Использование солнечной энергии для нагревания воды для системы горячего водоснабжения (ГВС) многоквартирного дома – актуальная и нетривиальная задача. Решить данную проблему сможет схема подключения солнечных коллекторов к системе ГВС многоквартирного дома, которая может интегрироваться в любую существующую систему местного горячего водоснабжения со всеми типами водонагревательных котлов и при этом не требует изменений действующих тепловых схем
Интерес к использованию возобновляемых источников энергии (ВИЭ) в городской инфраструктуре для энергетической поддержки инженерных систем мотивируется не только экологическими и климатическими соображениями, но и стремлением снизить счет за централизованно поставляемые энергоносители в многоквартирные дома, значительная часть которых охвачена системой ОСМД. Совладельцы многоквартирного дома (ОСМД или ОСББ, укр. – Об›єднання співвласників багатоквартирного будинку), прямо заинтересованы как в непосредственной экономии ресурсов, так и в снижении зависимости от покупных ресурсов. Экономия затрат энергии выполняется обычно за счет реализации различных мероприятий по энергосбережению в рамках разнообразных программ экономической поддержки.
Идея использовать возобновляемые источники энергии – в первую очередь, ветра и солнца – не нова. Солнечными коллекторами на крышах высотных домов в европейских странах никого не удивишь. В Украине же такие системы пока редкость, а их использование для нагрева воды для горячего водоснабжения (ГВС) в многоквартирных домах практически не ведется. С появлением ОСМД в качестве прямо заинтересованной стороны, чтобы уменьшить «общедомовой» счет, появилась перспектива внедрения экономически обоснованных проектов использования ВИЭ в многоквартирных многоэтажных домах в городской застройке.
Следует признать, что на самом деле тарифы за тепловую энергию для отопления и за горячую воду пока не достигли экономически обоснованного рыночного уровня, как, например, в странах ЕС. Поэтому на первом этапе можно использовать гелиосистемы с небольшим значением доли замещения нагрузки ГВС дома, что позволить уменьшить стоимость самой системы и ее эффективность на единицу вложенных средств. Для дальнейшего развития домовой возобновляемой системы часть затрат за счет достигнутой экономии должны взять на себя владельцы домов, а вторая часть – за счет государства или средств спонсоров.
Гелиоколлекторы в спальных районах
Для нагрева воды для ГВС чаще всего применяют плоские солнечные коллекторы, установленные на крышах домов, в сочетании с традиционными источниками подачи тепла.
Все гелиосистемы для нагрева воды, независимо от их разновидности, состоят из солнечных коллекторов (СК), превращающих солнечную энергию в тепло нагретого теплоносителя, и элемента, который аккумулирует это тепло и отдает потребителю тогда, когда имеется необходимость. Многое зависит от выбора типа аккумулирующего устройства, способности адаптироваться в существующую систему ГВС. Взаимодействие между различными источниками тепла имеет важнейшее значение для достижения максимальной эффективности системы в целом.
Известны варианты систем ГВС многоквартирного дома с модульными установками нагрева воды электроэнергией. Основные элементы этих установок – емкостные электробойлеры как закрытого (напорные), так и открытого типа (безнапорные). Вода в этих бойлерах нагревается преимущественно в ночное время менее дорогой электроэнергией («ночной тариф»), а затем раздается потребителям. В дневное время, по мере расходования воды, нагретой ночью, появляется возможность аккумулировать тепло от дополнительного источника тепла – от солнечных коллекторов. Такой вариант предполагает, что емкостный электробойлер модульной установки выполняет две функции – аккумулирования тепла, полученного от электроэнергии, и от Солнца. Гелиосистемы для нагрева воды многоквартирных домов также строятся по модульному принципу, что позволяет поэтапно увеличивать количество солнечных коллекторов в системе, а значит поэтапно увеличивать теплопроизводительность гелиосистемы и степень замещения нагрева воды солнечной энергией. И, что важно, поэтапность вложения средств в развитие такой системы.
Ниже представлены три схемы нагрева воды для горячего водоснабжения многоквартирного дома с дополнительным источником получения тепла от солнечных коллекторов.
Двухконтурные системы нагрева воды
На рис. 1 представлена двухконтурная схема нагрева воды в модульной установке с напорными бойлерами, где теплоноситель с помощью циркуляционного насоса (ЦН) передает тепло, полученное в солнечных коллекторах (СК), первому по движению воды электробойлеру через встроенный спиральный нагреватель (СН).
Рис. 1. Двухконтурная система нагрева воды для ГВС многоквартирного дома с баками-аккумуляторами закрытого типа
Это типичная классическая схема. По мере разбора воды в системе ГВС дома, тепло воды, нагретой в первом бойлере, передается в следующие бойлеры установки. КПД солнечных коллекторов СК в такой системе достаточно высокий, так как спиральный нагреватель СН постоянно находится в потоке холоднойводы, поступающей из водопровода. Теплоносителем в контуре солнечных коллекторов может быть как водопроводная вода, так и другие виды теплоносителей.
Подбор площади поверхности солнечных коллекторов следует рассчитывать из предположения, что в летний период они должны обеспечить 100% энергии, необходимой для подогрева воды до +45-50 С.
При соответствующих погодных условиях и требуемой температуре воды для ГВС +60°С, степень замещения нагрузки ГВС дома в дневное время летом может достигать значения, близкого к 50%.
На рис. 2 показана схема двухконтурной системы нагрева воды в модульной установке с безнапорными бойлерами.
