Библиографическое описание:

Дусяров А. С., Яхшибоев Ш. К. Методика расчета технико-экономических показателей пассивных систем солнечного отопления // Молодой ученый. — 2016. — №6. — С. 97-100.



Постоянное возрастание объемов энергопотребления, истощение запасов ископаемого топлива и экологические проблемы, возникающие в результате его сжигания, ставят перед человечеством, наряду с рациональным и бережливым использованием традиционных топливно-энергетических ресурсов, задачу поиска, разработки и использования местных нетрадиционных возобновляемых источников энергии.

Из нетрадиционных возобновляемых энергетических ресурсов в условиях Республики Узбекистан наиболее перспективна солнечная энергия, энергетических потенциал которой составляет 98,5 % возобновляемых источников энергии вместе взятых. [1,2].

Одной из наиболее подготовленных сфер широкомасштабного применения солнечной энергии в народном хозяйстве нашей республики, как и во всем мире,- ее преобразование в низкопотенциальное тепло и использование последнего в качестве источника в системах теплоснабжения жилых зданий коммунально-бытовых объектов, являющихся основными потребителями тепла такого же температурного потенциала. Отметим, что для покрытия тепловых нужд населения и коммунально-бытового сектора ежегодно расходуется 50 % ископаемого топлива [1] по Республике.

Мировой опыт по использованию солнечной тепловой энергии показывает, что одними из эффективных систем теплоснабжения низкотемпературных потребителей являются пассивные системы солнечного отопления, отличающиеся простотой, прежде всего, с точки зрения конструктивного решения.

В зависимости от принятой схемы подвода тепла в отапливаемое помещение различают три вида пассивной системы солнечного отопления: с непосредственным (т. е. при посредстве инсоляции), косвенным и изолированным восприятием и передачей тепла солнечного излучения [3].

В инсоляционных пассивных системах солнечного отопления солнечные лучи проникают в отапливаемые помещения через оконные проемы (обычно увеличенных размеров) и нагревают внутренние элементы помещения, которые становятся приемниками излучения и аккумуляторами тепла. Несмотря на высокую тепловую эффективность, следует отметить ряд недостатков, свойственных инсоляционным пассивным системам отопления — неустойчивость теплового режима, необходимость применения вспомогательных устройств, снижающих дополнительные теплопотери в ночное время, тепловой и световой дискомфорт в дневное время.

При косвенном обогреве поток солнечного излучения непосредственно в помещения не проникает а поглощается приемниками излучения, защищенными светопрозрачными ограждениями которые являются, как правило аккумуляторами тепла.

Недостатком косвенных пассивных систем солнечного отопления является низкая тепловая эффективность, которая является следствием сравнительно больших теплопотерь с наружной поверхности стены, совмещающей в себе функции приемника солнечного излучения и аккумулятора тепла с ограниченной интенсивностью передачи тепла от лучепоглощающей поверхности приемника излучения (аккумулятора тепла) в отапливаемое помещение.

Изолирование системы характеризуются тем, что тепло необходимое для поддержания в помещениях заданной температуры, воспринимается солнечными тепловыми коллекторами, размещенными за пределами здания и накапливается в аккумуляторах, которые также находится вне отапливаемых помещений.

Существуют пассивные системы солнечного отопления, принцип действия которых основан на принципах действия как косвенных, так и изолированных систем. Солнечный тепловой коллектор, так и изолированных систем. Солнечный тепловой коллектор при этом размещен на южной вертикальной стене, а тепловой аккумулятор совмещен с перекрытием потолка и одновременно выполняет функцию радиатора панельно-лучистой системы отопления [1–3].

Недостатками изолированных пассивных систем солнечного отопления, как и косвенных, являются относительно низкая тепловая эффективность, обусловленная ограниченной интенсивностью передачи тепла от коллектора в аккумулятор и от аккумулятора в отапливаемого помещение потоком воздуха, циркулируемого под действием гравитационного давления, а также сложностями в эксплуатации, связанными с необходимостью размещения аккумулятора ниже уровня помещения, а коллектор еще ниже уровня аккумулятора, и потерь температурного напора в элементах тепловой цепочки коллектор — аккумулятор тепла — отапливаемое помещение.

Указанные недостатки рассмотренных видов пассивных систем солнечного отопления в определенной степени могут быть устранены, если приемник солнечного коллектора и аккумулятор тепла совместить с отопительным прибором и установить последний внутри отапливаемого помещения возле светопроема. При такой компоновке и размещении элементов пассивной системы солнечного отопления тепловые потоки с поверхности приемника солнечного излучения аккумулятора тепла, не теряются в окружающую среду, а передаются в отапливаемое помещение как полезная энергия. Количество солнечного излучения, проникающего в отапливаемое помещение через его светопроем, может быть увеличено путем дополнительной подсветки его плоскими рефлекторами солнечного излучения, шарнирно соединенными с нижней частью рассматриваемого светопроема.

