Научная статья на тему 'ЭФФЕКТИВНОСТЬ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ СОЛНЕЧНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ ДЛЯ НАГРЕВА ВОДЫ НА ТЕРРИТОРИИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ'

ЭФФЕКТИВНОСТЬ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ СОЛНЕЧНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ ДЛЯ НАГРЕВА ВОДЫ НА ТЕРРИТОРИИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ Текст научной статьи по специальности «Энергетика и рациональное природопользование»

CC BY
103
24
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Аннотация научной статьи по энергетике и рациональному природопользованию, автор научной работы — Коломиец Ю. Г., Попель О. С., Фрид С. Е.

На основе разработанной инженерной методики выполнены оценки энергетических показателей эффективности рабо- ты солнечных водонагревательных установок для территории России. Результаты анализа представлены в виде карт рас- пределения этих показателей, наглядно демонстрирующих возможность эффективного использования простейших сол- нечных водонагревателей на большей части территории России, по крайней мере, в неотопительный период года. Работа выполняется при финансовой поддержке Роснауки (Гос. контракт № 02.516.11.6169).

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по энергетике и рациональному природопользованию , автор научной работы — Коломиец Ю. Г., Попель О. С., Фрид С. Е.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Efficiency of solar energy utilization for water heating on the Russian federation territory

Solar water heaters efficiency factors estimations have been made for Russian Federation territory based on developed design method. The results of analysis have been presented as maps of factors distributions that visually demonstrated effective utilizability of simple water heaters for the majority of Russia territory at least for no-heating season.

Текст научной работы на тему «ЭФФЕКТИВНОСТЬ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ СОЛНЕЧНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ ДЛЯ НАГРЕВА ВОДЫ НА ТЕРРИТОРИИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ»

УДК 662.997

ЭФФЕКТИВНОСТЬ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ СОЛНЕЧНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ ДЛЯ НАГРЕВА ВОДЫ НА ТЕРРИТОРИИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Ю.Г. Коломиец, О.С. Попель, С.Е. Фрид

Объединенный институт высоких температур РАН

Москва, 125412, ул. Ижорская, 13, строение 2 Тел/факс: (495)484-23-74, e-mail: o_popel@oivtran.ru

На основе разработанной инженерной методики выполнены оценки энергетических показателей эффективности работы солнечных водонагревательных установок для территории России. Результаты анализа представлены в виде карт распределения этих показателей, наглядно демонстрирующих возможность эффективного использования простейших солнечных водонагревателей на большей части территории России, по крайней мере, в неотопительный период года.

EFFICIENCY OF SOLAR ENERGY UTILIZATION FOR WATER HEATING ON THE RUSSIAN FEDERATION TERRITORY

Yu.G. Kolomiyets, O.S. Popel, S.E. Frid

United Institute of High Temperature of RAS 13/2 Izhorskaya str., Moscow, 125412, Russia Tel/fax: (495)484-23-74, e-mail: o_popel@oivtran.ru

Solar water heaters efficiency factors estimations have been made for Russian Federation territory based on developed design method. The results of analysis have been presented as maps of factors distributions that visually demonstrated effective utilizability of simple water heaters for the majority of Russia territory at least for no-heating season.

СОЛНЕЧНАЯ ЭНЕРГЕТИКА

SOLAR ENERGY

Введение

Поступающий на землю поток солнечного излучения, несмотря на его малую плотность (около 1 кВт/м2 в ясный полдень и от 150 до 250 Вт/м2 в среднем за год), суточную, сезонную и погодную нестабильность, несет с собой значительное количество энергии: на территории России от 100 до 150 кг у.т./год в расчете на 1 м2 земной поверхности (1 кг у.т. = 7 Мкал). Солнечная энергия является экологически чистой, ее использование практически не приводит к изменению теплового баланса Земли и, как правило, не сопряжено с вредными выбросами в окружающую среду. Для многих объектов, расположенных в любой географической точке, годовое поступление солнечной энергии на ограждающие конструкции объекта или на участок земной поверхности, на которой объект размещен, как правило, превышает или, по крайней мере, сопоставим с энергетическими потребностями рассматриваемого объекта. Данные обстоятельства позволяют всерьез рассматривать солнечную энергию как альтернативный источник энергии, возможность и целесообразность практического использования которого в конечном итоге определяется готовностью техноло-

гий эффективного преобразования солнечной энергии в полезные виды, а также стоимостью необходимого для этого оборудования и, что особенно важно, стоимостью получаемой энергии.

