Предисловие

В сотне норвежских домов были установлены комбинированные солнечные системы для домашней горячей воды и обогрева помещения, так называемые комби-системы. Настоящий текст фокусируется на оценке пяти комбинированных солнечных систем, установленных в течение 1998 года. Эти системы, использующие полимерные солнечные коллекторы, способны давать 25-35% нагревания для типичного жилого дома в Северной Европе во время зимы. В сравнении со стоимостью традиционных солнечных систем на сегодняшнем рынке стоимость коллектора невелика. Интеграция с крышей или фасадом требует архитектурно привлекательного решения, что, в свою очередь, на раннем этапе требует сотрудничества между проектировщиком здания и установщиком солнечной системы.

Подготовка проекта

Разработка солнечного коллектора, сделанного из полимерных материалов, могущих противостоять максимальной температуре 140°C, выполнена норвежской компанией солнечной энергии «SolarNor AS», в сотрудничестве с «General Electric Plastics» и университетом Осло. Стоимость коллектора и исправленного проекта солнечной системы была значительно ниже, чем стоимость традиционной солнечной системы. Характерные элементы системы: объединенные с крышей солнечные коллекторы, сделанные из полимерных пластмасс с застеклением; большой тепловой резервуар с 24-часовой способностью хранения; и низкотемпературная этажная система нагрева. Комби-системы предназначены для использования солнечной энергии, достаточной для удовлетворения 25-35% общей ежегодной потребности отопления в североевропейском климате.

Проект

Цель проекта состояла в том, чтобы определить эксплуатационные качества модульной, стандартизованной солнечной комби-системы для односемейных домов путем проведения измерений в пяти разных домах на юго-востоке Норвегии.

Пять солнечных комби-систем имеют одну и ту же основную конструкционную концепцию. Солнечный коллектор является частью системы обратного вытекания с водой в качестве жидкости, переносящей тепло. Тепло, обеспеченное солнечными коллекторами, используется для низкотемпературного нагрева помещения и для подогрева домашней горячей воды.

Активная область коллекторных полей для этих жилых зданий варьируется между 11 и 32 квадратными метрами. Солнечный коллектор поставляется как модульная кровельная система, состоящая из легких панелей стандартной строительной ширины (60 см) и четырех различных длин (максимум - 5,4 м). Они разработаны так, чтобы заменить обычные кровельные материалы типа плиток, и установка их не более дорога.

В каждом случае узел солнечного коллектора прямо связан с негерметичным резервуаром из нержавеющей стали емкостью от одного до трех кубометров, который представляет собой буфер для хранения тепла. Тепловое хранилище снабжено солнечным насосом, насосом этажной циркуляции и интегрированным солнечным и температурным контроллером для этажной системы. Контроллер имеет многозональное регулирование и контролирует вспомогательное снабжение тепла, основываясь на динамическом термостатном уровне, управляемом наружной температурой.

Узел этажного нагрева непосредственно присоединен к тепловому хранилищу. Нагреваемые этажные площади имеют диапазон от 80 до 262 квадратных метров. Домашняя горячая вода подогревается посредством двухсотлитрового резервуара из нержавеющей стали, погруженного в тепловое хранилище.

Вспомогательное тепло подается прямо к тепловому хранилищу электрическим элементом («чистое для окружающей среды» гидроэлектричество в Норвегии имеет низкую стоимость). В одном из домов топка, работающая на шариках из биотоплива, поставляет дополнительное тепло в буферное хранилище.
В этих системах энергетический мониторинг может легко осуществляться с помощью калориметрических измерений в тепловом буферном хранилище.

Производительность

Производительность солнечных систем установлена путем измерений динамического температурного профиля внутри теплового хранилища с десятиминутными интервалами, показывающих количество энергии, доставленной в отопительную систему, и количество энергии, потребленное ею. Дополнительная информация получена путем мониторинга возвратной температуры в этажной системе, окружающей температуры воздуха и солнечной радиации.

Измерения проводились в период между февралем и августом 1998 года. Результаты были использованы для моделирования солнечной ежегодной выгоды от установленных систем, которая оценивается в диапазоне 250-300 кВт/ч на квадратный метр площади коллектора.

Экономика

Поскольку солнечные коллекторы объединены с крышей или фасадом, заменяя обычные строительные материалы, полную стоимость системы трудно показать, не специфицируя здание. Три из пяти домов, проанализированных весной 1998 года, были спроектированы специально для интеграции с солнечной системой. В Норвегии стоимость солнечных коллекторов составляет от 80 до 99 евро за квадратный метр, включая коллекторное трубное обрамление и покрытия для интеграции с крышей.

Тепловое буферное хранилище содержит насосную станцию для солнечной и этажно-отопительной систем и секции нагрева домашней горячей воды. Солнечный и температурный контроллер для этажно-отопительной системы также является интегральным элементом буферного хранилища. Концепция поэтому представляет собой полную систему центрального отопления, затраты на которую должны сравниваться с затратами на полную традиционную систему отопления, обеспечивающую тот же комфорт и функциональную гибкость.

Типичные дополнительные затраты для этого типа солнечной комби-системы находятся в диапазоне от 2500 до 3700 евро при обеспечении установленными системами от 5000 до 8000 кВт/ч энергии ежегодно. Период окупаемости составляет 8-12 лет при существующей в Норвегии в настоящее время низкой цене на электричество (0,05-0,06 евро за кВт/ч).

Окружающая среда

Электричество в Норвегии производится свободными от эмиссии гидроэлектростанциями и до некоторой степени импортируется из европейских стран. Следовательно, эти солнечные комби-системы оказывают весьма малый непосредственный эффект по уменьшению эмиссий углекислого газа. Однако широкое распространение этих систем могло бы помочь снизить нужду в дальнейших большемасштабных гидроэлектрических установках в Норвегии. Если бы опыт этих проектов повторился в стране с теплом и энергией, основанными главным образом на ископаемом топливе, то были бы возможны значительные сбережения в эмиссии углекислого газа. Например, только одна солнечная комби-система, поставляющая в Нидерланды 5000 кВт/ч в год, уберегла бы от выделения до двух тонн углекислого газа в год.