/ Установка солнечного водоснабжения / Экодом / Главная /
Установка солнечного водоснабжения
Осадчий Г.Б., инженер
Человечество ежегодно потребляет 7 – 8 млрд т минеральных ресурсов, а воды расходуется, в среднем, 8 – 7 млрд т ежесуточно. Результаты ранговой оценки по «степени важности» надежного энергоснабжения сельского потребителя утверждают, что водонасосные станции находятся на первом месте (тоже можно сказать летом о городском жителе).
На сегодняшний день доказано, что в области насосного оборудования затраты на его покупку составляют лишь 8 – 10 % грядущих расходов (рисунок 1).
Рисунок 1 – Структура основных составляющих стоимости жизненного цикла насосного оборудования [1]
А с учетом того, что не менее 30 % всей электроэнергии, которая потребляется инженерными системами, например, жилого фонда, уходит на обеспечение работы насосов, «прожорливое» оборудование значительно и не в лучшую сторону отражается на цене за коммунальные услуги
Для решения вопроса надежного и недорогого водоснабжения можно использовать солнечную энергию; ведь для полива, например, полей нужно в среднем примерно 0,5 кВт установленной мощности на 1 га (0,05 МВт/км2).
Солнечную энергию можно использовать и для осушения торфяных разработок.
На рисунке 2 представлена конструктивная схема установки (системы) солнечного водоснабжения (гелиоводомёта), призванного в ряде случаев полностью решать вопросы водоснабжения/водоотведения, как в ЖКХ, в промышленности, так и в сельском хозяйстве, в летний период, без использования высоколиквидной электроэнергии.
Гелиоводомёт работает от прямого и отраженного от концентратора 2 солнечного излучения 1, запасенного солнечным соляным прудом 9. Теплота из пруда 9 по тепловой трубе (термосифону) 8 подается к водомёту 7 (двигателю Стирлинга с водяным насосом), где в термодинамической цикле преобразуется в энергию потока воды (жидкости). Неиспользованная в термодинамическом цикле водомёта теплота по тепловой трубе 5 отводится: или через охлаждаемую её часть 13 в котлован 4, заполненный льдом, вызывая его таяние, или рассеивается в окружающую среду через её охлаждаемую воздухом часть 12. Термосифоны представляют собой вакуумированные трубы, в которых теплота передается посредством кипения рабочего тела (например, воды) в одном месте (нижнем) и конденсации в другом — верхнем (стрелками показано движение пара и жидкости в термосифонах 5 и 8).
Направление потока пара рабочего тела от обогреваемого места (участка) трубы 5, для конденсации, определяется тем, какая из частей трубы 5 (12 или 13) имеет более низкую температуру, или тем, какая из задвижек (делителей потока, условно не показанных), отсоединяющих эти охлаждаемые части, от обогреваемого участка открыта.
Концентратор 2 обеспечивает увеличение поступления солнечного излучения в пруд 9, а теплоизоляционное покрытие 3 уменьшает таяние льда в котловане от воздействия окружающего теплого воздуха и солнечного излучения. Как следует из описания работы гелиоводомёта, преобразование солнечного излучения в поток воды осуществляется при минимальном количестве технологических переделов.
Воду, выходящую под давлением из водомёта, можно направлять в систему водоснабжения села, поселка, города, на орошение и поливы.
Применение тепловых труб в данной схеме актуально, исходя из значений коэффициентов теплообмена, и процессов происходящих в них. Для уменьшения температуры охлаждаемой части 12 тепловой трубы 5 можно на ней разместить влажные полосы-фитили. При этом необходимо, чтобы их нижние или верхние концы находились бы в воде котлована, или емкости, расположенной на поверхности котлована. В этом случае за счет капиллярного подъема воды части полос-фитилей, охватывающие охлаждаемую часть 12 тепловой трубы, будут постоянно влажные. А значит, за счет испарения с них влаги их температура будет ниже температуры окружающего воздуха (испарение 1 % воды понижает температуру её оставшегося объема на 6 ⁰С). Сниженная таким образом температура частей 12 будет обеспечивать более низкую температуру нижней границы термодинамического цикла водомёта 7, увеличивая его КПД. Данная схема охлаждения частей 12 целесообразно, когда запасы льда в котловане малы, или когда зимой потребности в низкопотенциальной энергии талой воды котлована для нужд отопления, посредством ТНТП, минимальны.
Технические решения по преобразованию тепловой энергии в энергию потока жидкости (преобразователь тепловой энергии, водомёт, насос и т.п.) широко представлены изобретениями автора [2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11] и в упомянутой выше периодической литературе.
Приведенные в источнике [12] минимумы температуры воздуха по Омской области показывают, что по климатическим особенностям в определенные годы даже в июне-июле возможна эффективная (при температуре близкой к 0 ⁰С) конденсация пара рабочей жидкости в охлаждаемой части 12 тепловой гравитационной трубы 5 без применения охлаждающих полос-фитилей.
