ВОЗМОЖНОСТЬ ГОРЯЧЕГО ВОДОСНАБЖЕНИЯ ЗДАНИЙ ОТ КРЫШНОЙ КОТЕЛЬНОЙ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ СОЛНЕЧНОЙ ЭНЕРГИИ

Крышная котельная – это независимый автономный источник теплоснабжения, предназначенный для отопления и обеспечения горячим водоснабжением жилых и административных домов. Как следует из названия, её возводят на крыше здания, в специально оборудованном помещении.

В настоящее время крышные котельные снова в центре внимания. Их применение технически и экономически оправдано в тех случаях, когда объект сложно или очень дорого присоединить к существующим сетям централизованного теплоснабжения. Например, зачастую при присоединении нового объекта к сетям централизованного теплоснабжения приходится перекладывать эти сети, и стоимость работ получается очень высокой. Использовать в этом случае автономный источник теплоснабжения инвестору может быть выгоднее по экономическим соображениям: затраты на присоединение к сетям централизованного теплоснабжения могут превысить стоимость автономной крышной котельной [4]. Определенно, в каждом индивидуальном случае необходим полный анализ существующей ситуации.

В целях обеспечения мероприятий энергосбережения, повышения эффективности в потреблении тепловой энергии, возможно рассмотрение вопроса совместной работы крышной котельной с солнечной нагревательной гелиоустановкой для обеспечения частичной нагрузки на горячее водоснабжение. Солнце является главным источником энергии на Земле, мощность которого характеризуется солнечной постоянной – количеством энергии, проходящим через плоскость площадью 1 м², перпендикулярную солнечным лучам.

Горячее водоснабжение – наиболее распространенный вид прямого применения солнечной энергии. Солнечная радиация может быть преобразована в полезную энергию, используя так называемые активные и пассивные солнечные системы. Пассивные системы получаются с помощью проектирования зданий и подбора строительных материалов таким образом, чтобы максимально использовать энергию Солнца. К активным солнечным системам относятся солнечные коллекторы. В данной статье речь пойдет об активных системах.

Типичная установка состоит из одного или более коллекторов, в которых жидкость нагревается на солнце, а также бака для хранения горячей воды, нагретой посредством жидкости-теплоносителя. В качестве теплоносителя в гелиосистеме может использоваться вода или антифриз. Самыми распространенными антифризами являются водные растворы этиленгликоля, этилового спирта и другие [2].

Особенность схемы теплоснабжения от крышной котельной с использованием гелиоустановки состоит в том, что горячая вода для нужд ГВС здания может приготовляться как в теплообменнике горячего водоснабжения, греющая вода к которому поступает от котла, так и в гелиоустановке, состоящей из солнечных коллекторов, циркуляционного насоса и бака-аккумулятора с теплообменником. Выбор режима работы комплекса гелиоустановки и водонагревателя ГВС осуществляется с помощью системы клапанов. Таким образом, в случае, когда мы имеем достаточное количество солнечной радиации, то горячее водоснабжение будет осуществляться с помощью бака-аккумулятора 25 при открытом в положение «а» клапане 27 [1]. Поступление тепла от котлов, установленных в крышной котельной, прекращается благодаря закрытию регулирующего клапана 6 (см. Рисунок 1).

1 - котел; 2 - циркуляционный насос; 3 – насос системы отопления; 4 - теплообменник ГВС;  5 - насос ГВС; 6 – регулирующий клапан двухходовой; 7 - регулирующий клапан трехходовой смесительный; 8 – обратный клапан; 9 - газовая клапан; 10 - счетчик газа; 11 – счетчик холодной воды; 12 - регулятор температуры воды на ГВС; 13 - регулятор температуры воды в систему отопления; 14 - датчик устройства ограничения расхода; 15, 17 – датчики температуры воды; 16 - переключатель; 18 - датчик температуры наружного воздуха; 19 - запорно-предохранительный клапан; 20 - регулятор температуры воды после котла; 21 - фильтр; 22 - рециркуляционная линия; 23 – регулятор перепада давлений; 24 - солнечные коллекторы; 25 - бак-аккумулятор; 26 - циркуляционный насос гелиоконтура; 27 - распределительный клапан; 28 – переключатели клапана 27; 29 - задвижка выбора режима работы комплекса

