Заслуживает внимание реализованный в Подмосковье проект склада, отопление которого на 100% обеспечено солнечной энергией. Использованные технические решения позволяют обеспечить температуру внутри склада площадью 300 квадратных метров на уровне 8-10 градусов в зимний период.

Условия реализации проекта

Автономное отопление и энергоснабжение было организовано на складе со следующими характеристиками:

  • Общая площадь помещения 320 м2, объем здания 1500 м3.
  • Высота потолков 4,5-5 метров.
  • Склад представляет собой однообъемное помещение
  • Общая площадь ограждающих конструкций составляет 650 м2, из них 350 м2 приходится на стены, а 300 м2на кровлю.
  • Здание ориентировано таким образом, чтобы большая стена сооружения была обращена на юг, для получения максимального количества солнечной энергии.

Основные задачи, решение которых требовалось при реализации проекта

Всего можно выделить 3 основных задачи, решение которых помогло обеспечить возможность реализации системы автономного отопления на солнечной энергии.

  1. Минимизация тепловых потерь здания.
  2. Монтаж систем и устройств, позволяющих получать и преобразовывать солнечную энергию.
  3. Монтаж аккумулирующих полученную энергию устройств.

Только при решении всех этих задач можно получить абсолютно автономную систему отопления.

Утепление здания

Помещение склада построено на модернизированном фундаменте типа утепленная шведская плита. Конструктивно такой фундамент представляет собой бетонную плиту толщиной 200 мм, уложенную на подготовленную подушку. Под этими слоями в грунт уложены 410 метров труб ПНД, являющихся элементами теплового аккумулятора (его конструкция и принцип действия будет рассмотрен ниже).

yspp9

Технология фундамента под склад «Утепленная шведская плита» УШП

Основное отличие от стандартной УШП заключается в отсутствии утеплителя под бетонной плитой внутри здания. Экструдированным пенополистиролом утепляется только пространство под несущими наружными стенами и отмосткой. Кроме того, применяется и вертикальное утепление на глубину 1,5 метра по периметру отмостки. Пенополистирол стыкуется с материалом, применяемым для утепления стен. Такая схема позволяет минимизировать теплопотери в нижней части здания.

Для утепления стен использовалась минеральная (базальтовая) вата.

  • Общая толщина стеновой каркасной конструкции составляет 390 мм, из которых 350 мм приходятся непосредственно на утеплитель.
  • Тепловое сопротивление такой конструкции составляет более 8 мК/вт.
  • При разнице температур в 50 градусов (внутри +20, а на улице -50 градусов) расчетные теплопотери всего здания не превысят 5 кВт.

Снижение теплопотерь в зоне выгрузки/погрузки реализовано путем устройства внутри здания приемной площадки для автотранспорта. Полученное техническое отделение позволяет принимать автомобили типа Газель или Бычок.

Технические средства для получения солнечной энергии

Получение тепловой энергии обеспечивается применением гибридного солнечного коллектора, работающего как по воде, так и по воздуху. Коллектор представляет собой конструкцию общей площадью 56 м2, установленную на южной стене здания. При разработке проекта было решено отказаться от традиционного размещения коллектора на крыше по следующим причинам:

  • Регион реализации проекта отличается значительной снеговой нагрузкой. По этой причине в зимний период вся поверхность коллектора, расположенного на кровле будет покрыта снегом, поэтому эффективность устройства будет нулевой.
  • Вертикальное расположение конструкции позволяет обеспечить большую производительность воздушного коллектора.

За счет разной плотности нагретого и холодного воздуха будет обеспечена автоциркуляция тепловых потоков, что позволяет снизить расход электроэнергии, необходимой для работы напорных вентиляторов.

