Введение
Во все времена для обеспечения своейжизнедеятельности, удовлетворения различных потребностей человек создавал,совершенствовал и развивал различные виды производства. Изобретение топливныхдвигателей, а затем и электрических машин, явилось в свое время значительнымсобытием в развитии энергетики. Оно определило и современное состояние электроэнергетики,в основе которой лежат тепловые электростанции, работающие на различномископаемом топливе.
Но в последнеевремя, когда казалось, что перспективы традиционной энергетики на ископаемомтопливе достаточно устойчивы, в нарастающем темпе стали проявляться еенегативные стороны — загрязнение окружающей среды в сочетании с быстрымуменьшением легкодоступных запасов угля, нефти, газа. Так, по данным ЮНЕСКО /16/,при сохранении существующих тенденций потребления мировых запасов ископаемоготоплива хватит на 40 — 100 лет.
Естественно,что человечество попыталось среагировать на появляющиеся проблемы и быловыдвинуто ряд решений по их преодолению. В частности, были найдены возможностииспользования термоядерных реакций, которые могут обеспечить человечествоэнергией на многие тысячелетия. Однако, экологические проблемы при этом неснимаются, а наоборот, еще более обостряются из-за необходимости хранениярадиоактивных отходов и возможности аварий атомных электростанций. Такимобразом, можно полагать, что освоение атомной энергии не устраняет проблемэнергообеспечения.
В настоящеевремя во многих странах Мира (в том числе развитых и обладающих атомнойэнергией) все большее внимание уделяется возобновляемым источникам энергии(ВИЭ), при этом исследуются возможности использования энергии Солнца, ветра,рек, приливов биотоплива и др. ВИЭ находятся в природе в естественномсостоянии, поэтому не создают экологических проблем, и в силу своейвозобновляемости являются неисчерпаемыми. Однако, применение ВИЭ для энергоснабженияразличных объектов в настоящее время тоже в некоторой степени являетсяпроблематичным.
Так, длянекоторых ВИЭ характерно непостоянство мощности во времени. Причем графикизменения мощности ВИЭ может не совпадать с графиком потребности в энергии (проблеманесовпадения).
Кроме того, внастоящее время капитальные затраты на сооружение энергоустановок на основе ВИЭпревышают капитальные затраты на энергоустановки на ископаемом топливе(проблема стоимости). Существуют и еще менее значительные проблемы, связанные восновном с конструкцией энергоустановок на ВИЭ.
Однако, все этипроблемы не являются принципиально неустранимыми, а порождены, на наш взгляд,недостаточной разработкой вопросов использования ВИЭ. Разнообразие ВИЭ,современные достижения науки и техники в области электротехники (включаяаккумулирование и повышение к.п.д. электроприемников), а также непрерывный ростстоимости традиционной энергии на фоне снижения стоимости энергоустановок наВИЭ дают основания надеяться на успешное преодоление основных проблем ихиспользования.
Наиболеекрупным потребителем горячей воды является животноводство, которое занимаетведущее место в АПК России по потреблению энергетических ресурсов (18-22 %топлива и электрической энергии от всех энергоресурсов, используемых на производственныецели в сельском хозяйстве).
Системыгелионагрева широко используют для горячего водоснабжения и обогрева на фермах,теплицах, теплоснабжения низкотемпературных производственных и бытовыхпроцессов, сушки сельскохозяйственной продукции, опреснения воды. Этообусловлено тем, что/9/:
— потребностьв низкопотенциальной тепловой энергии составляет 30-45% от общегоэнергопотребления в сельском хозяйстве;
— для выполнения многих производственных и бытовых операций и процессов наобъектах животноводства, как правило, необходимы низкотемпературные (до плюс 65°С) теплоносители в виде жидкости (обычно воды) или воздуха;
— низкотемпературные гелионагреватели имеют достаточно высокий коэффициентпреобразования энергии (0,3-0,75), просты по конструкции, могут функционироватьбез концентраторов и систем непрерывной ориентации и оказывает минимальноевоздействие на окружающую среду.
Использованиесолнечной энергии для теплоснабжения позволит/9/:
-замещатьот 20 до 60% тепловой нагрузки объектов сельского хозяйства в зависимости отклиматического расположения;
-исключитьзатраты на доставку органического топлива (что важно для удаленныхпотребителей);
-предотвратитьзагрязнение окружающей среды и сельскохозяйственной продукции.
Исходя изизложенного, целью настоящей работы является разработка эффективной системыэнергоснабжения на основе ВИЭ туристической базы пансионата «Колос».
1. Производственно-хозяйственнаяхарактеристика объекта проектирования «Гостевой Дом» пансионат «Колос»
1.1 Общая характеристикаобъекта проектирования
Проектомпредусматривается строительство 2-х этажного деревянного гостевого дома дляотдыха. Помещения гостевого дома состоят: из спальных номеров на 11посетителей; комнаты кастелянши; общей комнаты отдыха; бильярдной; сауны ибассейна.
Функции помещениигостевого дома — оздоровительные: отдых, психологическая разгрузка,восстановление сил. Помещения оснащены специальным оборудованием — каксанитарным так и технологическим.
Площадь первого этажа 137,21м2.
Площадь второго этажа 143,32м2.
Общая площадь помещениядома 280,53м2.
Изних площадь спальных
номеров101,4Зм2 .
Площадь помещения общего
пользования 179,10м2
Помещение имеет два главных входа они жеявляются и аварийными выходами, дополнительный аварийный выходпредусмотрениз помещении сауны и бассейна.
Освещение — электрическое централизованное.
Окна– стеклопакеты по Гост 16289-86.
Двери(наружные) — двери главного входа из металлопластика.
Гост26689-81.
Двери(внутренние)-- по Гост-26689-81;
Балконныедвери — по Гост- 16289-86.
Водопровод — питание отскважины.(в подвале.)
Канализация — самотечная, в выгреб.
Горячая вода — водонагреватели.
Отопление — автономноеот котельной.
Режим роботы — круглосуточно.
Состав персонала – 1 человек.
Сан. день — последний деньнедели.
Исходные данные дляпроектирования:
Расчетная температуравоздуха -370С;
Скоростной напор ветра 38кгс/м2;
Вес снегового покрова 50кгс/м2;
Расчетная сейсмичность 8баллов.
1.2 Потребляемаямощность электроэнергии
Энергия,потребляемая пансионатом «Колос», расходуется на обогрев, освещение и приведениев действие различных электроприемников. Для обогрева традиционно используетсяископаемое твердое или газообразное топливо, реже жидкое топливо. Применениедля этих целей электроэнергии скорее является анахронизмом, нежелиперспективным направлением.
Если исключитьиз рассмотрения обогрев, то остальные потребители являются электрическими итребуют электроэнергии. В этой связи, для проектирования электроснабжениянеобходимо иметь информацию о графиках электропотребления или изменениипотребляемой мощности. В таблице 1.1. приведены нагрузки по объектам пансионата«Колос».
Таблица1.1. Переченьимеющейся установленной мощности пообъектам пансионата «Колос»1. Корпус № 1 2 кВт 2. Тепловая завеса 4 кВт 3. Улица 1 кВт 4. Корпус №2 2 кВт •5. Корпус №3 1,3 кВт 6. Корпус №4 1,5 кВт 7. Корпус №5 0,9 кВт 8. Корпус №6 1,3 кВт 9. Баня № 1 0,5 кВт 10. Баня №2 0,2 кВт 11. Туалет 0,2 кВт 12. Сторожка 0,2 кВт 13. Склад 0,1 кВт 14. Склад 0,1 кВт 15. Гараж 0,2 кВт 16. Конференц зал 0,7 кВт 17. Юрта 0.2 кВт 18; Проходная 0,1 кВт 19. Бар 0,6 кВт, 20. Столовая освещение 5,6 кВт 21.
Эл. плита 4 конфорки
духовка
духовка
16 кВт
2 кВт
1 кВт 22. Холодильник 0,45 кВт 23. Пекарня шкаф
8 кВт
2 кВт 24. Камера холодильная 1 кВт 25. Итого 53,85 кВт
В руководящихуказаниях по проектированию электроснабжения /28/ приведены данные омаксимальной нагрузке на вводе в сельский жилой дом, которая составляет1,5...7,5 кВт в зависимости от наличия газификации местности и уклада жизни.Однако, данных об изменении нагрузки в течение суток не приводится. В то жевремя, из-за того, что графики поступления энергии от ВИЭ неуправляемычеловеком, для выбора варианта электроснабжения необходимо знать графикипотребления электроэнергии.
Но так какрассчитываемый «Гостевой дом», является частью базы туристического отдыха, егоосновные нагрузки приходятся на летне-осенний период, а мощность ТП расходуетсяв основном на освещение. В таблице 1.2. приведен перечень осветительного исилового оборудования используемого в доме.
Таблица 1.2. Переченьсилового и осветительного оборудования№ п/п Наименование, техническая характеристика оборудования
Тип, марка
оборудования Ед. измерения количество
Масса единицы
оборудования 1 2 3 4 5 6
1 Оборудование светотехническое. 1 светильник люминесцентный защищенного исполнения 2*36Вт ЛСП18-2*36 Шт. 25 2 светильник накаливания зачищенного исполнения 100Вт НПП02-100 Шт. 11 3 светильник люминесцентный защищенного исполнения 4*18Вт ЛСП18-4*18 Шт. 18 4 Лампа люминесцентная 36Вт, 220 В Шт. 50 5 Стартер 220В,40Вт Шт. 122 1 2 3 4 5 6 6 Лампа люминесцентная 20Вт,220 В Шт. 72 7 Лампа накаливания 100Вт,220 В В220-230-100 Шт. 11
2 Кабельные изделия 1 Кабель силовой с медными жилами сечением ВВГнгLS4*10 ВВГнг-LS м 15 2 Кабель с медными жилами сечением ВВГнгLS3*l,5 ВВГнг-LS м 100 3 Кабель с медными жилами сечением ВВГнгLS3*2,5 ВВГнг-LS м 200 4 Кабель с медными жилами сечением ВВГнгLS4*6 ВВГнг-LS м 15
Вспомогательные материалы 1 Выключатель для открытой установки на одну цепь А14-100 Шт. 21 2 Выключатель для открытой установки на две цепи А54-001 Шт. 3 3 Розетка штепсельная с третьим заземляющим контактом для открытой установки одинарная РА16-256Н Шт 14 4 Розетка штепсельная с третьим заземляющим контактом для открытой установки сдвоенная РА10-213 Шт. 15
Изделия заводов ГЭМ 1 Коробка ответлительная У169 Шт. 35 2 Коробка монтажная КВР-1 шт 15 /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> />
ЩитокШР1 запитывается от существующего ВРУ. Учет выполняется электронным счетчиком'Меркурии 230'
Установленнаямощность 22,8 кВт, расчетная мощность 18,53 кВт, напряжение сети 380/220 В.
Силовымитокоприемниками является сауна проводка осуществляется кабелем ВВГнг – LS проложенным в стене.
Электроосвещениевыполнено люминесцентными лампами и лампами накаливания.
Впроекте дома предусматривается устройство наружного контура заземления.Заземляющий контур состоит из двух вертикальных электродов, длиной по 3 м каждый, соединенных (сваркой) между собой круглой сталью. К третьей нулевой жиле кабеляподключены наружный контур заземления, металлические корпуса светильников,щитков, третьи защитные контакты штепсельных розеток.
1.3 Обоснование проекта
Организованный туризм имеет большоезначение для развития Байкальского региона, особенно в силу объявления егоособой рекреационной зоной. Перед республикой стоит задача создать комфортныеусловия для отдыхающих, а именно обеспечить устойчивое энергоснабжение. Ноосуществлять это надо с учетом того, что оз. Байкал относится к участкумирового наследия, по этому использование для энергоснабжения традиционныхисточников энергии, несущих негативное воздействие на экологическую обстановкув регионе просто недопустимо. Единственным рациональным выходом из даннойситуации служит использование экологически чистых возобновляемых источниковэнергии – солнца и ветра. К тому же Байкальский регион является перспективнымдля использования установок на основе ВИЭ.
В дипломном проекте предложено внедритьв пансионате «Колос» фото-ветро установку, пассивную солнечную систему игелиосистему, для автономного энергоснабжение гостевого дома.
Ни для кого не секрет, что цены натепловую и электрическую энергию с каждым годом будут только повышаться, а ресурсовстановиться все меньше, поэтому направление данной дипломной работы являетсяперспективным и актуальным в сложившейся ситуации, а внедрение экологическичистых, энергоэффективных установок на основе ВИЭ позволит не толькозначительно снизить затраты на традиционное топливо и электроэнергию, но иполучать экологически чистую энергию, сохраняя природу Байкальского региона.
2. Обзорэкологически чистых энергопассивных домов
Солнечное теплоснабжение вжилищно-коммунальной и производственной сферах получило в мировой практикенаибольшее распространение по сравнению с другими направлениями этого источника,является наиболее приемлемым по экономической эффективности и способно снизитьэнергопотребление в доме до 60%. В свое время в бывшем СССР былопостроено несколько десятков опытных индивидуальных жилых домов с различнымисистемами солнечного теплоснабжения. Один из них был построен вблизи г. Ереванв 1981 г. / 18 /: с площадью застройки 89,4 м2, годовой потребностью 112ГДж тепла, солнечной двухконтурной системой с угломнаклона коллекторов 60°. Опытная эксплуатация дома в течение 5 лет показала,что доля покрытий годовых потребностей дома за счет солнечной энергии составила50-60 %, или 2,8 т у.т. экономии тепла.
Представляетбольшой интерес опыт скандинавских стран в разработке «солнечныхдомов», а также стран северных широт от 50° до 60е с.ш. —Великобритании, Дании, Швеции, Германии, Канады.
Так,в Великобритании первый дом с использованием солнечной энергии и тепловогонасоса для отопления помещения был построен в 1956 г. Кэртисом. Затем было построено здание, получившее наиболее широкую известность в Европе —приставка к школе Св. Георгия в г. Валласей ,
Наэтом примере доказали, что пассивный сбор солнечной энергии на имеющей двойноеостекление, ориентированной на юг, стене большой площади может обеспечить поменьшей мере 30% общей потребности в отоплении.
Изустройств с пассивным сбором солнечной энергии широко известна стенаТромба-Мишеля. Первый «солнечный» дом по проекту Ж. Мишеля и Ф.Тромба был построен в Шовенси-ле-Шанто в 1972 г. (49° 10' с.ш.), а с 1973 г. на Парижской ярмарке представлялись уже различные типы домов с солнечным отоплением.
Вбывшей ФРГ первый солнечный дом был построен научно-исследовательскойлабораторией Филиппе в 1975 г. в Аахене (50°30' с.ш.) и в этом же году былпостроен дом, обеспечиваемый солнечной энергией в Копенгагене, Дания (55°43'с.ш.) .
