Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Состояние и тенденции развития систем теплоснабжения на основе возобновляемых источников энергии 10
1.1. Масштабы и направления использования ВИЭ в системах теплоснабжения 10
1.2. Геотермальное теплоснабжение 15
1.2.1. Геологические и гидрогеологические факторы 21
1.2.2. Экономическая и энергетическая эффективность 26
1.3. Солнечная радиация. Расчетные характеристики 28
1.4. Солнечные коллекторы 35
1.4.1. Отечественные конструкции 35
1.4.2. Тепловая эффективность 45
1.4.3. Конструктивные элементы. Общие положения 50
1.4:3.1. Прозрачная изоляция 53
1.4.3.2. Поглощающая панель 58
1.4.3.3. Тепловая изоляция 61
1.4.3.4. Энергетическая эффективность 62
1.4.4. Эксплутационная надежность 63
1.4.5 .Стоимостные показатели 64
1.5. Солнечные водонагревательные установки 67
1.5.1. Зарубежный опыт 67
1.5.2. Анализ российского рынка 68
1.5.3. Наладочные испытания 77
1.5.4. Анализ методик экономического обоснования целесообразности строительства 79
1.5.5. Методики обоснования энергетической целесообразности сооружения 85
1.6. Выводы по главе 1 87
Глава 2. Геотермальное теплоснабжение 91
2.1. Ресурсы и тепловые характеристики геотермальных месторождений
на примере Краснодарского края 91
2.2. Регулирование производительности 101
2.3. Система теплоснабжения с циклическим регулированием и тепловыми насосами 103
2.4. Теплоснабжение города Усть-Лабинска 105
2.5. Теплоснабжение города Лабинска НО
2.6. Геотермально-солнечные системы теплоснабжения 116
2.7. Выводы по главе 2 119
Глава 3. Достоверные значения интенсивности солнечной радиации для проектирования гелиоустановок 121
3.1. Методы и способы обработки результатов многолетних исследований характеристик солнечной радиации 121
3.2. Оптимизация способов представления расчетных значений интенсивности солнечной радиации территории региона 143
3.3. Выводы по главе 3 160
Глава 4. Конструкции солнечных коллекторов 161
4.1. Экономическая и энергетическая эффективность 161
4.2. Удельная себестоимость 169
4.3. Эксплуатационная надежность 172
4.4. Производство оптимальной конструкции 177
4.5. Выводы по главе 4 180
Глава 5. Солнечные водонагревательные установки 182
5.1. Проектирование гелиоустановок 182
5.2. Гелиоустановки большой производительности 193
5.3. Солнечно-топливные котельные 210
5.4. Гелиоустановки с воздушными солнечными коллекторами 215
5.5. Экономическое и энергетическое обоснование гелиоустановок 219
5.6. Реализация расчетных и проектных решений гелиоустановок 236
5.7. Выводы по главе 5 249
Заключение 251
Список литературы
- Геотермальное теплоснабжение
- Конструктивные элементы. Общие положения
- Оптимизация способов представления расчетных значений интенсивности солнечной радиации территории региона
- Гелиоустановки большой производительности
Введение к работе
Современное состояние развития систем теплоснабжения характеризуется расширением объёмов использования возобновляемых источников энергии (ВИЭ). Из них наиболее широко применяется геотермальная и солнечная энергия. В мире эксплуатируются геотермальные системы теплоснабжения общей мощностью более 16 ГВт, в том числе в России 0,9 ГВт. Ежегодная добыча геотермальной воды в нашей стране составляет 30 млн м . Один из экономически развитых регионов России - Краснодарский край - имеет многолетний опыт геотермального теплоснабжения. Из 40 скважин 12 месторождений ежегодно добывается до 10 млн м3 геотермальной воды с температурой 75-105 С. Тепловая мощность геотермальных систем теплоснабжения составляет 150 МВт. В то же время разведанные геотермальные ресурсы позволяют существенно увеличить объёмы использования данного вида энергии.
