Гелиоустановки горячего водоснабжения большой производительности: проектирование и эксплуатация
|
| Гелиоустановки горячего водоснабжения большой производительности: проектирование и эксплуатация http://www.geleo.boom.ru/article07.htm Автором выполнен анализ технических характеристик гелиоустановок горячего водоснабжения в России [1] и их экономических показателей при дневной производительности до 5,5 мі в день [2]. Одним из направлений сокращения удельной стоимости сооружения и эксплуатационных расходов гелиоустановок является увеличение их производительности, площади солнечных коллекторов. Следует уточнить, что самая большая гелиоустановка в Европе с площадью солнечных коллекторов 8064 мІ работает в Дании [3]. На примере пяти гелиоустановок горячего водоснабжения в городах Краснодарского края (площадь солнечных коллекторов — от 96 до 326 мІ) в данной статье выполнен анализ опыта их разработки и эксплуатации. Так, гелиоустановка площадью 260 мІ, разработанная автором и смонтированная в 1989 году на крыше здания издательства «Советская Кубань» в г. Краснодаре, эксплуатируется до настоящего времени. На кровле газетного цеха были размещены 432 солнечных коллектора. Ориентация — южная, угол наклона — 45° над уровнем горизонта. Режим работы — сезонный: апрель-октябрь. Компоновка солнечных коллекторов — двухрядная. Пять баков-аккумуляторов ёмкостью по 4 мі соединены параллельно и размещены на чердаке рядом расположенного здания, превышающего на 8 м отметку верхней образующей коллекторов. Циркуляция воды через коллекторы осуществляется насосом К-8-18. Коллекторы (1000 Ч 600 Ч 100 мм) изготовлены грузинской фирмой «Спецгелиотепломонтаж». Теплопоглощающая панель — штампосварная (материал — сталь 3) — имеет два патрубка Dy = 20 мм для подключения на сварке. Панель покрыта чёрной эмалью; применено стекло толщиной 4 мм; обечайка корпуса выполнена из алю миниевого проката; теплоизоляция из листового пенопласта; с наружной стороны покрытие теплоизоляции — фанера. В 1991 году, через два года после ввода гелиоустановки в эксплуатацию, Краснодарской лабораторией Академии коммунального хозяйства были выполнены режимно-наладочные работы [4]. При фактическом уровне солнечной радиации в течение нескольких недель июня-июля 1991 года был определён средний эксплуатационный КПД гелиоустановки - 16%. Причиной столь низкого КПД были отступления от проекта и неравномерное распределение воды через отдельные группы коллекторов. После изменения обвязки солнечных коллекторов и увязки гидравлических сопротивлений отдельных контуров циркуляции были проведены повторные испытания гелиоустановки. В результате проведённых работ её фак тический КПД увеличился на 21 % и составил 37%. Абсолютное значение температурной развёртки в характерных точках контуров циркуляции уменьшилось с 10° до 4°С. В 1989 году автором также разработана, сооружена и эксплуатируется до настоящего времени гелиоустановка площадью 326 мІ для ко тельной в г. Тимашевске. Здесь 340 солнечных коллекторов размещены следующим образом: 98 шт. — на кровле и 242 шт. — на четырёх навесах вблизи здания котельной. Ориентация коллекторов — южная, угол наклона коллекторов — 45° над уровнем горизонта. Режим работы — сезонный: апрель-октябрь. На кровле котельной компоновка коллекторов — однорядная, на навесах — семирядная. Солнечные коллекторы (1550 Ч 630 Ч 100 мм) изготовлены Братским заводом отопительного оборудования. Теплопоглощающая панель — штампосварная из листовой стали (сталь 3), имеет четыре патрубка Dy = 20 мм с резьбовым подключением. Покрытие — гальваническое «чёрный хром». Толщина стекла — 5 мм, корпус — штампованный из листовой стали марки 3. Теплоизоляция — минеральная вата. Гелиоустановка выполнена по двухконтурной схеме. Циркуляция теплоносителя через солнечные коллекторы производится насосами К-8-18. Через три года после ввода установки в эксплуатацию были выполнены режимно-наладочные работы [5]. При этом были установлены отклонения от проекта обвязки групп коллекторов трубопроводами, отсутствовало решение по совместной работе установки с водогрейным котлом в режиме догрева. По результатам обработки полученных при испытаниях данных изменены места врезки групп коллекторов, осуществлены увязка их гидравлических сопротивлений и изменения в схеме трубопроводов котельной. Это обеспечило повышение эксплуатационного КПД гелиоустановки до 54%. Гелиоустановка работает по следующей схеме. Водопроводная вода после прохождения