Солнечныйдом в Южной Германии (Драмштат-Кранинхтейн) является одним из первых домов вСредней Европе, энергоснабжение которого обеспечивается только за счетсолнечной энергии. Хотя интенсивность солнечной радиации в Германии составляет1000 кВт/ ч/м2 в год, знаменитому Научно-исследовательскомуинституту Солнечной энергетики им. Фраунгофера удалось реализовать идеюсоздания самодостаточного солнечного дома площадью 145 м2 за счет: современной прозрачной изоляции, энергоэффективных солнечных коллекторов ибатарей, повторного использования и сезонного аккумулирования тепла иэнергосберегающей бытовой техники. Сезонное хранение энергии обеспечивается засчет запаса сжатого водорода и кислорода, получаемых электролизом воды.Электрообеспечение дома и электролиз воды осуществляется за счетэлектроэнергии, вырабатываемой солнечными батареями. Таким образом, удалосьснизить потребление тепла в год на отопление на 1 м2 до 9,3 кВт*ч, тогдакак в жилых домах Германии расходуется 250 кВт*ч/'м2.
Современныепроекты энергоэффективных жилых домов с использованием солнечной энергии дляусловий Сибири приведены в /9/, и по мнению специалистов, даже в условияхсеверных регионов за счет возведения двойной оболочки здания с использованиемсолнечной энергии можно обеспечить до 40% экономии тепла.
Учитываяразвитие технологий возобновляемой энергетики, с должной долей уверенностиможно сказать о реальной возможности создания эффективной системы энергоснабженияудаленных от центральной энергосети сельских домов при условии комбинированногоиспользования энергии солнца, ветра и биомассы, говорится в /18/ и здесь жепредлагается рациональная схема энергоснабжения автономного сельского жилища.
СпециалистыШвеции, приступив к массовому внедрению систем теплоснабжения с использованиемсолнечной энергии, пришли к выводу о необходимости создания в северных широтахаккумуляторов, способных накопить летом большое количество солнечного тепла исохранить его на зимний холодный период. В связи с тем, что относительнаястоимость теплоизоляции уменьшается при увеличении объема хранения,предлагается создание теплохранилищ на группу зданий или поселок, т.е. созданиецентрализованного теплоснабжения с обслуживанием всей системы специалистами,что повышает надежность ее работы и эффективность.
В 1971 г. впервые в Канаде инженер-электрик Э. Хоффман оборудовал свой дом воздушной системой отопленияс солнечными коллекторами, эта система обеспечила 50% нагрев воздуха дляотопленияи потребности в горячей воде. Затем интересные архитектурно-конструктивныерешения применил инженер Грет Аллен в 1974 г. в штате Онтарио. Дом рассчитан па 50% обеспечения энергией за счет солнца, тепло, вырабатываемое 18 м2СК, сохраняется в резервуарах с двумя тоннами парафина. В последующиегоды было осуществлено строительство нескольких здании с утилизацией солнечнойэнергии (при финансовой поддержке Правительства Канады) — административные,торговые и жилые здания, причем основным направлением, как и в Швеции,является: пассивная утилизация солнечного тепла и строительство домов с малымпотреблением энергии, создание специального оборудования для северных тепловыхгелиосистем централизованного теплоснабжения зданий и поселков с аккумуляторамилетнего солнечного тепла.
В то время какв России многие специалисты до сих пор воспринимают пассивные дома какфантастику, в США уже много лет проводится очный общенациональный студенческийконкурсу по проектированию и строительству энергопассивных домов.
Требованияконкурса: мини-дома должны быть полностью автономными энергетически, причём — влюбое время года. Это так называемые «дома нулевой энергии». В ихконструкции необходимо по максимуму использовать экологически чистые, легкоутилизируемые материалы из возобновимого сырья.
Дома должныгенерировать достаточную мощность от Солнца, чтобы в них можно было спокойновключать стиральные и посудомоечные машины, компьютеры и телевизоры, и,разумеется, чтобы обеспечивать дом теплом, светом и вентиляцией.
В конкурсе 2005года приняло участие 18 команд, построенные дома свозили в «Солнечнуюдеревню», расположенную в Вашингтоне.
Домаоценивались по 10 дисциплинам: удобство для проживания, интерьер; проектнаядокументация; коммуникации; климатический комфорт; приборы, оснащение; горячаявода; освещение; общий баланс энергии; и энергоэкспорт.
Анализируявышеизложенное можно сказать, что Россия, имея огромный потенциал солнечнойэнергии, значительно отстает от ведущих стран запада в плане внедренияэкологически чистых энергопассивных домов, финансирования и реализации проектовв данной области.
3. Анализвозобновляемых источников энергии
3.1 Солнечноеизлучение
После энергетического кризиса 1973 г. правительствами стран и частными компаниями были приняты экстренные меры по поиску новыхвидов энергетических ресурсов для получения электроэнергии. Таким источником впервую очередь стала солнечная энергия. Были разработаныпараболо-цилиндрические концентраторы. Эти устройства концентрируют солнечнуюэнергию на трубчатых приемниках, расположенных в фокусе концентраторов.Интересно, что в 1973 г. вскоре после начала нефтяного эмбарго былсконструирован плоский концентратор, явившийся успехом научной и инженерноймысли.
Это привело к созданию первыхсолнечных электростанций (СЭС) башенного типа. Широкое применение эффективныхматериалов, электронных устройств и параболо-цилиндрических концентраторовпозволило построить СЭС с уменьшенной стоимостью — системы модульного типа.Началось внедрение этих систем в Калифорнии фирмой Луз (Израиль). Былиподписаны контракты с фирмой Эдисон на строительство в южной Калифорнии серииСЭС. В качестве теплоносителя использовалась вода, а полученный пар подавался ктурбинам.
Первая СЭС, построенная в 1984 г., имела КПД 14,5%, а себестоимость производимой электроэнергии 29 центов/(кВт-ч). В 1994 г. фирма Луз реорганизована в компанию Солел, базирующуюся в Израиле, и продолжает успешноработать над созданием СЭС, ведет строительство СЭС мощностью 200 МВт/18/, атакже разрабатывает новые системы аккумулирования энергии. В период между 1984и 1990 г. фирмой Луз было построено девять СЭС общей мощностью 354 МВт.Последние СЭС, построенные фирмой Луз, производят электроэнергию по 13центов/(кВт-ч) с перспективой снижения до 10 центов/(кВт*ч). Д. Миле изуниверситета Сиднея улучшил конструкцию солнечного концентратора, использовавслежение за Солнцем по двум осям и применив вакуумированный теплоприемник,получил КПД 25--30%. Стоимость получаемой электроэнергии составит 6центов/(кВт-ч). Строительство первой экспериментальной установки с такимконцентратором начато в 1994 г. а Австралийском национальном университете,мощность установки 2 МВт. Считают, что подобная система будет создана в СШАпосле 2000 г. и она позволит снизить стоимость получаемой электроэнергии до 5,4цента/(кВт-ч). При таких показателях строительство СЭС станет экономичным иконкурентоспособным по сравнению с ТЭС.
Другим типом СЭС, получившимразвитие, стали установки с двигателем Стирлинга, размещаемым в фокусепараболического зеркального концентратора. КПД таких установок может достигать29%. Предполагается использовать подобные СЭС небольшой мощности дляэлектроснабжения автономных потребителей в отдаленных местностях.
В перспективе можно использовать дляполучения электроэнергии разность температуры слоев воды в океане, котораяможет достигать 20°С. Станции на этой основе (ОТЭС) находятся в разработке.Первый вариант подобной установки мощностью 5 МВт проектируется в Израиле.Меньшие по мощности установки действуют в Австралии, Калифорнии и ряде другихстран. Основная сложность перспективы их использования — низкая экономичность икак следствие отсутствие коммерческого интереса.
Начиная с 70-х годов правительстваиндустриальных стран израсходовали биллион долларов на разработкифотоэлектрических преобразователей. За последние 10 лет стоимостьфотоэлектрических преобразователей снижалась и достигла 3,5-4,75 дол/Вт, астоимость получаемой энергии 25-40 центов/(кВт/ч). Мировой объем производства с6,5 МВт в 1980 г. увеличился до 29 МВт в 1987 г. и в 1993 г. составил более 60 МВт./р.и./
В Японии ежегодно выпускается 100млн. калькуляторов общей мощностью 4 МВт, что составляет 7% мировой торговлифотоэлектрическими преобразователями. Более 20 тыс. домов в Мексике, Индонезии,Южной Африке, Шри-Ланке и в других развивающихся странах используютфотоэлектрические системы, смонтированные на крышах домов, для полученияэлектроэнергии для бытовых целей.
Наилучшим примером использованиятаких систем является Доминиканская республика, где 2 тыс. домов имеютфотоэлектрические установки, сконструированные в последние 9 лет. Стоимостьтакой установки 2 тыс. дол.
В Шри-Ланке израсходовано 10 млн. долна электрификацию 60тыс. домов с помощью фотосистем. Стоимость установкимощностью 50Вт, включающая фотопанель, источник света и аккумуляторную батарею,составляет 500 дол.
В будущем стоимость ycтaновки для малых систем будет снижаться, например установки слюминесцентными лампами. В Кении в течение последних лет 20 тыс. домовэлектрифицировано с помощью фотосистем по сравнению с 17 тыс. домами, где заэто же время введено централизованное электроснабжение. В Зимбабве за счет кредитав 7 млн. дол, выделенного в 1992 г., электрифицировано 20 тыс. домов в течение5 лет. Мировым банком выделен кредит в 55 млн. дол. для электрификации 100 тыс.домов в Индии фотосистемами. В США стоимость 1 км распределительных электросетей составляет 13-33 тыс. дол. Контракт на установку мощностью 500МВт, включающую электроснабжение дома, освещение, радио, телевидение икомпьютер, составляет не менее 15 тыс. дол. (включая аккумуляторную батарею).Уже имеется 50 тыс. таких установок в городах и ежегодно строится около 8 тыс.установок. Среди индустриальных стран кроме США также лидируют в использованиифотосистем в домах Испания и Швейцария.
Если даже ежегодно в мире будетснабжаться фотосистемами 4 млн. домов (1% тех, что электрифицируются ежегодно),то общая установленная мощность фотосистем составит всего 200 МВт, что в 4 разаменьше мирового производства их в 1993 г. Если производство фотосистем достигнет ежегодно 1% общей продажи энергии в мире, то их производство по сравнениюс современным уровнем должно возрасти десятикратно, а увеличение до 10% этойпродажи приведет к стократному росту производства фотосистем.
Для успешного внедрения фотосистем ихудельная стоимость должна быть снижена в 3-5 раз прежде, чем появятся крупныеэнергосистемы.
Половина продажи кремния приходитсяна монокристаллы, поликристаллическая модификация также имеет большое будущее.Большое будущее будут иметь тонкопленочные системы, в частности на основеаморфного кремния. Некоторые образцы фотоэлектро-преобразователей на основеаморфного кремния имеют КПД 10%, удельную стоимость 1 дол/Вт, стоимостьполучаемой электроэнергии 10-12 центов/(кВт/ч) — это ниже, чем была еестоимость в 1993 г. Имеется перспектива снижения стоимости до 4 центов/(кВт /ч)к 2020 г.
Итак, фотоэнергетика может статьведущим источником энергии мировой большой индустрии. Это подтверждаютсделанные в 1994 г. разработки, считают эксперты. В результате создания новыхтехнологий и повышения технического уровня продукции может быть преодоленбарьер для внедрения фотоэлектрических систем, связанный с высокой ихстоимостью. Так, по инициативе корпорации Енрон ведется разработкафотоэлектрической станции мощностью 100 МВт для строительства в Неваде, накоторой стоимость вырабатываемой электроэнергии составит 5,5 цента/(кВт/ч).
3.1.1Определениеосновных параметров солнечной энергетики
Одним из перспективныхВИЭ является солнечное излучение. Так, полная средняя мощность солнечногоизлучения на Землю составляет 1,2×1017 Вт, т.е. на одного человека приходитсяоколо 30 МВт /16/.
Мощностьсолнечного излучения зависит от широты местности, времени года и суток. Крометого, мощность солнечного излучения, практически достигающего поверхности Земли(т.е. за вычетом потерь в атмосфере), зависит также и от состояния атмосферы(наличия облаков, тумана, пыли и т. п.). Так как состояние атмосферы зависит отмногих случайных факторов, то суточные и годовые графики поступления солнечнойэнергии имеют сложный характер.
Суммарная солнечная радиация ЭУВключает в себя излучение, падающее на горизонтальную земную поверхность, двухвидов: прямое и диффузное /9 /.
/> (3.1.)
гдеЭпр — прямое солнечное излучение, представляет собой потокизлучения, поступающего от солнечного диска и измеряемого в плоскости,перпендикулярной солнечным лучом;
Эр-диффузное излучение поступает на Землю от остальной части небесной полусферы,претерпевая рассеяние при прохождении через атмосферу;
/> - высота Солнца — угол в вертикальной плоскости (уголподъема над горизонтом).
Знатьвысоту солнца очень важно. При большой высоте Солнца увеличивается числосветовых часов, во время которых можно аккумулировать солнечную энергию.
Для известных значений месячногоприхода суммарной солнечной радиации /> нагоризонтальную площадь Sваловый потенциал солнечной радиации (СР) можно рассчитать по формуле:
/> (3.2.)
Количество солнечной радиации вразличных местностях Западной и Восточной Сибири сильно зависит от ихгеографических характеристик, климата (и даже микроклимата) и труднопрогнозируемых факторов. Анализ многолетних данных поступления солнечнойрадиации Эпр на территорию Сибири показал, что потенциалгелиоресурсов достаточно высок и не уступает южным регионам (табл.3.1.).
Таблица 3.1. Потенциал гелиоресурсов для различных климатов/9/Район
Эпр, МДж/м2. Число ясных дней Продолжительность солнечного сияния
Очень холодный:
-Оймякон 4449,8 137 -
Умеренно холодный:
-Новосибирск
-Улан-Удэ
-Чита
3687,6
4219,6
4324,0
86,2
153.0
210,0
2077
2472
2353
Умеренно влажный:
-Владивосток 3691,5 99,0 -
Умеренно теплый:
-Растов-на-Дону 3561,5 121,0 -
Важной характеристикой радиационногорежима является продолжительность солнечного сияния, которая к примеру за годдля г. Улан-Удэ составляет 2472 ч, в г. Чита- 2353 ч, в г. Новосибирске- 2077ч.
В зависимости от сезонныхособенностей суточного хода облачности в том или ином районе региона периоды снепрерывной продолжительностью солнечного сияния могут относится к разнымчастям дня. Последнее обстоятельство имеет важное значение для оценкипоступающей солнечной радиации к приемным поверхностям, поскольку наибольшаяинтенсивность ее наблюдается в околополуденные часы. Поэтому существенно, чтобыименно на это время приходилась максимальная повторяемость солнечного сияния.
Таблица3.2 Продолжительность эффективной работыгелиоустановок (час) по данным непрерывного солнечного сияниястанций Республики Бурятия /9/Месяц Иволгинск Баргузин Кяхта С-Озерск Нижнеангарск Февраль 5,9 5,4 7,3 6,8 5,6 Март 7,8 8,1 8,6 7,6 5,7 Апрель 8,41 9.5 8,9 8,8 73 Май 10,0 10,8 9,4 10,0 83 Июнь 10,5 10,6 10,6 10,2 9,0 Июль 9,9 9,0 9,7 9,0 9,7 Август 8,5 93 8,7 8,3 8,1 Сентябрь 7,0 6,8 6,4 6,9 6,5 Октябрь 4,8 4,3 6,4 5,4 5,2
Важнейшую роль в эффективной работегелиоустановки, играет так же оптимальная ориентация приемника солнечнойэнергии, которое определяется тремя основными углами- широтой местоположенияприемника /> , часовым углом w, склонением Солнца />(рис. 3.1.)
