ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ СОЛНЕЧНЫХ КОЛЛЕКТОРОВ. ДАВАЙТЕ ПОСЧИТАЕМ!

  Прежде чем рассмотреть столь серьезный вопрос хочу предупредить - вся изложенная в этой статье информация основана на личном опыте и собственных выводах. Принимать или не принимать эту информацию - личное дело каждого. Всегда можно связаться со мной по любым вопросам в личку  sgelio@mail.ru или прямо в комментарии. Стучитесь - не стесняйтесь, буду рад помочь.
Итак поехали...

    Давайте реально просчитаем экономическую эффективность использования солнечной гелиосистемы на вакуумных тепловых трубках. К своему удивлению я не нашел в интернете даже хоть какого-нибудь толкового расчета, показывающего конкретный эффект в цифрах (кубах газа и бумажных купюрах). А столько много пишется о солнечных коллекторах! Придется разобраться самому - какой же все-таки экономический эффект дает гелиоустановка на вакуумных солнечных коллекторах.

       Что бы в очередной раз не тыкать пальцем в небо и реально выполнить эту задачу, я считаю, надо взять пример уже готовой гелиосистемы на вакуумных тепловых трубках частного жилого дома, проработавшей уже несколько лет. Зачем - вы спросите? Все просто - чтобы потом реально сравнить наши расчетные данные с данными по экономии газа и денег от заказчика. Тем более подробная и полная информация по этому вопросу была с любезностью предоставлена мне одним из заказчиков - за что ему большое спасибо!

        Информация об объекте: частный жилой дом общей площадью 170 м2, с проживанием 4 человек. Гелиосистема состоит из трех солнечных коллекторов на вакуумных тепловых трубках и комбинированного бака косвенного нагрева на 380/120 литров (380л - контур отопления теплых полов, 120 л - ГВС). Тип гелиосистемы - закрытая под давлением, с принудительной циркуляцией. Объем потребляемого газа до установки гелиосистемы 3300м3 в год. Честно - цифра мне показалась заниженной как для такого дома (кстати заказчик очень экономил газ - теплый пол, утепленный дом и все такое...).

       Получить реальные данные - каким образом это сделать? Посчитать экономический эффект сразу за год, или за зимний период, или за какой - нибудь показательный месяц. Все эти варианты будут не совсем правильны. Значит посчитаем так как есть. Отдельно в период с сентября по май - когда тепло энергии солнца жизненно необходимо, и отдельно за летний период - когда тепла переизбыток. И сведем все к общему знаменателю. Почему именно так - поймете ниже. Итак поехали... И внимательно следите за ходом мысли...  

Расчет количества вырабатываемой солнечной гелиосистемой энергии.

а) Определяем значение выхода мощности 1 вакуумной трубки солнечного коллектора в день, основываясь на значении средней суммарной солнечной радиации в период с сентября по май (смотрим по таблице гелиообстановки ).  
Qтр = Rср х К х Sтр, где:

Rср - Среднее количество солнечной радиации за период с сентября по май (по таблице гелиообстановки ) = 2,9 кВт/м2день

к - коэффичиент передачи тепла 1 трубки = 0,75
    Коэффициент передачи тепла - очень не простое и спорное на сегодня значение и варьируется по разным источникам от 0,6 до 0,9. Коэффициент передачи тепла - это только составляющая КПД коллектора. И на самом деле общий КПД коллектора n общ=a х T х Fr (a - коэффициент поглощения покрытия, T – коэффициент прозрачной изоляции, Fr – коэффициент эффективности абсорбера). Но давайте оставим эту формулу для "грандов" гелиосистемостроения. В действительности коэффициент передачи тепла зависит от качества самих трубок и коллектора, а общий КПД коллектора от изоляции трассы гелиоконтура и не только, ну и от рук и головы монтажников гелиосистем. На свои гелиосистемы я даю 0,75.  

Sтр - площадь поглощения 1 трубки 0,094 м2
     Не буду загружать простых читателей блога рассказами как считается площадь поглащения, о площади апертуры трубки и прямой проекции. Оставим это на проверку тем же "грандам" гелиосистемостроения. Принимаем данную величину как аксиому.
Qтр = 0.75 х 0.094 х 2,9 = 0,20 КВт/день

б) Определяем среднюю дневную мощность гелиосистемы.
Qср-день = N х Qтр х n, где:
N - количество коллекторов = 3 шт
n - количество трубок в 1 коллекторе = 30 шт
Qтр = 0,20 КВт/день
Qср-день = 3 х 0,20 х 30
= 18 КВт/день