По объёмам практического применения в мире на втором месте - ис-пользование солнечной энергии для нагрева воды. Из 50 млн м гелиоустановок в США эксплуатируется 20 млн м2, в Европе - 11,7 млн м2, а в России всего 0,1 млн м2. По темпам роста рынка гелиоустановок лидирует Европа - 20 % в год. По количеству гелиоустановок на одного жителя на первом месте Кипр - 0,8 м2, затем Израиль - 0,6 м2/чел., США - 0,4 м2/чел. В России строительство гелиоустановок наибольшими темпами ведётся в Краснодарском крае. Там сооруже-ны солнечные водонагревательные установки общей площадью 6000 м , анализ опыта разработки и эксплуатации которых позволяет определить дальнейшие перспективы их развития. Для проектирования эффективных гелиоустановок принципиальное значение имеют достоверные значения интенсивности суммарной солнечной радиации, однако существующие российские справочные материалы и зарубежные компьютерные базы не обеспечивают их получение для большинства регионов страны. Известные методики обработки значений солнечной радиации несовершенны. Действующие в России нормативные до-
кументы по проектированию солнечных водонагревательных установок устарели, отсутствуют их типовые решения. Существующие методы стоимостного анализа установок с использованием ВИЭ не учитывают затраты энергии на производство оборудования и материалов. Основным элементом гелиоустановок является солнечный коллектор (СК). Низкая стоимость органического топлива в России определила необходимость разработки принципов и методов оптимизации его конструкции по энергетическим, стоимостным критериям и на их основе - организации серийного производства СК.
Актуальность рассматриваемой проблемы обусловлена необходимостью решения следующих важных народнохозяйственных задач:
массовое производство дешёвой и эффективной конструкции СК; -широкомасштабное создание солнечных водонагревательных установок;
создание эффективных геотермальных систем теплоснабжения. Цель работы состоит в разработке научных, методологических и технических основ использования ВИЭ в системах теплоснабжения.
Для достижения цели в работе решены следующие задачи:
определение основных условий и направлений совершенствования систехМ теплоснабжения с использованием ВИЭ, приоритетности применения их отдельных видов;
оценка ресурсной базы термоводозаборов Краснодарского края, совершенствование хметодов регулирования тепловой мощности геотермальных систем теплоснабжения, разработка таких систехМ для крупных городов и населённых пунктов;
определение достоверных значений интенсивности солнечной радиации для отдельных населённых пунктов на примере Краснодарского края;
разработка и организация серийного производства новой конструкции СК, ИхМеющей оптимальное для российского рынка соотношение цены и
энергетической эффективности;
- создание типовых проектов и на их основе организация массового
строительства солнечных водонагревательных установок и солнечно-
топливных котельных.
Научная новизна заключается в следующем:
разработана методология циклического регулирования геотермального отопления по температуре наружного воздуха, применение которой обеспечивает при заданной температуре внутри зданий существенную экономию геотермального теплоносителя;
предложены методы определения экономически обоснованной себестоимости СК, его энергетической окупаемости, применение которых позволяет разработать конструкцию с оптимальным соотношением его цены и энергетической эффективности;
разработана и внедрена методология создания солнечно-топливных котельных. Найдена взаимосвязь показателей эффективности работы гелиоустановок и котлов, позволяющая обосновать площадь устанавливаемых солнечных коллекторов;
предложен и применён при проектировании принцип минимизации энергоёмкости оборудования гелиоустановок;
разработана и апробирована методология экономического обоснования сооружения гелиоустановок в современных российских условиях;
предложены и внедрены методы расчётов и рекомендации по проектированию солнечных водонагревательных установок.