/>
Рис. 3.1 Схема кажущегося движенияСолнца по небосводу
Широта /> - это угол между линией, соединяющейточку А с центром Земли 0, и ее проекцией на плоскость экватора. Часовойугол — это угол, измеренный в экваториальной плоскости между проекциейлинии ОА и проекцией линии, соединяющей центры Земли и Солнца. Угол w=0 в солнечный полдень; в 1 ч. соответствует 15°. Склонениесолнца /> — это угол междулинией, соединяющей центры Земли и Солнца, и ее проекцией на плоскостьэкватора. Склонение солнца в течение года непрерывно изменяется: от -23°27' вдень зимнего солнцестояния 22 декабря до +23°27' в день летнего солнцестояния22 июня и равно нулю в дни весеннего и осеннего равноденствия (21 марта и 23сентября).
Согласно рис.3.1.наибольшая плотность мощности космического солнечного излучения будет присовпадении нормали к площадке и направления на Солнце. Так как положение Солнцаотносительно Земли непрерывно изменяется в течение года и суток, то дляполучения максимально возможной плотности мощности солнечного излучения углы должныменяться соответствующим образом, т.е. необходимо непрерывное слежение заСолнцем.
Однако, какпоказали многочисленные работы при этом сильно увеличивается стоимостьсолнечной установки, превышая стоимость прибавки мощности от слежения. В этойсвязи, для маломощных солнечных установок наиболее эффективными являютсяфиксированные солнечные приемники (коллекторы).
В табл. 3.3.представлена зависимость месячного прихода солнечной радиации на наклоннуюповерхность от угла наклона СК.
Таблица 3.3 Месячный приход СР в МДж/м2 на наклонную площадкус ориентацией на юг в ясные дни для углов /> =20°, 40°, 50°. 60°, 70°, 90° /9/.Месяц Кол-во ясн. дн 20° 40° 50° 60° 70° 90° 0° I 21,9 191,66 261,17 287,30 306,95 318,75 318,55 117,38 II 22,7 320,31 418.26 453,19 478,13 491,45 452,64 217,92 Ш 22,3 466,68 544,90 608,47 529,74 579,98 523,48 363,94 IV 14,5 350,81 357,35 366,47 353,01 345,29 287,47 333,50 V 10,9 299,74 285,22 281,18 266,29 246,04 189,23 304,55 VI 10,6 329,03 305,07 294,86 270,61 240,80 175,75 319,91 VII 9,0 267,69 250,92 244,19 228.22 204,14 149,20 255,06 VIII 8,9 232,96 229,74 230,00 219,53 209,08 168,50 211,29 IX 9,6 194,36 209,08 226,60 221,07 228,55 194,51 169,73 X 12,8 235,09 294,69 311,38 320,92 322,11 297,07 152,83 XI 12,7 151,51 204,37 223,89 237.50 244,62 240,88 84,58 XII 16,7 134,72 194,53 217,87 235,55 247,04 250,55 69,14
3.2Энергия ветра
3.2.1 Обзорветроустановок
Ветер – один из нетрадиционныхисточников энергии. Ветер рассматривается специалистами как один из наиболееперспективных источников энергии, способный заменить не только традиционныеисточники, но и ядерную энергетику.
Выработка электроэнергии с помощьюветра имеет ряд преимуществ:
· Экологическичистое производство без вредных отходов;
· Экономиядефицитного дорогостоящего топлива (традиционного и для атомных станций);
· Доступность;
· Практическаянеисчерпаемость.
В ближайшем будущем ветер будет скорее дополнительным, а неальтернативным источником энергии. По оценкам зарубежных специалистов (вчастности США, достаточная конкурентоспособность ветроэнергетических установок посравнению с традиционными типами электростанций может быть обеспечена присокращении стоимости ВЭУ примерно в два раза и повышении их надежности в 3-5раз. Во многих странах мира (США, ФРГ, ДАНИЯ, ИТАЛИЯ, ВЕЛИКОБРИТАНИЯ,НИДЕРЛАНДЫ и др.) ассигнуются значительные государственные средства на НИОКР вобласти создания ВЭУ. Особое внимание при проведении этих работ уделяетсяповышению надежности установок, их безопасности, снижению шума, уменьшениюпомех теле- и радиокоммуникаций.
В настоящее время можно выделитьследующие сановные направления использования энергии ветра:
· Непосредственная выработкамеханической или тепловой энергии (ветротепловые, ветронасосные,ветрокомпрессорные, мельничные и т.п. установки);
· Удовлетворение потребностей вэлектроэнергии мелких предприятий, фирм, учреждений и т.п.
В Дании к примеру в 1994 г. действовало приблизительно 3600 ветровых энергетических установок, обеспечивая 3% общейпотребности в электроэнергии. В Калифорнии (США) действует 15 000 ВЭУ,обеспечивающих электроэнергией жителей Сан-Франциско. На конец 1997 г. в мире было приблизительно 20 000 ВЭУ, вырабатывающих 3000 МВт/ч электроэнергии в год. В 80-хгодах удельная стоимость ВЭУ составляла 3000 дол/кВт, а стоимостьвырабатываемой электроэнергии более 20 центов/(кВт/ч)./р.и./ В дальнейшем засчет усовершенствования ВЭУ удельная стоимость снизилась до 1000-1200 дол/кВт,а стоимость производимой электроэнергии до 7-9 центов/(кВт-ч). Для сравнения нановых ТЭС, работающих на газе и угле, она составляет 4-6 центов/(кВт-ч). Многиеамериканские и европейские компании, многие правительства успешно продвигаютветровую технологию, понимая ее значимость. Так, в Калифорнии в 1987 г. установленная мощность ВЭУ составляла 13% по отношению к общей генерирующей мощности, а в 1990 г. — 24%.
В настоящее время наибольшеераспространение получают ВЭУ мощностью 300-750 кВт по сравнению с ранееприменявшимися ВЭУ мощностью 100кВт. В новых конструкциях ВЭУ используетсяаэродинамический профиль ветрового колеса, изготавливаемого из синтетическихматериалов. Насыщается конструкция многими электронными устройствами, включаяконтроль за изменением скорости ветра, обеспечивающими эффективностьиспользования ветра. Новые конструкции лучше приспособлены к режиму ветра, в 1994 г. стоимость вырабатываемой электроэнергии уже составила 4-5 центов/(кВт-ч).
В США планируется использоватьэнергию ветра (кроме Калифорнии) в штатах Миннесота, Монтана, Нью-Йорк, Орегон,Техас, Вермонт, Вашингтон, Висконсин и др. ВЭУ занимают в настоящее время 0,6%площади страны. При использовании ветра в 48 штатах может быть выработано до20% потребности в энергии США. Теоретические расчеты показывают, что в трехштатах: Северная и Южная Дакота и Техас потребность в электроэнергии может бытьполностью обеспечена за счет энергии ветра.
В Северной Германии стоимостьвырабатываемой ВЭУ электроэнергии составляет 13 центов/(кВт•ч). Предполагалоськ 1995 г. ввести вэу общей мощностью 500 МВт и уже в первой половине 1994 г. установленная мощность ВЭУ составила 95 МВт.
В Индии наибольший ветряной бум,поддержанный правительством, начался в 1994 г. Уже в середине 1994 г. было ведено в эксплуатацию 120 МВт и в течение последующих 12 мес. должно быть введеноеще 970 МВт. В результате выполнения этой программы в некоторых регионах Индиирасполагаемая генерирующая мощность возросла в десятки раз.
В Китае, Новой Зеландии, Швейцарии,Канаде и на Кубе официально приступили к осуществлению проектов строительстваВЭУ.
На Украине с помощью американскихфирм предусматривается строительство ВЭУ общей мощностью 500 МВт.
Среди стран, которые еще имеютвозможность развития ветроэнергетики, следует указать Аргентину, Канаду, Китай,Россию, Мексику, Южную Америку и Тунис, где возможно за счет энергии ветрапокрывать до 20% потребности в электроэнергии.
Наконец, 20 малых субтропическихстран, где потребности в электроэнергии удовлетворяются за счет дорогихдизель-генераторных установок, имеют возможность развивать использование ветра.
Развитие ветроэнергетики какисточника энергии в некоторых странах сталкивается с противодействием. С однойстороны, ветровые фермы занимают большие площади. С другой стороны, возникаютпроблемы, связанные с изменением ландшафта при строительстве ВЭУ. Площади,занимаемые ВЭУ, могут быть использованы для сельскохозяйственных нужд.Стоимость 1 га земли в зависимости от регионов может составлять от 100 до 2500дол. и более. Опыт подсказывает, что требования сохранения эстетики вбольшинстве случаев могут быть решены.
Другой проблемой, связанной состроительством ВЭУ, возникшей в 1994 г. стала потенциальная возможность гибелиптиц на путях их миграции. Орнитологи указывают, что некоторые пути миграцииптиц проходят через площади, занимаемые ВЭУ. В связи с этим возникланеобходимость провести научные исследования для понимания природы и масштабовпроблемы. Эксперты надеются на успешное ее решение.
Немаловажными проблемами также являются влияние уровня шума, создаваемогоустановкой и влияние работы ВЭУ на системы радиосвязи.
Еще одной из проблем ветроэнергетикиявляется то, что регионы, благоприятные для использования энергии ветра,удалены от крупных индустриальных центров, а строительство новых линийэлектропередач потребует значительных затрат времени и средств. Так, порасчетам специалистов линия электропередачи для передачи мощностью 2000 МВт на 2000 км может стоить 1,5 биллиона дол.
В СССР, а затемв России, ветроэнергетика отстает от ведущих капиталистических стран, хотягеографическое положение нашей страны наиболее благоприятно для использованияименно этого вида ВИЭ. Особенно справедливо это для степных районов России, ккоторым относится Республика Бурятия.
Суммарнаякинетическая энергия ветра на Земле оценивается величиной порядка 0,7×1021 Дж /16/. Однако большая часть этой энергии выделяется надокеанами. Тем не менее, как уже отмечалось, над равнинами, не покрытыми лесами,энергия ветра также довольно высока. Кроме того в такой местности ветеротличается большей устойчивостью, что особенно важно для работыветроэнергетических установок.
Ниже приведенынекоторые из ветроустановок различных мощностей, используемых в мире.
3.2.2Определение основных параметров ветроэнергетики
Удельная мощностьветрового потока Nудi(Vi), проходящего через1 м2 поперечного сечения определяется по формуле/8/:
/> (3.3.)
где: /> - заданная плотностьвоздуха при нормальных условиях />
V — скоростьветра, м/с;
Таким образоммощность ветра пропорциональна его скорости в третьей степени, и для оценкиэтой мощности достаточно иметь информацию о скорости ветра.
В Россииимеются метеорологические службы, занимающиеся регистрацией скорости ветра,следовательно имеются достаточно достоверные статистические данные о егоскорости. Однако при этом следует помнить, что на метеостанциях скорость ветраизмеряется на высоте 10 м над поверхностью Земли в данной местности. Поэтомуесли ветроколесо находится на другой высоте, то скорость ветра следуетпересчитать по следующей эмпирической формуле /16/:
/>, (3.4.)
где: Vh — скоростьветра на высоте h, м/с;
V — скоростьветра по данным метеостанции, м/с;
h — высота осиветроколеса, м;
b — эмпирический коэффициент.
Для открытых местпараметр b=0,14 /16/. На основании статистических метеорологических данныхопределены параметры энергии ветра в течение года (табл.3.3.1.).
Таблица 3.4 Вероятность скорости ветра по градациям (в % от общегочисла случаев)/9/
Ме-
сяц Скорость (м/сек) 0-1 2-3 4-5 6-7 8-9 10-11 12-13 14-15 16-17 18-20 21-24 25-28 ст. Усть-Баргузин I 31.5 33.2 18,2 8,7 3.0 0,9 2,0 1,0 1,3 0,2 II 44,6 32.0 12,7 5,3 2,4 0,8 1,0 0,3 0,8 0,1 III 38,3 34.1 13,3 6,1 3,7 1.3 1,6 0.7 0,8 0.1 IV 35,8 30.2 15,2 7,9 4,7 1,4 2.2 0,6 1,7 0,3 V 33,8 30.7 18,4 7,8 3,8 1,6 1,7 0,8 1,2 02 VI 35,7 33,1 19,0 6,3 2,6 1,1 1,1 0,3 0,7 0,1 VII 36,9 32,4 18,8 6,5 2,1 0,8 1,0 0,4 0,9 0,2 VIII 33,1 31.5 19,0 7,1 3,2 1,5 2,1 0,6 1,8 0,1 IX 33,4 30.3 17,6 7,3 4,5 1,7 2,6 0,7 1,6 0,3 X 28,5 28,0 16,7 9,6 6,1 1,6 3,1 1,6 4.2 0.6 XI 16,4 21,4 22,3 15,6 7,4 3,6 4,0 2,5 5,2 0.6 XII 15,6 21,2 20,9 17,2 9,1 3,1 5,0 2.3 4,5 1.1 Год 31.9 29,8 17,7 8,8 4,4 1,6 2.3 1,0 2,1 0.4 /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> />
Из таблицы 3.4. видно,что наиболее вероятные скорости ветра равны 4 — 12 м/с. Удельная энергия, приэтом, определялась с учетом вероятностного характера скорости ветра по формуле:
/> (3.5.)
где: Nуд — удельнаямощность ветра, Вт/м2 ;
Vi — i-таяскорость ветра, м/с;
ti(Vi) — вероятность действия i-той скорости ветра во время t.
Для проектирования электроснабженияважным параметром является продолжительность штиля (V£1м/с). Из таблицы 3.4. определяем, чтовероятность практического штиля в нашей зоне составляет 0,14 -0,30 взависимости от времени года, однако максимальное количество идущих подрядштилевых дней для Республики Бурятия равно четырем /8/.Это обстоятельствоследует учитывать при проектировании ветроэлектрических установок и определенияглубины аккумулирования электроэнергии.
Как видно из даннойглавы Байкальский регион имеет колоссальный ресурс возобновляемых источниковэнергии, причем как солнца, так ветра, что позволяет с достаточнойэффективностью внедрять установки на основе ВИЭ.
4. Технологическая часть
Как показалопыт эксплуатации экодомов, для отопления зданий в условиях Сибири /9/,использование активных солнечных систем неэффективно. Учитывая тот факт, чтоГостевой дом будет использоваться в основном в летнее – осенний периодцелесообразнее будет использовать комбинированную систему теплоснабжения, т.е.для отопления предлагается использовать пассивную солнечную систему, а длягорячего водоснабжения – солнечные коллектора с теплоносителем вода.
На рис. 4.1.представлена схема системы солнечного теплоснабжения.
/>
Рис. 4.1.Схемасистемы солнечного теплоснабжения.
1-солнечныйколлектор, 2- бак аккумулятор горячей воды, 3- теплообменник, 4- здание снапольным отоплением, 5- дублер, 6- пассивная солнечная система, 7- галечныйаккумулятор, 8- заслонки, 9- вентилятор, 10- подача теплого воздуха в здание,11-подача рециркуляционного воздуха из здания.
4.1 Обзор пассивных систем солнечногоотопления
Пассивная системасолнечного отопления проста по конструкции и имеет высокую эффективность, системаспособна обеспечить до 60 % загрузки отапливаемых сооружений /18/.