Наиболее простыми являются устройства, предназначенные для преобразования энергии солнечного излучения в низкопотенциальное тепло, среди которых широко известны солнечные водонагреватели. Суммарная тепловая мощность действующих в мире солнечных установок в 2007 г. превысила 120 ГВт, а площадь солнечных коллекторов, с помощью которых солнечное излучение преобразуется в тепло, -160 млн м2. Солнечными водонагревательными установками (СВУ) оборудовано более 50 млн домов, в разных странах мира успешно действует более 400 фирм-производителей, а объем продаж солнечных коллекторов на мировом рынке в последние годы возрастал примерно на 20% в год [1].

В России солнечные установки пока не нашли широкого применения. Суммарная площадь действующих солнечных коллекторов оценивается всего в сто тысяч квадратных метров. Солнечные установки для нагрева воды используются в Краснодарском крае, прежде всего в санаторно-курортном секторе, в Буря-

тии, где создан ряд солнечных установок для теплоснабжения домов и промышленных предприятий, и в некоторых других районах страны, где имеются группы энтузиастов, пытающиеся продвигать новые экологически чистые технологии преимущественно с использованием зарубежного оборудования.

Основными причинами ограниченного использования солнечных установок в России являются:

- бытующее представление, будто бы Россия, основная территория которой расположена в средних и высоких широтах, не располагает благоприятными климатическими условиями для эффективного использования солнечной энергии;

- слабая развитость отечественного производства солнечных коллекторов и солнечных водонагрева-тельных установок. Поставка зарубежного оборудования сопряжена с дополнительными затратами, удорожанием установок и снижением их экономической привлекательности;

- практическое отсутствие опыта проектирования солнечных установок, недостаток квалифицированных специалистов в регионах, отсутствие инфраструктуры, обеспечивающей разработку, монтаж и сервисное обслуживание солнечных установок;

- отсутствие научно-методических разработок и типовых технических решений, необходимых для правильного расчета солнечных установок и выбора оптимального состава оборудования с учетом климатических условий эксплуатации и особенностей потенциальных потребителей и др.

В данной работе представлены результаты расчет-но-теоретических исследований эффективности использования простейших солнечных водонагреватель-ных установок в различных регионах России, которые позволяют сделать вывод о возможности достижения высоких энергетических показателей индивидуальных СВУ во многих районах страны, в том числе и северных, по крайней мере, в неотопительный период года.

Рис. 1. Распределение среднегодовых суточных поступлений солнечной энергии на оптимально ориентированные неподвижные поверхности, кВтч/(м2день) Fig. 1. The distribution of yearly averaged daily solar radiation incident on optimal oriented fixed surfaces, kWh/(m2day)

Отметим, что утверждение о том, что Россия после отделения от нее южных республик не располагает благоприятными климатическими условиями для использования солнечной энергии, ошибочно. Представленная на рис. 1 карта [2, 3] распределения годовых поступлений энергии солнечного излучения на неподвижные поверхности южной ориентации с оптимальным для каждой географической точки углом наклона к горизонту наглядно показывает, что на больших территориях России среднесуточные годовые потоки солнечного излучения превышают 45 кВтч/(м2день) (Забайкалье, Северный Кавказ, Вос-

точная Сибирь и др.). По этому энергетическому показателю эти районы превосходят многие страны, в частности, большинство европейских стран, где солнечные установки находят широкое применение.

Постановка задачи

В качестве объекта исследований рассматривается солнечный водонагреватель, предназначенный для нагрева до нескольких сотен литров воды в день. (100 литров нагретой воды обычно оказывается достаточно для удовлетворения минимальных бытовых

потребностей семьи из 2-3 человек.) Именно такие установки сегодня наиболее распространены в мире среди индивидуальных пользователей, и именно на них имеется первоочередной спрос во многих российских регионах. Принципиальная схема рассматриваемой СВУ изображена на рис. 2.