в) Общая мощность гелиосистемы Q:
    Пари таком количестве коллекторов ( три по тридцать трубок )система солнечного нагрева за 9 месяцев (по 30 дней в среднем в каждом) с сентября по май может выработать :
Qсент-май = 17 х 9 х 30
= 4590 КВт
Но все-таки надо еще прибавить производимое количество тепла в летний период. Гелиосистема покрывает летние потребности сполна. Примерное требуемое количество энергии на семью из 4 человек из расчета 100 литров воды на человека, нагретой с 15 до 50 градусов цельсия (дельта 35С) составляет: 400л х 35градС х 90 дней / 860Ккал ( для нагрева 1л воды на 1С требуется 1 Ккал тепла, а 1КВт энергии равен 860 Ккал). Не расслабляемся....

Итак летом:
Qлетом = 1465 КВт
     Хотя если честно, сколько реально летом экономится энергоресурсов - трудно сказать, возможно больше чем мы предполагаем зимой. Летом заказчик по полной программе использует бесплатную горячую воду и не ограничивает себя. Газовый котел на лето всегда отключен почти до апреля месяца. И не известно сколько бы он еще платил за эти развлечения, если бы не было гелиосистемы. А это еще один плюс для гелио и не малый. Но я его пока не учитываю, т.к. не могу перевести в цифры. 

Итак:
Qобщ = 4590 + 1465 = 6055 КВт
     Теперь понятно почему я разбил выработку энергии гелиосистемой на летнее и зимнее? Потому что на самом деле летом гелиосистема способна вырабатывать раза в 2-3 больше, чем я прикинул. Но к сожалению как правило это лишняя энергия, которая в летний период отводится из системы (идеальный вариант - сброс тепла в бассейн), чтобы не было стагнации. Поэтому дабы не завышать показатели и не преукрашивать общую картину было произведено это разделение.

Возможный экономический эффект на экономии газа.

Имеем:
Qобщ = 6055 КВт
     При сгорании 1 м3 газа при КПД котла равным 80% выделяется теоретическая мощность равная 7,88 КВт. Но к сожалению эта теоретическая цифра не совсем правильна. Где мы с Вами живем?

   Посмотрите на качество поставляемого населению газа. Я конечно не специалист и не собираюсь здесь пояснять какие добавки присутствуют сегодня в природном газе, выходящим из вашей комфорки, но от этой цифры можно смело отнимать 15-20%. Информация проверена. И реально, что нам дуют в трубу и какое качество газа - мы не будем знать никогда. Посмотрите на эти такие "разные" лица на картинках и вспомните еще раз где мы с Вами живем. Поэтому реально возьмем цифру 6,3КВт и это еще по божески:

Объем сэкономленного газа за год.
V = 6055,0 / 6,3 = 961,1 м3

           Вот тут начинается самое интересное. Итак, считаем денежки…
      Экономия газа 960м3. Это около 30%. В принципе цифра конечно не точная но совпала с данными заказчика, даже в лучшую сторону. Мне была объявлена экономия в 1200м3 и больше. Ну что бы не обижать скептиков задекларируем следующее: гелиосистемы на вакуумных тепловых трубках успешно работают в условиях Восточной Европы и приносят среднегодовую экономию энергоресурсов - 30%.

   Поехали дальше. За уже позапрошлый сезон было заплачено за 3300м3 газа по тарифу 1,098грн за м3 сумму 3624 грн ( по тарифу при условии, потребления природного газа с 2500 до 6000 м3 в год). После установки гелиосистемы в следующем сезоне было заплачено за 3300-960=2340м3 газа по тарифу 0,725 грн за м3 (при объеме до 2500 м3 в год ) на сумму 1696 грн. Экономия денег 1927 грн, что составляет 53%. Это не  сравнимо больше чем сама экономия газа ( 30%), что явилось следствием перехода на более низкий тариф. Это были теоретические цифры. Фактически же судя по полному удовлетворению заказчика в сложившейся ситуации, реальная картина еще более оптимистична. Похоже что до установки гелиосистемы таки заказчик тратил больше чем 3300 м3 газа... Ну да ладно! Главное чтобы все были довольны!  

     Таким образом делаем вывод: правильный расчет и подбор гелиосистемы под конкретные задачи может принести финанасовую экономию ресурсов еще большую чем самих энергоресурсов. И в этом - главный подход к проектированию гелиосистемы.

 Послесловие. По предварительным данным сезона 2011-2012 по приведенной в этом примере гелиосистеме из за небывалой солнечной активности нынешней зимой, экономия газа может достигнуть около 2000 м3 газа. Ну поживем - увидим...