Практическая ценность работы состоит в том, что разработанные теоретические и методологические основы применены для решения задачи повышения эффективности систем теплоснабжения с использованием ВИЭ, в частности, для Краснодарского края:
- определена ресурсная база геотермальных месторождений с общей
расчётной тепловой мощностью 238 МВт и годовым потенциалом выработки тепловой энергии до 834 тыс. МВт-ч;
разработана и построена геотермальная система теплоснабжения в пос.Мостовском тепловой мощностью 5 МВт, в работе которой применяется циклический метод регулирования мощности;
определена экономическая целесообразность, разработаны основные технические решения систем централизованного теплоснабжения городов Усть-Лабинска тепловой мощностью 64 МВт и Лабинска - 60 МВт, реализация которых включена в программу Мирового банка реконструкции и развития (МБРР);
разработана и утверждена краевой администрацией концепция развития геотермального теплоснабжения;
для территории Краснодарского края и республики Адыгея общей площадью 83,3 тыс. км определены расчётные данные интенсивности суммарной солнечной радиации для 54 городов и населённых пунктов. Доказана целесообразность выделения на данной территории двух зон, в пределах каждой из которых указанные значения различаются не более, чем на 10 %. Для зон определены пункты-представители: города Краснодар, Геленджик, для которых в результате обработки 14-15-летних измерений получены расчётные значения прямой, рассеянной и суммарной интенсивности солнечной радиации на горизонтальную поверхность;
совместно с Ковровским механическим заводом разработана, испытана и серийно выпускается конструкция солнечного коллектора, имеющая оптимальное для российского рынка соотношение стоимостных и энергетических показателей. На 1.01.2004 г. изготовлено и установлено на объектах края 2300 штук таких СК;
разработаны и построены типовые гелиоустановки горячего водо-снабжения производительностью 0,2; 1,0; 2,0; 3,0; 4,0; 5,0; 10,0 м в день, шесть
солнечно-топливных котельных. Всего с 1987 по 2003 г.г. сооружено 42 гелиоустановки общей площадью 3639 м2, выполнены проекты ещё 20 установок площадью 1900 м2;
- разработана и утверждена администрацией Краснодарского края
концепция развития солнечного теплоснабжения.
В настоящее время результаты исследований используют следующие организации:
комитет жилищно-эксплуатационного хозяйства администрации Краснодарского края (г. Краснодар) при эксплуатации геотермальных систем теплоснабжения и солнечно-топливных котельных;
ЗАО «Южно-русская энергетическая компания» (г. Краснодар) для проектирования и строительства солнечных водонагревательных установок;
ЗАО «Ковровский механический завод» (г. Ковров, Владимирская обл.) при освоении выпуска новых модификаций конструкций солнечных коллекторов.
Достоверность результатов исследований, теоретических и методологических обоснований, выводов и рекомендаций подтверждена совпадением результатов расчётов с данными испытаний геотермальных систем теплоснабжения, солнечных коллекторов, гелиоустановок, положительными результатами применения на практике предложенных автором рекомендаций и методов повышения эффективности систем теплоснабжения с использованием геотермальной и солнечной энергии.
Геотермальное теплоснабжение
По данным Всемирного геотермального конгресса [32] общая мощность геотермальных систем теплоснабжения составляет более 16 ГВт. По планам Европейского союза мощность таких систем, включая тепловые насосы, к 2010 г. должна возрасти до 5 ГВт. Крупнейшая в мире система централизованного геотермального теплоснабжения создана в Исландии. Пробурено более 300 скважин глубиной 800-1000 м, с температурой воды на устье 85 С с общей тепловой мощностью 628 МВт. Геотермальная вода соответствует питьевым нормам. Системы теплоснабжения открытые, однотрубные, с зависимым подключением отопления. Эксплуатация данных систем позволяет ежегодно замещать 250 тыс. тонн нефти. Во Франции геотермальные системы теплоснабже ния эксплуатируются в нескольких городах с общим населением 500 тыс. человек, там пробурено 80 скважин. Мощность геотермальных систем теплоснабжения составила 450 МВт [33].
