1) Короткое описание моей системы (окончание):
Третий элемент системы (мы будем называть его «концентратор») делает четыре работы:
— Он держит зеркала 6, 7, дает им нужную цилиндрическую форму с радиусом около 230 см и защищает их от ветра. Кроме этого, концентратор дает возможность быстро удалять и устанавливать зеркала (меньше 1-2 минут на зеркало)
— 1 октября Миргород (и вся 50 град сев. широты) имеет вертикальный угол солнца в полдень – около 38 град отклонения от горизонтали; затем этот угол опускается и 21 декабря оказывается в минимуме (около 18 град); затем солнце начинает подниматься, и 5 апреля его угол достигает 46 град. Эти изменения требуют поворотов концентратора (с зеркалами 6, 7) вокруг оси 9. Мы должны делать этот поворот через каждые 2-4 градусов изменения высоты солнца. До 21 декабря мы делаем 6 поворотов, после этого – еще 9 поворотов, и плюс один поворот для перехода от апрельской позиции до октябрьской. Таким образом, мы должны делать 16 шт. вертикальных перестроек концентратора за отопительный сезон. Поэтому концентратор имеет простые приспособления для быстрой ручной перестройки: 10-30 секунд на одну перестройку концентратора с 4 кв. м зеркал
— Концентратор держит коллектор 1 в фокусе зеркал 6, 7 (на их фокусном расстоянии – около 115 см)
— Коллектор 1 должен поворачиваться вокруг оси 9 тоже, хотя реже чем концентратор. Мы должны делать 6 шт. вертикальных перестроек коллектора за отопительный сезон, и концентратор имеет простые приспособления для этого
Стоимость одной секции концентратора (для 4 кв. м зеркал) – 8,55 EUR (2,14 EUR на кв. м зеркала). Четвертый элемент системы – это тепловой аккумулятор 2. Рис.E показывает его расположение на поле концентраторов. Я использую очень дешевые аккумуляторы своей конструкции, которые имеют стоимость около 45 EUR на тонну воды (с теплоизоляцией стенки 15 см). Мы нуждаемся в 5 тоннах теплового аккумулятора – это 222 EUR расходов (1,16 EUR на 1 кв. м зеркала)
Система из этих четырех элементов показана на рис. B. Ее работа очень похожа на работу предложений из Internet: моя система имеет насос 3, трубы 4 и автоматику тоже. Автоматика замечает попадание солнечного зайчика 8 в коллектор 1 и включает насос 3. Он направляет воду (по трубам 4) из аккумулятора 2 через коллектор 1 и снова возвращает ее в аккумулятор 2. Солнечная радиация фокусируется зеркалами 6, 7 в коллектор 1; эта радиация поглощается трубами коллектора и дает тепло, которое нагревает упомянутую воду. Если солнце исчезает, то автоматика выключает насос 3. Это останавливает движение воды по трубам 4 и начинает процесс ухода воды (в аккумулятор 2) из труб коллектора 1 и труб 4. Этот процесс идет автоматически и продолжается несколько минут (хотя это время может быть увеличено до нескольких часов). Уход воды исключает разрушение труб коллектора (и труб 4) из-за возможного замерзания воды зимой
Таким образом, солнце 5 (через зеркала 6, 7 и коллектор 1) нагревает воду в аккумуляторе 2 до 40-100 град. Дальше как в предложениях из Internet: дом забирает тепло из аккумулятора тогда, когда захочет. Аккумулятор (5 тонн воды) может хранить до 440 квт-час тепла (46 куб. м газа), которые идут в дом через охлаждение его воды от 100 град до 25 град. Это тепло греет дом вечером, ночью, утром и во время несолнечных дней. Дефицит этого тепла включает газовый котел, и он греет дом
Далее таблица тепловых балансов дома: г.Миргород, сезон 2011 / 2012, вариант «30 % солнца + 70 % газа», 5 тонн акумулятора. Это не эксперимент, а компьютерная модель, которая была получена на базе моих наблюдений за миргородским солнцем (каждый день) и экспериментальных измерений производительности моей солнечной системы в отдельные дни. Более детальные таблицы по всем дням сезона (и короткое описание модели) – в Приложении 8