Рисунок 1. Схема подключения солнечной гелиоустановки к системе теплоснабжения здания от крышной котельной

Как только интенсивность солнечной радиации понижается, то есть теплоты, получаемой от Солнца, не хватает, и температура воды понижается, клапан 26 открывается в положение «б», а регулирующий клапан 6 переходит в открытое положение. Крышная котельная переходит в режим совместного производства тепловой энергии для ГВС как от газовых котлов, так и от солнечных коллекторов. Таким образом, в зависимости от повышения или понижения интенсивности солнечной радиации, благодаря автоматической работе системы клапанов обеспечивается более гибкий и экономичный режим работы крышной котельной. Согласно исследованиям ученых, для обеспечения максимального поглощения энергии в год приемная поверхность коллектора должна быть ориентирована на экватор с наклоном, приблизительно равным географической широте, на которой расположена установка, причем для зимнего периода наклон должен быть на 10˚С больше широты, а для летнего периода – на 10˚С меньше широты [1].

Использование систем солнечного теплоснабжения позволяет значительно сократить нагрузку на горячее водоснабжение. Помимо этого, к положительным аспектам можно отнести то, что солнечная энергия является безопасным и чистым источником энергии. К тому же, ее использование абсолютно бесплатно, в отличие от природного газа. Срок окупаемости всего комплекса солнечных энергоустановок составляет 5-7 лет, что при сроке эксплуатации в 25 лет является довольно неплохим показателем.

Однако, как известно, у всего есть недостатки, и гелиосистемы – не исключение. Во-первых, это зависимость от поступающего тепла (от региона установки). К сожалению, полностью покрыть нагрузку на ГВС солнечной энергией в России представляется возможным только в южных регионах страны. Ее эффективное круглогодичное использование для ГВС рекомендовано повсеместно южнее 60° с. ш. как в европейской, так и в азиатской части России. Объем и тепловая нагрузка ГВС унифицирована СНиПами и определяется в расчете на одного человека (50-70 л). Рекомендуемая площадь солнечного коллектора на одного человека составляет 1,0–1,5 м².

Во-вторых, гелиоустановки теплоснабжения требуют высоких стартовых капиталовложений. Это касается как оборудования, так и стоимости доставки, монтажа и пусконаладочных работ. Зачастую их стоимость может составлять более 50% от стоимости оборудования солнечных энергоустановок.

Кроме того, в процессе эксплуатации необходимо своевременно производить техническое обслуживание оборудования, особенно солнечных коллекторов. Существуют два основных типа солнечных коллекторов: трубчатые и плоские, которые устанавливаются непосредственно на крыше крышной котельной. Следует производить периодическую очистку от налипшего мусора и пыли. Кроме того, в зимний период года требуется регулярная очистка от снегового покрова.

Сегодня в России многие инженерные компании уже пытаются активно внедрять готовые решения для солнечного горячего водоснабжения как многоквартирных домов так и административных зданий (физкультурно-оздоровительные комплексы, торговые центры, крупные моллы и т.д.). С учетом стремления государства к постепенному переходу от традиционных источников энергии к возобновляемым и экологически чистым – это несомненно не может не радовать. К тому же, совместная работа солнечных водонагревательных установок в паре с крышными котельными вполне возможна, экономически оправдана и актуальна на сегодняшний день.

Список литературы:

1. Технические решения по крышным котельным на природном газе с гелиоустановкой горячего водоснабжения для децентрализованного теплоснабжения зданий [Электронный ресурс]. – режим доступа: http://www.gosthelp.ru/text/Texnicheskieresheniyapokr.html (дата обращения 10.05.2018)
2. Ильин Р.А., Амерханов Р.А. Теплоснабжение спорткомплекса от крышной котельной с солнечной гелиоустановкой // Альтернативная энергетика и экология. – 2014. – №7 (147). – с.15-20.
3. Малоземов В.Н., Мазурова О.К., Кузнецов Н.В. Автономное теплоснабжение: Учебное пособие. Ростов-на-Дону: Рост.гос. строит. ун-т, 2011.
4. Морозова Н.А., Печников А.С., Шилкин Н.В. Автономные системы теплоснабжения на основе крышных котельных // Энергосбережение. – 2013. – №7. – с.36–39.