Сооружение с пассивнымиспользованием теплоты солнечной радиации можно определить как построенную сучетом климатических процессов данной местности систему отопления, использующуюстроительные элементы, максимально аккумулирующую энергию солнечного излучениядля обеспечения микроклимата в помещении, в соответствии с нормамипроектирования.
Пассивные гелиосистемыусловно разделяют на открытые и закрытые.
В открытых системах лучисолнечного излучения проникают в отопительное помещение через оконные проемы(увеличенных размеров) и нагревают строительные конструкции помещения.Последние при этом являются приемниками и аккумуляторами теплоты.
Такие системы оченьпросты, но имеют недостатки, а именно: неустойчивость теплового режима; в рядеслучаев из-за интенсивной инсоляции возникает некомфортное состояние впомещении; необходимость использования дополнительной нагревательной системы.
В закрытых системахпоток солнечной радиации в помещение не проникает, а поглощается приемникомсолнечной радиации, совмещенного с наружными ограждающими конструкциями. Такаясистема выполняет как функции основного конструктивного назначения (элементысооружения), так и функции приема, аккумулирования и передачи теплоты.
Тепловоспринимающаяконструкция, как правило, является и аккумулятором теплоты.
Схема сооружения соткрытой системой отопления показана на рисунке 4.2. В помещении такогосооружения высока неравномерность суточных температур. При отсутствии инсоляцииимеет место резкое охлаждение объема помещения.
Схема закрытой пассивнойсистемы без циркуляции теплоносителя (по проекту А. Е. Моргана) показана нарисунке 4.3. В дневное время поток солнечной радиации нагревает массивную стенусооружения, которая ночью отдает свою теплоту внутреннему объему его. Из-заотсутствия циркуляции воздуха в помещении (или недостаточной циркуляции)внутренний воздух в помещении нагревается неравномерно: около стенытеплоприемника воздуха температура наибольшая; при удалении от стены температураего уменьшается значительно.
Аналогично предыдущейявляется схема пассивного использования теплоты солнечной радиации дляотопления, которая спроектирована Г. Хеем. В качестве тепловоспринимающегоэлемента служит металлическое покрытие, на котором лежат большие черные маты,наполненные водой.
Днем маты с водойоткрыты для нагрева солнечными лучами. На ночь маты закрываются изолированнымипанелями с помощью автоматического устройства, которое реагирует на сигналреостата. Поэтому теплота, аккумулированная матами, передается в основном вниз,т. е. в помещение. Система Г. Хея более эффективно работает в широтах между 45°южной широты и 45° северной широты, в которых солнце находится высоко в небе игде зимы умеренные, а низкие температуры наблюдаются редко.
Примером пассивнойзакрытой системы с циркуляцией теплоносителя через тепло воспринимающую стенуможет быть система, приведенная на рисунке 4.4. (солнечный дом Ф. Тромба и Дж.Мишеля). Роль поглотителя и аккумулятора теплоты солнечной радиации играетобращенная на юг массивная бетонная стена дома, покрашенная в темный цвет иотделенная от наружного воздуха одинарным, двойным или тройным остеклением. Уверхней и нижней частей стены находятся каналы для циркуляции теплоносителя(воздуха помещения).
Под воздействиемсолнечного излучения воздух, находящийся в промежутке между стеной исветопроникающим ограждением, нагревается и поступает через верхние каналы впомещение. Этот воздух замещает прохладный, поступающий из помещения черезнижние каналы. Тем самым создаются условия для естественной циркуляции воздухаи обеспечивается более равномерная температура в помещении. Ночью,аккумулированная стеной теплота, передается помещению.
В жаркий период годастена Тромба—Мишеля является источником дополнительной теплоты, что создаетнекомфортные условия для тех, кто находится в помещении. Поэтому целесообразнона наружной поверхности стены уложить тепловую изоляцию, а в межстекольномпространстве — тепловоспринимающий экран из материала с высокой теплопроводимостью,чтобы теплота могла свободно передаваться в пространстве между экраном истеной. Тепловоспринимающий экран нагревается до температуры 0...120°С ивследствие этого естественная конвекция воздуха становится интенсивной.Тепловые потери при этом сводятся до минимума. В жаркий период тепловаяизоляция на наружной поверхности стены предотвращает дополнительное нагреваниепомещений.
Интенсивное движениевоздуха около пола помещения и особенно вблизи канала и стены являетсяисточником дискомфорта у людей и может влиять на состояние их здоровья. Поэтомуперед выходным отверстием необходимо установить защитный экран.
Заслуживает вниманияпредложение Д. Шахурди. Пространство между светопроникающим ограждением истеной рекомендуется выполнить достаточно большим, с тем чтобы использовать егодля выращивания растений. Стекла покрыты тонкой пленкой, в которой коэффициентпроникновения солнечного луча меняется в зависимости от температуры. При низкойтемпературе пленка пропускает около 95 % солнечной радиации, если последняяпадает на нее под прямым углом. В теплом состоянии она малопрозрачна. Врезультате солнечная теплота поступает в теплицу не только в солнечную, но и вхолодную погоду.
Опыт эксплуатациисооружений с системой отопления Тромба—Мишеля доказал, что поступление теплотыот солнечной радиации на южную и восточную стены в ясный день может покрытьсуточные тепловые потери здания. Пассивные гелионагреватели в основномкомпенсируют тепловые потери сооружения, но для этого необходимо достаточноечисло ясных дней в отопительный период. Практически пассивная система отоплениястанет рентабельной при числе ясных дней не менее 60...70 % общего количествадней отопительного периода. В пасмурные дни эффективность пассивной системыуменьшается на 50...60 % относительно номинальной, по сравнению с ясными днями,и в результате этого доля системы в общем балансе энергосбережениянезначительна. В этом случае необходимый микроклимат поддерживают или с помощьютрадиционного источника отопления (например, электрокотельные) или аккумуляторатеплоты.
Аккумулирование теплотызначительно повышает эффективность и надежность пассивной системы. Аккумуляторыразмещают или в земле (рис. 4.5., а) или внутри сооружения (рис. 4.5., б).В первом случае необходимо наличие вентилятора для подвижности воздуха.Размещение аккумулятора в объеме здания дает больший эффект, так как теплота нетеряется в окружающую среду, но такой аккумулятор плохо вписывается всооружение.
4.2 Расчет отопления
4.2.1 Расчетнагрузки отопления
Исходные данные:
Расчетнаянагрузка Рот расч= 30 кВт.
Число градусо-днейотопительного периода. D=7067,9
Тепловуюнагрузку отопления дома определяем по формуле /9/:
/> (4.1.)
где UA – полныйкоэффициент теплопотерь здания:
/> (4.2.)
где Тнаррасч – расчетная температура наружнего воздуха, принимается -370С,Твн – внутренняя температура в здании, по нормам СНиП принимается 180С.
/>
Данные нагрузкиотопления по месяцам сводим в табл. 4.1.
Таблица 4.1Расчет нагрузкиотопленияМесяц
Среднемесячная температура, С0 Месячная сумма градусодней
Нагрузка отопления,
кВт*ч
Нагрузка отопления,
Гкал. I -22,5 1255,5 16560 14,2 II -20,8 1086,4 14340,5 12,3 III -12,9 957,9 12644,3 10,8 IV -2,6 618 8157,6 7 V 4,0 434 5728,8 4,9 VI 10,7 219 – 2890,8 2,3 VII 14,8 99,2 – 1309,4 1,1 VIII 14,4 108 – 1425,6 1,2 IX 8,2 294 3880,8 3,3 X 0,7 536,3 7079,16 6,1 XI -8,9 807 10652,4 9,1 XII -16,8 1078,8 14240,2 12,2
/>
7067,9
93283,7
79,9
4.2.2 Расчеттеплопроизводительности пассивной солнечной системы
Исходныеданные: В качестве пассивной солнечной системы используем отдельную оранжерею ирасположим ее вдоль стены дома с юга – западной стороны, длинной 13,6 м.
S=13,6*5,1=69,4 />70 м2.
Количествотеплоты, поступающей из теплоприемника определяем по формуле:
/> (4.3.)
где а – длинастены, где расположен теплоприемник;
(mCр)погр– масса пограничного слоя воздуха;
(mCр)погр =3600*/>* />* Vср на 1 м ширины абсорбера (4.4.)
где /> - ширина пограничногослоя;
/>
Vср = 0,9-1 м/с;
С = 1кДж/кг/град;
(mCр)погр =64,8кДж/м2* 0С на 1 м ширины абсорбера.
/>
Расчетныеданные сведены в таблицу 4.2.
Таблица 4.2 Количествополезного тепла, полученного ПССМесяц
Кол-во
ясных
дней
Кол-во Qпол, кВт*ч Кол-во п/ясн. дней
Кол-во Qпол кВт*ч
Qпол
всего за
месяц
Нагрузка
Отопле-ния % замещ за ясный день за ясные дни За п/ясн. день
В п/ясн.
дни I 20,8 79,5 1653,6 6,2 62,5 387,3 2040,8 16560 12,3 II 23,0 141,6 3256,8 4,4 108,3 476,5 3733,3 14340,5 26,0 III 25,2 170,7 4301,6 5,7 124,9 711,9 5013,5 12644,3 36,6 IV 18,7 199,9 3738,1 7,9 145,7 1151,0 4889,1 8157,6 60,0 V 16,6 204,0 3386,4 7,3 170,7 1246,1 4632,5 5728,8 80,8 IX 11,1 187,4 2080,1 9,0 108,3 974,7 3054,8 3880,8 78,7 X 10,2 183,2 1868,6 12,9 91,6 1181,6 3068,2 7079,16 43,3 XI 7,0 108,3 758,1 16,3 66,6 1085,6 1843,7 10652,4 17,3 XII 7,6 79,1 601,1 15,8 62,5 987,5 1588,6 14240,2 11,2 Всего: 29864,5 93283,7 32,0
4.2.3Определение объема галечного аккумулятора
Результатыматематического моделирования работы воздушных систем с галечным аккумулятором,вместимость которого на 1 м2 площади коллектора изменилась вдиапазоне от 0,125 от 1 м3, /9/ показали, что по сравнению ссистемами нагрева жидкости характеристики воздушных систем несколько слабее зависятот вместимости аккумулятора. Это объясняется тем, что воздушная система можетработать в режиме без использования аккумулятора, когда нагретый в коллекторевоздух поступает непосредственно в здание. Более слабая зависимостькоэффициента замещения от вместимости аккумулятора также связана с тем, что вгалечной засыпке наблюдается сильное расслоение температуры. При увеличенииобъема засыпки фактически возрастает объем «холодной» части аккумулятора,которая редко нагревается и охлаждается в такой же мере, как и его «горячаячасть». Таким образом солнечную воздушную систему теплоснабжения предполагаетсяустановить с юго-западной стороны дома под углом 600к горизонту.Расход воздуха принят равным 10,1 л/ м2* ч. Вместимость галечногоаккумулятора составляет 0,25 м3 гальки на 1 м2 площадисистемы.
4.3 Расчет горячего водоснабжения
4.3.1 Расчет нагрузки горячеговодоснабжения
Нагрузкугорячего водоснабжения определяем по формуле /9/ :
/> (4.5.)
где N – число дней месяца,
n – число жильцов,
Тср — средняя температура горячей воды – 550С,
Тхол– температура холодной воды, для зимних месяцев – 50С, для летних –150С, осенью и весной – 100С.
/> - плотность воды – 1 кг/л.
Ср– теплоемкость – 4190 Дж/кг*К.
Данныенагрузки горячего водоснабжения по месяцам сводим в таблицу 4.3.
Таблица4.3Нагрузка горячего водоснабженияМесяц Количество дней
Нагрузка ГВС,
МДж
Нагрузка ГВС,
кВт*ч
Нагрузка ГВС,
Гкал. I 31 7793,4 2167,2 1,9 II 28 7039,2 1957,5 1,7 III 31 7015,3 1950,9 1,68 IV 30 6789,0 1887,9 1,63 V 31 7015,3 1950,9 1,68 VI 30 6033,0 1677,7 1,45 VII 31 6234,1 1733,6 1,49 VIII 31 6234,1 1733,6 1,49 IX 30 6789,0 1887,9 1,63 X 31 7015,3 1950,9 1,68 XI 30 6789,0 1887,9 1,63 XII 31 7793,4 2167,2 1,9
/>
82540,1
22953,3
19,8
4.3.2 Расчет теплопроизводительности солнечногоколлектора(СК)
Количествотеплоты, поступающей из теплоприемника на 1 м2 солнечного коллектораопределяем по формуле:
/> (4.6.)
где Qпол – полезнаятепловая мощность СК, Вт/м2,
/> - плотность потока суммарнойсолнечной радиации в плоскости коллектора, Вт/м2.
/> - пропускательная способностьпрозрачной изоляции;
/> — поглощательная способностьпанели коллектора;
UL – общийкоэффициент тепловых потерь, Вт/(м2 *К );
ТТ –средняя температура теплоносителя в коллекторе;
Та –температура окружающего воздуха, К.
/> - коэффициент эффективностипоглощающей панели, учитывающий то обстоятельство, что средняя температурапанели всегда выше средней температуры жидкости.
Расчет ведетсядля СК марки СК-1, со следующими характеристиками: F'R=0,94, UL = 4,12 Вт/м2 * К, /> = 1,08.
/>
Расчетныеданные сведены таблицу 4.4…
Таблица4.4 Помесячное количество теплоты, поступающее из теплоприемника, на 1 м2СК, />Месяц
/> ,
МДж/м2
Та, К.
Qпол ,
ГДж. I 372,3 250,5 0,076 II 598,4 252,2 0,314 III 622,1 260,1 0,368 IV 584,0 270,4 0,370 V 523,8 277,0 0,334 VI 478,3 283,7 0,314 VII 422,8 287,8 0,273 VIII 453,0 287,4 0,303 IX 517,3 281,2 0,344 X 608,4 273,7 0,407 XI 520,9 264,1 0,281 XII 368,7 256,2 0,096
/>
3,48
4.3.3 Расчет доли нагрузки горячеговодоснабжения, обеспечиваемой за счет солнечной энергии
Доля полной месячной тепловой нагрузки обеспечиваемой за счетсолнечной энергии f – есть функциябезразмерных комплексов Х и У.
Эти комплексы рассчитываем для всехмесяцев года при заданном значении площади коллектора /9/.
Уравнение запишем в виде:
/> (4.7)
/> (4.8)
где F'R– коэффициент эффективности отвода тепла, F'R=0,94
UL – полный коэффициент теплопотерь СК,V = 4,12
F'R/FR– поправочный коэффициент, учитывающий влияние
теплообменника, F'R/FR = 0,97.
Тср – среднемесячнаятемпература наружного воздуха (Табл.4.5.)
