Материал: Жилищное хозяйство и коммунальная инфраструктура

Рис. 3. Внешний вид элементов солнечного коллектора: а – стальной корпус; б – стальная опора

Плоские солнечные коллекторы имеют следующие положительные качества: надежные, долговечные, минимальные эксплуатационные издержки, безопасные в работе.

Технико-экономические показатели солнечного коллектора

Объектом исследования является солнечная система горячего водоснабжения гостиницы в селе Бабяково Воронежской области, расположенная вне зоны действия централизованных систем энергоснабжения (за исключением электрических сетей). Основными энергоресурсами являются электричество, уголь и дрова. Суточный объем нагреваемой воды составляет V = 0,6 м3, площадь солнечного коллектора A = 2 м2, количество солнечных коллекторов N = 6 шт, угол наклона α = 52°. Солнечные коллекторы размещаются на кровле здания на стальных опорах (см. рис. 1, рис. 3, б). Бак-аккумулятор находится в теплогенераторной, где в качестве доводчика установлен электрический котел. Контроль и управление системой осуществляется автоматикой. Гелиоустановка эксплуатируется круглогодично, поэтому в качестве теплоносителя используется антифриз. Циркуляция теплоносителя - принудительная.

В качестве критерия оценки технического потенциала определялся коэффициент замещения f (доля тепловой нагрузки на горячее водоснабжение, обеспечиваемая за счет солнечной энергии), для экономического потенциала - срок окупаемости Ток.

Коэффициент замещения f определяется по формуле [2]

( ) – среднемесячная приведённая поглощательная способность.

Определение составляющих расчетных зависимостей (2), (3) показано в работах

[9, 10].

- 100 -

Температура T a , значение безразмерных комплексов Q1, Q2, коэффициентов замещения fi для солнечной системы горячего водоснабжения гостиницы в селе Бабяково Воронежской области показаны в табл. 2.

Таблица 2

Расчетные технические показатели для солнечных коллекторов (гелиосистемы) в селе Бабяково Воронежской области

Годовой коэффициент замещения fгод (отношение годовой суммы солнечной теплоты к годовой тепловой нагрузке на горячее водоснабжение) составляет 44 %. Таким образом, годовая выработка доводчиком (электрическим котлом) составляет 56 %.

Срок окупаемости солнечных коллекторов (солнечной системы горячего водоснабжения) Ток, лет с достаточной степенью точности [11] можно определить по формуле

где Скол – стоимость одного квадратного метра солнечных коллекторов с учетом строи- тельно-монтажных работ (солнечной системы горячего водоснабжения), руб./м2; А – площадь солнечных коллекторов, м2; Эгод – годовая экономия денежных средств с учетом эксплуатационных затрат, руб./год.

Годовая экономия денежных средств с учетом эксплуатационных затрат определяется по формуле, руб./год.

где Сэл – стоимость потребляемой электроэнергии, руб./кВт·ч; В – годовая экономия электроэнергии, обеспечиваемая использованием солнечной энергии, кВт·ч/год; Сэкс – эксплуатационные затраты, руб./год.

Годовая экономия электроэнергии (5557 кВт·ч/год), обеспечиваемая использованием солнечной энергии, определяется по формуле:

где Qгвгод – годовое потребление тепловой энергии на горячее водоснабжение, кВт·ч.

Параметры, определяющие экономический потенциал солнечных коллекторов (гелиосистемы) для различных временных интервалов (2005 г. и 2021 г.) отражены в табл. 3.

- 101 -

Заключение.

Применение солнечных систем горячего водоснабжения зданий и сооружений наиболее выгодно на территориях, не охваченных действием централизованных систем теплоснабжения. Примером может служить гостиница, расположенная в селе Бабяково Воронежской области. Основная доля энергопотребления (в том числе, на нужды горячего водоснабжения, приходится 56 %) обеспечивается электроэнергией. Дополнительным источником тепловой энергии является солнечная система горячего водоснабжения с показателем коэффициента замещения 44 %. Для повышения экономического потенциала гелиосистемы (за счет сокращения капитальных затрат и стоимости строительно-монтажных работ), изготовление солнечных коллекторов и монтаж выполнены собственными силами. Произведена оценка срока окупаемости солнечных коллекторов для 2005 г. и 2021 г., которые, соответственно, составили 6,0 лет и 13,1 года.