Гибридный солнечный коллектор

Гибридный солнечный коллектор

Гибридный солнечный коллектор

Для реализации была принята самодельная конструкция гибридного солнечного коллектора по экономическим соображениям. Конструктивно солнечный коллектор выглядит так:

  • Высота коллектора ограничена размером стандартного листа поликарбоната, используемого в качестве светопрозрачного покрытия, она составляет 2,1 метр.
  • Внутри конструкции на расстоянии 4 см от поликарбоната размещен медный абсорбер, позволяющий концентрировать солнечное излучение и повышающий эффективность коллектора.
  • Водяная часть устройства реализована при помощи прокладки труб, по которым циркулирует теплоноситель.
  • Воздушный контур позволяет осуществлять забор воздуха из экспериментального помещения на уровне 30 см выше бетонного пола. Исходящий из коллектора поток теплого воздуха попадает в помещение на высоте в 2 метрах от потолка.
  • Для управления работой системы использованы 3 контролера (один работает по воздуху, два по воде).
  • Для обеспечения циркуляции воздуха в коллекторе применяются 8 напорных вентиляторов производительностью 200 м3/час каждый.

Использование гибридной конструкции было обусловлено следующими соображениями:

  1. Водяной коллектор может эффективно работать только при положительных температурах окружающего воздуха, эксплуатация в зимний период может рассматриваться только с теоретической точки зрения, на практике такое решение не применяется.

Исходя из этого основное назначение водяного коллектора — получение тепловой энергии для закачки в тепловой аккумулятор в весенне-осенний период.

  1. Воздушный контур коллектора может функционировать и в зимний период. Но использовать его для закачки тепловой энергии в аккумулятор нерентабельно. Дело в том, сам по себе воздух хуже способен отбирать и отдавать тепло. Поэтому в тепловом аккумуляторе потребовалась бы прокладка труб значительно большего диаметра (расчеты показали необходимость увеличения сечения в 20-30 раз), что повлекло бы удорожание всей конструкции.

Кроме того, прокачка воздуха по ТА потребовала бы дополнительного расхода электроэнергии на работу вентиляторов, что неприемлемо в условиях получения электричества при помощи солнечных батарей.

Расчетная тепловая мощность солнечного коллектора составляет:

  • Водяной контур — 25 кВт
  • Воздушный контур — 35 кВт.

Солнечные панели

Применяемые солнечные панели суммарной мощностью 3,5 кВт были размещены над солнечным коллектором. Угол установки рассчитан на эксплуатацию в зимний период (11 градусов), панели были размещены под защитным козырьком, позволяющим предотвратить образование изморози на их поверхности в зимний период.

Летом панели наполовину затенены защитной конструкцией, но освещенности вполне достаточно для обеспечения текущих нужд и зарядки аккумуляторов. Зимой козырек не создает затенения панелей.

 монокристаллические кремниевые фотоэлектрические панели компании Himin Solar

монокристаллические кремниевые фотоэлектрические панели компании Himin Solar

В комплекте с панелями использовались аккумуляторы емкостью 1600 Ач, и МАП гибридный инвертор, в конструкцию которого включен МППТ контроллер солнечной панели. Инвертор позволял переключать электроснабжение от автономной сети к линиям центрального снабжения в случае разряда аккумуляторов в период затяжной облачности. Конструкция контроллера ограничивала ток зарядки аккумуляторов на уровне 45 А.

Тепловой аккумулятор

Была реализована схема теплового аккумулятора без дна, принцип которой заключается в следующем:

  • Монтаж утепления по периметру отмостки, внутри помещения под УШП пенополистирол не укладывался (толщина слоя утеплителя 150 мм).
  • От утепления дна принято решение отказаться, так как расчеты показали, что слой прогретого грунта толщиной 3 метра вполне заменяет пенополистирол толщиной 200 мм.
  • Общий объем теплового аккумулятора под зданием составил 1700 м3 грунта, расчетная емкость превышает 20МВт тепловой энергии.