Dt – число секунд в месяце (Табл. 4.5)
L – нагрузка горячего водоснабжения(Табл. 4.5)
F'R·(t />)n – произведение коэффициентаэффективности отвода тепла и приведенной поглощающей способности, F'R·(t />)n = 0,97
ta /(ta)n – оптическаяхарактеристика (Табл. 4.5)
/> – среднемесячный дневной приход солнечной радиации для угла 50° (Табл.4.5)Таблица 4.5 Данные для определения долинагрузки горячего водоснабженияМесяцы
Число секунд в месяце х 106 Тср, °С
ta /(ta)n
/>, 50° L, ГДж D t / L
QпГДж х 1м2
I
II
III
IV
V
VI
VII
VIII
IX
X
XI
XII
2,68
2,41
2,68
2,59
2,68
2,59
2,68
2,68
2,59
2,68
2,59
2,68
-22,5
-20,8
-12,9
-2,6
4,0
10,7
14,8
14,4
8,2
0,7
-8,9
-16,8
0,44
0,94
0,94
0,92
0,92
0,90
0,90
0,90
0,94
0,94
0,94
0,94
372,3
598,4
622,1
584,0
523,8
478,3
422,8
453,0
517,3
608,4
520,9
368,7
7,79
7,04
7,02
6,79
7,02
6,03
6,23
6,23
6,79
7,02
6,79
7,79
0,344
0,342
0,382
0,381
0,382
0,429
0,430
0,430
0,381
0,382
0,381
0,344
0,076
0,314
0,368
0,370
0,334
0,314
0,273
0,303
0,344
0,407
0,281
0,096
I. />
I. />
Длясравнения долю месячной нагрузки определяем для СК площадью S=10 м2 и S=20 м2 из выражения:
/> (4.9.)
/>
/>
Результатырасчетов сведены в таблицу 4.6.
Таблица 4.6 Доли нагрузок горячеговодоснабжения, обеспечиваемые за счет солнечной энергии (ориентация – юго-запад, угол 50°)Месяцы Х/А Y/А
Площади СК 10м2
Площади СК 20м2 Х Y f f·L Х Y f f·L
I
II
III
IV
V
VI
VII
VIII
IX
X
XI
XII
0,158
0,156
0,162
0,147
0,138
0,144
0,138
0,138
0,132
0,142
0,156
0,151
0,042
0,075
0,078
0,075
0,065
0,067
0,057
0,062
0,067
0,078
0,068
0,042
1,58
1,56
1,62
1,47
1,38
1,44
1,38
1,38
1,32
1,42
1,56
1,51
0,42
0,75
0,78
0,75
0,65
0,67
0,57
0,62
0,67
0,78
0,68
0,42
0,333
0,588
0,606
0,587
0,517
0,529
0,456
0,493
0,530
0,609
0,538
0,332
2,59
4,14
4,25
3,99
3,63
3,19
2,84
3,07
3,60
4,28
3,65
2,58
3,587
3,439
3,218
2,885
2,646
2,443
2,438
2,444
2,631
2,927
3,309
3,544
1,149
1,902
1,721
1,653
1,522
1,447
1,241
1,365
1,521
1,886
1,505
1,224
0,231
0,728
0,765
1,023
0,990
1,011
0,916
0,899
0,889
0,949
0,645
0,283
4,74
4,72
5,52
6,48
7,18
7,18
6,68
6,54
6,18
6,84
4,5
0,58 ΣfL 41,8 75,59
Определяем процентное замещениегодовой нагрузки для площадей 10 м2 и 20 м2.
/> (4.10)
/> />
В нашем случае при отсутствиитрадиционного горячего водоснабжения дома достаточно коллекторов с площадью А =10м2.
4.3.4Расчет объема бака-аккумулятора
Объем бака-аккумулятора определяем изсоотношения /18/:
V = 0,09·А, м3 (4.11)
где А = 10м2
V = 0,09·10=0,9м3,принимаем V = 1м3.
4.3.5 Коэффициент полезного действия установки
При расчете ССГВС одной изсущественных характеристик является ее КПД, которое определяется по формуле /18/:
/> (4.12)
где, q – приведенная оптическая характеристика коллектора, q = 0,
v – приведенный коэффициенттеплорасхода СК, v=5Вт/м2·К
t1 и t2 – температура теплоносителей навходе и выходе из СК, ºС
t1 = tx+5=8+5=13°C
t2 = tг+5=55+5=60°С
Ен – средняя дневнаятемпература наружного воздуха, ºС
QП – табл. 4.4, Вт·ч
А = 10м2
/>
/>
/>
Анализируярасчетные данные установки видим, что наиболее эффективными месяцамиэксплуатации являются апрель, май, июнь, июль, август, сентябрь, октябрь.
4.3.6 Проверка правильности выбораплощади СК
Потребнуюплощадь коллекторов выбираем по ясному дню самого тёплого месяца года (июль) /18/:
А = N / n; м2(4.13)
где, N — суточный расход горячей воды, л.; N = 720 л../29/n– суточная производительность 1 м2 С.К.
n = QП / m·c·(tгор – tхол ); л / м2 ·день. (4.14) /18/
где, QП – количество полезного тепла, вырабатываемого коллектором,кВт·ч/м2·сут.; Qп =3,45 кВт·ч / м2·сут.;
m – удельный вес воды, кг/л.; m = 1 кг/л..;
с – теплоёмкость воды, кВт·ч / м2·оС.;с = 0,001 кВт·ч / м2·оС.;
tгор и tхол –соответственно температура горячей и холодной воды, оС.;
tгор = 55оС и tхол = 8 оС.
n = 3,45 / 1·0,001· (55-8) = 73,4 л /м2·день.
Потребная площадь СК;
А = 720 / 73,4 = 9,8 м2.
Витоге предлагается внедрить гелиоустановку со следующими параметрами:
— Площадь СК S = 10 м2.
— Объем бака аккумулятора 1,0 м3.
— Расход теплоносителя 0,14 кг/сек.
— Теплоноситель – антифриз.
Установкуследует расположить на крыше дома, с южной стороны под углом 500кгоризонту.
5.Специальный вопрос
Возобновляемыеисточники энергии (ветер и Солнце) являются неуправляемыми человеком, поэтомунадо стремиться к тому, чтобы потребление электроэнергии было увязано с еепоступлением. Это является особенностью проектирования электроснабжения наоснове ВИЭ по сравнению с традиционным электроснабжением.
Проанализировавметеорологические данные и предполагаемые нагрузки дома видим, что зимой, летоми осенью удельная мощность ветра более согласуется с нагрузкой на вводе в дом,чем плотность солнечного излучения, а весной наоборот. На основании этого вкачестве основного источника энергии принимается ветер. Так как в течении годанаблюдаются штилевые дни, то энергию ветра необходимо дублировать. В этой связив качестве вспомогательного источника принимается солнечное излучение. Однакопрямое солнечное излучение также бывает не каждый день и отсутствует ночью. Этообусловливает необходимость аккумулирования энергии на периоды одновременногоотсутствия ВИЭ ветра и Солнца.
Таким образом,для электроснабжения дома принимаются следующие источники энергии:
— ветер
— солнечное излучение
— аккумуляторы(резерв ).
Схемаэлектроснабжения по выбранному варианту показана на листе 5.
Электроснабжениеосуществляется следующим образом. Если присутствует ветер, то от ветроколесаприводится во вращение машина постоянного тока, заряжающая аккумуляторы. Есливетра нет или ветроколесо выключено при недопустимо сильном ветре, то аккумуляторпитает фотоэнергетическая установка, ВЭУ и ФЭУ могут также работатьодновременно.
Из заряженных такимобразом аккумуляторов постоянный ток через инвертер преобразуется в переменныйи подается к бытовым приборам.
5.1 Определениемощности энергетических установок
Мощностьветроэнергетических установок является одной из наиболее важных характеристик,определяющей надежность системы электроснабжения.
Мощностьветроэнергетической установки (ВЭУ) должна быть достаточной для питанияэлектроприемников дома и зарядки аккумуляторов такой емкости, которойдостаточно для питания электроприемников в штилевые дни ( в течении четырехсуток ). При этом нужно учитывать, что в период штиля аккумуляторы могутдозаряжаться от фотоэнергоустановки (ФЭУ). Очевидно что суммарная стоимость ВЭУ,ФЭУ и аккумуляторов должна быть при этом минимальной. Таким образом,обоснование мощности энергетических установок является оптимизационной задачей,которую можно сформулировать следующим образом — определить мощность ВЭУ, ФЭУ иемкость аккумуляторов, достаточные для бесперебойного электроснабжения дома иимеющие минимальную стоимость.
5.1.1 Выборветроагрегата
Рассчитываемваловой потенциал ветровой энергии на территории пансионата /8/:
/> (5.1.)
где: NУД – удельнаяваловая мощность ветрового потока,
V – скоростьветра,
t(V) –дифференциальная повторяемость скорости ветра.
Удельнаямощность ветрового потока, проходящего через 1 м2 поперечногосечения находится по формуле:
/> (5.2.)
где: /> - заданная плотностьвоздуха, при нормальных условиях: />= 1,226кг/м2 .
Результатывычислений сводим в таблицу 5.1
Таблица5.1 Расчет валового потенциала ветровой энергии по станции Усть-Баргузин.
V, м/с
t(V) %
Nуд
Вт/кв.м
Эуд
кВт*ч/м2*год
Эsтехн, МВт*ч/км*год
при Vnp (м/с).
5 кВт
БРИЗ-5000
1,5 кВт
ВЭУ-1500 0.5 31.9 0.0788 0.11 - - 2.5 29.8 9.8438 64.2 - 75,43 4.5 17.7 57.409 400.5 261,3 261,3 6.5 8.8 173.01 866.9 391,5 391,5 8.5 4.4 386.9 1267.6 437,7 437,7 10.5 1.6 729.3 1073.3 285,77 12.5 2.3 1230.5 3097.7 14.5 1.0 1920.6 2438.8 1198,8 16.5 2.1 2830.0 8590 1623,6 19.0 0.4 4321.2 2876
/> 11659 20675 2289,3 3075,3
Следовательносредняя удельная валовая мощность ветрового потока составляет
Nудвал = Эудвал/ Т= 20675/8760=2360 Вт/м2.
Анализируявышеизложенное выбираем ветроагрегат мощностью 1,5 кВт. основные техническиехарактеристики которого приведены в таблице 5.2.
Таблица 5.2Характеристикиветроагрегата ВА-1,5.Наименование параметра ВА-1,5 кВт Мощность на зажимах АБ при скорости ветра 12 м/с 1,5 кВт Максимальная мощность при скорости ветра 15 м/с 1,7 кВт Начальная рабочая скорость ветра 2,5 м/с Буревая скорость ветра 50 м/с Диаметр ротора 2,8 м Количество лопастей 3 Напряжение АБ 24 В Рекомендуемая емкость АБ 215 Ач Масса без мачты 45 кг Высота мачты 14 м Срок службы 15лет Температурный диапазон -40 +60°С
/>
Рис. 5.1 Зависимость мощностиветроагрегата от скорости ветра.Конструктивные особенности ветроустановкиБуревая защита - вывод ротора из-под ветра
Ориентация на
направление ветра - флюгер Материал лопастей - полиэфирный стеклопластик Соединение генератора с ротором - без редуктора Генератор - бесконтактный, синхронный с постоянными магнитами Nd-Fe-B Тип мачты - стальная труба с растяжками
Из графика нагрузки видим, что вдиапазоне скоростей ветра до 3 м/с и от 25 м/с мощность ВЭУ равна нулю.Суммируя по табл. 5.3 все значения ti(Vi) для/>и />получаем время простоя ВЭУв течении года:
tпр= 8760*(0,319)=2794 ч/год.
Выработанная ВЭУ энергия в течениигода ЭВЭУгод (кВт*ч) рассчитывается по формуле:
/> (5.3.)
Результатырасчетов представлены в таблице 5.3.
Таблица 5.3 ЭВЭУгодэнергетических характеристик ВЭУ: />ВЭУ(V) и />NBЭУ(V)
Vi, м/с ti, %
NBЭУ,
кВт
Эi, кВт*ч
NВЭУпод,
кВт
/>NBЭУ,
кВт
/>ВЭУ, % 1 2 3 4 5 6 7 2.5 29.8 0.05 130.5 0.07' 0.02 71.4 4.5 17.7 0.2 310.0 0.428 0.228 46.7 6.5 8.8 0.4 308.3 1.29 0.890 31.0 8.5 4.4 0.95 203.23 2.45 1.50 38.8 1 2 3 4 5 6 7 10.5 1.6 1.45 203.23 5.18 3.73 28 12.5 2.3 1.65 332.4 9.18 7.53 18 14.5 1.0 1.70 312.7 14.32 12.62 11.87 16.5 2.1 1.70 312.7 21.11 19.41 8.05 19.0 0.4 1.70 59.16 32.23 30.53 5.27
/> 2171.7
Суммируя всезначения Эi получаем, чтоЭВЭУгод = 2171,7 кВт*ч/год., тогда число часовиспользования ВЭУ NВЭУуст=1,5 кВт будетравно:
h= 2171,7/1,5=1448ч.
Общее числочасов работы ВЭУ в году будет равно:
hВЭУ= Тгод –tпр = 8760 – 2749 = 5965 ч.
Удельнаяустановленная мощность при этом равна:
/> (5.4.)
/>
На основанииполученных значений Эsтехн иNsустрассчитаем число часов использования удельнойустановленной мощности ВЭУ на 1 км2
Hр= Эsтехн/ Nsуст=3075300/3196,8= 962 ч.
5.1.2 Выбор емкостиаккумуляторов
Для расчетаемкости аккумуляторов воспользуемся формулой /30/:
/>, (5.5.)
где: Eа — емкость аккумулятора, А ч;
Uа — напряжениеаккумулятора, В.
Wо — суточноерасчетное потребление электроэнергии, Вт ч.
/>
Выбираемсвинцовый кислотный аккумулятор марки 6СТ190А;
Определяемнеобходимое количество аккумуляторов:
N= 1340/190 = 7шт.
Заряд свинцовыхкислотных аккумуляторов ведется двумя ступенями: током /> в течении времени t1 до началагазообразования, а затем меньшим током /> втечении времени t1= 2 – 3ч.
Общее времязаряда аккумуляторной батареи (АБ):
/> (5.6.)
Где: САБ =770 А*ч – емкость АБ
i = 68 А –зарядный ток,
/> — КПД АБ,
/>
5.1.3 Расчетмощности фотоэлектрической установки
Как уже былосказано выше, ФЭУ является вспомогательным источником энергии и его мощностьидет на зарядку АБ, следовательно, зная необходимое время зарядки АБ, можемопределить необходимую мощность ФЭУ /30/:
/> (5.7.)
где: САБ –емкость АБ,
ЕТ –коэффициент разрядки АБ,
U – напряжениеАБ,
tзар – времязарядки АБ.
/>
Определимвремя, с которым ФЭУ работает с номинальной мощностью:
/> (5.8.)
где: /> — среднесуточный приходсолнечной радиации, Вт/ч.
Рпик– приход пиковой мощности Вт на м2.
tном = 3000/1000 =3 ч/день.
Теперь можемопределить мощность, которую необходимо выработать за день:
/>
Выбираемфотомодуль марки ФСМ –30-12, с пиковой мощностью 30 Вт.
Отсюданеобходимое количество фотомодулей:
n = 370/30/>12 шт.
Таким образом,параметры энергосистемы на основе ВИЭ следующие:
Основнойисточник ВЭУ, Рв= 1,5 кВт;
Дополнительныйисточник ФЭУ, Рс= 0,36 кВт;
Резерв,аккумуляторы 6СТ190А Еа= 7*190 = 1340 А×ч.5.1.4 Выбор инвертора
Существует две группы инверторов,которые различаются по стоимости примерно в 1,5 раза.
· Первая группаболее дорогих инверторов обеспечивает синосидальное выходное напряжение.
· Вторая группаобеспечивает выходное напряжение в виде упрощенный сигнала, заменяющегосинусоиду.