Установлено, что рост стоимости электроэнергии не компенсировал повышение цены на комплектующие солнечного коллектора. Однако при среднем сроке службе солнечного коллектора 20 лет, систему можно эффективно использовать 6,9 лет. Относительно российских и зарубежных производителей коллекторы собственного производства по затратам занимают среднее стоимостное положение.

С приближением стоимости электроэнергии к значениям, характеризующим европейский рынок, срок окупаемости составит 1,4 года.

- 102 -

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1.Ресурсы и эффективность использования возобновляемых источников энер-

гии в России / П. П. Безруких [и др.]; под ред. П. П. Безруких. – СПб.: Наука, 2002. - 314 с.

2.Сотникова, О. А. Солнечные системы горячего водоснабжения. Экономическая эффективность использования солнечных систем горячего водоснабжения / О. А. Сотникова, Д. М. Чудинов // АВОК: Вентиляция, отопление, кондиционирование воздуха, теплоснабжение и строительная теплофизика. – 2007. – № 2. – С. 88-94.

3.Попель, О. С. Солнечные водонагреватели: возможности использования в климатических условиях средней полосы России / О. С. Попель, С. Е. Фрид // Теплоэнергетика. –

2001. – № 7. – С. 44-47.

4.Чудинов, Д. М. Влияние параметров оборудования гелиоустановок на эффективность альтернативного теплоснабжения зданий / Д. М. Чудинов, Т. В. Щукина, О. А. Сотникова // Промышленная энергетика. – 2008. – № 9. – С. 44-46.

5.Чудинов, Д. М. Энергосберегающие мероприятия в многоквартирных жилых домах / Д. М. Чудинов, Т. В. Щукина, Н. А. Петрикеева, Н. М. Попова // Высокие технологии

встроительном комплексе. – 2019. – № 1. – С. 32-36.

6.Тарнижевский, Б. П. Солнечные коллекторы и водонагревательные установки / Б. П. Тарнижевский, В. Б. Алексеев, З. А. Кабилов, И. М. Абуев // Теплоэнергетика. – 1995. – № 6. – С. 48-51.

7.Чудинов, Д. М. Обеспечение необходимого уровня энергоактивности солнечных систем, проектируемых для регионов Российской Федерации / Д. М. Чудинов, О. А. Сотникова, Т. В. Щукина // Энергосбережение. – 2009. – № 3. – С. 74-76.

8.Щукина, Т. В. Комбинированная выработка тепловой и электрической энергии в гелиоустановках / Т. В. Щукина, Д. М. Чудинов, Н. А. Петрикеева, Н. М. Попова // Научный вестник Воронежского государственного архитектурно-строительного университета. Серия: Высокие технологии. Экология. – 2017. – № 1. – С. 118-121.

9.Бекман, У. Расчёт систем солнечного теплоснабжения / У. Бекман, С. Клейн, Дж. Даффи; пер. с англ.– М.: Энергоиздат, 1982. – 80 с.

10.Сотникова, О. А. Использование тепловой энергии солнца в пассивных и активных системах теплоснабжения / О. А. Сотникова, Д. М. Чудинов // Вестник Воронежского государственного технического университета. – 2005. – Т. 1. – № 6. – С. 56-63.

11.Внутренние санитарно-технические устройства. В 3 ч. Ч. I. Отопление / В. Н. Богословский [и др.]; под ред. И. Г. Староверова и Ю. И. Шиллера. – М.: Стройиздат, 1990.

– 344 с.

Поступила в редакцию 28 февраля 2021

COMPETITIVENESS ASSESSMENT OF THE SOLAR SYSTEM

OF A HOTEL IN THE VORONEZH REGION

N. M. Popova, D. M. Chudinov, O. A. Sotnikova, N. A. Petrikeeva

Popova Natalya Mikhailovna, Senior lecturer, Department of Heat and Gas Supply and Oil and Gas Business, Voronezh State Technical University, Russia, Voronezh, phone: +7 (473)271-53-21; e-mail: exclusiv.na@mail.ru Chudinov Dmitry Mikhailovich, Cand. Sc. (Tech.), Associate Professor, Department of Heat and Gas Supply and Oil and Gas Business, Voronezh State Technical University, Russia, Voronezh, phone: +7 (473) 271-53-21; e-mail: dmch_@mail.ru

