Сравнение вариантов. 
Перспективы совместного применения тепловых насосов и низкотемпературных солнечных коллекторов

В расчетах параметров оборудования системы теплоснабжения с ССК определяющей является площадь поверхности коллекторов ^_ССК), которая может быть определена различными методами. Нами выбран метод, изложенный в [3], а в качестве тепловой нагрузки принята нагрузка ГВС зданий городского микрорайона (^QrBc):

где 1_а — суммарная солнечная радиация местности, зсск — коэффициент эффективности ССК.

Значения солнечной радиации местности определены в зависимости от месячных суммарных радиаций и продолжительности солнечного сияния. Актинометрические и метеорологические данные местности, например, для условий г. Еревана, представлены в таблице.

При снижении суммарной солнечной радиации и повышении среднемесячной температуры наружного воздуха эффективность ССК (зсск) повышается и достигает максимума в июле месяце. В целом, среднесезонная эффективность ССК с неселективным поглощающим покрытием составляет примерно 0,48 (рис. 2). Наибольшая эффективность для НСК составляет 0,7−0,74.

Были проведены расчеты системы теплоснабжения для микрорайона г. Еревана с численностью 20 тыс. чел., нагрузкой ГВС — 7 МВт и продолжительностью нагрузки — 7 мес. в году (с апреля по октябрь). Площадь необходимой поверхности ССК для покрытия нагрузки ГВС составила 2 м²/чел. и, соответственно, для всего микрорайона — 40 тыс. м².

Для системы теплоснабжения с НСК+ТН требуемая поверхность коллекторов (Fhck+th) в течение указанного сезона представлена в виде графика на рис. 3. Как следует из графиков этого рисунка расчетная поверхность НСК при использовании ТН может составить 16,5 тыс. м², что в 2,4 раза меньше по сравнению с ССК.

Рассматриваемые системы следует сравнить по технико-экономическим показателям с традиционными источниками тепла — с котлами. Производя подбор оборудования, следует определить приведенные затраты за сезон по удельным капитальным вложениям на сравниваемые системы теплоснабжения и стоимости условного топлива. Необходимо учесть и экологический ущерб из-за применения той или иной системы теплоснабжения с различными источниками тепла.

В результате проведенных расчетов было определено, что для системы теплоснабжения с ССК приведенные затраты составят 444 тыс. долл. США/год, для системы с НСК+ТН — 454,7 тыс. долл. США/год, а для системы с районной котельной — 531,9 тыс. долл. США/год.

Из полученных результатов следует, что сравниваемые варианты систем солнечного теплоснабжения почти равноценны (система с НСК+ТН по приведенным затратам превосходит систему с ССК на 2,4%). Однако каждая из систем имеет свои положительные и отрицательные стороны как с экономической, так и технической стороны, которые могут нарушить эту равноценность. В частности, повышение стоимости электрической энергии, уменьшение тепловой нагрузки, приведут к удорожанию системы с НСК+ТН. В регионах, где интенсивность солнечного сияния и температура наружного воздуха в указанные месяцы ниже, а также высоки цены на земельные участки и т. п., снижаются энергоэкономические показатели системы с ССК. солнечный коллектор тепловой насос Вариант системы с районной котельной по затратам на 17% превышает другие системы и основная статья расходов — затраты на органическое топливо, которая имеет тенденцию к увеличению.

Поскольку стоимость основного оборудования сравниваемых систем может повышаться относительно небольшими темпами, по сравнению со стоимостью топлива, следует произвести анализ систем по удельным расходам топлива, поскольку для стран, ориентированных на привозное топливо, кроме экономических показателей, наибольший интерес представляет вопрос топливоили энергосбережения.

На рис. 4 для системы с НСК+ТН показано изменение удельного потребления топлива, которое связано с изменением среднемесячной температуры наружного воздуха. При этом среднесезонное удельное потребление топлива для этой системы составляет 53 г у.т./ кВт*ч тепловой энергии, что намного больше, чем для системы с ССК (0,4 г у.т./ кВт*ч). Это означает, что для условий г. Еревана система с ССК по топливои энергосбережению превосходит систему с НСК+ТН.

На этом же рисунке показано среднесезонное удельное потребление топлива для системы теплоснабжения на базе районной котельной. Как и следовало ожидать, это значение намного превышает соответствующие значения для систем солнечного теплоснабжения с различными комбинациями, т.к. последние используют солнечную энергию вместо органического топлива. Поскольку удешевление различных видов топлива невозможно из-за истощения их запасов, то эти показатели могут быть основными для стран, ориентированных на привозное топливо. Однако при этом следует учесть не только экономические, но и актинометрические и метеорологические показатели местности.

Из вышеизложенного следует, что предлагаемые системы солнечного теплоснабжения по приведенным затратам почти равноценны (из-за высокой цены ССК). Однако существуют другие варианты использования солнечной энергии, в частности, при помощи «солнечных» прудов или бассейнов, капвложения в которые намного ниже, чем в ССК. «Солнечные» пруды одновременно служат аккумуляторами низкопотенциального тепла, поскольку, при применении незамерзающей жидкости, даже в зимние месяцы, их температура равна или ниже температуры окружающей среды. Предварительные расчеты подтверждают это, однако, это уже тема другой статьи.