнечной радиации, определенные по компьютерным базам данных [1], две из которых, NASA (США) и «Метеонорм» (Швейцария), охватывают территорию России.

На основе программы NASA в [2] представлены расчетные данные по солнечной радиации для регионов России. В Краснодарском крае по результатам обработки многолетних (20-30 лет) данных солнечной радиации для всех городов региона получены достоверные значения, подтвержденные практикой сооружения гелиоустановок [3].

На основании сопоставления указанных данных со значениями, определенными по компьютерной базе данных NASA, установлено, что при использовании последней имеет место расхождение годовой интенсивности суммарной солнечной радиации до 7,8%, а интенсивности по отдельным месяцам - до 18,3% [4].

При проектировании гелиополя, как правило, задаются размеры земельного участка или кровли здания, на котором требуется разместить оптимальное количество солнечных коллекторов. Для выделенного земельного участка гелиополя в г. Усть-Лабинске Краснодарского края (для горячего водоснабжения районной больницы) была определена оптимальная площадь солнечных коллекторов (СК) из условий затенения рядов СК. Установлено, что сокращение этого расстояния с 3,8 м (полное отсутствие затенения в декабре) до 1,2 м (частичное затенение) приводит к уменьшению годовой теплопроизводительности гелиоустановки на данном земельном участке на 9,5%, что сопоставимо с погрешностью при обработке данных солнечной радиации. Общая площадь требуемого земельного участка при этом сократилась на 47% [5].

Основным оборудованием гелиоустановки являются СК, характеристики которых определяют эксплуатационные и стоимостные показатели установок. В работах [6, 7] выполнен анализ современных конструкций плоских и вакуумных СК ведущих мировых производителей. На рис. 1 представлены результаты сопоставления производительности плоских и вакуумных СК для географических координат региона, близкого по интенсивности солнечной радиации к Краснодарскому краю (т.е. для региона, расположенного на 45^О северной широты).

Как видно из рисунка, в зимних условиях производительность плоских СК выше, чем вакуумных в пересчете на общую поверхность коллекторов. При этом стоимость вакуумных СК в 2-3 раза выше плоских. На основании вышеизложенного при создании гелиоустановки в г. Усть-Лабинске (рис. 2) были использованы плоские СК зарубежного производства (Германия). В таблице представлены основные технические характеристики такого СК. Медные абсорберы изготовлены с применением лазерной сварки. Корпус алюминиевый штампованный (корыто) имеет достаточную жесткость.

Таблица. Технические характеристики солнечного коллектора

Вместо фирменного крепления СК к алюминиевым опорным конструкциям российскими специалистами был разработан узел для монтажа коллекторов к опорам из углеродистой стали. Ориентация СК- южная, угол наклона к горизонту - 45^О.

Разработка схемных и компоновочных решений велась с использованием отечественного [1] и германского опыта [8]. На рис. 3 приведена принципиальная тепловая схема гелиоустановки в г. Усть-Лабинске площадью 600 м² (300 коллекторов; расчетная тепловая мощность - 340 кВт). Данное решение с тремя контурами циркуляции позволяет обеспечить надежную работу гелиоустановки, в том числе при значительном уменьшении водоразбора на ГВС при высоких значениях суммарной солнечной радиации.

В зарубежной практике при проектировании гелиоустановок применяются различные специализированные компьютерные программы [9]. При их внедрении в России следует учитывать, что они не русифицированы, составлены на базе оборудования определенных зарубежных фирм и западноевропейских нормативных документов.

При проектировании гелиоустановки в г. Усть-Лабинске, были использованы пластинчатые теплообменники и насосы зарубежных фирм, а также вспомогательное оборудование и арматура (мембранные баки, регулирующие, предохранительные клапаны, воздухоотводчики и т.п.), как отечественного, так и зарубежного производства [10]. При этом применение контроллера с программным обеспечением и датчиков одной из германских фирм [11] было обусловлено низкой надежностью российской автоматики и отсутствием в России производства ряда датчиков, например, солнечной радиации. гелиоустановка водоснабжение больница

Разработанная гелиоустановка предназначена для совместной работы с существующей котельной. На рис. 4 и 5 представлен модуль вспомогательного оборудования гелиоустановки, смонтированный в блочном варианте (3x6 м) и расположенный рядом с котельной. Протяженность теплосетей от гелиополя до насосного модуля составляет 170 м.

Гелиоустановка предназначена для круглогодичной работы в автоматическом режиме. Регистрация параметров производится тепловычислителем. В качестве датчиков применены электромагнитные и турбинные (в гелиоконтуре) расходомеры, а также платиновые термодатчики. Управление и контроль работы всей гелиоустановки производится контроллером с датчиком солнечной радиации, стандартными датчиками расхода, температуры и давления. Основные функции котроллера: управление запуском и остановом гелиоустановки, предотвращение аварийных ситуаций (перегрев, прекращение электропитания, выход оборудования из строя и т.п.), регистрация параметров гелиоустановки.

Пуск в работу гелиоустановки осуществляется при достаточном уровне солнечной радиации, определяемой датчиком, при заданной температуре в верхней части гелиополя и заданной разнице между этой температурой и значением в верхней части бака. После пуска насоса гелиоконтура в работу контроллер отслеживает достижение определенного значения температуры теплоносителя на выходе из теплообменника, после чего запускает в работу насос загрузки бака-аккумулятора и т.д. Для обеспечения необходимой температуры горячей воды возможен ее догрев в теплообменнике за счет теплоносителя, поступаемого из котельной.

Выбранный в результате проведенного сравнительного анализа незамерзающий теплоноситель гелиоконтура обеспечивает надежную эксплуатацию гелиоустановки в температурном диапазоне от -28 до +200 ^ОС (температура стагнации СК (застоя теплоносителя)). Вместимость гелиоконтура составляет 3000 л.

Гелиоустановка эксплуатируется с мая 2011 г Подтверждены основные проектные характеристики и параметры работы оборудования.

Литература

1. Амерханов Р.А., Бутузов В.А., Гарькавый К.А. Вопросы теории и инновационных решений при использовании ге- лиоэнергетических систем. М.: Энергоатомиздат. 2009.

2. Попель О.С., Фрид С.Е., Коломиец Ю.Г. и др. Атлас ресурсов солнечной энергии на территории России. М.: Объединенный институт высоких температур РАН. 2010.

3. Бутузов В.А. Расчет интенсивности солнечной радиации для проектирования систем солнечного горячего водоснабжения // Промышленная энергетика. 2003. № 9.

4. Бутузов В. В. Расчетные значения интенсивности солнечной радиации при проектировании гелиоустановок //Альтернативная энергетика и экология. 2009. № 11.

5. Бутузов В. В. Оптимизация параметров гелиосистемы горячего водоснабжения больницы. Труды 7-й Международной научно-технической конференции «Энергообеспечение и энергосбережение в сельском хозяйстве». Москва. 2010.

6. Бутузов В.А., Брянцева Е.В., Бутузов В.В., Гнатюк И.С. Солнечные коллекторы. Тенденции совершенствования конструкций // Альтернативная энергетика и экология. 2009. № 10.

7. Бутузов В.А. Вакуумные трубчатые коллекторы. Мировые производители и перспективы производства в России //Альтернативная энергетика и экология. 2010. № 5.

8. Remmers K.-H. Groвв Solaranlagen // Solarpraxis AG. Berlin. 2001.

9. Weinreich B., Zehner M. Dimensioning aids in practice - a comparison // Sun, Wind Energy. 2009. № 12. P. 88-96.

Размещено на Allbest.ru