Установка включает в себя в качестве основных компонентов солнечный коллектор (СК), водяной бак-аккумулятор и теплоизолированные трубопроводы, обеспечивающие их гидравлическую связь. При поступлении на СК солнечного излучения вода в нем нагревается на несколько градусов и за счет естественной или принудительной циркуляции поступает в бак-аккумулятор, откуда вновь направляется в солнечный коллектор для дальнейшего нагрева. В течение дня вода, содержащаяся в баке-аккумуляторе, проходит через СК несколько раз. В периоды недостаточной для нагрева воды в СК интенсивности солнечного излучения ее циркуляция прекращается средствами автоматики и возобновляется, если интенсивность солнечного излучения для нагрева воды оказывается достаточной. Отбор нагретой воды к потребителю осуществляется из бака-аккумулятора и, если это необходимо, догревается до нужной потребителю температуры резервным нагревателем.

Рис. 2. Принципиальная схема солнечной водонагревательной установки: 1 - солнечный коллектор; 2 - бак-аккумулятор; 3 - вывод горячей воды к потребителю; 4 - ввод холодной воды; 5 - блок автоматики; 6 - циркуляционный насос;

7 - резервный нагреватель Fig. 2. Schematic diagram of solar water heater: 1 - solar collector; 2 - storage tank; 3 - hot water user supply; 4 - cold water inlet; 5 - control unit; 6 - circulation pump;

7 - backup heater

Ключевым элементом СВУ является солнечный коллектор. Сегодня на рынке представлен широкий спектр СК различных конструкций. В водонагрева-тельных установках наибольшее применение находят относительно недорогие и простые по конструкции одностекольные плоские СК. Основными и принципиально важными характеристиками СК являются его

оптический КПД F (та) и обобщенный коэффициент тепловых потерь F UL [4]. Эти характеристики интегрально описывают степень теплотехнического совершенства солнечных коллекторов. Параметры теплотехнического совершенства СК могут изменяться в зависимости от особенностей конструкции, и их значения определяются в результате так называемых тепловых испытаний СК. В работе [5] нами были статистически обработаны результаты тепловых испытаний 268 моделей плоских солнечных коллекторов различных производителей, выполненных в Институте солнечных технологий (Institut für Solartechnik, SPF), Швейцария [6]. Было показано, что, несмотря на некоторый разброс значений, представители СК ведущих мировых производителей в среднем характеризуются F(xa) = 0,7 и FUl = 3,7 Вт/(м2-К), причем эти показатели в последние годы практически не изменяются, что объясняется высокой степенью отработанности конструкций СК. Характеристики плоских солнечных коллекторов лучших российских производителей также приближаются к этим значениям.

Данные обстоятельства позволяют обосновать ввод понятия «типичного солнечного коллектора» как солнечного коллектора, характеризующегося приведенными выше показателями теплотехнического совершенства. Развивая данный подход, можно также ввести и понятие «типичной индивидуальной солнечной водонагревательной установки». «Типичная» СВУ характеризуется следующими показателями:

- в ней используются «типичные» СК с F (та) = 0,7 и FUl = 3,7 Вт/(м2-К);

- бак-аккумулятор и трубопроводы считаются идеально теплоизолированными;

- вода в баке-аккумуляторе считается полностью перемешанной (температурная стратификация отсутствует);

- объем бака-аккумулятора в типичной СВУ примем равным 100 литров. Отметим, что в силу принятых допущений и линейности задачи СВУ с объемом бака, в а раз отличающимся от 100 л, будет характеризоваться теми же показателями энергетической эффективности, что и типичная СВУ, если площадь ее СК будет также увеличена в а раз (масштабный фактор).

В качестве традиционного показателя энергетической эффективности СВУ обычно используется «доля покрытия нагрузки горячего водоснабжения потребителя за счет солнечной энергии» [4] (в зарубежной литературе его называют «solar fraction», в отечественной - коэффициентом замещения) f

f =

Qso

Qso

Qtotal Qsolar + QP

(l)

где Qsolar - энергия солнечного излучения, пошедшая на нагрев воды, Qtotal - суммарная энергия, затраченная на нагрев воды до необходимой потребителю температуры. Qlola¡ равна сумме QSolar и энергии,

International Scientific Journal for Alternative Energy and Ecology № 6 (74) 2009

© Scientific Technical Centre «TATA», 2009

подведенной от резервного нагревателя, QРН. Изменяющаяся в диапазоне от 0 до 1 доля покрытия нагрузки / представляется весьма удобным показателем эффективности солнечного водонагревателя, но неявно предполагает, что в системе присутствует резервный нагреватель, поэтому нагрузка полностью покрывается в любом случае. Вместе с тем предназначенные для эксплуатации в теплый сезон года индивидуальные СВУ часто дублера не имеют, и их эффективность предпочтительнее было бы характеризовать вероятностью обеспечения потребителя нагретой водой требуемой температуры за рассматриваемый сезон эксплуатации.