В СССР геотермальные воды использовались в Краснодарском и Ставропольском краях, Кабардино-Балкарии, Северной Осетии, Чечено-Ингушетии, Дагестане, Камчатской области, Крыму, Грузии, Азербайджане и Казахстане. В 1988 г. добывалось 60,8 млн м3 геотермальной воды, сейчас в России - до 30 млн м /год, что эквивалентно 150-170 тыс. т.у.т. (в Краснодарском, Ставропольском краях, Кабардино-Балкарии, Камчатской области). В то же время технический потенциал геотермальной энергии по данным Минэнерго России составляет 2950 млн т.у.т. За минувшие годы в нашей стране распалась система разведки, разработки и эксплуатации геотермальных ресурсов. Институтом «ВСЕГИНГЕО» был разработан атлас геотермальных ресурсов СССР с 47 месторождениями с запасами геотермальной воды 240 103 м3/сут. и парогид-ротермами с запасами более 10510J м7сут. [34] и на его основе НПО «Союз-бургеотермия» (Махачкала) выполнена схема перспективного геотермального теплоснабжения страны. В СССР научно-исследовательскими работами по данной проблеме занимались институты Академии наук, министерств геологии и газовой промышленности. Функции головных научно-исследовательских организаций были возложены: по проблемам геотермальных электростанций - на Энергетический институт ИхМ. Г.М.Кржижановского (Москва), по использованию геотермальной воды для отопления и горячего водоснабжения жилых и общественных зданий - на институт «ЦНИИЭПИО» (Москва), по созданию те-плонасосных установок - на институт «ВНИПИЭНЕРГОПРОМ» (Москва). Научный совет по геотермальньїхМ исследованиям Академии наук СССР ежегодно проводил конференции, результаты которых публиковались в сборниках, например [35]. Разведку и оценку запасов месторождений выполняли институты и региональные подразделения министерства геологии. Бурение разведочных и продуктивных скважин, подсчет запасов, проектирование разработки месторождений, их обустройство и эксплуатацию, решение всех проблем (очистки, обратной закачки) осуществляли подразделения министерства газовой промышленности. В его составе работало пять региональных эксплуатационных управлений, научно-производственное объединение «Союзгеотерм» (Махачкала). Эксплуатация систем геотермального отопления и горячего водоснабжения зданий была возложена на Госстрой СССР.
В СССР первый нормативный документ по геотермии ВСН 36-77 «Инструкция по комплексному использованию геотермальных вод для теплоснабжения зданий и сооружений» был разработан в 1977 г. В 1987 году в институте «ЦНИИЭП инженерного оборудования» под руководством к.т.н. В.И.Красикова были разработаны нормы проектирования «Геотермальное теплоснабжение жилых и общественных зданий и сооружений», ВСН 56-87 [36] действующие до настоящего времени. В монографии американского ученого Э.Бермана [37] изложены методологические подходы к разработке и реализации национальной программы геотермальных исследований США со следующими разделами: разведка и оценка геотермальных ресурсов, разработка месторождений, методы эксплуатации и экономическая эффективность, влияние на окружающую среду, организационно-правовые вопросы. Для увеличения масштабов использования геотермальных ресурсов автором предложен ряд мероприятий: применения новых методов получения электрической энергии на базе месторождений с температурой геотермального теплоносителя менее 180 С; разработка новых методов обратной закачки отработанного геотермального теплоносителя; совершенствование методов бурения с учетом специфики геотермальных месторождений; разработка низкотемпературных систем геотермального отопления.
Конструктивные элементы. Общие положения
В системах солнечного горячего водоснабжения в основном получили применение плоские жидкостные коллекторы. Конструктивно такой коллектор состоит из прозрачной изоляции, поглощающей панели, теплоизолированного корпуса. Поток солнечного излучения проходит через прозрачную изоляцию и поглощается панелью. При этом часть излучения отражается от поверхности прозрачной изоляции, часть поглощается её материалом, которая затем передаётся окружающему воздуху. Указанные потери оцениваются в 45 %. Полезно отводимое тепло от теплопоглощающей панели составляет около 50 %, потери тепла через теплоизоляцию в окружающую среду - 5 %. Всесоюзным государственным институтом патентной экспертизы в работах [ПО; 111] выполнен регрессивный анализ зарубежного (6 ведущих в развитии гелиотехники стран) фонда по плоским солнечным коллекторам с 1975 по 1986 г.г. При этом в этих странах за указанный период выдано наибольшее количество патентов в основном завершено создание оптимизированных конструкций солнечных коллекторов. Наиболее интенсивно развивались разработки конструкций и покрытий теплопоглощающей панели, организации движения теплоносителя. Для прозрачной изоляции (ПИ) наиболее активно совершенствовалась её форма и вид селективного покрытия. В данных работах был применён метод экспертных оценок ведущих специалистов СССР. В результате исследований в качестве приоритетного направления определено совершенствование теплопоглощающих покрытий. По Н.