Na-катионитовых фильтров подогревается теплом от гелиоустановки в теплообменнике и поступает в бак-аккумулятор. Утром следующего дня разжигается один из котлов «Братск-1Г», теплоноситель от которого подаётся в теплообменник, где вода догревается и поступает во второй бак-аккумулятор, из которого уже производится разбор горячей воды истребителями. Продолжительность работы котла при этом 1 - 1,5 часа в сутки. В г. Сочи для круглогодичного горячего водоснабжения спального корпуса санатория им. Фрунзе «Южно-русской энергетической компанией» (ЮРЭК) разработан проект гелиоустановки площадью 198,7 мІ. Целесообразность сооружения данной установки подтверждена технико-экономическим обоснованием, выполненным Краснодарской лабораторией Академии коммунального хозяйства [6]. Девяносто два солнечных коллектора фирмы «AMCOR» (Израиль) типа 2123 имеют общую площадь 198,7 мІ. Теплопоглощающая панель выполнена из медных трубок со стальным оребрением, имеет селективное покрытие, просветлённое градостойкое стекло, пенополиуретановую теплоизоляцию и алюминиевый корпус. Габариты коллектора — 1940 Ч 1240 Ч 95 мм, площадь — 2,16 мІ, вес — 63 кг. Здание санаторного корпуса имеет проектную плоскую мягкую кровлю, над которой выполнена кровля из алюминиевого профиля по деревянному каркасу. В этих условиях для размещения солнечных коллекторов на отметке 34,5 м запроектирован каркас с опиранием на 32 колонны, проходящие через обе кровли с подачей нагрузок на железобетонный несущий каркас здания. Данное решение согласовано с генпроетировщиком — институтом «Южпроекткоммунстрой» для условий работы в условиях 9-балльной сейсмичности. Ориентация коллекторов — южная с отклонением 10° на восток. Угол наклона над уровнем горизонта — 45°. Баки-аккумуляторы ёмкостью 8 мі (2 шт.) и 4 мі (2 шт.) установлены над лифтовыми шахтами с превышением над верхней образующей солнечных коллекторов на 500 мм, что при максимальном уровне солнечной радиации в летнее время обеспечивает термосифонный режим циркуляции. При недостаточном уровне солнечной радиации циркуляция обеспечивается насосами UPS-32-120 (2 шт.) фирмы «GRUNDFOS». Догрев воды в зимнее время и при продолжительной пасмурной погоде производится в двух электрокотлах типа ТАВИА-ЭВК-45 катодного типа мощностью по 45 кВт. Расчётное время работы котлов с 22.00 до 7.00 — по льготному ночному тарифу.  Рисунок 1. Схема трубопроводов гелиоустановки спального корпуса № 2 санатория им. Фрунзе в г. Сочи: 1 — солнечные коллекторы; 2 — насосы гелиоконтура; 3 — баки-аккумуляторы; 4 - насосы электрокотлов; 5 - электрокотлы; 6 - рециркуляционные насосы Схема трубопроводов гелиоустановки предусматривает два режима работы. В дневное время первая группа баков рабочей ёмкостью 12 мі (8 + 4 мі) работает в режиме нагрева с солнечными коллекторами. При этом в зависимости от потребности в горячей воде могут работать все коллекторы или их половина. В ночное время первая группа баков-аккумуляторов автоматически переключается в режим догрева в электрокотлах с водоразбором из них со следующего утра. Вторая группа баков ёмкостью 12 мі этим утром дополняется водопроводной водой до заданного уровня и переключается в режим работы с солнечными коллекторами. Первая и вторая группы баков работают попеременно, обеспечивая подачу потребителям расчётного количества горячей воды с температурой 55°С. В связи с размещением баков-аккумуляторов на кровле здания предусмотрена установка рециркуляционных насосов UPS-32-120 фирмы «GRUNDFOS». Еще одна гелиоустановка площадью 220 мІ разработана ЮРЭК для горячего водоснабжения городского рынка в г. Краснодаре. Особенность установки — размещение солнечных коллекторов фирмы «AMCOR» (Израиль) на двух плоскостях кровли с перепадом отметок в 4 м, а также двойное дублирование электрокотлами и догревом от централизованного теплоснабжения. Солнечные коллекторы (102 шт.) устанавливаются на южной стороне кровли здания под углом 45° к горизонту. Схема трубопроводов гелиоустановки представлена на рис. 1. Два бака-аккумулятора рабочей ёмкостью 20 мі каждый расположены в подвальном помещении. Суточную потребность рынка в горячей воде обеспечивает один бак. Циркуляция воды через солнечные коллекторы осуществляется двумя насосами LP-50-125/142 фирмы «GRUNDFOS». Первый насос включается при разности температур до и после солнечных коллекторов, равной 10 °С, второй — при разности температур в 20 °С. При недостаточном уровне солнечной радиации догрев воды производится в электрокотлах ЭВК-60 фирмы «ТАВИА» (Санкт-Петербург) или в пластинчатых теплообменниках, подключенных к централизованному теплоснабжению. Режим работы баков-аккумуляторов совместно с тепловыми дублёрами запроектирован аналогично режиму гелиоустановки спального корпуса санатория им. Фрунзе в г. Сочи. Особенностью данной гелиоустановки является применение микропроцессорного блока управления, обеспечивающего автоматизацию процессов:
В 2001 году компанией разработана, смонтирована и введена в эксплуатацию гелиоустановка горячего водоснабжения ремонтного цеха локомотивного депо в г. Тихорецке площадью 96 мІ (рис. 2). Здесь 120 солнечных коллекторов Ковровского механического завода смонтированы на кровле цеха на отметке 12 м. Для обеспечения их южной ориентации коллекторы размещены под углом 45° к продольной оси здания цеха. Угол наклона коллекторов к горизонту — 30°. Режим работы — сезонный: апрель-октябрь. Компоновка коллекторов — двухрядная. Коллекторы имеют теплопоглощающую панель из латунных трубок со стальным оребрением, стекло толщиной 3 мм, теплоизоляцию, стальной корпус и защиту теплоизоляции, выполненную из окрашенных ДВП. Коллекторы оснащены четырьмя патрубками Dy = 20 мм, соединение коллекторов осуществляется резинотканевыми трубками.  Рисунок 2. Компоновка солнечных коллекторов гелиоустановки ремонтного цеха локомотивного депо в г. Тихорецке  Рисунок 3. Схема трубопроводов гелиоустановки ремонтного цеха локомотивного депо в г. Тихорецке Кровля цеха выполнена из ребристых железобетонных плит, утеплена керамзитом, скреплённым цементной стяжкой, и покрыта слоями рубероида. Предусмотрено, что металлоконструкции коллекторов опираются на лапы из листового металла 300 Ч 300 мм с прокладкой из листовой резины толщиной 10 мм с шагом 2,5 м вдоль рядов коллекторов. Общий вес всех коллекторов с водой и опорных конструкций составляет 5600 кг, нагрузка на каждую опорную лапу — 70 кг или 67 г / смІ, дополнительная нагрузка на каждую ребристую плиту размером 1,5 Ч 6 м составляет 140 кг, что допустимо по прочностным условиям. Баки-аккумуляторы и насосы размещены на нулевой отметке в отдельном помещении. Схема трубопроводов гелиоустановки, представленная на рис. 3, работает следующим образом. Циркуляция воды через солнечные коллекторы обеспечивается насосом 3, подача потребителям — насосом 4. Водопроводная холодная вода поступает в бак-аккумулятор № 1 через регулятор уровня в баке № 2, из которого производится водоразбор горячей воды. При этом бак № 1 работает в режиме нагрева с солнечными коллекторами. Нагретая вода в результате температурной стратификации поднимается в верхнюю часть бака № 1, откуда по перемычке перетекает в верхнюю часть бака № 2, восполняя поданную потребителям порцию воды. Таким образом, один из баков работает в режиме нагрева с солнечными коллекторами, второй имеет запас горячей воды, готовый для потребления. При недостаточном уровне солнечной радиации предусмотрен догрев воды в пароводяном теплообменнике системы централизованного теплоснабжения. Таблица 1
В таблице 1 приведены технические характеристики описанных выше гелиоустановок. При расчётах их дневной производительности принимались во внимание:
В таблице 2 приведены стоимостные показатели гелиоустановок в ценах 2001 года. Стоимость гелиоустановок, построенных до 2001 года, пересчитана в сопоставимых ценах. При анализе общая стоимость гелиоустановок распределена на следующие составляющие:
Наименьшей удельной стоимостью в расчёте на кв. метр солнечных коллекторов (76,1 долл. / мІ) и кубометр ёмкости установленных баков-аккумуляторов (1078 долл./мі) характеризуется гелиоустановка в г. Тимашевске, что объясняется применением дешёвых солнечных коллекторов со стальными теплопоглощающими панелями, а также использованием существующего оборудования котельной и, в первую очередь, баков-аккумуляторов. Гелиоустановка издательства «Советская Кубань» в г. Краснодаре также оборудована аналогичными солнечными коллекторами и обладает, соответственно, низким значением удельной стоимости квадратного метра — 117,3 долл. / мІ, однако применение избыточной ёмкости баков-аккумуляторов из нержавеющей стали почти вдвое увеличивает удельную стоимость кубометра ёмкости (2440 долл. / мі). Этот показатель гелиоустановки издательства «Советская Кубань» больше, чем у установки в г. Тихорецке, оснащенной солнечными коллекторами с теплопоглощающей панелью из латунной трубки со стальным оребрением. Таблица 2