С этой точки зрения полезным представляется другой показатель эффективности СВУ, введенный в [7]. Он является более понятным и наглядным для потенциальных пользователей, не всегда разбирающихся в тонкостях энергетического баланса. Этот показатель характеризует число дней Ыт* за определенный период времени (месяц, квартал, полугодие, год), в которые вода в баке-аккумуляторе СВУ нагревается за счет солнечной энергии до температуры не ниже, чем контрольная t. Если рассматриваемый период содержит Ытвх календарных дней, то соответствующий удельный показатель имеет вид:

N >

N.

(2)

Как и доля покрытия нагрузки, он изменяется в диапазоне от 0 до 1 и информирует пользователя о том, какую долю дней интересующего пользователя периода солнечная установка обеспечивает нагрев воды в баке-аккумуляторе не ниже, чем до контрольной температуры, без использования резервного нагревателя. Этот показатель применим не только для СВУ с резервным нагревателем, но и для простейших установок, резервного нагревателя не имеющих.

В качестве контрольных температур / целесообразно выбирать такие значения, которые представляют интерес для потребителя. В дальнейшем рассматриваются контрольные значения / = 37, 45 и 55° С. (При температуре 37° С вода уже ощущается как теплая, все перечисленные уровни температур имеют потребительскую значимость и присутствуют в нормативных документах по горячему водоснабжению.)

В расчетных исследованиях нами используются оба описанных выше показателя эффективности СВУ.

Конечной целью расчетных исследований является определение распределения показателей энергетической эффективности СВУ с различными соотношениями между площадью СК и объемом бака-аккумулятора для территории России за различные периоды предполагаемой эксплуатации СВУ. Такие распределения позволяют получить ценную качественную и количественную информацию как по сравнению различных районов страны по эффективности использования СВУ, так и по оценке необходимой площади солнечных коллекторов в расчете на типо-

вой объем бака-аккумулятора, при которой обеспечивается приемлемая степень вероятности нагрева воды в СВУ солнечным излучением (без резервного нагревателя) в рассматриваемый период года.

Методика расчетного анализа

Теоретически показатели эффективности СВУ могут быть оценены на основе имитационного моделирования работы солнечных установок в реальных климатических условиях с учетом известных характеристик используемого в них оборудования, в частности, с использованием программы динамического моделирования ТЯК8У8 [4, 8], применяемой в зарубежных научных центрах и нами для моделирования систем солнечного теплоснабжения. В качестве исходной климатической информации используются справочные среднемесячные актинометрические данные, а также данные о температуре, влажности воздуха и скорости ветра, на основе которых генерируется так называемый «типичный метеогод» (ТМУ), представляющий собой годовые последовательности часовых метеорологических данных [9].

Установка моделируется поэлементно с обеспечением необходимых информационных связей между элементами, отражающих связи физических параметров, описывающих работу компонентов установки.

Важным фактором при моделировании СВУ является суточный график потребления нагретой воды. Для упрощения анализа в рамках настоящей работы предполагалось, что разбор нагретой воды из бака осуществляется в период между заходом и восходом солнца. К следующему утру (восходу солнца) бак считается вновь заполненным водопроводной холодной водой с температурой 10° С.

В выполненных нами в 2001-2003 гг. исследованиях применительно к климатическим условиям России [10-12], а затем и Европы [13, 14] было установлено, что в рамках сформулированной постановки задачи имеют место универсальные зависимости введенных показателей эффективности типичной СВУ от сумм солнечной радиации, приходящей на горизонтальную поверхность, что создало предпосылки для расширения географической зоны анализа на все континенты. Всего было рассмотрено 1049 метеостанций, в число которых входят и метеостанции, расположенные в европейской и азиатской частях России. Первичными источниками климатической информации при моделировании служили базы наземных климатических данных КБТ8сгееп (Канада) [15] и Научно-прикладной справочник по климату СССР [16].

