Гелиоустановки горячего водоснабжения малой производительности http://www.geleo.boom.ru/article06.htm Анализ технических аспектов разработки и эксплуатации крупных гелиоустановок горячего водоснабжения (ГВС) в России и их экономических показателей представлен в [1, 2]. Вместе с тем анализ зарубежного опыта свидетельствует, что около 50 % всех эксплуатируемых гелиоустановок имеют малую производительность — из расчёта теплопотребления отдельных жилых домов. В США на каждого человека приходится 0,4 м² установленной площади солнечных коллекторов гелиоустановок, в Израиле — 0,6, на Кипре — 0,8 м² [3]. К гелиоустановкам ГВС малой производительности относятся установки для жилых домов производительностью до 500 л в день. В Германии 450 тыс. домовладельцев имеют установки для ГВС и отопления с общей площадью солнечных коллекторов свыше 2 млн. м² [4]. На Кипре около 90 % частных домов и больше 50 % гостиниц оборудованы гелиоустановками. Ежегодно на острове выпускают солнечные коллекторы общей площадью 35 тыс. м² [5]. В США годовой выпуск коллекторов составляет 1,6 млн. м² при общей площади эксплуатируемых гелиоустановок более 20 млн. м² [3]. Определённый опыт разработки и эксплуатации малых гелиоустановок имеется и в России. Так, в станице Благовещенской Краснодарского края используется гелиоустановка (производительностью 200 л в день) для жилого дома с солнечными коллекторами Ковровского механического завода. Гелиоустановка — одноконтурная, циркуляция — термосифонная. Бак выполнен из стали 3 с лакокрасочным покрытием, теплоизолирован, размещён на чердаке. Стоимость гелиоустановки — 500 долл. Гелиоустановка такой же производительности с коллекторами того же завода используется для дома на базе отдыха в этой станице. Бак выполнен из пищевой нержавеющей стали, теплоизолирован, с защитным покрытием изоляции оцинкованной сталью. Стоимость гелиоустановки — 700 долл. Гелиоустановки ГВС позволяют сократить почти на 2/3 годовое потребление энергии для семьи из четырёх человек. При этом соответственно сокращаются выбросы в атмосферу CO2. На рис. 1, 2 приведены показатели работы гелиоустановки площадью 6 м² в условиях юга России. При этом потребность одного человека в горячей воде принята равной 50 л в день. Как видно, гелиоустановка обеспечивает суточную потребность семьи из четырёх человек без теплового дублёра в межотопительный период с 15 апреля по 15 октября и требует догрева от традиционного источника в остальное время. Схема гелиоустановки горячего водоснабжения с тепловым дублёром представлена на рис. 3. В России комплектные гелиоустановки малыми партиями выпускают Ковровский механический завод (Ковров, Владимирская обл.), фирма "Конкурент" (Жуковский, Московская обл.), НПО машиностроения (Реутово, Московская обл.). Рисунок 1. Изменение производительности гелиоустановки площадью 6 м² в течение года Гелиоустановка Ковровского механического завода состоит из двух солнечных коллекторов и прямоугольного бака вместимостью 160 л. Солнечные коллекторы размерами 900 × 960 × 106 мм имеют теплопоглощающую панель из латунной трубки со стальным оребрением, окрашенным селективной краской. Стекло — обычное, толщиной 3 мм. Материал теплоизоляции полости — пергамин. Корпус выполнен из стального профиля. Масса коллектора — 24 кг. Бак изготовлен из стали 3 с лакокрасочным покрытием, теплоизолирован полистиролом. Эта гелиоустановка работает по одноконтурной схеме. Бак оснащен регулятором подпитки и распределителем нагретой воды, поступающей от коллекторов. В комплект поставки входят опорные конструкции коллекторов, бак, соединительные шланги, крепёжные изделия. Общая масса гелиоустановки — 150 кг, стоимость в комплекте на 01 ноября 2001 года — 500 долл. (301 долл / м²). При натурных испытаниях в 1998 - 1999 гг. в летнее время нагрев воды до 50 °С достигался при уменьшении заполнения бака до 120 л. Причина заключалась в неудачной конструкции распределителя нагретой воды в баке. При этом в нём не обеспечивались перемешивание и последующая стратификация воды. Рисунок 2. Диаграмма сопоставления потребности в горячей воде семьи из четырёх человек, солнечной радиации и производительности гелиоустановки площадью 6 м² Фирма "Конкурент", переименованная в 2001 г. в "Радугу-Ц", выпускала гелиоустановку "Радуга-2М", состоящую из двух коллекторов и бака вместимостью 200 л. Солнечные коллекторы размерами 1830 × 630 × 100 мм имеют штампованную сварную теплопоглощающую панель из нержавеющей стали с селективным покрытием, стекло упрочнённое, с низким содержанием железа. Теплоизоляция выполнена из базальтового фольгированного волокна, пенополиуретана. Корпус и тыльная сторона коллектора изготовлены из алюминиевых сплавов. Прямоугольный бак выполнен из нержавеющей стали, теплоизолирован пенополиуретаном, имеет встроенную теплоприёмную панель, в которую поступает теплоноситель от солнечных коллекторов (двух-контурная схема). Бак оборудован регулятором подпитки, электронагревателем мощностью 1,6 кВт и терморегулятором с диапазоном регулирования от 10 до 90 °С. В комплект поставки входят опорная конструкция коллекторов, соединительные шланги, крепёжные изделия. Общая масса гелиоустановки — 83,5 кг, стоимость в комплекте — 950 долл. (450 долл / м²). Производительность гелиоустановки в день (по данным изготовителя) в условиях Москвы - до 170л, Краснодара — до 200 л. Продолжительность нагрева воды с 16 до 50 °С в ясный