Для подавляющего большинства бытовыхприборов можно использовать упрощенный сигнал. Синусоида важна только длянекоторых телекоммуникационных приборов.
Выбор инвертора производится исходяиз пиковой мощности энергопотребления стандартного напряжения 220В/50Гц.Существует два режима работы инвертора. Первый режим – это режим длительнойработы. Данный режим соответствует номинальной мощности инвертора. Второй режим– это режим перегрузки. В данном режиме большинство моделей инверторов втечении нескольких десятков минут (до 30) могут отдавать мощность в 1,5 разабольше, чем номинальная. В течении нескольких секунд большинство моделейинверторов могут отдавать мощность в 2,5-3,5 раза большую чем номинальная.Сильная кратковременная перегрузка возникает, например, при включениихолодильника. Как правило, мощность инвертора примерно равна расчетной мощностиВЭУ.
Анализируя вышесказанное принимаеминвертер с напряжением в виде упрощенного сигнала марки МАП 1,5 кВт.
6. Электротехническийраздел
6.1 Выбораппаратуры управления и защиты
Автоматическийвыключатель предназначен для защитного отключения цепи управления насосомсистемы солнечных коллекторов горячего водоснабжения и выбирается из условий :
Uан³Uн;
Iан³Iр.mах; (6.1.)
Iа.откл³Iк.
где: Uан,Uн — номинальное напряжение автоматического выключателя исети соответственно, В;
Iан,,Iр.mах — соответственно номинальный ток автоматическоговыключателя и максимальный рабочий ток в сети, А;
Iа.откл — максимальноезначение тока короткого замыкания, которое автомат способен отключить,оставаясь в работоспособном положении, А;
Iк — наибольший токкороткого замыкания А.
Принимаемавтоматический выключатель АВДТ32 Uн= 230В, Iан=25А./30/
Диоды дляпредотвращения разряда аккумуляторных батарей ФВУ выбираем исходя из назначенияи коммутируемых токов:
принимаем диод VD Iном= 100А Uном = 400В./30/
Для контролятемпературы выбираем датчики немецкой фирмы Tauchhulse марки ТН100Е SW21.
6.2 Расчетсечения провода
Сечение проводаФВУ определяем по формуле /31/:
/> (6.2.)
где: l – длиннапровода,
Р – мощностьустановки, кВт,
U – напряжениеустановки, В,
/> – удельное сопротивлениематериала, для меди k = 56 Ом/мм2 .
/>
Принимаемпровод марки ПРД-2,5.
6.3 Выборнасоса и вентилятора для системы теплоснабжения
Насос для циркуляциитеплоносителя системы горячего водоснабжения выбираем фирмы Grondfos марки GS-25, мощностью25 Вт.
Вентилятор дляциркуляции воздуха в пассивной солнечной системе и комплекс оборудования дляоткрытия и закрытия заслонок принимаем фирмы Resol, марки Deita-501, мощностью120 Вт.
6.4. Расчетосвещения
Несомненно, естественное освещение наиболее ценно и полезнодля человека, однако, в зимний период, а также поздней осенью, ононедостаточно. Нормальное освещение помещения обеспечивается при соблюдениинормативов искусственной освещённости.
Искусственное освещение можнорассчитать тремя способами: точечным методом, методом коэффициента световогопотока и методом удельной мощности.
Расчёт искусственного освещения помещенияпроизводим наиболее точным методом – точечным методом по формуле /7/:
/> (6.3)
где: /> -необходимый световой поток лампы, лм,
ЕМИН – нормированнаяосвещенность, лк,
/>k – коэффициент запаса,
/> - коэффициент добавочнойосвещенности,
/> - суммарная условная освещенностьрасчетной точки, лк.
Рассчитаем необходимый световой потокдля одной из комнат:
/>
Исходные данные: расчетная высота hР = 2,5 м, ЕМИН = 75 лк, k = 1,5, />=1,2.
На плане намечаем контрольные точки Аи Б, в которых освещенность может оказаться наименьшей. Определяем расстояниеот этих точек до ближайшей лампы и определяем условную освещенность: ОА=2,54 м,е = 34 лк, ОБ=2,8 м, е = 36 лк.
За расчетную точку принимаем точку Б:
/>
Выбираем 2 лампы марки БК215-225-100,со световым потоком 1450 лк, и мощностью 100 Вт.
Аналогичный расчет ведем для всегодома, мощность и количество осветительных установок сведены в табл. 6.1.
Таблица 6.1Перечень осветительных установок.№ п/п Наименование, техническая характеристика оборудования
Тип, марка
оборудования Ед. измерения количество
Масса единицы
оборудования
Оборудование светотехническое. 1 светильник люминесцентный защищенного исполнения 2*36Вт ЛСП18-2*36 Шт. 25 2 светильник накаливания зачищенного исполнения 100Вт НПП02-100 Шт. 11 3 светильник люминесцентный защищенного исполнения 4*18Вт ЛСП18-4*18 Шт. 18 4 Лампа люминесцентная 36Вт, 220 В Шт. 50 5 Стартер 220В,40Вт Шт. 122 6 Лампа люминесцентная 20Вт,220 В Шт. 72 7 Лампа накаливания 100Вт,220 В В220-230-100 Шт. 11
7.Безопасность жизнедеятельности
Использование электроэнергии, паркамашин, ядохимикатов, всего того на чем строится работа в современном сельскохозяйственномпроизводстве требует особой осторожности, знаний и умений для сохранениятрудоспособности работающего. Поэтому все больше значения приобретаютмероприятия по охране труда, обеспечивающие его безопасность и безвредность.
На предприятиях внедряютсяболее современные средства техники безопасности и создаются лучшиесанитарно-гигиенические условия, устраняющие травматизм и профессиональныезаболевания.
С целью улучшения охраны труда всеработники сельского хозяйства должны знать и строго соблюдать нормы и правилапо охране труда, правила и инструкции по технике безопасности ипроизводственной санитарии, а также выполнять противопожарные мероприятия.
Условиятруда определяются технологией производства с одной стороны и присовершенствовании оборудования появляются все новые правила техникибезопасности, а это значит, что на каждом предприятии необходимы специалисты вобласти охраны труда и техники безопасности
7.1 Анализ охраны труда в пансионате«Колос»
Пансионат «Колос» является базойтуристического отдыха основной функцией которого является оздоровлениеотдыхающих: отдых, психологическая разгрузка, восстановление сил.
Ответственность за организационныемероприятия по охране труда и обеспечение нормальных условий проживанияпосетителей несет начальник пансионата. Заместитель начальника турбазы отвечаетза внедрение мероприятий по техники безопасности, контролирует их выполнение ирасход средств, выделяемых для этих целей, проводит вводный инструктаж с вновьприбывшими на работу и инструктаж по техники безопасности и правилах поведенияв пансионате со всеми отдыхающими, фиксирует несчастные случай если такие имеются,а также следит за наличием и оформлением уголков по охране труда.
На территории турбазы в летнее времяфункционирует кабинет первой медицинской помощи.
В пансионате не имеется кабинета поохране труда, в домике обслуживающего персонала имеется стенд по ТБ, натерритории пансионата размещены плакаты по соблюдению мер безопасности,предупреждающие надписи.
Не все гостевые комнаты пансионатаоснащены огнетушителями и пожарной сигнализацией по требованиям пожарнойбезопасности. Имеются пожарные щиты.
Проводка в номерах не соответствуетсовременным нормам, и порой проведена прямо по деревянному покрытию алюминиевым2-х жильным проводом.
Некоторые пешеходные дорожки ввечернее время плохо освещены, местами заросшие густой травой.
Генеральный план пансионата в целомсоответствует требованиям техники безопасности.
7.2 Анализ и пути снижениятравматизма
7.2.1 Обслуживающий персонал
Основной риск получения травм дляобслуживающего персонала связан в основном с опасностью поражения электрическимтоком, при приготовлении пищи отдыхающим, так как на кухне установленыэлектроплиты и пекарные шкафы большой мощности (плита 4 конфорки – 16кВт, духовки– 3кВт.).
Необходимые данные для проведенияанализа травматизма в пансионате «Колос» выписаны из годовых отчетов хозяйстваза последние три года и внесены в табл. 7.1.
Таблица7.1 Анализ травматизма обслуживающего персонала в пансионате «Колос».Показатели Обозн Ед.изм 2004 2005 2006 Среднесписочное число рабочих Р Чел 10 12 12 Число травм Т - 1 2 1 Количество дней нетрудоспособности из-за травм Д Дн. 7 12 6 Коэффициент частоты травм Кi - 100 166,6 83 Коэффициент тяжести травм Кт - 7 6 6 Коэффициент потери рабочего времени Кпот - 700 1000 500 Ассигнование выделения на охрану труда Руб. 15000 18000 25000 Фактически израсходовано Руб. 12000 14500 25000
Как видно из таблицы 7.1. количествотравм обслуживающего персонала в пансионате не велико, это обусловлено хорошейорганизацией мероприятий по охране труда и техники безопасности, а такжедостаточным выделением средств на их внедрение.
7.2.2 Отдыхающие
Основной риск получения травм на базетуристического отдыха для посетителей связан в большей мере с принятием водныхпроцедур – купания, так как пансионат находится на побережье оз. Байкал.Существует так же вероятность получения травм вследствии неосторожногообращения с огнем, так как гостевые домики сделаны из дерева, а их посетителиприбывают не всегда в трезвом состоянии.
Анализтравматизма отдыхающих за три года приведен в таблице 7.2.
Таблица7.2 Анализ травматизма отдыхающих в пансионате «Колос».Показатели Обозн Ед.изм 2004 2005 2006 Среднесписочное число отдыхающих
Рот Чел 34 40 41 Число травм Т - 3 2 - Количество дней нетрудоспособности из-за травм Д Дн. 10 12 - Коэффициент частоты травм Кi - 88 50 - Коэффициент тяжести травм Кт - 3,3 6 - Коэффициент потери рабочего времени Кпот - 294 300 - Ассигнование выделения на охрану труда Руб. 15000 18000 25000 Фактически израсходовано Руб. 12000 14500 25000
Как видно из таблицы 7.2. травматизмотдыхающих в пансионате не велик и сводится к ушибам и ссадинам, самый тяжелыйслучай связан с переломом, вследствие злоупотребления алкоголем. За прошлый годне зафиксировано ни одного тяжелого случая травматизма, это связано спереоборудованием наиболее вероятных мест получения травм отдыхающих, а именнотемных заросших травой тропинок, подступов и спусков к воде, а также сусилением контроля за отдыхающими и увеличением финансирования на обеспечениебезопасного отдыха.
Анализируя вышеперечисленные рискиочевидны и пути снижения травматизма: Во время купания отдыхающих необходимоприсутствие на побережье наблюдающего с опытом спасателя, людям не уверенночувствующим себя в воде предоставлять спасательные жилеты, проводитьмедицинские осмотры посетителей, ужесточить контроль за соблюдением правилпротивопожарной безопасности в номерах — в частности курения, в график работыпансионата включить день «безопасности жизнедеятельности», проводить сотдыхающими профилактические беседы о правилах поведения в воде и гостевыхномерах.
7.3 Защитное заземление и зануление
Основным электрооборудованиемпансионата являются осветительные установки, силовые установки представленыэлектроплитами и духовками в столовой, электрокотлами и электродвигателями.
Для такого рода потребителей по ПУЭ№6 2006 г. предусмотрено защитное заземление.
Заземлениеэлектроустановок следует выполнять при номинальном напряжении 380 В и вышепеременного тока 440 В и выше постоянного тока —во всех случаях; приноминальном напряжении от 42 до 380 В переменного тока и от 110 до 440 Впостоянного тока при работах в условиях с повышенной опасностью и особоопасных.
Незаземляют установки, работающие при напряжении 42 В и ниже переменного тока именьше 110 В постоянного тока во всех случаях, за исключением взрывоопасныхустановок и вторичных обмоток сварочного трансформатора.
Электроплиты и пекарные шкафы впомещении столовой заземлены путем присоединения их нетоковедущих частейсваркой к заземляющему контуру помещения — полосы из стали сечением 4X12 мм.
Насосная установка на водозаборнойскважине заземлена путем непосредственного соединения корпуса оборудования сземлей.
В случае замыкания фазы на корпусаэтих установок электрическийток пройдет в землю через заземлитель, так как сопротивление человеказначительно больше, чем сопротивление заземления Rз, которое должно быть не более 10 Ом. Главное назначениезаземления — понизить потенциал на корпусе электропотребителя до безопаснойвеличины.
Зануление в пансионате применяетсядля защиты от поражения электрическим током на силовых и осветительных щитках.Зануление этого электрооборудования осуществляется путем соединения егонетоковедущих частей с заземленной нейтралью питающего трансформатора.
При появлении на корпусе опасногонапряжения возникнет однофазное короткое замыкание между фазным и нулевымпроводами. По цепи: фаза — корпус — нулевой провод потечет большой токкороткого замыкания, в результате чего сработает плавкий предохранитель илиавтоматический выключатель. До срабатывания защиты зануление понижаетнапряжение на корпусе электропотребителя. При наиболее неблагоприятном случае(обрыве нулевого провода) уменьшит опасность поражения устройство повторногозаземления нулевого провода, установленное перед вводом в здание.
7.4Техногенные чрезвычайные ситуации (ЧС), меры профилактики и ликвидациипоследствий
ЧС –это обстановка, сложившаяся на определенной территории в результате аварии,опасного природного явления, катастрофы, стихийного или иного бедствия,повлекшего или способного повлечь за собой человеческие жертвы, ущерб здоровьюлюдей или окружающей природной среде, значительные материальные потери инарушение условий жизнедеятельности населения.
ЧСтехногенного характера подразумевают: аварии на химически опасных объектах,аварии на радиационно-опасных объектах, аварии на гидродинамически опасныхобъектах, аварии на транспорте (железнодорожном, автомобильном, воздушном,водном, метро), аварии на коммунально-энергетических сетях, и т.п.
Опасностьвозникновения техногенной ЧС на территории пансионата могут вызватьтрансформаторная подстанция мощностью 63 кВ А и электрокотлы марки РУСНИТ 230,выход из строя и неправильная эксплуатация которых может повлечь за собой взрыви пожар, что крайне опасно, так как вокруг территории пансионата находитсягустой лесной массив.
Анализируяситуацию в пансионате можно предложить следующие меры профилактики техногенныхЧС: проводить плановые осмотры и испытание трансформаторной подстанции и линийэлектропередач, эксплуатировать котлоагрегаты в условиях установленных заводомизготовителем, вокруг трансформатора установить более эффективное ограждение,вывесить запрещающие плакаты, территорию освещать, помещения где находятсяэлектрокотлы обшить огнестойким материалом, изолировать открытые поверхностикотлов температура нагрева которых выше 600, назначитьответственных за противопожарную безопасность на особо опасных объектах и погостевым номерам, составить эффективный план эвакуации и четкие меры поведенияв ЧС, организовать укрытие для отдыхающих в случаи ЧС, обслуживающий персоналразбить на группы: по эвакуации, по оказанию первой медицинской помощи, повыдачи СИЗ, регулярно проводить учебные пожарные тревоги.
Привнедрении данных мероприятий в пансионате значительно улучшится противопожарнаябезопасность и значительно снизится риск возникновения техногенных ЧС.