Анализ показателей гелиоустановок санатория им. Фрунзе в г. Сочи и городского рынка в г. Краснодаре показывает, что варианты с коллекторами Ковровского механического завода (теплопоглощающая панель из латунной трубки со стальным оребрением) примерно в 1,5 раза дешевле варианта с израильскими коллекторами фирмы «AMCOR» (теплопоглощающая панель из медных трубок со стальным оребрением). В общей стоимости гелиоустановок основные затраты приходятся на приобретение и монтаж солнечных коллекторов. Так при использовании отечественных коллекторов эти затраты составляют 43,6 - 61,7%. При замене израильских коллекторов на отечественные эти значения уменьшаются с 53% до 31,4%. Затраты на изготовление и монтаж баков-аккумуляторов из стали 3 с лакокрасочным покрытием незначительны, составляют 2,6 - 7,7% и увеличиваются до 26,2% при изготовлении баков-аккумуляторов из нержавеющей стали (издательство «Советская Кубань», г. Краснодар). Применение отечественных электрокотлов с насосами может увеличить стоимость гелиоустановки на 6,4 - 13,3%. Следует отметить, что стоимость электрокотлов указана для наиболее качественных и дорогих котлов фирмы «ТАВИА» (Санкт-Петербург). Сравнение удельных стоимостных показателей гелиоустановок, приведённых в таблице 2, с аналогичными показателями гелиоустановок производительностью 1,95 - 5,5 мі / день [2] показывает, что для всех установок, кроме Тимашевской, с увеличением производительности стоимостные показатели также возрастают. При определении стоимости сооружения традиционного энергоисточника (таблица 3), затраты на приобретение и монтаж электрокотлов катодного типа отечественного производства, насосов, трансформаторных подстанций также указаны в ценах на декабрь 2001 года. Соответственно стоимость замещаемой энергии — 1 руб. / кВт · ч или 0,033 долл. / кВт · ч. В таблице представлены результаты расчётов сроков экономической окупаемости по методике, изложенной автором в предыдущих публикациях [2]. Таблица 3
Выводы
Литература.
Бутузов Виталий Анатольевич, доктор технических наук | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Похожие:
 | Проектирование систем солнечного горячего водоснабжения Анализ российского опыта и нормативных документов Применяют гелиоустановки горячего водоснабжения (гвс). В США на каждого человека приходится 0,4 мІ солнечных коллекторов, в Израиле... | | Гелиоустановки горячего водоснабжения малой производительности В США на каждого человека приходится 0,4 мІ установленной площади солнечных коллекторов гелиоустановок, в Израиле — 0,6, на Кипре... |
| Гелиоустановки с солнечными воздушными коллекторами: перспективы применения в России Анализ технических аспектов разработки и эксплуатации гелиоустановок горячего водоснабжения с солнечными жидкостными коллекторами... | | Методические рекомендации по определению технического состояния систем теплоснабжения, горячего водоснабжения, холодного водоснабжения и водоотведения Ие рекомендации по определению технического состояния систем теплоснабжения, горячего водоснабжения, холодного водоснабжения и водоотведения... |
| Протокол рассмотрения и оценки котировочных заявок проведение запроса котировок № К12-09-11/Замена лежанок горячего и холодного водоснабжения Предмет Договора Предмет Договора: выполнение работ по замене лежанок горячего и холодного водоснабжения в здании, расположенного по адресу г. Пермь,... | | Расчёт интенсивности солнечной радиации для проектирования систем солнечного горячего водоснабжения Упаемости (5 8 лет) даже для южных регионов страны имеют только системы солнечного горячего водоснабжения (гвс), под которыми согласно... |
| 141403 «Атомные станции: проектирование, эксплуатация и инжениринг», специалист профиль: «Проектирование и эксплуатация атомных станций» Аналитическая геометрия и линейная алгебра/ Analytical Geometry and Linear Algebra | | СП. 05. Проектирование, сооружение и эксплуатация газонефтепроводов и газонефтехранилищ дс. 4 «Эксплуатация газотурбинных, газоперекачивающих агрегатов и газораспределительных сетей», сд. Ф Специальность 130501. 65 (090700) «Проектирование, сооружение и эксплуатация газонефтепроводов и газонефтехранилищ» |
| Документи 1. /130501 Проектирование, сооружение и эксплуатация газонефтепроводов и газонефтехранилищ... | | «томский политехнический университет» «Основы автоматизации производственных процессов» для студентов, обучающихся по специальности 130501 «Проектирование, сооружение... |