Комбинированная система

Модель представляется более сложной по сравнению с предыдущими и требует некоторых пояснений. Системы гелиоустановки и теплового насоса являются независимыми и управляются отдельными контроллерами посредством управляющих функций, обозначенных черной пунктирной линией (рис. 4).

Обе системы, равно как оборудование, входящее в их состав, функционируют как бы независимо друг от друга.

В режиме работы обе системы работают параллельно в соответствии с конфигурацией, приведенной на рис. 5. В этом случае гелиоустановка обеспечивает базовую нагрузку, требующуюся для покрытия суточной потребности в горячей воде, а оставшуюся часть необходимого тепла вырабатывает тепловой насос. При такой организации тепловой насос, как правило, включается в ночные часы, обеспечивая подачу в накопительный бак воды, нагретой до необходимой температуры и используемой в утренние часы нового дня, когда солнечный коллектор по объективным причинам не в состоянии работать с полной нагрузкой.

Поскольку тепловой насос справляется с пиковыми нагрузками, то никакой дополнительной системы нагрева воды не требуется.

Управление и регулировка данной системы выполняется коммутатором (рис. 4).

Рисунок 4 (подробнее)   Схема комбинированной системы

Сравнительный анализ

Общая оценка экономической целесообразности использования рассматриваемых альтернативных технологий в сравнении с традиционными системами нагрева бытовой воды проводилась путем расчета определенного набора эксплуатационных показателей, например, фактической стоимости используемой установки, срока окупаемости (РВТ) и стоимость выработки 1 кВт·ч.

Сравнение экономических показателей рассмотренных трех альтернативных систем нагрева бытовой воды с показателями традиционных нагревательных котлов, работающих на газовом топливе (природный газ), показало, что все рассматриваемые модели обеспечивают существенный экономический эффект (рис. 6). Гелиосистемы имеют явное преимущество перед остальными вариантами. Например, срок окупаемости капиталовложений для гелиоустановки составляет от 6 до 8 лет. Для тепловых насосов период окупаемости значительно больше, особенно при малом числе пользователей.

Рисунок 5.

Конфигурация системы с солнечными коллекторами и тепловым насосом

Рисунок 6.

Сравнение стоимости 1 кВт·ч альтернативных систем с параметрами котлов, работающих на природном газе

Аналогичный анализ применительно к водонагревателям, работающим на сжиженном нефтяном газе, несколько меняет картину, поскольку стоимость попутного газа по сравнению с природным значительно выше, а это увеличивает стоимость выработки 1 кВт·ч. Более высокая стоимость топлива у традиционных систем нагрева воды ведет к росту эксплуатационных расходов и более значительному снижению затрат при переходе на технологии, использующие возобновляемые источники энергии. Соответственно, по сравнению с газовым котлом у гелиосистем показатель VAN выше, а срок окупаемости при одинаковой гибридной системе – короче.

Стоимость вырабатываемой энергии в системах, где не используется газ (т.е. тепловые насосы и солнечные коллекторы интегрируются с электрическими водонагревателями), остается неизменной, но там, где гелиосистемы интегрируются с газовыми котлами, увеличивается.

Анализ срока окупаемости показывает, что при низкой нагрузке (до 6 чел.) у гелиоустановок экономические показатели лучше. На объектах с числом пользователей свыше 6 у систем на основе тепловых насосов ниже сроки окупаемости (менее трех лет).

Наихудшие экономические показатели получены для комбинированных систем, главным образом из-за высоких первоначальных капиталовложений.

Выводы

Анализ экономических показателей, полученных при моделировании ситуаций, показывает, что все три технологии позволяют получить значительную экономию по сравнению с традиционными системами нагрева бытовой воды. В целом гелиоустановки представляются наиболее привлекательными для обеспечения нагрева бытовой воды среди рассматриваемых вариантов. Использование тепловых насосов, имеющих более длительный период окупаемости, представляется целесообразным в случаях, когда в силу объективных причин использование гелиоустановки невозможно. Гелиосистемы, комбинированные с тепловыми насосами, в силу высоких первоначальных капиталовложений менее привлекательны.

Перепечатано с сокращениями. F. V. Caredda, N. Mandas «Solare termico e acqua calda sanitaria», RCI, № 9/2010.