7.5 Рекомендации по улучшению состоянияохраны труда
1. В гостевых номерах проложить новуюпроводку в соответствии с СНиП – медным трех жильным проводом, одну жилукоторого занулить.
2. Все домики отдыхающих снабдитьпожарной сигнализацией ОПС Гранит-2 с датчиками реагирующими на дым, ипротивопожарными щитами с полной комплектацией.
3. Пешеходные дорожки очистить оттравы и снабдить должным освещением.
4. Вести контроль за состояниемздоровья отдыхающих, проводить профилактические беседы по техники безопасности.
5. Руководство пансионата должнообмениваться опытом по безопасности жизнедеятельности и ОТ с руководителямидругих турбаз.
6. Определить четкие места куренияотдыхающих, снабдить их урнами и вывесить таблички «Место для курения».
7. Разработать и внедрить укрытие дляотдыхающих в случае возникновения ЧС, а также четкий план эвакуации.
8. Разделить обслуживающий персонал на группы: по эвакуации, по оказаниюпервой медицинской помощи, по выдачи СИЗ, в случае ЧС.
9. Установить на рабочих местахобслуживающего персонала наглядные пособия по охране труда.
При внедрении этих мероприятий,ситуация по безопасности жизнедеятельности в пансионате должна значительноулучшиться, снизится вероятность получения травм различной тяжести, аследовательно сократится и число полученных травм.
8.Охрана окружающей среды
Одной из главных проблемсовременности является охрана окружающей среды. Под влиянием деятельностисельскохозяйственного производства изменяются почвы, растительный и животныймир, гидрологические особенности местности качество атмосферного воздуха и др.
Негативные процессы, связанные восновном с экономическими трудностями (зарастание кормовых угодий кустарником,сбитость пастбищ, эрозия почв, заболачивание земель и др.) ведут к снижениюуровня качественного состояния земель. Для поддержания плодородия земельнеобходимо проводить внедрение зональных систем земледелия.
От правильности решения этих проблемв промышленности и сельском хозяйстве зависит успешное развитие экономики,благосостояние современного и будущего поколения. Эта проблема на сегодня начинаетзанимать главное место во внутренней политике многих стран в сферемеждународных отношении.
8.1 Экологическая обстановка изначение охраны природной среды в Байкальском регионе
Всем известно, что Байкал являетсясамым большим в мире источником пресной воды, поэтому актуальность сохраненияэкологического баланса в бассейне озера Байкал и его регионе не вызываетсомнения. Не даром озеро Байкал объявлено «ЮНЕСКО» участком мирового природногонаследия, что заставляет нас — жителей Байкальского региона не толькочувствовать гордость за то, что мы живем в таком уникальном месте, но и нестиогромную ответственность за рациональное использование и сохранение природныхресурсов данного региона.
К великому сожалению, на великомозере далеко не все благополучно. И в прошлом и в настоящем всегда были и естьлюди, которые с маниакальной настойчивость стремятся создатьпротивоестественный союз озера Байкал с промышленным комплексом. Позорнымпамятником их усердию стал пресловутый БЦБК, отравляющий вокруг себя воду,воздух и землю. Странный спор о том, насколько сильно выбросы БЦБК влияют наБайкал, по меньшей мере неуместен, поскольку берега Байкала просто не место длянахождения на них каких-либо промышленных объектов. В нынешних условиях, когдана государственном уровне защита природы принесена в жертву весьма сомнительнойэкономической выгоде, экологическая ситуация еще более усугубляется, и нашбандитский капитализм, почуяв поживу, начал проявлять нездоровый интерес кзаповедным территориям. Горят и вырубаются леса в национальных парках,застроены берега некогда жемчужины западного берега Байкала бухты Песчаной,изувечены турбазами берега Малого Моря, пробурены нефтяные скважины в дельтеСеленги. Невиданных размеров достигло браконьерство, полчища вандалов усеиваютберега Байкала мусором...
Поэтому мы, как будущие специалистыдолжны сделать все возможное для сокращения загрязнения окружающей среды, путемвнедрения новых экологически чистых технологий, сокращения до минимумаиспользование технологий, оказывающих негативное воздействие на экологическоесостояние природы региона, смотреть на расширение сельскохозяйственногопроизводства не только с экономической точки зрения, но и сквозь призмуэкологических проблем.
8.2 Экологические проблемыБаргузинского района
На территории Баргузинского районанаходится уникальный заповедник — Баргузинский государственный природныйбиосферный заповедник одним из старейших заповедников России.
Согласно общепринятой схемефизико-географического районирования Забайкалья, территория заповедникаотносится к Прибайкальской гольцово-горнотаежной провинции и Байкальскойозерной котловине, которые входят в состав Байкало-Джугджурской горнотаежнойобласти. Регион отличается сложностью геологического строения и происхождения.
Колоссальная Байкальская впадина,простирающаяся на стыке Байкальского поднятия и Средне-Сибирского плоскогорья,окружена цепью горных хребтов, среди которых Баргузинский отличаетсянаибольшими абсолютными высотами (до 3000 м).
В Баргузинском районе соприкасаютсяразличные типы зональных ландшафтов. Среднесибирская тайга на западе,восточно-сибирские леса из даурской лиственницы на востоке и северо-востоке,монгольская степь и лесостепь на юге, подступая к Байкалу, нередко образуют пеструюмозаику. Возникает своеобразное переплетение широтной зональности ивертикальной поясности, особенно резко проявляющееся в более южных районах.Такой комплекс формируется под сильным влиянием Байкала. Это особенно заметнотам, где Баргузинский хребет вплотную подходит к берегам озера.
На прилегающей территории вальпийском поясе распространены горно-луговые и горно-тундровые почвы, всубальпийском – горно-лесные дерново-перегнойные. В верхней части лесного пояса(до 1400 м) широко развиты горно-лесные подзолистые, отмечены такжегорно-лесные дерново-подзолистые почвы. В нижней части лесного пояса подпологом лиственнично-сосновых лесов развиты почвы перегнойно-подзолистые, взеленомошных кедровниках и в лиственных лесах – перегнойно-подзолистыеглееватые, на прибайкальской равнине на значительной площади –торфяно-болотные.
Зима на побережье продолжается всреднем 166 дней. Из 134 мм зимних осадков около 80% выпадает до января. Высотаснежного покрова на прибрежных равнинах 39-72 см, в среднем около 54 см. В горно-лесном поясе снега выпадает от 62 до 103 см, в субальпийском поясе – от 121 до 189 см, в альпийском – от 158 до 246 см /4/.
Среднесуточные температуры января-22,7°, февраля -22,8°. Продолжительность лета на побережье 79 дней.Безморозный период длится 67 дней. Последние заморозки случаются в июне, первые– в августе. Среднесуточная температура июня 11,8°, августа 12,6".Среднегодовое количество осадков на побережье составляет 407,6 мм. Летом выпадает около 153 мм дождей, большая их часть обычно приходится на вторую половинуиюля и август.
По наблюдениям М.А.Федоровой, с 1955 г. произошло заметное потепление климата. Зима стала короче и мягче. Количество зимних осадковуменьшилось, а летних – увеличилось. Лето стало длиннее примерно на 25 дней.Среднегодовая температура повысилась на 1 градус, но вместе с тем чаще сталинаблюдаться поздне-весенние и летние заморозки. Правда, при выведении среднихмноголетних показателей за весь период наблюдений эти перемены несколькосглаживаются и выступают не столь рельефно, но тенденция от этого не меняется.
Основными проблемами, оказывающиминегативное влияние на экологическую обстановку являются: повсеместная поройнесанкционированная вырубка леса, размещение лесопилок в водоохранных зонах реки водосбора озера Байкал, огромное воздействие на экологию района оказываютнеорганизованный туризм и браконьерство.
8.3 Экологическая характеристикапансионата «Колос» Максимиха Баргузинского района
Объектом моего проектированияявляется туристическая база пансионат «Колос», село Максимиха Баргузинскогорайона, и следовательно находится непосредственно в зоне водосбора озераБайкал. База занимается приемом и размещением туристов, организацией их досугаи отдыха, что оказывает прямое влияние на экологическую обстановку побережьяоз. Байкал, так как пансионат находится в 150 метрах от берега озера.
Среднесуточный расход воды впансионате в летний период колеблется 3000 – 4500 литров в сутки. На территории имеется водозаборная скважина глубиной около 11 метров, оснащенная глубинным насосом, для центрального водоснабжения применяется водонапорнаябашня с высотой опоры 15 метров и объемом бака 10000 литров. Все объекты водоснабжения, согласно нормам СНиП, имеют зоны санитарной охраны дляпредотвращения недопустимого ухудшения качества воды по средствам загрязнения исброса сточных вод.
Канализационные стоки и нечистотыперед сбросом очищаются в специальном накопителе сточных вод.
Горячее водоснабжение осуществляетсяза счет электрокатлов и водонагревателей марки РУСНИТ 230, теплоснабжение – посредствам автономной котельной, что оказывают воздействие на экологическоеравновесие дополнительным нагревом и выделением вредных веществ при сгораниитоплива.
Электроснабжение пансионата –центральное, рядом с территорией находится трансформатор мощностью 65 кВ*А,который создает дополнительный шумовой фон, магнитное поле вокруг и вероятностьутечки трансформаторного масла при замене и в процессе эксплуатации, чтозагрязняет почву, а следовательно и воды Байкала.
Не малый вред экологической частотеБайкала наносят и безответственные нерадивые туристы, которые систематическизагрязняют побережье пластиковым и другим видом мусора, из-за своегобескультурья вырывают, вытаптывают, вырубают редкие виды растений и деревьев,нанося тем самым непоправимый вред флоре и фауне Байкальского региона. Наочистку местности ежегодно БГСХА направляет несколько групп студентов, которыеочищают побережье и территорию пансионата, как весной, так и в процессе летнегофункционирования турбазы.
8.4 Экологическое обоснование проекта
В ходе разработки дипломного проектана тему «Автономное энергоснабжение гостевого дома, пансионата «Колос»», мноюрассчитаны и предложены к внедрению следующие элементы системы автономногоэнергоснабжения:
Гибридная фото-ветро установка, для автономного электроснабженияГостевого дома пансионата «Колос», основным источником энергии, которойявляется ветер – экологически чистый и неисчерпаемый источник энергии.
Выработка электроэнергии с помощьюветра имеет ряд преимуществ:
· Экологическичистое производство без вредных отходов;
· Экономиядефицитного дорогостоящего топлива;
· Доступность;
· Возобновляемость.
Использование данной установкиидеально подходит для туристических баз отдыха находящихся в санитарных иприродоохранных зонах, так как такая установка исключает шумовое иэлектромагнитное воздействие на окружающую природу, решает проблему утилизацииотработанного трансформаторного масла.
Пассивная солнечная система и система солнечных коллекторов,для автономного теплоснабжения гостевого дома.
Система преобразует экологическичистую солнечную энергию в необходимую – тепловую, и является альтернативойкотельным, электрокотлам и прочим водонагревательным установкам.
Внедрение такой системы позволитзначительно снизить выброс в окружающую среду углекислого газа СО2,выделяемого при сгорании органического топлива, сократить потребление природныхресурсов в частности леса на отопительные нужды, решить вопрос доставки ихранения топлива, значительно уменьшить тепловое воздействие котлоагрегатов наприроду побережья.
8.5 Предложения по внедрениюперспективных природоохранных мероприятий
Разработка дипломного проекта натему: «Автономное энергоснабжение гостевого дома, пансионата «Колос»»,выполнена с учетом экологических требований.
Ряд предложений по внедрению перспективныхприродоохранных мероприятий в пансионате «Колос»:
1. Переход от центральногоэлектроснабжения к внедрению экологически чистой фото – ветро установки, чтоисключает шумовое и электромагнитное воздействие на окружающую природу ивероятность загрязнение почвы трансформаторным маслом.
2. Осуществлять горячее водоснабжениеза счет внедрения солнечных коллекторов с теплоносителем – вода, что поэкологической безопасности не входит ни в какое сравнение с водонагревателями иэлектрокотлами.
3. Теплоснабжение помещенийосуществлять по средствам пассивной солнечной системы с теплоносителем воздух,которая по сравнению с автономной котельной полностью исключает выброс ватмосферу вредных веществ, выделяемых при сгорании органического топлива.
4. Предлагаю внедрить установку дляочистки «серых» стоков «СТОК-2», установка рассчитана на переработку стоков изумывальника, ванны, душа. Очищенные стоки пригодны для повторного использованиякак техническая вода и вода для полива.
5. Установить на побережьемусоросборники, с последующей регулярной их очисткой и утилизацией.
6. На территории пансионатаустановить щиты с наглядной агитацией, по сохранению чистоты на побережье,информацией об ответственности за экологическое состояние Байкальского региона.
7. Организовать в летний периодстуденческие бригады по очистке побережья и прибрежной зоны.
8. В график туристической базывключить день охраны окружающей среды, с привлечением отдыхающих к очисткеприбрежной зоны и поощрении наиболее отличившихся.
9. Вовлечь в природоохранную работуместных школьников, />организовав из ихрядов Зеленый патруль, занимающийся сбором мусора и предотвращениемзагрязнения.
10. Руководству пансионата уделятьвнимание не только экономической выгоде, но и экологической обстановкойпобережья после отдыха посетителей турбазы.
На основании вышеприведенного анализаэкологической ситуации на побережье оз. Байкал в районе Максимихи можно сделатьвывод, что наряду с безответственным поведением отдыхающих немаловажный вредокружающей среде наносят трансформаторные подстанции и автономные котельные,обеспечивающие энергоснабжение туристических баз отдыха расположенныхнепосредственно в зоне водосбора озера Байкал.
В дипломном проекте мною предложеновнедрить экологически чистые гибридную фото-ветро установку, пассивнуюсолнечную систему и систему солнечных коллекторов для автономногоэнергоснабжения гостевого дома пансионата «Колос», что значительно улучшит экологическуюобстановку в масштабах побережья и прибрежной зоны.
9. Экономический раздел
9.1 Экономический анализ деятельностипансионата «Колос»
Пансионат «Колос» является базойтуристического отдыха БГСХА, пансионат находится в поселке Максимиха Баргузинскогорайона, в 30 км. от Усть-Баргузина. Его основной вид деятельности — обеспечениеотдыха, оздоровления, психологической разгрузки и восстановление силотдыхающих.
Анализ использования основных средствпансионата «Колос» приведен в табл. 9.1.
Таблица 9.1 Анализ использованияосновных средств пансионата «Колос».Показатели 2004 г 2005 г 2006 г 2006 г в % к 2004 г 1 2 3 4 5 Среднегодовое количество работников, чел. 10 12 12 120 Стоимость валовой продукции в текущих ценах, всего, тыс. руб. 3150 3420 3650 116 Площадь территории пансионата, га 2,73 2,73 2,73 100 Основные производственные фонды, тыс.руб. 7660 7780 8245 107 Фондоотдача (приходится валовой продукции на 1 руб. стоимости основных фондов), руб 0,41 0,43 0,44 108 Фондоемкость (приходится основных фондов на 1 руб. валовой продукции), руб. 2,43 2,27 2,25 93 Фондообеспеченность (приходится основных фондов на 1 га территории), тыс.руб. 2805,9 2850 3020 107,6 Фондовооруженность (приходится основных фондов на одного среднегодового работника), тыс.руб. 766,0 648,3 687,1 89,6
Из табл.9.1. видно, что стоимостьваловой продукции в 2006 году по отношению к 2004 выросло на 13,6 % в связи сувеличением среднемесячного числа отдыхающих, основные производственные фондывыросли на 7 % за счет строительства новых корпусов, соответственно увеличиласьфондоотдача и фондообеспеченность.