Полученные в результате вариантных расчетов зависимости удельного числа дней п1>1„ от суточных сумм солнечного излучения, приходящего на горизонтальную поверхность, отличаются относительно небольшим разбросом данных, что позволило провести их обработку с получением более или менее

3

Ж

19

n,>,* =

универсальных аппроксимационных соотношении, пригодных для проведения инженерных оценок. При этом указанные зависимости имеют вид широко используемых, в том числе и в гелиотехнике, «input-output» диаграмм, т.е. соотношении между входными и выходными «сигналами» системы, рассматриваемой как «черный ящик». В нашем случае входным сигналом служит наиболее существенный климатический параметр - дневная сумма солнечного излучения, усредненная за рассматриваемый период года, выходным - удельное число дней, в которые вода в баке-аккумуляторе СВУ оказывается нагретой не ниже контрольного значения температуры t*. Процедура обработки данных выглядит следующим образом [17].

Аппроксимирующей функцией рассматриваемой зависимости является функция Больцмана с пределами изменения от нуля до единицы:

N

N

= 1 —

1

1 + exp

S/Nmax - Xо dx

(3)

P A

X 0 = 1 c

0 Ac - P2

(4)

P = B (t *+At),

(5)

по формуле (5) для желаемой контрольной температуры t вычисляется коэффициент P-i.

3. По формуле (4) определяется X0 в зависимости от площади солнечного коллектора.

4. Наконец, по формуле (3) рассчитывается искомое удельное число дней за рассматриваемый период эксплуатации, в которые СВУ будет нагревать воду не ниже, чем до выбранного контрольного уровня температуры.

На основе вариантных расчетов потребитель может легко определить подходящую площадь солнечных коллекторов и провести соответствующие экономические оценки.

N/N

где Х0 - абсцисса точки перегиба (ее ордината равна 0,5), dx - постоянная времени, S/Nmax - дневная сумма солнечной радиации, усредненная за рассматриваемый период года. Наилучшая аппроксимация результатов получается при dx = 1,13±0,04 кВтч/м2день, причем параметр X0 является функцией площади солнечного коллектора Ac, хорошо аппроксимируемой гиперболой

1.0

0.8

0.6

0.4

0.2

0.0

— ■ t*=37oC

• t" * t" =45 C =55oC Лг

íi*.

« • V A.1 I*» • . ' í "

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

где P2 = 0,59±0,06 м , а параметр Р1 линейно зависит от контрольной температуры t

где Лt = 3° С, B = 0,22, 0,24 и 0,25 для СВУ, работающих круглый год, полгода и три месяца соответственно.

Погрешность использования полученных аппрок-симационных соотношений, составляющих в совокупности разработанную инженерную методику, при расчете удельного числа дней лежит в пределах 1520% в рассмотренном диапазоне изменения параметров СВУ, что для инженерных оценок вполне приемлемо. Применение методики сводится к следующим последовательным действиям:

1. Для предполагаемого места эксплуатации СВУ определяется дневная сумма солнечного излучения на горизонтальную поверхность, усредненная за предполагаемый период эксплуатации установки: круглый год (Мтах = 365), теплое полугодие (Мтах = 183) или только летняя эксплуатация (Мтах = 92).

2. С учетом продолжительности периода работы установки выбирается значение коэффициента В и

0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0

f

Рис. 3. Корреляция между nt>t„ и долей покрытия тепловой нагрузки f (типичная СВУ, площадь коллектора 2 м2, лето) Fig. 3. Correlation between nt>t„ and solar fraction f (typical SWH, collector area 2 m2, summer)

Моделирование показало наличие корреляции между рассмотренными двумя критериями эффективности: удельным числом дней и долей покрытия нагрузки, иллюстрируемой для летнего периода работы СВУ рис. 3. При приближении доли покрытия нагрузки f к 1, что достигается, например, путем увеличения площади солнечного коллектора, удельное число дней n также приближается к единице, т.е. практически во все дни рассматриваемого периода года СВУ нагревает воду не ниже, чем до контрольного уровня температуры. При уменьшении площади солнечного коллектора оба показателя снижаются, причем существует некое значение доли покрытия, при котором n = 0. Это пороговое значение соответствует f = 0,4-0,5. Этот факт является исключительно важным, поскольку свидетельствует о том, что солнечная установка, имеющая проектную долю покрытия нагрузки за счет солнечной энергии ниже 0,5, без использования резервного нагревателя воду до контрольного уровня температуры нагреть не сможет. Создание СВУ без резервного нагревателя должно быть ориентировано на получение высоких значений доли покрытия, по крайней мере, превышающих 0,5.