В.Харченко [112] в идеальном СК отсутствуют оптические потери, минимальны потери тепла, а поглощательная способность его панели в коротковолновом диапазоне солнечного излучения равна единице, степень черноты в инфракрасной части спектра равна нулю и пропускательная способность прозрачной изоляции - единице. Высокоэффективный СК должен иметь высокий оптический КПД, максимально возможное отношение поглощательной способности в коротковолновом диапазоне к его излучательной способности в длинноволновом диапазоне, высокий коэффициент теплопроводности материала панели, а также низкую величину общего коэффициента тепловых потерь. Повышение эффективности СК может быть обеспечено применением селективных покрытий, использованием ячеистых структур, вакуумированием пространства между поглощающей панелью (ПП) и ПИ, а также применением эффективной тепловой изоляции. Выбор оптимальных теплотехнических характеристик СК должен быть экономически обоснован, поскольку повышение КПД за счёт указанных усовершенствований может привести к значительному удорожанию СК и сделать нецелесообразным его использование. Для повышения эффективности плоских СК необходимо принимать меры для снижения интенсивности теплообмена в газовом пространстве коллектора и интенсивности потерь тепла излучением. Н.В.Харченко выделены следующие внутренние и внешние факторы, определяющие значение КПД СК:
1. Метеорологические параметры - интенсивность солнечной радиации, температура наружного воздуха, скорость ветра.
2. Конструктивные характеристики - шаг и диаметр каналов для теплоносителя, расстояние между абсорбером и остеклением, между слоями остекления, толщина стекла, термическое сопротивление тепловой изоляции, толщина и коэффициент теплопроводности лучепоглощающего листа, коэффициент теплопроводности прозрачной изоляции.
3. Рабочие характеристики - удельный расход теплоносителя, температура теплоносителя на входе в СК, давление (разряжение) в пространстве между абсорбером и остеклением.
Из всех перечисленных параметров наиболее существенное влияние на величину КПД оказывает интенсивность солнечной радиации, температуры наружного воздуха, теплоносителя на входе в коллектор, материал абсорбера, шаг труб, наличие вакуума в СК. Значительное влияние на теплопроизводитель-ность СК оказывает также число слоев остекления, селективность лучепогло-щающей поверхности и коэффициент потерь тепла через нижнюю поверхность СК.
Оптимизация способов представления расчетных значений интенсивности солнечной радиации территории региона
При обработке месячных и годовых значений интенсивности суммарной солнечной радиации 40 метеостанций в работе [18], выполненной с участием автора, использованы известные корреляционные связи между суммарной радиацией, продолжительностью солнечного сияния и облачностью. Результаты расчетов, выполненные автором для всех городов и центров административных образований Краснодарского края и республики Адыгея, приведены в таблице 3.6 и опубликованы в статьях [84; 85]. Полученные данные могут быть использованы для технико-экономических расчетов целесообразности сооружения гелиоустановок, а также для их проектирования.
В справочниках и компьютерных базах данных для ряда населенных пунктов приведены только значения интенсивности суммарной солнечной радиации без выделения её составляющих: прямой и рассеянной, значения которых необходимы для проектирования гелиоустановок. Среднемесячный приход суммарной солнечной радиации на наклонную поверхность южной ориентации согласно работе [80] определяется по формуле: HT=R-H, (3.2.1) где Н - среднемесячный дневной приход суммарной солнечной радиации на горизонтальную поверхность; R - отношение среднемесячных дневных приходов суммарной солнечной радиации на наклонную и горизонтальную поверхности. Л =(1- +JSL.1 + COSS+ 1-cosS (3.2.2) где Hd - среднемесячный дневной приход рассеянной радиации на горизонтальную поверхность; Rb - отношение среднемесячных приходов прямой радиации на наклонную и горизонтальную поверхности; р - отражательная
Таким образом, для оценки составляющих солнечной радиации предпочтительно пользоваться формулой (3.2.7), которая дает наименьшее среднеарифметическое отклонение при сопоставлении со статистическими данными. С учетом полученных результатов, автором для (54 городов и населенных пунктов Краснодарского края и республики Адыгея) были рассчитаны значения интенсивности прямой и рассеянной радиации на горизонтальную поверхность (таблица 3.8), которые необходимы для проектирования гелиоустановок.
