ГОРЯЧЕЕ ВОДОСНАБЖЕНИЕ ЧАСТНОГО ДОМА С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ АЛЬТЕРНАТИВНЫХ ИСТОЧНИКОВ ЭНЕРГИИ

Многие владельцы сезонного жилья (летние дома, дачи и т.д) задаются целью обеспечить своё жилище всеми благами цивилизации (электроснабжение, горячее водоснабжение (ГВС)). Если подключение к электрической сети с нынешним уровнем электрификации не является проблемой, то подведение ГВС за частую остаётся не возможной из-за удалённости строения от коммуникаций центрального водоснабжения.

Одним из путей решения данной проблемы – это использования альтернативных источников энергии, а именно системы из солнечного коллектора и ветроэлектрической установки.

Функциональная схема ГВС летнего дома с использованием альтернативных источников энергии, представлена на рисунке 1.

Рисунок 1. Функциональная схема ГВС

где: ИВ – источник воды (скважина или колодец)

Н1 – насос.

АБХВ – аккумулирующий бак холодной воды, установленный на значительной высоте (чердак, или водонапорная вышка), объём которого равен суточной потреблении воды.

К – электромагнитный клапан

Н2- циркулярный насос

СК – солнечный вакуумный коллектор.

Т – теплообменник

АБГВ - аккумулирующий бак горячей воды

ТЭН – трубчатый электронагреватель

АКБ – аккумуляторная батарея

При наличии ветра (избытка электроэнергии в системе) работает насос Н1, который закачивает воду в АБХВ. В случае отсутствия энергии ветра и возникновении необходимости подачи воды потребителю в первую очередь расходуется вода в АБХВ. В этом случае электронасос Н1 не работает, а, следовательно, система не потребляет электроэнергию из сети. При возникновении избытка ветровой электроэнергии АБХВ восполняется.

Подогрев воды осуществляется при помощи солнечного вакуумного коллектора установленного на крыше дома. Нагретый в СК незамерзающий теплоноситель, под действием циркулярного насоса Н2, поступает в теплообменник (встроенный в АБГВ) где отдает свое тепло воде. После охлаждения теплоноситель подается обратно в СК. Подогретая вода аккумулируется в АБГВ и затем отдаётся потребителю. В случае недостатка подогрева воды – ТЭН подогревает воду до заданного значения температуры.

Выбор солнечного коллектора производят исходя из объема суточной потребности горячей воды, уровня нагрева воды, кпд коллектора и интенсивности солнечной инсоляции.

В данной схеме коллектор подбирался по следующим параметрам:

• температура питающей воды ;
• температура горячей воды ;
• суточный объем потребляемой горячей воды ;
• максимальный уровень солнечной инсоляции в гродненской области за апрель-сентябрь месяц приходится на май и составляет

Количество энергии затраченной на нагрев 200 литров воды до температуры :

где: c – теплоемкость воды.

Определяем поглощающую площадь коллектора

где:  – кпд солнечного коллектора.

Из расчетов приведенных выше следует, что для нагрева 200 литров воды (примерный суточный расход семьи из четырёх человек) в мае месяце достаточно солнечного коллектора с поглощающей площадью . В случае недостаточного уровня инсоляции - дополнительный нагрев воды осуществляется при помощи электрического водонагревателя за счет электроэнергии выработанной в ветрогенераторной электроустановке, которая выбирается из условия:

                                             (1)

где:  - электроэнергия вырабатываемая генератором ветровой установки в час, кВт/ч.

 - электроэнергия потребляемая ТЭН в час которая рассчитывается по формуле:

где: – минимальный среднемесячный уровень инсоляции за период использования домом.

В Гродненской области низкая среднегодовая скорость ветра 3,9 м/с (на высоте 10 м от поверхности земли, исходя из метеорологических наблюдений за 10 лет), но открытое пространство и возвышение объекта позволит ветрогенератору работать как минимум на 30-40% от номинальной мощности. Для более точных показателей можно произвести замер скорости ветра в месте установки.  Для того, чтобы обеспечить заряд аккумуляторных батарей генератором при этих условиях со скоростью 147 Вт/час, нужно взять генератор, номинальная мощность которого будет как минимум в три раза больше необходимой, т.к. генератор будет работать всего на 30-35% от номинальной мощности (Вт/ч). Для этих нужд нам подходит генератор с номинальной мощностью 500 Ватт. В конструкцию которого уже входит контроллер.

Аккумуляторные батареи и инвектор выбираются исходя из рекомендаций завода изготовителя. В данном случае это две батареи напряжением 12 В, ёмкостью 200 Ач и инвертор с полной мощностью 5 кВА, номинальной мощностью 4 кВт и пусковой мощностью 6 кВт.

Использование схемы комбинации СК и ВЭС не только полностью обеспечивает проточной холодной и горячей водой, а также в солнечные месяцы позволяет экономить электроэнергию, так как не использованная электроэнергия водонагревателем поступает в электросеть дома.

Список литературы:

1. Кропочева, Л. В. Принципы формирования энергосистемы и перспективы её развития / Л.В. Кропочева, В.Н. Комар, Е.А. Иванова; - Гродно : ГрГУ, 2015. - 39 с.
2. Авезов, Р.Р. Системы солнечного тепло- и хладоснабжения/ Р.Р. Авезов,  М.А. Барский-Зорин -  Москва, Стройиздат, 1990.- 98 c.
3. ALTAL GrupSrlChisinau [Электронный ресурс] / Каталог ветрогенераторов. – Молдова, 2007. – Режим доступа: http://www.altalgroup.com/download/wind_catalog_2007-12-21.pdf – (дата обращения: 07.10.2017)
4. Pogoda.by Республиканский гидрометеоцентр [Электронный ресурс] / Климатические нормы скорости ветра Беларуси. – Минск, 2009. – Режим доступа: http://pogoda.by/press-release/allrel.html?from=14&page=200 – (дата обращения: 07.10.2017)