20

International Scientific Journal for Alternative Energy and Ecology № 6 (74) 2009

© Scientific Technical Centre «TATA», 2009

£ i

Наличие корреляции между п1>1„ и/создало предпосылки для получения аналогичных приведенным выше аппроксимационных соотношений для расчета доли покрытия нагрузки /.

0 0 0.2 0-4 OS 0.8 1,0

f- инженерная методика

Рис. 4. Корреляция между результатами динамического моделирования и инженерного расчета доли покрытия нагрузки типичной СВУ при различных условиях эксплуатации Fig. 4. Correlation between transient simulation results and design method calculations of solar fraction for different operation conditions

Аппроксимационные соотношения для f аналогичны вышеприведенным с точностью до значений коэффициентов аппроксимации. В этом случае dx = 1,28± ± 0,02 кВтч/м2день, P2 = 0,54±0,06 м2, B = 0,032, 0,04 и 0,043 (для СВУ, работающих круглый год, полгода и три месяца соответственно). Наиболее существенным отличием является зависимость параметра At от пе-

риода работы установки. Для рассматриваемых периодов она составляет, соответственно, 11, 4 и 0° C. Погрешность аппроксимации также составляет 1520%, разброс данных иллюстрирует рис. 4.

Описанная выше инженерная методика была использована для оценки эффективности индивидуальных солнечных водонагревательных установок на территории Российской Федерации.

Результаты и их обсуждение

Оценки выполнялись для типичной СВУ с объемом бака-аккумулятора 100 л и площадью СК в диапазоне от 1 до 4 м2 по всей территории России с пространственным разрешением 1x1° по широте и долготе. Солнечный коллектор СВУ считался ориентированным на юг и имел угол наклона к горизонту, равный широте местности. Источником необходимой исходной климатической информации служила база данных NASA SSE [18, 19]. Результаты расчета обоих показателей эффективности СВУ для варианта типичной СВУ с площадью СК 2 м2 приведены на рис. 5-8. На рис. 5 и 6 в качестве примера представлены результаты расчета удельного числа дней n, а на рис. 7 и 8 - доли покрытия нагрузки f для летних месяцев (июнь-август) и теплого полугодия (апрель-сентябрь) при значении контрольной температуры t* = 37° С.

В летний период на большей части территории юга России и значительной части Сибири доля покрытия нагрузки за счет солнечной энергии составляет 0,9-1,0. На остальной территории страны доля покрытия нагрузки составляет 0,8-0,9, и лишь на относительно малых территориях северо-запада страны и на части территорий Дальнего Востока доля покрытия оказывается 0,6-0,8.

Рис. 5. Удельное число дней n, в которые температура в баке типичной СВУ превышает 37° (летние месяцы, площадь СК 2 м ) Fig. 5. Specific number of days n when water temperature of SWH storage tank exceeds 37° (summer, collector area 2 m2)

>1JS

21

Рис. 6. Удельное число дней n, в которые температура в баке типичной СВУ превышает 37° (теплое полугодие, площадь СК 2 м2) Fig. 6. Specific number of days n when water temperature of SWH storage tank exceeds 37° (warm half year, collector area 2 m2)

Рис. 7. Доля покрытия нагрузки горячего водоснабжения потребителя за счет солнечной энергии (t* = 37°, летние месяцы,

площадь СК 2 м2) Fig. 7. Hot water solar fraction (t* = 37°, summer, collector area 2 m2)

По другому показателю - относительному числу дней - получение в рассмотренной СВУ воды с температурой не ниже 37° С в течение 80-90% летних дней возможно на большей части территории Северного Кавказа, в некоторых районах Забайкалья, а также на части территории Якутии. Для большей части территории России вероятность ежедневного получения горячей воды в летнее время остается весьма высокой (более 60%). Лишь на окраинных западных, северо-западных и восточных территориях

величина удельного числа дней в летнее время оказывается ниже 50%.

Аналогичные результаты для теплого полугодия демонстрируют рис. 6 и рис. 8. Рассмотренные показатели по сравнению с летним периодом несколько снижаются, однако остаются достаточно высокими для того, чтобы сделать вывод о высокой эффективности использования солнечных водонагревательных установок на большей части территории России, по крайней мере, в неотопительный период года.