Анализ значений интенсивности суммарной, прямой и рассеянной солнечной радиации (таблицы 3.6, 3.8) городов и населенных пунктов региона площадью 83,3 тыс.км2 позволил автору выделить на данной территории две зоны, в пределах каждой из которых значения солнечной радиации различаются не более, чем на 10 %, что сопоставимо с погрешностями обработки измерений (рисунок 3.2.1). Для первой зоны, включающей побережье Черного, Азовского морей и равнинную часть края, пунктом-представителем определен г.Геленджик, для которого обработан 15 летний ряд наблюдений солнечной радиации. Для второй зоны, охватывающей предгорье, горы края и Адыгеи пунктом представителем является г.Краснодар, для которого имеются результаты 14-летних измерений солнечной радиации.
1. На основании анализа результатов обработки значений интенсивности суммарной солнечной радиации для Краснодара за 14 лет, Геленджика за 15 лет с применением дифференциальной функции распределения вероятности автором уточнены условия применения существующих справочных данных, а также получены достоверные значения для проектирования гелиоустановок во всех населённых пунктах региона.
2. В результате выполненных исследований определены расчётные месячные и годовые значения интенсивности суммарной, прямой и рассеянной солнечной радиации для 54 городов и административных центров Краснодарского края, республики Адыгеи. Анализ полученных значений позволил автору выделить на территории Краснодарского края и республики Адыгея общей площадью 83,3 тыс. кв.км две зоны, в пределах каждой из которых расчётные значения суммарной солнечной радиации на горизонтальную поверхность различаются не более, чем на 10 %. Для первой зоны, включающей побережье Чёрного и Азовского морей, часть равнинной территории края, пунктом-представителем определён Геленджик. Для второй зоны, охватывающей предгорье, горы края и Адыгеи, большую часть равнинной территории, пунктом-представителем является Краснодар.
3. Разработанные автором способы и методы обработки, представления значений интенсивности солнечной радиации на примере Краснодарского края могут быть использованы для проектирования гелиоустановок.
Экономическая целесообразность применения конкретной конструкции солнечного коллектора (СК) определяется при сопоставлении цены и стоимости выработанной им тепловой энергии.
На рисунке 4.1.1 представлены результаты сопоставления рыночных цен 28 конструкций СК ведущих изготовителей Европы, Израиля, Австралии и стоимостей производимой ими тепловой энергии при общих для всех СК условиях сертификационных испытаний (интенсивность суммарной солнечной ра-диации 800 Вт/м , перепад температур теплоносителя и окружающего воздуха 40К). При расчётах автором использованы материалы словацкой фирмы «TERMO/SOLAR». Как следует из рисунка 4.1.1 увеличение рыночной стоимости коллекторов отдельных производителей не всегда соответствует повышению их тепловой эффективности. Данный показатель позволяет также сравнивать СК разных конструкций, например, с неселективным и селективным покрытиями. В таблице 4.1.1 для шести стоимостных групп коллекторов различных производителей выделены два вида СК с селективными и неселективным покрытием для которых на рисунке 4.1.2 приведено сопоставление стоимости производимой тепловой энергии. При одинаковой стоимости коллекторов нанесение селективного покрытия на тешюпоглощающую панель приводит к снижению удельной стоимости тепловой энергии от 21,4 % до 35,5 %.