Рис. 2. Двухконтурная система нагрева воды на горячее водоснабжение многоквартирного дома с открытыми баками-аккумуляторами
Теплоноситель (вода) с помощью насоса ЦН обеспечивает циркуляцию теплоносителя по контуру СК – буферная емкость. Величина циркуляции в контуре регулируется диафрагмой Д. Теплоноситель, нагреваясь в СК, поступает в буферную емкость сверху, а из буферной емкости поступает в СК снизу. Внизу буферной емкости температура теплоносителя ниже, чем вверху, что способствует повышению КПД солнечных коллекторов.
При нагреве теплоносителя в буферной емкости до температуры +45-50°С, регулятор температуры РТ2 открывает электроклапан ЭК. Вода из трубопровода ТХВ под давлением Рхв, проходя через солнечные коллекторы, выталкивает нагретую воду из буферной емкости в бак-аккумулятор модульной установки. При снижении температуры теплоносителя внизу буферной емкости до +40°С, электроклапан ЭК закрывает его подачу в электробойлер. После чего цикл нагрева повторяется. Частота срабатываний электроклапана зависит от интенсивности солнечной радиации и объема буферной емкости.
Производители солнечных коллекторов считают, что температура воды +45-50°С на выходе СК является наиболее оптимальной. При более высокой температуре КПД солнечных коллекторов снижается, увеличивается выпадение накипи и усиливается коррозия. Рекомендуется, чтобы отношение высоты к диаметру буферной емкости находилось в пределах от 4 до 3, а емкость была установлена вертикально. Это позволит высвободить большее количество нагретой воды из емкости и заполнить ее холодной водой, тем самим уменьшить количество циклов и повысить КПД солнечных коллекторов.
Объем буферной емкости выбирается из расчета 4-5 суммарного объема солнечных коллекторов. Для 50 штук солнечных коллекторов объемом 1,5÷1,8 л, буферная емкость должна быть в пределах 300÷450 л.
Для уменьшения потерь давления в контуре СК, необходимо буферную емкость располагать рядом с солнечными коллекторами, правильно подбирать диаметры трубопроводов, а также подключать коллекторы параллельно. Степень замещения нагрузки ГВС дома в летнее время может достигать величины, близкой к 50%.
«Дневная» схема
На рис. 3 представлена схема, предназначенная для нагрева воды в системе с напорными бойлерами для потребителей, использующих воду преимущественно в дневное время. Это могут быть многоквартирные дома, общественные здания, садики, школы и т. п. Потребление горячей воды в таких системах ГВС в дневное время имеется практически всегда или отсутствует на очень короткое время.
Теплоноситель в контуре солнечных коллекторов нагревается аналогично схеме, представленной на рис. 2. При нагреве теплоносителя в буферной емкости до температуры +45°С, регулятор температуры РТ2 открывает электроклапан ЭК. Под давлением воды Рхв в трубопроводе ТХВ и напора циркуляционного насоса ЦН Рн, холодная вода, пройдя солнечные коллекторы, вытесняет нагретую воду из буферной емкости. Когда в точке А на входе напорного электробойлера (теплообменника) установится давление, равное РА=РХВ+Рн-∆Р выше давления РХВ, закрывается обратный клапан, вода из буферной емкости начнет поступать в электробойлер (теплообменник), а затем в систему ГВС (∆Р – суммарные потери в контуре и подающих трубопроводах). Вместо нагретой воды в буферную емкость начнет поступать холодная вода из ТХВ. Когда температура воды в буферной емкости понизится до температуры +40°С, РТ2 отключает ЭК, закрывая поступление воды из гелиосистемы. Цикл нагрева воды в СК периодически повторяется.
При отсутствии разбора воды в системе ГВС и включенном ЭК, поступление воды из буферной емкости прекращается. При этом циркуляция воды в контуре солнечных коллекторов СК продолжается в расчетном режиме, в результате чего температура воды в буферной емкости за время отсутствия водоразбора становится выше +45°С. . Происходит накопление тепла в буферной емкости. Как только появляется водоразбор, вода начнет поступать в электробойлер (теплообменник).
Схема с теплообменниками, которые применяются в системах ГВС, работает аналогично.
Степень замещения нагрузки ГВС дома такой схемы меньше предыдущих схем и может достигать ≤40%. Для защиты от превышения давления в замкнутом контуре солнечных коллекторов, в системе устанавливают расширительный бак РБ.
Предложенные схемы подключения солнечных коллекторов, представленные на рис. 2 и 3, значительно проще аналогичных типовых схем. Они не требуют дорогостоящего бака-аккумулятора с встроенными спиральными теплообменниками.
Рис. 3. Двухконтурная система нагрева воды электроэнергией с напорным баком-аккумулятором для объектов, потребляющих воду преимущественно в дневное время
Схема подключения солнечных коллекторов, представленная на рис. 3, может интегрироваться в любую существующую систему местного горячего водоснабжения со всеми типами водонагревательных котлов, при этом не требует изменений действующих тепловых схем.
Главная проблема в расширении применения ВИЭ в коммунальном секторе – это вопрос приоритетов для финансирования. Неразумно внедрять ВИЭ прежде, чем не осуществлены шаги по термомодернизации, снижающие общее теплопотребление. Затем следует провести подробные экономические расчеты сроков возврата инвестиций среди технически доступных решений. Например, установка на крыше PV-системы – технически реализуема. Однако это прямо не снизит «домовой счет» и затраты жильцов на покупное тепло. Важно применять решения, которые непосредственно влияют на расходы именно за тепло, и применение фототермальных коллекторов, пожалуй, – среди наиболее финансово выгодных вариантов.
Більше важливих статей і новин в Telegram-каналі та корисні відео на Youtube-каналі та у TikTok. Долучайтесь!
Переглянуто: 4 851