Для обеспечения возможности закачки в ТА тепловой энергии под УШП было проложено 400 метров труб ПНД, по которым осуществляется циркуляция поступающего от солнечного коллектора теплоносителя. Тепловая энергия, накопленная в грунте, передавалась бетонной плите и приводила к повышению температуры воздуха в помещении. Разница температур плиты и воздуха не превышает 0,5-2 градусов.

Стоимость реализации проекта

Общие затраты на реализацию всех проектных решений составили (стоимость на 2012-2013 год):

  • Трубы ПНД, смонтированные в тепловом аккумуляторе — 8 400 рублей.
  • Гибридный солнечный коллектор самодельной конструкции — 150 тысяч рублей.
  • Солнечные панели мощностью 3,5 кВт с комплектом оборудования — 190 тысяч рублей.

Эксплуатационные испытания склада с автономным энергоснабжением от солнечной энергии

Основной этап строительства, включающий в себя устройство теплового аккумулятора и утепление всех конструкций, был закончен в 2012 году. Монтаж солнечного коллектора и панелей в этот период не выполнялся.

Здание было законсервировано в ноябре 2012 года, при этом температура теплового аккумулятора не превышала 6 градусов (аккумулятор разряжен). Постоянный мониторинг температурного режима не осуществлялся, контрольные замеры выполнялись по мере возможности (3 раза в течение зимнего периода). Температура в помещении во всех случаях не опускалась ниже нуля, то есть, даже эффективного утепления вполне достаточно для предотвращения замерзания продукции на складе.

Второй этап испытаний был осуществлен в 2013-2015 годах. Летом 2013 года был выполнен монтаж солнечного коллектора и панелей, смонтировано все необходимое для работы системы оборудование.

  • Закачка энергии в тепловой аккумулятор началась с 5 августа, температура плиты и воздуха в помещении на начало эксперимента составляла 20 градусов.
  • Контроль работы воздушного коллектора показал следующие результаты —   производительность более 1300 м3/час, температура нагрева воздуха зависела от уровня освещенности коллектора. В отдельные периоды она достигала 80 градусов, при этом разница температур (входящая и исходящая из коллектора) составляла 59 градусов.
  • До начала зимнего периода в ТА было закачено более 5000 кВт тепловой энергии, при расчетной необходимости 20 Мвт, свою роль сыграла поздний пуск в строй солнечного коллектора.
  • На 2 ноября 2013 года температура в помещении склада составляла 15 градусов, при температуре плиты в 16 градусов.
  • Температурный график в период с начала эксперимента по январь 2014 года (красная — Т наружного воздуха, синяя — Т теплоносителя в ТА, температура воздуха ниже на 1-1,5 градуса):

ispytanie

Минимальная температура в помещении была зафиксирована в конце декабря начале января, при этом она не опускалась ниже 3,5 градусов тепла. В дальнейший период температура наружного воздуха начала повышаться, соответственно стало теплей и в помещении. Средняя температура на складе за отчетный период составила 14 градусов

В течение всего следующего весенне-осеннего периода осуществлялась закачка тепловой энергии в ТА, общая годовая выработка солнечного коллектора составила около 17000 кВтч. Температурный график с сентября 2014 по апрель 2015 года

ispytanie_2

За отчетный период температура в помещении не опускалась ниже 7,7 градусов.

Общая выработка электроэнергии при помощи солнечных панелей составила с августа 2014 года 2791 кВтч, потребление от центральной сети не превысило 815 кВтч (обусловлено практически 75-ти дневным отсутствием солнца в связи с постоянной облачностью). Исходя из этих данных, напрашивается увеличение емкости электрических аккумуляторных батарей практически вдвое. Владелец помещения принял решение довести этот показатель до 3200 Ач. Эксперимент продолжается.

Реализованный проект доказал возможность применения энергии Солнца для отопления складских помещений даже в условиях Подмосковья, которые традиционно считаются неприемлемыми для солнечного энергоснабжения.

По всем вопросам обращайтесь через форму обратной связи:



Оставьте заявку и получите выгодное предложение






Похожие статьи

Добавить комментарий