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ENCICLOPEDIA DELLA RADIOELETTRONICA ED ELETTRICA Impianti solari per il riscaldamento dell'acqua. Efficienza economica degli impianti solari termici. Enciclopedia dell'elettronica radio e dell'ingegneria elettrica
Enciclopedia della radioelettronica e dell'elettrotecnica / Fonti di energia alternative I valori ottimali dei parametri degli impianti solari termici e le loro aree di utilizzo dipendono in larga misura dagli investimenti di capitale in questi sistemi, che sono costituiti dai costi dei singoli elementi. Negli impianti solari, solo il collettore solare è un elemento fuori standard che, secondo varie stime, può rappresentare fino al 60% del costo dell'intero impianto. Pertanto, l'efficienza economica dell'utilizzo dell'energia solare nei sistemi di fornitura di calore è in gran parte determinata dal costo di un collettore solare, che dipende dalla scala di produzione, dai materiali utilizzati nella fabbricazione, dalle caratteristiche del design e dall'area di utilizzo. Per la produzione di collettori solari vengono utilizzati materiali come acciaio, alluminio, plastica e vari tipi di isolamento. Ciascuno di questi materiali presenta determinati vantaggi e svantaggi. Recentemente, per la fabbricazione di collettori, sono stati sempre più utilizzati materiali polimerici (fibra di vetro, poliacrilati, cloruri di polivinile, poliammidi, ecc.), che sono più leggeri ed economici dei metalli, più resistenti alla corrosione, non soggetti a distruzione durante il congelamento e forniscono grandi opportunità di costruzione. Questi materiali hanno una resistenza sufficiente alle influenze termiche e atmosferiche e durata (durata utile fino a 15 anni). Sono inoltre in corso ricerche sull'utilizzo della gomma estrusa e del calcestruzzo alleggerito. In condizioni di produzione sperimentale, il costo specifico del collettore può variare ampiamente fino a 100-300 rubli/m2. In questo caso, quando si valuta l'efficienza economica comparativa di un impianto solare e di una fonte di calore tradizionale, viene violata la comparabilità delle opzioni in base alle condizioni di produzione delle apparecchiature. Pertanto, è interessante stimare il possibile costo unitario di un collettore solare in produzione in serie sulla base della tecnologia esistente per la produzione di apparecchiature simili (radiatori di riscaldamento in acciaio, scambiatori di calore a piastre). I risultati della valutazione del costo unitario di un collettore solare in condizioni di produzione in serie utilizzando vari materiali sono presentati in Tabella. 3.3. Come si può vedere dalla tabella, il costo unitario di un collettore solare di tipo piatto, a seconda del design e dei materiali utilizzati, varia da 10 a 40 rubli/m2. Il costo più basso è un collettore solare in plastica, il più alto è un collettore in una custodia di alluminio con un pannello assorbente in alluminio. Va notato l'elevata producibilità del collettore in materiali polimerici e costi di manodopera 1,5-2 volte inferiori per la sua fabbricazione rispetto alle stesse caratteristiche delle strutture metalliche (costi di manodopera per la produzione di collettori solari di tipo piatto, presentati nella Tabella 3.3 , media 2 -4 persone*h/m2). La tabella mostra le masse dei collettori solari. La massa più grande ha un collettore in acciaio basato su un radiatore di riscaldamento in acciaio del tipo RSG. Tabella 3.3. Costo unitario dei collettori solari
L'uso di un rivestimento a due vetri comporta un aumento del costo specifico del collettore entro 1-2 rubli/m2 e un aumento della massa del collettore di 7-8 kg/m2 (con uno spessore del vetro di 3 mm ). Di grande importanza è la capacità termica del collettore, che determina la quantità di calore utilizzata per riscaldare il collettore alla temperatura di esercizio dopo il raffreddamento durante la notte. I collettori contenenti elementi in plastica hanno la capacità termica più bassa. Sono inoltre caratterizzati da peso e costo inferiori. Per ridurre la quantità di calore utilizzata per riscaldare il collettore solare e creare impianti ad alta efficienza, è necessario cercare di ridurre le caratteristiche di massa e utilizzare elementi di materiali a bassa capacità termica. A tavola. 3.4 mostra la struttura del costo unitario di un collettore solare di tipo piano, calcolato per voci di costo. Tabella 3.4. La struttura del costo unitario di un collettore solare piatto