Эта таблица описывает два баланса (все данные – в МВт-час). Во-первых, потребность дома в тепле (столбец А) закрывается (A = B + C) теплом от газового котла (B) и отбором солнечного тепла из аккумулятора 2 (С). Второй баланс описывает расход всего солнечного тепла, которое ловится нашей солнечной системой и попадает в аккумулятор 2. Это тепло (столбец D) уходит из аккумулятора 2 по следующим трем путям (D = C + E + F):
— (путь C) Полезное тепло (оно будет взято домом)
— (путь E) Тепловые утечки из аккумулятора 2
— (путь F) Лишнее солнечное тепло. Оно выбрасывается. Этот процесс делается через кипение аккумулятора 2, и он будет описан в Приложении 2: температура воды аккумулятора поднимается до 100 град, она закипает, и пар уносит лишнее тепло на улицу
|
A: Потребность дома |
B: Газ |
C: Солнце в дом |
D: Все солнце |
E: Утечка солнца |
F: Лишнее солнце |
Октябрь |
7,022 |
1,750 |
5,490 |
6,584 |
0,199 |
0,854 |
Ноябрь |
14,185 |
11,870 |
2,267 |
2,333 |
0,157 |
0 |
Декабрь |
14,748 |
13,763 |
0,972 |
1,099 |
0,132 |
0 |
Январь |
19,176 |
16,700 |
2,459 |
2,888 |
0,197 |
0 |
Февраль |
21,545 |
15,460 |
6,078 |
6,132 |
0,289 |
0 |
Март |
15,031 |
7,913 |
7,120 |
7,676 |
0,252 |
0,246 |
Апрель (до 22.04) |
4,484 |
0,450 |
4,237 |
4,504 |
0,160 |
0,133 |
Весь сезон |
96,192 |
67,906 |
28,623 |
31,216 |
1,386 |
1,233 |
Небольшие отклонения от балансов объясняются накоплением тепла (или его расходом) в аккумуляторе 2 и массе дома
Наша система отопления имеет еще следующие элементы (кроме зеркал, концентраторов, коллекторов и теплового аккумулятора; они будут описаны в главах 3-6), которые будут описаны более подробно в главе 7:
— Насос 3: мы нуждаемся в насосе, который может работать с температурой воды 80-100 град и ее давлением на входе насоса 0,15-0,2 бар (насос располагается на 1,5-2 м ниже уровня воды в аккумуляторе 2). Мощность насоса – 400-700 Вт для производительности 140 литр / мин с напором 8 м. Производительность 140 литр / мин – это нагрев воды в коллекторах на 10 град во время максимального солнца (Мощность солнечного нагрева достигает 100 кВт в апрельский полдень). Рис.E показывает расположение насоса 3 (рядом с аккумулятором 2)
— Яма (приямок): насос 3 он должен быть установлен в яму рядом с аккумулятором 2 (на глубину 0,5-1 м)
— Крепление насоса в этой яме
— Провод электроснабжения насоса 3, который передает 220 В от ближайшего источника напряжения
— Трубы 4: рис. E показывает их: это четыре трубы – две подающих 10 (по 3,5 м) и две обратных 11 (по 2 м). Насос 3 создает поток воды 140 л / мин, который делится тройником 12 на два потока (по 70 л / мин). Эти потоки попадают в две подающие трубы 10, которые направляют их к двум рядам коллекторов. Затем эти два потока проходят через трубы коллекторов и попадают в две обратных трубы 11, которые ведут их в аккумулятор
— Защита труб 10-11 от солнца и утечек тепла (мы оборачиваем эту пару труб теплоизоляцией)
— Фиксация труб 10-11 в пространстве: мы должны повесить два участка пары труб 10-11 между высотой коллекторов (минимальная высота над землей – 1,6 м в декабре) и уровнем воды в аккумуляторе (1 м над землей). Кроме этого, трубы должны иметь наклон для стока воды в сторону аккумулятора 2
— Гидравлическое соединение аккумулятора 2 с входом насоса 3: через 2-2,5 м полипропиленовой трубы с наружным диаметром 50 мм
— Гидравлическое соединение выхода насоса 3 с подающими трубами 10 (с их тройником 12): через 1,5 м полипропиленовой трубы с наружным диаметром 40 мм
— Теплоизоляция полипропиленовых труб обоих гидравлических соединений: эти трубы будут заполнены водой на протяжении всего отопительного сезона, и поэтому они требуют защиты от замерзания