Эффективность комплексного использования солнечной энергии в средней полосе России, с учетом концентрации излучения и энергии льда, может быть высокой. Это будет достигаться за счет того, что летом работа водомёта осуществляется от энергии солнечного пруда при охлаждении его радиатора преимущественно льдом, а весной и осенью в основном окружающим воздухом с температурой около 0 ⁰С (что позволяет иметь минимальный объем котлована со льдом). Это гарантирует работу водомета с максимальной, для данной географической широты, разностью рабочих температур в термодинамическом цикле. КПД цикла увеличивается на ⅓ [13]. Обеспечивается, одновременно, эффективное аккумулирование котлованом солнечной энергии (до 85 % от аккумулированной прудом) на зимний период (в известных технологиях неиспользованная в термодинамических циклах теплота и сбросное тепло, с дополнительными затратами энергии — до 20 % от мощности установки, через теплообменное оборудование принудительно рассеивается в окружающую среду).
Тепловые трубы, проходящие через солнечный соляной пруд и котлован с водой (льдом) будут являться и теплопроводными элементами, выравнивающими температурные поля в обоих сооружениях (наибольшее испарение рабочего тела в тепловой трубе пруда будет на наиболее нагретом участке, а наибольшая конденсация рабочего тела в тепловой трубе котлована будет на наиболее холодном участке). Реализации этого будет способствовать тот факт, что часть трубы в которой испаряется вода (конденсируется пар воды) способна воспринимать тепловые потоки 700 – 800 Вт/см2, в то время как части трубы где происходит перегрев (охлаждение) водяного пара — не более 50 Вт/см2, при прочих равных условиях.
Предлагаемая технология позволяет, вырабатывая летом холод котлована запасать теплоту, вырабатывая зимой теплоту аккумулировать холод, т.е. в ней нет промежуточного оборудования и аккумуляторов, которые бы не работали в течение всего года. Периодическая работа котлована: летом в качестве источника холода, а зимой теплоты, имеет свои неоспоримые преимущества, которые могут быть оценены только в высоких широтах. При замораживании котлована зимой системой поддержания микроклимата расширяется зона эффективного использования солнечной энергии в южном направлении (Кубань, Приморье). В том направлении, где при средней температуре января минус 4 – 10 ⁰С, невозможно сделать необходимые запасы льда для летней работы. Так и в северном направлении вплоть до 60⁰ северной широты. Где при средней температуре января минус 20 – 30 ⁰С, энергия замерзающей воды теплоизолированного котлована — это единственный доступный вид энергии окружающей среды пригодный по своим параметрам (температура, теплота фазового перехода, теплоемкость) и объемам для подогрева воздуха, поступающего в жилые и производственные помещения.
Водоснабжение с использованием пруда и котлована со льдом — это по существу комбинированный способ водоснабжения и производства теплоты.
Теплоизоляцию зеркала котлована на зиму, исходя из кривой 1 рисунка 3, нужно обязательно производить. Её можно осуществлять, например, пенопластовыми плитами с покрытием полихлорвиниловой ткань или пленкой.
Исходя из годового хода температуры почвы на глубинах 160 и 320 см (кривые 4 и 5) рисунка 3 и возможного годового хода температуры льда (талой воды) рисунок 4, теплоизоляцию дна и боковых стенок котлована проводить желательно, но не обязательно.
1 – поверхность почвы, 2 – 40 см, 3 – 80 см, Рисунок 4- Возможный годовой ход температуры
4 – 160 см, 5 – 320 см льда (талой воды) в котловане при его эксплуатации
Рисунок 3 - Годовой ход температуры по зависит от выработки вида энергии , и ее объемов
верхности почвы и на глубинах в городе
Омске
Для эксплуатации пруда практический интерес представляют ранние сроки, начиная с которых для освобождения пруда от снега и льда их мульчирование может быть эффективным. Мульчирование снежного покрова обычно проводят песком, угольной пылью, золой, сажей. Такая мульча уменьшает отражательную способность и ускоряет таяние и сход снега и льда с зеркала пруда.
Размораживание ранней весной верхнего слоя солнечного соляного пруда можно осуществлять за счет циркуляции теплой воды, например, от солнечного коллектора по водопроводу 10, проложенному по дну пруда. Или за счет удаляемого по воздуховоду из помещения воздуха при «перетопах».
Применение в российских широтах солнечной энергии для водоснабжения/водоотведения позволит значительно сократить использование высоколиквидной электрической энергии, особенно дефицитной и дорогой летом из-за повышенной температуры охлаждающей воды в охлаждающих прудах и градирнях ТЭЦ, ГРЭС, из-за низкого притока воды к гидроэлектростанциям.
Вы можете разместить новость, статью или другой материал на нашем сайте: обращайтесь!
Также разрешается републикация материалов с обязательным указанием активной прямой ссылки на наш сайт.
Человечество ежегодно потребляет 7 – 8 млрд т минеральных ресурсов, а воды расходуется, в среднем, 8 – 7 млрд т ежесуточно. Результаты ранговой оценки по «степени важности» надежного энергоснабжения сельского потребителя утверждают, что водонасосные станции находятся на первом месте (тоже можно сказать летом о городском жителе).