Sotnikova Olga Anatolyevna, Dr. Sc. (Tech.), Professor, Head of the Department of Design of Buildings and Structures named after N.V. Troitsky, Voronezh State Technical University, Russia, Voronezh, phone: + 7(473) 2-77-43- 39; e-mail: ksenija.sotnikova@yandex.ru

- 103 -

Petrikeeva Natalya Alexandrovna, Cand. Sc. (Tech.), Associate Professor, Department of Heat and Gas Supply and Oil and Gas Business, Voronezh State Technical University, Russia, Voronezh, phone: +7 (473) 271-53-21; e-mail: petrikeeva.nat@yandex.ru

The issue of energy supply of buildings and structures in areas with poorly developed engineering infrastructure and decentralized systems can be partially solved by the use of solar heat supply systems (or hot water supply). Such systems (reliable, safe, simple and low-cost in operation) reduce the consumption of traditional energy resources and the emission of harmful emissions into the atmosphere. The possibility of mass implementation of solar plants was largely constrained by cost indicators that determined the payback period. The annual rise in prices for traditional organic fuels, the ability to manufacture solar collectors with their own strength and means can increase their attractiveness. The work assessed the profitability of the solar hot water supply system of a hotel, located in the village of Babyakovo, Voronezh Region, for two time periods (2005 and 2021), taking into account the increase in the cost of electricity, which is the main traditional energy source. The solar collectors were produced inhouse. The introduction of a solar plant for the needs of hot water supply in the traditional heating system of the hotel can reduce electric energy consumption by 44 %. The paper shows that the increase in the price of electricity for the period from 2005 to 2021 did not compensate for the increase in the cost of materials for the manufacture of solar collectors. At the same time, the payback period for 2005 was 6,0 years, for 2021 was equal to 13,1 years. Efficient operation of the plants covers a period of 6,9 years. The installation of Russian and foreign manufacturers in terms of costs occupies an average position. With the cost of electricity at the level of the European market (2021) the payback period is 1,4 years.

Keywords: solar plants; solar collectors; competitiveness; payback period.

REFERENCES

1.Bezrukikh P. P. Renewable Energy Resources and Efficiency in Russia. St. Petersburg, Science. 2002. 314 p. (in Russian)

2.Sotnikova O. A., Chudinov D. M. Solar systems of hot water supply. Economic efficiency of using solar hot water supply systems. AVOK, Ventilation, heating, air conditioning, heat supply and construction thermophysics. 2007. No. 2. Pp. 88-94. (in Russian)

3.Popel O. S., Fried S. E. Solar water heaters: opportunities for use in climatic conditions of the middle strip of Russia. Thermal power engineering. 2001. No. 7. Рр. 44-47. (in Russian)

4.Chudinov D. M., Schukina T. V., Sotnikova O. A. The influence of the parameters of the equipment of heliodstuffs on the efficiency of alternative heat supply of buildings. Industrial energy. 2008. No. 9. Pp. 44-46. (in Russian)

5.Chudinov D. M., Schukina T. V., Petrikeeva N. A., Popova N. M. Energy-saving events in apartment buildings. High technologies in the construction complex. 2019. No. 1. Pp. 32-36. (in Russian)

6.Tarnizhevsky B. P., Alekseev V. B., Kabilov Z. A., Abuev I. M. Solar collectors and water heaters Thermal power engineering. 1995. No. 6. Рр. 48 - 51.

7.Chudinov D. M., Sotnikova O. A., Schukina T. V. Ensuring the necessary level of energy activity of solar systems designed for the regions of the Russian Federation. Energy conservation. 2009. No. 3. Pp. 74-76. (in Russian)

8.Shchukina T. V., Chudinov D. M., Petrikeeva N. A., Popova N. M. Combined generation of thermal and electrical energy in solar plants. Scientific bulletin of Voronezh State University of Architecture and Construction. Series: High Technology. Ecology. 2017. No. 1. Pp. 118-

121.(in Russian)

9.Beckman W., Klein S., Duffie J. Calculation of solar heat supply systems. Moscow, Energoizdat. 1982. 80 p. (in Russian)

-104 -