22

International Scientific Journal for Alternative Energy and Ecology № 6 (74) 2009

© Scientific Technical Centre «TATA», 2009

ir>. >

Рис. 8. Доля покрытия нагрузки горячего водоснабжения потребителя за счет солнечной энергии (t* = 37°, теплое полугодие, площадь СК 2 м2) Fig. 8. Hot water solar fraction (t* = 37°, warm half year, collector area 2 m2)

Работа выполняется при финансовой поддержке Роснауки (Гос. контракт № 02.516.11.6169).

Список литературы

1. Renewables 2008 Global Status Report. www.ren21.net.

2. Попель О., Прошкина И. Солнечная Россия // В мире науки. 2005. № 1. С. 14-18.

3. Попель О.С., Фрид С.Е., Коломиец Ю.Г., Киселева С.В., Терехова Е.Н. Распределение ресурсов энергии солнечного излучения по территории России // Энергия: экономика, техника, экология. 2007. № 1. С. 15-23.

4. Duffie J.A., Beckman W.A. Solar engineering of thermal processes (3d ed.). New Jersey. John Wiley & Sons. 2006. P. 928.

5. Попель О.С., Фрид С.Е., Щеглов В.Н., Сулейма-нов М.Ж., Коломиец Ю.Г., Прокопченко И.В. Сравнительный анализ показателей конструкций солнечных коллекторов зарубежных и отечественных производителей и новые технические решения // Теплоэнергетика. 2006. № 3. С. 11-16.

6. Institut für Solartechnik SPF // 2009. http:// www.solarenergy.ch.

7. Попель О.С., Фрид С.Е. Эффективность использования индивидуальных солнечных водонагрева-тельных установок в различных регионах России и Европы. Препринт ИВТАН № 3-467. Москва. 2002.

8. TRNSYS - The Transient System Simulation Program // 2009. http://sel.me.wisc.edu /TRNSYS/.

9. Hall I., Prairie R., Anderson H., Boes E. Generation of typical meteorological years for 26 SOLMET Stations. SAND78-1601. Sandia National Laboratories. Albuquerque, 1978.

10. Попель О.С., Фрид С.Е. Солнечные водонагре-

вательные установки в климатических условиях Рос-

сии // Энергия: экономика, техника, экология. 2002. № 12. С. 26-35.

11. Попель О.С., Фрид С.Е., Шпильрайн Э.Э. Обобщенные показатели типичной индивидуальной солнечной водонагревательной установки в климатических условиях различных регионов России // Теплоэнергетика. 2003. № 1. С. 12-18.

12. Попель О.С., Фрид С.Е., Коломиец Ю.Г. Анализ показателей эффективности использования солнечных водонагревательных установок // Сантехника, отопление, кондиционирование. 2004. № 4. С. 104109; 2004. № 5. С. 28-32.

13. Yohanis Y., Popel O., Frid S., Norton B. Geographic variation of solar water heater performance in Europe // Proceedings of the I MECH E Part A. Journal of Power and Energy. 2006. V. 220, No. 4. P. 395-407.

14. Yohanis Y.G., Popel O.S., Frid S.E., Norton В. The annual number of days that solar heated water satisfies a specified demand temperature // Solar Energy. 2006. V. 80, No. 8. P. 1021-1030.

15. RETScreen International. Renewable energy decision support center // 2009. http:// www.retscreen.net.

16. Научно-прикладной справочник по климату СССР. Л.: Гидрометеоиздат, 1990.

17. Попель О.С., Фрид С.Е., Коломиец Ю.Г. Методика оценки эффективности использования солнечных водонагревательных установок в климатических условиях РФ. М.: Изд-во МФТИ, 2004.

18. Киселева С.В. Дистанционные методы оценки ресурсов возобновляемых источников энергии - в кн. Возобновляемые источники энергии: Лекции ведущих специалистов. Вып. 5 / Под общей ред. А.А. Соловьева, С.В. Киселевой. М.: Изд-во ЧеРо, 2008. С. 160-171.

19. The NASA Surface Meteorology and Solar Energy Data Set // 2009. http://eosweb.larc.nasa.gov/sse.

— TATA — LXJ

„¿Й

ш

23

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.