солнечный день — 6 6,5 ч (при использовании электронагревателя — 5,5 - 6 ч). Данные испытаний в натурных условиях не опубликованы. В настоящее время фирмой "Радуга-Ц" указанные гелиоустановки не выпускаются. Рисунок 3. Схема гелиоустановки ГВС с тепловым дублёром НПО машиностроения выпускало одноконтурные гелиоустановки производительностью 80 л (один коллектор) и 120 л (два коллектора). Коллекторы — двух видов, различающиеся материалом теплопоглощающей панели: из нержавеющей стали и алюминия. Стоимость гелиоустановки производительностью 120 л в комплекте — 400 долл. (400 долл / м²). В настоящее время выпускаются только солнечные коллекторы размерами 2007 × 1007 × 100 мм с теплопоглощающей панелью из алюминия марки АД-31, стекло — упрочнённое, толщиной 4 мм, теплоизоляция — изовер (стекловолокно), корпус (обечайка) — из алюминиевого профиля, тыльная сторона теплоизоляции — из оцинкованной стали. Масса коллектора — 54 кг. Гелиоустановки ГВС, выпускаемые западными странами, различаются конструкциями солнечных коллекторов, возможностью совмещения коллектора и бака в так называемых ёмкостных солнечных коллекторах, геометрической формой баков (вертикальные, горизонтальные), наличием или отсутствием теплового дублёра и типом автоматики. В этих установках используются коллекторы как с металлическими теплопоглощающими панелями, так и с пластмассовыми, например, с панелью из полипропиленового проката с горизонтальным баком. Наибольшим разнообразием конструкций гелиоустановок ГВС бытового назначения характеризуется рынок США. В них применяются солнечные коллекторы площадью 0,9 - 2,3 м² с теплопоглощающей поверхностью из нержавеющей стали, медных листов, труб с рёбрами из различных материалов. Баки-аккумуляторы выполняются из нержавеющей стали с покрытием стеклоэмалью, анодированные алюминием, из стеклопластика вместимостью 72 305 л. Стоимость таких гелиоустановок — 623 - 2777 долл / м². Объёмы выпуска гелиоустановок определяются заинтересованностью потребителей, наличием или уровнем государственного стимулирования, экономическими факторами. Общепризнанно, что гелиоустановки, тем более малой производительности, пока не могут быть конкурентоспособными с традиционными энергоисточниками. В Европе действуют две модели государственной поддержки развития энергетики [6]. В основе британской модели — обязательные квоты на отпуск энергии от альтернативных источников энергии. Этой модели придерживаются Франция и Ирландия, однако темпы развития нетрадиционной энергетики в этих странах значительно ниже, чем в государствах, работающих по германской модели. В Германии, Дании, Испании действуют гарантированные государственные дотации на реализацию проектов с использованием возобновляемых источников энергии. Анализ опыта сооружения гелиоустановок в Испании свидетельствует о том, что в условиях наивысшего в Европе уровня солнечной радиации, отсутствия собственных энергоресурсов и соответственно их большой стоимости даже при относительно высоком уровне жизни населения и наличии на рынке гелиооборудования ведущих производителей количество работающих гелиоустановок и площадь установленных солнечных коллекторов в стране незначительны. И только с принятием в 2001 г. закона о дотациях владельцам домов, установивших гелиоустановки, до 40 % их стоимости резко увеличились объёмы продаж. В Италии при аналогичном положении дел с внедрением гелиоустановок лишь предстоящее принятие новых государственных мер стимулирования может изменить ситуацию. В России низкие цены на традиционные энергоносители не способствуют массовому применению гелиоустановок. Для установки производительностью 200 л в день при стоимости замещаемой электроэнергии 1 руб / (кВт · ч) и её работе только в летнее время в условиях юга страны срок окупаемости в среднем составляет около 10 лет. Вместе с тем при строительстве новых домов с интегрированными в них гелиоустановками целесообразность сооружения гелиоустановок не вызывает сомнения. Выводы 1. Анализ мирового и отечественного опыта сооружения гелиоустановок горячего водоснабжения малой производительности свидетельствует об их перспективности. 2. Россия имеет ограниченный опыт разработки и эксплуатации малых гелиоустановок. Отечественные производители практически не предлагают комплектных качественных и недорогих гелиоустановок. 3. Перспективы развития гелиоустановок в России определяются: o неизбежным повышением стоимости энергоресурсов на внутреннем рынке; o экологической востребованностью; o расширением информации для проектировщиков по зарубежному оборудованию гелиоустановок, их компоновочным и схемным решениям. Список литературы 1. Бутузов В. А. Солнечное теплоснабжение: состояние дел и перспективы развития. — Энергосбережение, 2000, №4. 2. Бутузов В. А. Анализ энергетических и экономических показателей гелиоустановок горячего водоснабжения. — Промышленная энергетика, 2001, № 10. 3. Рабинович М. Д. Современное состояние и направления развития систем солнечного теплоснабжения в Украине и мире. — В кн.: Доклады II Международной конференции "Нетрадиционная энергетика в XXI веке". Киев , 2001. 4. Dynamischer Trend bei Solaranlagen. Stand und Perspektiven. — Flüssiggas, 1999, №6. 5. Wenn die Sonne heizt und kocht. Steiner Peter. — Kultur und Technik, 2000, № 3. 6. Schmelz Reyinal Europas Einfluss wächst. — Sonne, Wind und Warme, 2000, №4. Бутузов Виталий Анатольевич, доктор технических наук