В таблице 4.1.2 и на рисунке 4.1.3 представлены результаты расчётов удельной стоимости тепловой энергии, вырабатываемой различными конструкциями СК в течение срока их службы. При этом удельная стоимость тепловой энергии определялась по формуле
Гелиоустановки большой производительности
По проекту автора в Краснодаре по ул.Рашпилевской в 1989 г. построена и эксплуатируется до настоящего времени гелиоустановка издательства «Советская Кубань» с площадью СК 260 м2. Фото данной гелиоустановки представлено в приложении (фото 1). Солнечные коллекторы (432 шт.) размещены на кровле газетного цеха. Ориентация их - южная, угол наклона - 45 к уровню горизонта, режим работы - сезонный: апрель-октябрь. Компоновка СК - двухрядная. Их опорные металлоконструкции выполнены из угловой стали, опирание на мягкую кровлю производится пластинами (300x300 мм) из листовой стали. Баки-аккумуляторы (5 шт.) вместимостью по 4 м соединены параллельно и размещены на чердаке рядом расположенного здания, превышающего на 8 м отметку верхней образующей коллекторов. Циркуляция воды осуществляется насосом К8/18. СК с размерами 1000x600x100 мм изготовлены грузинской фирмой «Спецгелиотепломонтаж». Теплопоглощающая панель - штампован-носварная (материал - СтЗ) - имеет два патрубка Ду 20 мм. Панель покрыта черной эмалью; применено стекло толщиной 4 мм; обечайка корпуса выполнена из алюминиевого проката; теплоизоляция - из листового пенопласта; с наружной стороны покрытие теплоизоляции - фанера (в 1999 г. заменена на фольгу из алюминия). На рисунке 5.2.1 приведена схема трубопроводов этой гелиоустановки. В 1991 г., через два года после ее ввода в эксплуатацию Краснодарской лабораторией Академии коммунального хозяйства (АКХ) под руководством и при участии автора были выполнены режимно-наладочные работы.
При фактическом уровне солнечной радиации в течение нескольких недель июня-июля был определён средний эксплуатационный КПД гелиоустановки - 16 %. Причинами столь низкого КПД были отступления от проекта и неравномерное распределение воды через отдельные группы коллекторов. После изменения схемы соединения СК, согласования гидравлических сопротивлений отдельных контуров циркуляции были проведены повторные испытания. В результате ее фактический КПД увеличился на 21 % и составил 37 %. Абсолютное значение температурной развёртки в характерных точках контуров циркуляции уменьшилось с 10 до 4 С.
«Советская Кубань» в г.Краснодаре Гелиоустановка площадью 326 м для котельной по ул.Чапаева в г.Тимашевске, разработанная автором, построена в 1989 г. и эксплуатируется до настоящего времени. СК (340 шт.) размещены следующим образом: 98 штук - на кровле и 242 штук - на четырёх навесах вблизи здания котельной. Ориентация коллекторов - южная, угол наклона к горизонту - 45, режим работы - сезонный: апрель-октябрь. Компоновка коллекторов на кровле котельной -однорядная, на навесах - семирядная. СК с размерами 1550x630x100 мм изготовлены братским заводом. Теплопоглощающая панель - штампованно-сварная из листовой стали СтЗ - имеет четыре патрубка Ду 20 мм с резьбовым подключением. Покрытие - гальваническое: «чёрный хром», толщина стекла - 5 мм, корпус — штампованный из листовой стали СтЗ, теплоизоляция - минеральная вата. Через три года после ввода установки в эксплуатацию были выполнены режимно-наладочные работы [229]. При этом были выявлены отклонения от проекта обвязки групп коллекторов трубопроводами, отсутствовала возможность совместной работы с водогрейным котлом. В результате обработки полученных при испытаниях данных по-новому выполнены врезки групп коллекторов, согласованы их гидравлические сопротивления, внесены изменения в схему трубопроводов котельной, что обеспечило повышение эксплуатационного КПД гелиоустановки до 54 %. Схема трубопроводов данной установки (рисунок 5.2.2) предусматривает следующие режимы работы. Водопроводная вода после прохождения через Na-катионитовые фильтры, в которых снижается до нормативных значений ее жесткость, подогревается теплом гелиоустановки в теплообменнике и поступает в бак-аккумулятор. Утром следующего дня разжигается один из котлов «Братск-1 Г», теплоноситель от которого подаётся в теплообменник догрева. Горячая вода из бака-аккумулятора, нагретая накануне теплом гелиоконтура, насосом подается в теплообменник, где догре-вается теплоносителем котла и поступает во второй бак-аккумулятор, из которого осуществляется разбор горячей воды на потребление. Продолжительность работы котла 1-1,5 часа в сутки.