— 4 шт. одинаковых гидравлических соединений: 2 шт. устанавливаются на окончаниях подающих труб 10, и каждое такое соединение делит поток воды 70 литр / мин из трубы 10 на две части, которые направляются в два полуряда одного ряда коллекторов (по резиновым шлангам). Еще 2 шт. соединений устанавливаются в началах обратных труб 11: каждое из них получает воду (по резиновым шлангам) от двух полурядов коллекторов, объединяет все в водный поток 70 литр / мин и направляет его в трубу 11
Помимо этого, наша система имеет следующие элементы:
— (описано в Главе 5) 4 шт. краев полурядов коллекторов, которые (края) расположены около труб 10, 11. Каждый из них принимает водный поток 35 литр / мин (от трубы 10 через резиновый шланг) и направляет его в 50 % труб коллекторов. Кроме этого, он принимает воду от остальных 50 % труб коллекторов, объединяет ее в поток 35 литр / мин и направляет его в направлении обратной трубы 11 (по резиновому шлангу)
— (описано в Главе 5) 4 шт. других краев полурядов коллекторов. Они соединяют все трубы коллекторов между собой (чтобы водный поток из одной половины труб перешел в другую половину) и имеют клапан, который пропускает воздух внутрь труб коллекторов во время стока воды из них
— (описана в Главе 8) Автоматика: она должна включить насос 3 тогда, когда солнечный зайчик 8 начинает попадать в коллектор 1 утром, и выключить насос 3 тогда, когда зайчик покидает коллектор вечером; она не должна включать насос 3 в пасмурные дни; она должна выключить насос 3, когда солнце закрывается тучей, и должна включить его, когда солнце выходит из-за нее
Итак, все расходы на систему (без расходов соединения аккумулятора 2 с домом):
|
Кол-во |
Цена за единицу |
Итого |
На 1 кв. м зеркала |
1) Зеркала |
192 кв. м |
1,01 Е / кв. м |
194 EUR |
1,01 E |
2) Коллекторы |
48 секций дли-ной по 2,12 м |
5,57 Е / м |
567 EUR |
2,95 Е |
3) Концентраторы |
48 секций по 4 кв. м |
8,55 E / секцию |
410 EUR |
2,14 Е |
4) Аккумулятор |
5 т |
44,38 Е / т |
222 EUR |
1,16 Е |
5) Расходы краев полурядов: — Соединения труб 10, 11 с рядами коллекторов (13,5 Е) — Дополнительная стоимость краев рядов коллекторов (15 Е + 16 Е) — Дополнительные рычаги 40 и 46 (4,3 Е) |
4 полуряда |
49 Е / полуряд |
196 EUR |
1,02 Е |
6) Насос 3 (85 E), его яма-приямок (16 E), крепление насоса в яме (2 E), провод электроснабжения насоса 3 (4 E за 10 м), гидравлическое соединение аккумулятора 2 с входом насоса 3 (33 E), гидравлическое соединение выхода насоса 3 с подающими трубами 10 (22 E), теплоизоляция этих соединений (2 E) |
|
|
164 EUR |
0,86 Е |
7) Трубы 10 и 11 (17 Е + 11,5 Е), их защита (1,2 Е) и фиксация в пространстве (2,8 Е) |
7 м |
4,7 Е / м
|
33 EUR |
0,17 Е |
8) Автоматика |
|
|
43 EUR |
0,22 Е |
С У М М А |
|
|
1829 EUR |
9,53 EUR на кв. м |
Таким образом, мы вкладываем инвестиции 1829 EUR и получаем экономию 2982 куб. м газа (28623 кВт-час полезного тепла) стоимостью 1983 EUR (по среднеевропейской цене 0,65 EUR / куб. м для Households). Это окупаемость за 94 % сезона (= 1829 EUR / 1938 EUR). Это без учета утечек тепла при передаче энергии от аккумулятора 2 в дом
Некоторые страны имеют окупаемость инвестиций еще лучше из-за высокой цены газа (Дания, Швеция). Например, окупаемость для Стокгольма – это 49 % сезона (1 кв. м зеркала заменяет 17,45 куб. м газа за 8 месяцев отопительного сезона; это экономия 3350 куб. м газа стоимостью 3719 EUR по цене 1,11 EUR / куб. м; итого окупаемость = 1829 EUR / 3719 EUR)
(ПРОДОЛЖЕНИЕ СЛЕДУЕТ, но будет не скоро.
Я уже написал остальные главы, но существуют смыслы, которые
рекомендуют мне подождать с публикацией)