Nella struttura del costo unitario di un collettore solare, il 40-60% del costo ricade sul costo di un pannello assorbente (un valore maggiore si applica a un pannello in alluminio), circa il 10% - su vetri, isolamento, montaggio , il resto - sul corpo del collettore. L'efficienza termica di un collettore solare è determinata dalla sua efficienza, che può variare notevolmente a seconda del progetto e delle condizioni operative. Un aumento dell'efficienza del collettore, soprattutto con una significativa differenza di temperatura tra il liquido riscaldato e l'ambiente, come accennato in precedenza, raramente può essere ottenuto senza complicarne la progettazione, il che porta ad un aumento del costo unitario. Uno dei modi per migliorare le caratteristiche dei collettori piani è l'elaborazione della superficie assorbente, la creazione di una superficie selettiva per ridurne l'emissività nella parte a lunghezza d'onda lunga dello spettro senza una significativa diminuzione dell'assorbenza in la gamma di lunghezze d'onda corte. Come rivestimenti selettivi, vengono spesso utilizzati rame ossidato, nichel nero, cromo nero, il cui utilizzo è giustificato solo per collettori che operano a temperature superiori a 333 K. Secondo alcuni autori, l'uso di rivestimenti selettivi provoca un aumento del costo di rivestendo la superficie assorbente del collettore di 3-4 volte, rispetto a un rivestimento a base di inchiostro nero. Pertanto, ci si può aspettare che l'uso del rivestimento selettivo basato su tecnologie a basso costo esistenti porti ad un aumento del costo unitario del collettore di 2-4 rubli/m2. L'uso di rivestimenti selettivi a base di nichel nero, cromo e altri elementi può portare ad un aumento del costo unitario di 20-30 rubli/m2. Un altro modo per aumentare l'efficienza termica di un collettore piano consiste nell'utilizzare collettori sottovuoto. Utilizzando la tecnologia di produzione di lampade fluorescenti sottovuoto del tipo LB con uno strato riflettente per creare tali collettori, si può prevedere che il costo specifico del collettore sarà di 50-70 rubli/m2 (in condizioni di produzione in serie). La perfezione termotecnica del collettore solare è determinata dal valore del rapporto In futuro, con il miglioramento della tecnologia di produzione di collettori solari di vario tipo, una diminuzione del loro costo unitario e un aumento dei costi di chiusura per il combustibile organico, le aree di efficienza economica dell'uso di design più avanzati si espanderanno. Con un costo specifico del collettore di 18-22 rubli / m2 (questo corrisponde al livello di costo del tipo più comune di collettore solare - basato su un radiatore di riscaldamento CC), la struttura dei costi,%, nel sistema di fornitura di calore solare in media per gli edifici residenziali è riportato in Tabella. 3.5. Tabella 3.5. Struttura dei costi,%
Nota. Numeratore - valori per impianti di acqua calda, denominatore - per impianti combinati (riscaldamento e fornitura di acqua calda). L'aumento del costo di un impianto di fornitura di calore dovuto alla realizzazione di un impianto solare può variare per gli impianti ad acqua calda entro il 5-15%, con un valore inferiore per gli edifici di più piani. Per i sistemi combinati, l'aumento medio del prezzo è del 20-30%. Il costo dei lavori di costruzione comprende la preparazione di un territorio o di una piattaforma sul tetto di un edificio per collettori solari, un locale caldaia, serbatoi, scambiatori di calore, la costruzione di strutture portanti, l'isolamento termico delle apparecchiature e altri lavori. Il costo della creazione di strutture di supporto è in media dell'8-15% del costo dell'intera installazione ed è incluso nel costo dei lavori di costruzione. In generale, circa il 40-50% del costo totale degli impianti solari termici è rappresentato da lavori edili e idraulici. Ciò indica riserve significative per la riduzione dei costi di capitale, che possono essere realizzate nella fase di progettazione e installazione di elementi dell'impianto solare. I sistemi di fornitura di calore solare avranno il minor investimento di capitale quando i collettori solari sono combinati con le strutture dei tetti e delle pareti dell'edificio, il sistema di automazione è semplificato, le comunicazioni sono ridotte durante il trasporto del refrigerante, ecc. Autore: Magomedov A.M.
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Minore è questo rapporto, maggiore è l'efficienza del collettore. Tuttavia, un aumento dell'efficienza e quindi una diminuzione 
il più delle volte associato alla complicazione del progetto e all'aumento del suo costo specifico.
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