9.2 Экономическое обоснование проекта
В виду объявления байкальскогорегиона особой рекреационной зоной, туристический бизнес в республики переходитна новый более высокий уровень. В настоящее время в большинстве туристическихбаз на побережье Байкала техническое состояние гостевых номеров и различногорода оборудования не соответствует современным нормам.
Необходимые средства на обеспечениетурбаз новыми гостевыми номерами и оборудованием, будут выделяться с учетомвнедрения экологически чистых энергоэффективных источников энергии.
Предложенные к внедрению установки,рассчитанные в данном дипломном проекте обеспечат получение относительнодешевой и экологически чистой тепловой и электрической энергии, что приведет ксокращению текущих годовых затрат пансионата и повышение экономическойэффективности производства. Расчет экономической эффективности и срокаокупаемости установок приведен ниже.
9.3 Расчет экономической эффективностииспользования ФВУ
9.3.1 Расчет капитальных затрат
Капитальные затраты на ФВУ дляэлектроснабжения гостевого дома
К3 = СВ + СФ+ СА + СОБ + СМ (9.1.)
где СВ, СФ, СА– стоимость соответственно ветроустановки, фотоэлектрической установки иаккумуляторных батарей, руб.
СОБ – стоимостьэлектрооборудования, руб.
СМ – стоимость монтажа,руб.
КЗ = 75000+40800+14175+15300+9000= 154275 руб.
9.3.2 Расчет текущих затрат
Текущие затраты на проектируемуюустановку находим по формуле:
ТЗ(ПР) = А+Р+ТО+ТР+ЗП; (9.2)
где: А – амортизационные отчисления,руб.
А=0,12*КЗ = 18513 руб.,
Р – релаксация, руб.
Р=0,05*КЗ = 7714 руб.,
ТО, ТР – затраты на техническоеобслуживание и ремонт,
ТО + ТР = 0,08*КЗ = 12342руб.
ЗП – заработная плата, руб.
ТЗ(ПР) = 18513+7714+12342+9600= 48169 руб.
Текущие затраты на традиционноеэлектроснабжение:
ТЗ(ТР) = ТО+ТР+Э (9.3)
где Э – затраты на электроэнергию,руб.
Э = W*ЦЭ (9.4.)
где W – годовое потребление электроэнергии, кВт* ч,
ЦЭ – цена 1 кВт*ч, руб.
Э = 32150*2,69 = 86483,5 руб.
ТО = ЦТ, О.* NТ.О. (9.5.)
где ЦТ, О, — цена одногоусловного текущего осмотра,
NТ.О. – количество текущих осмотров загод.
ТО = 68*12 = 816 руб.
ТР = ЦТ.Р. * NТ.Р. = 1830*0,5 = 915 руб.
ТЗ(ТР) = 86483,5 +816+915= 88215 руб.
9.3.3 Годовая экономия
СЭК = ТЗ(ТР) — ТЗ(ПР), руб. (9.6.)
СЭК = 88215 – 48169 = 40045руб.
9.3.4 Себестоимость 1 кВт*ч
Себестоимость 1 кВт*ч,вырабатываемого ФВУ:
С = ТЗ(ПР) /Q (9.7.)
где Q – годовой отпуск электроэнергии, кВт*ч.
С = 48169/32150 = 1,5 руб.
9.3.5 Рентабельность
R = (CЭК/ ТЗ(ПР) )*100 % = (40045/48169)*100 = 83 %. (9.8.)
9.3.6 Срок окупаемости установки
/>= КЗ / СЭК;год. (9.9.)
/>= 154275/40045 = 3,8 года.
9.4 Расчет экономической эффективностииспользования гелиоустановки
9.4.1 Расчет капитальных затрат
Капитальные затраты на гелиоустановкудля горячего водоснабжения гостевого дома:
К3 = СКОЛ + СБАК+ СМОН + СОБ +СА, руб. (9.10.)
где СКОЛ – стоимостьсолнечных коллекторов, руб.
СБАК – стоимость бакааккумулятора, руб.
СОБ – стоимостьдополнительного оборудования, руб.
СМОН – стоимость монтажа,руб.
СА – стоимость антифриза, руб.
КЗ = 40000+10000+18000+15000+11400= 94400 руб.
9.4.2 Расчет текущих затрат
Текущие затраты на проектируемуюустановку находим по формуле:
ТЗ(ПР) = А+Р+ТО+ТР+Э+ЗП; (9.11.)
где: А – амортизационные отчисления,руб.
А=0,12*КЗ = 11328 руб.,
Р – релаксация, руб.
Р=0,05*КЗ = 4720 руб.,
ТО, ТР – затраты на техническоеобслуживание и ремонт,
ТО + ТР = 0,08*КЗ = 7552руб.
Э – затраты на электроэнергию, руб.
Э = W*ЦЭ = 1674*2,69 = 4503 руб.
ЗП – заработная плата, руб.
ТЗ(ПР) = 11328+4720+7552+4503+2400=30403 руб.
Текущие затраты на традиционноегорячее водоснабжение:
ТЗ(ТР) = СГВС+ТО+ТР+ЗП (9.12.)
где: СГВС – затраты нагорячее водоснабжение, руб.
СГВС = WГВ*Ц, (9.13.)
где: WГВ – нагрузка горячего водоснабжения, 19,8 Гкал.
Ц – цена 1 Гкал, для электрокотла 1,6т.руб./Гкал.
СГВС = 19,8 * 1600 = 31680руб.
ЗП – заработная плата операторакотельной.
ТЗ(ТР) = 31680+4200+24000 = 59880 руб.
9.4.3 Годовая экономия
СЭК = ТЗ(ТР) — ТЗ(ПР) = 59880 – 30403 = 29477 руб.
9.4.4 Себестоимость 1 Гкал
Себестоимость 1Гкал, вырабатываемойгелиосистемой:
С = ТЗ(ПР) /Q, руб. (9.14.)
где Q – годовой отпуск тепловой энергии, Гкал
С = 30403/19,8=1500 руб.
9.4.5 Рентабельность
R = (CЭК/ ТЗ(ПР) )*100 % = (29477/30403)*100 = 96 %
9.4.6 Срок окупаемости установки
/>= КЗ / СЭК = 94400/ 30403 = 3,1 год.
9.5 Расчет экономическойэффективности использования пассивной солнечной системы
9.5.1 Расчет капитальных затрат
Капитальные затраты на ПСС дляотопления гостевого дома:
К3 = СПСС + СОБ+ СМ, руб. (9.15..)
где СПСС – стоимость пассивнойсолнечной системы, руб.
СОБ – стоимостьдополнительного оборудования, руб.
СМ – стоимость монтажа,руб.
КЗ = 98200 + 15000 + 16000= 129200руб.
9.5.2 Расчет текущих затрат
Текущие затраты на проектируемуюустановку находим по формуле:
ТЗ(ПР) = А+Р+ТО+ТР+Э; (9.16.)
где: А – амортизационные отчисления,руб.
А=0,12*КЗ = 15504 руб.,
Р – релаксация, руб.
Р=0,05*КЗ = 6460 руб.,
ТО, ТР – затраты на техническоеобслуживание и ремонт,
ТО + ТР = 0,08*КЗ = 10336руб.
Э – затраты на электроэнергию, руб.
Э = W*ЦЭ = 216*2,69 = 581 руб.
ТЗ(ПР) = 15504 + 6460 + 10336+ 581 = 32868 руб.
Текущие затраты на традиционноеотопление:
ТЗ(ТР) = СОТ+ТО+ТР (9.17.)
где: СОТ – затраты наотопление, руб.
СОТ = WОТ*Ц, (9.18.)
где: WГВ – нагрузка теплоснабжения, 79,9 Гкал.
Ц – цена 1 Гкал, для теплоснабжения914,58 руб./Гкал.
СГВС = 79,9 * 914,58 =73075 руб.
ТЗ(ТР) = 73075 + 8200 =81 275 руб.
9.5.3 Годовая экономия
СЭК = ТЗ(ТР) — ТЗ(ПР) = 81275 – 32868 = 48407 руб.
9.5.4 Себестоимость 1 Гкал
Себестоимость 1Гкал, вырабатываемойпассивной солнечной системой:
С = ТЗ(ПР) /Q, руб. (9.19.)
где Q – годовой отпуск тепловой энергии, Гкал
С = 32868/79,9 = 411 руб.
9.5.4 Рентабельность
R = (CЭК/ ТЗ(ПР) )*100% = (48407/32868)*100 = 147 %
9.5.5 Срок окупаемости установки
/>= КЗ / СЭК = 129200/48407 = 2,7 года.
Заключение
Дальнейшееразвитие традиционной энергетики столкнулось с рядом проблем, основными изкоторых являются:
— экологическаяугроза человечеству;
— быстроеистощение запасов ископаемого топлива;
— значительныйрост цен на электроэнергию (для России).
В этой связи,перспективным направлением в электроэнергетике может быть применениевозобновляемых источников энергии, что подтверждается мировой практикой.
В настоящейработе предложено техническое решение использования ВИЭ для энергоснабжения гостевогодома пансионата «Колос» Максимиха Баргузинского района. В процессе разработкиполучены следующие научно-практические результаты:
— рассчитанагибридная фото-ветро установка для электроснабжения гостевого дома.
— определеныпомесячные нагрузки отопления и горячего водоснабжения.
— рассчитаныпассивная солнечная система и гелиоустановка для теплоснабжения дома, определеноколичество полезного тепла полученного от установок и коэффициент замещениятрадиционной системы теплоснабжения.
— решенынекоторые экономические, экологические задачи и задачи безопасности жизнедеятельности.
По результатамработы можно сделать следующие выводы.
1. В РеспубликеБурятия наиболее перспективны из известных ВИЭ ветер и солнце.
2.Для надежногоавтономного электроснабжения гостевого дома с расчетной нагрузкой P=18,5 кВтнаиболее целесообразно с экономической точки зрения комплексное использованиеветроустановки, солнечной установки и аккумуляторного резерва в сочетании 1,5кВт,0,36кВт и 1340 А×часов соответственно.
3. Дляобеспечения горячего водоснабжения для 11 посетителей гостевого дома достаточногелиоустановки площадью S=10м2, расположенной подуглом 50 градусов и ориентацией на юг.
4. Подтвержденаэффективность и экономичность использования ПСС отопления.
5. Привнедрении экологически чистых ВИЭ на побережье оз. Байкал экологическаяситуация в Байкальском регионе значительно улучшится.
6. Установки наоснове ВИЭ для энергоснабжения жилого дома достаточно экономичны и имеют низкийсрок окупаемости.
Литература
1. А.А. Пястолов, Г.П. Ерошенко «Эксплуатация электрооборудования». –М., Агропромиздат, 1990. – 286 с.
2. «Аккумуляторные батареи. Эксплуатация, техническое обслуживание и ремонт»./ НИИАТ, — М., Транспорт, 1970.
3. Андрианов В. Н. «Электрические машины и аппараты». — М., Колос, 1971.
4. «Атлас Забайкалья». /РГУ, Гл. упр. геодезии и картографии. — М.,1973.
5. Безопасность жизнедеятельности в сельскохозяйственном производстве,Шкрабак В.С., Луковников А.В., и др. – М., Колос, 2002. – 512 с.
6. Б.М. Полуй «Архитектура и градостроительство в суровом климате». – Л.,Стройиздат, 1989. – 300 с.
7. В.И. Баев «Практикум по электрическому освещению и облучению». – М.,Агропромиздат, 1991. – 175 с.
8. В.Т. Тайсаева, Л.Р. Мазаев «Нетрадиционные возобновляемые источникиэнергии. Расчет энергетических показателей». – Улан-Удэ, БГСХА, 2002. – 107 с.
9. В.Т. Тайсаева «Солнечное теплоснабжение в условиях Сибири». – Улан-Удэ,БГСХА, 2003. – 200 с.
10. Г.В. Савицкая «Анализхозяйственной деятельности предприятия». – Минск, 2002. – 704 с.
11. Г.И. Николадзе«Водоснабжение». М., Стройиздат, 1972.- 248 с.
12. ГОСТ 12.1.013 — 78. ССБТ. Строительство. Электробезопасность. Общие требования.
13. ГОСТ 12.1.019 — 79. ССБТ Электробезопасность. Общие требования.
14. ГОСТ 12.1.010 — 76. ССБТ Взрывобезопасность. Общие требования. (СТ СЭВ3617 — 81)
15. ГОСТ 12.1.030 — 81. ССБТ Электрообезопасность. Защитное заземление, зануление.
16. Дж. Твайделл,А. Уэйр. «Возобновляемые источники энергии» (Пер. с англ.). — М.,Энергоатомиздат, 1990.
17. И.Ф. Бородин,Н.И. Кирилин «Основы автоматики и автоматизации производственных процессов». –М., Колос, 1977. – 328 с.
18. Использованиесолнечной энергии для теплоснабжения зданий. / Э. В. Сарнацкий и др. — Киев,Будевильник, 1985.
19. Пилюгина В.В.,Гурьянов В.А. «Применение солнечной и ветровой энергии в сельском хозяйстве». Обзорнаяинф.-М.: ВАСХНИЛ, 1981.
20. Каганов И. Л. Курсовоеи дипломное проектирование. — М., Колос, 1980.
21. Кажинский Б.,Перли С. «Ветроэлектростанции». — М., ДОСААФ, 1966.
22. Кораблев А. Д. «Экономияэнергоресурсов в сельском хозяйстве». — М., Агропромиздат, 1988.
23. Козюменко В.Ф., Дорощук О. Н. «Методические указания по экономическому обоснованию спец.конструкций, разрабатываемых в дипломных проектах, выполняемых на факультетеэлектрификации». — Зерноград, АЧИМСХ, 1993.
24. «Механизация иэлектрификация сельскохозяйственного производства»./ А.П. Тарасенко, В.Н.Солнцев и др. – М., Колос, 2004. – 552 с.
25. Низковольтныеэлектрические аппараты. Справочник. Ч.1. Пускатели, контакторы. — М.,ВНИИстандартэлектро, 1991.
26. «Правилаустройства электроустановок (ПУЭ )»./ Минэнерго СССР. — М., Энергоатомиздат,1985.
27. «Правилатехнической эксплуатации электроустановок потребителей и Правила техникибезопасности при эксплуатации электроустановок потребителей (ПТЭ и ПТБ )». — М., Энергоатомиздат, 1986.
28. «Руководящиематериалы по проектированию электроснабжения сельского хозяйства». — М.,Сельэнергопроект, 1981.
29. «Рабочий проектгостевого дома пансионата «Колос», БурятскаяГСХА им. В.Р.Филиппова». –Улан-Удэ, Бурятгражданпроект, 2006.
30. СНиП II-31-74«Водоснабжение. Наружные сети и сооружения». М., Стройиздат, 1975.
31. «Фотоэлектрическаяэнергетика сельского хозяйства». Стребков Д.С. и др Техника в с. х., N1, 1988.
32. «Электроснабжениесельского хозяйства»./ Будзко И.А., Лещинская Т.Б. и др. – М., Колос, 2000. –536 с.