Эксплуатации таких систем показывает их несомненное преимущество по сравнению с другими типами пассивных систем солнечного отопления. Так фактический вклад солнечной энергии в годичном тепловом балансе объектов, имеющих пассивные системы солнечного отопления рассматриваемого типа, в климатических условиях штата Нью Мексика. США. составил более 75 % [1,2].

Несомненно, представляет большой практический интерес определение фактических возможностей указанных систем в климатических условиях центральноазиатских республик. Актуальная для нашей республики, сводится к выбору рациональных конструктивных решений совмещения основных элементов инсоляционных пассивных систем солнечного отопления. Тепловой оптимизации их основных параметров и экспериментальной проверке достоверности результатов выполненных расчетно-оптимизационных исследований.

За последние 25–30 лет в мировой практике разработаны и апробированы многочисленные объекты с инсоляционными пассивными системами солнечного отопления. Однако, результаты исследований этих объектов не позволяют однозначно выбрать и рекомендовать для широкого применения какие-либо определенные системы или решения с наилучшими технико-экономическими показателями, что объясняется разнообразием технических решений, принятых при их создании и индивидуальным подходом разработчиков этих систем.

Технико-экономические анализы эффективности внедрения солнечных установок для отопления в общей постановке предусматривает решение следующих задач:

 определение предельно допустимых капитальных и эксплуатационных затрат на создание солнечной установки, при которых достигается положительный экономический эффект;

 определение доли покрытия тепловых потребностей объекта за счет солнечной энергии, при которой достигается максимальный экономиический эффект.

Для ответа на вопрос об экономической целесообразности использования пассивной системы солнечного отопления необходимо будет решение следующих задач:

 выполнить расчет теплопроизводительности системы солнечного нагревателя в течение всего отопительного сезона (в этом важную роль играет точность определения климатических условий объекта строительства);

 определить затраты на вспомогательное отопление (использование традиционных источников энергии, дублеров, для отопления);

 предусмотреть комплексное использование элементов пассивной системы, в частности, как для нагревания внутреннего воздуха зимой, так и для охлаждения — летом (например, использование аккумуляторов тепла для охлаждения воздуха, а также двухслойных стен с вентилируемой прослойкой); комплексное использование пассивных систем солнечного отопления существенно повышает их экономическую эффективность [3].

Применительно к пассивным системам солнечного отопления, выбор конструктивного решения системы, при котором достигается наибольший экономический эффект, может быть также осуществлено по общеизвестной методике.

Основными показателями экономической эффективности солнечной установки является себестоимость С, капитальные затраты Зк. При сравнении двух или нескольких вариантов систем солнечного отопления должны быть определены: срок окупаемости и годовой экономический эффект Э.

Годовой экономический эффект Э и затраты для получения этого эффекта З связаны соотношением

где - экономическая эффективность системы.

Приведенные затраты на систему рассчитываются по известной формуле

где - эксплуатационные затраты;

- капитальные затраты; - нормативный срок окупаемости.

Срок окупаемости системы солнечного отопления определяется по формуле

где - эксплуатационные затраты на обычную традиционную систему отопления,

- эксплуатационные затраты на солнечную систему отопления.

Среднегодовые эксплуатационные затраты на систему солнечного отопления составляют

где - капитальные затраты на систему солнечного отопления, которые включают пассивную и вспомогательную системы отопления;

– средневзвешенные проценты амортизации текущего ремонта и прочих расходов

; ;

- начисление на заработную плату,

где – заработная плата обслуживающего персонала [4].

По методике расчета технико-экономических показателей систем солнечного отопления, можно выбрать рациональное конструктивное решение этих систем.

Практические расчеты значительного числа вариантов конструкций пассивных систем солнечного отопления показали, что существует оптимальное соотношение элементов пассивной системы, дающее наибольший тепловой эффект при минимальных затратах.

Литература:

  1. Зоколей С. Солнечная энергия и строительство.-М.: Стройиздат, 1979.-с.209.
  2. Мак-Вейг Д. Применение солнечной энергии. -М.: Энергоатомиздат, 1981.-с.216
  3. Р. Р. Авезов, А. Ю. Орлов, Солнечные системы отопления и горячего водоснабжения. Ташкент. изд. «Фан» 1988 г., ст.276–279.
  4. Павел О. С.,Фрид С. Е., Шпильрайн Э. Э. Экономические аспекты создания установок солнечного теплоснабжения //Изв.Энергетика и танспорт. 1983 № 5.ст.147–151.

Обсуждение

Социальные комментарии Cackle