CC BY
15ИССЛЕДОВАНИЕ ОПТИМАЛЬНОГО ПОЛОЖЕНИЯ ИЗОЛЯЦИИ СТЕНЫ С ТОЧКИ ЗРЕНИЯ МАКСИМАЛЬНОГО ЗАПАЗДЫВАНИЕ ВО ВРЕМЕНИ И МИНИМАЛЬНОГО КОЭФФИЦИЕНТА ЗАТУХАНИЕ ТЕМПЕРАТУРНЫХ КОЛЕБАНИЙ В ПАССИВНЫХ
СИСТЕМАХ СОЛНЕЧНОГО ОТОПЛЕНИЯ
Самиев Камолиддин Аъзамович Шалимов Акбар Содицович
Физико-технический институт НПО «Физика-Солнце» АН РУз
Ташкент, Узбекистан Ахророва Мунира Ибрагимовна
Бухарский инженерно-технологический институт
Бухара, Узбекистан
В рамках данного исследования были проведены исследования по определению оптимального расположения изоляционного слоя на наружных стенах пассивных систем солнечного отопления среди предложенных вариантов с точки зрения запаздывания во времени и коэффициента затухание температурных колебаний.
Ключевые слова: солнечная энергия, запаздывание во времени, коэффициента затухание температурных колебаний, теплопередача, теплопроводность.
ПАССИВ КУЁШ ИСИТИШ ТИЗИМЛАРИДА ВАКТ БУЙИЧА КЕЧИКИШ(Т1МЕ LAG^OT МАКСИМАЛ ВА ТЕМПЕРАТУРА ТЕБРАНИШЛАРИНИ СУНДИРИШ КОЭФФИЦИЕНТИ(DECREMENT FACTOR^^ МИНИМАЛ КИЙМАТЛАРИ НУКТАИ НАЗАРИДАН ТАШКИ ДЕВОРДА ИЗОЛЯЦИЯ УРНИНИ АНИКЛАШ
Мазкур ишда пассив куёш иситиш тизимлари таш;и деворларида изоляция ;атламининг таклиф этилаётган вариантлар орасида оптимал жойлашиши урнини ва;т буйича кечикиш ва температура тебранишларини сундириш коэффициенти ну;таи назаридан оптимал ;ийматини ани;лаш буйича тад;и;отлар олиб борилди.
Калит сузлар: куёш энергияси, температура максимал ;ийматининг ва;т буйича кечикиш, температура тебранишларининг сундириш коэффициенти, исси;лик узатиш, исси;лик утказувчанлик.
INVESTIGATION OF WALL'S OPTIMUM INSULATION POSITION FROM MAXIMUM TIME LAG AND MINIMUM DECREMENT FACTOR POINT OF VIEW IN PASSIVE SYSTEMS
SOLAR HEATING
In this study investigated definition of wall's optimum insulation position from maximum time lag and minimum decrement factor point of view in passive systems solar heating.
Key words: solar energy, time lag, decrement factor, passive system, heat transfer, heat conduction.
Б01:10.24411/2181-0753-2020-10016
Введение. Увеличение объемов строительства жилых домов приведет к соответствующему увеличению количества энергии, необходимой для их обогрева и охлаждения [1].
Используя принципы пассивной системы солнечного отопления, можно значительно снизить количество необходимого тепла [2]. Пассивные системы солнечные отопления отличаются простотой использования и относительно коротким сроком окупаемости с экономической точки зрения [3].
Пассивные системы солнечного отопления построятся в южной ориентации и работают по принципу горячего ящика, то есть солнечное излучение, прошедшей через светопрозрачное ограждение поглощается элементами помещения и следовательно играет важную роль в формировании температурного поля. В среднем 30% теплопотерь в этой системе происходит через внешние стены [2]. Чтобы уменьшить этот вклад, обычно используются теплоизоляционные материалы. В зависимости этого определение оптимальное место размещения изоляционного слоя в наружной стене в пассивных системах солнечного отопление является важной задачей [4-9].
В данной работе исследование проводилось с учетом монтажа изоляционного материала в разных частях стены, с учетом максимального значения запаздывания во времени и минимального значения коэффициента затухания температурных колебаний [8]. Рассмотрены следующие варианты приведенные на рис.1.
Теплотехнические параметры элементов наружных стен, использованных в расчетах, приведены в Табл.1.
Методика. Следующие выражения используются для выполнения вычислений [10]:
дт д2т Р СТг = к—*
где, р,с^- соответственно плотность, удельная теплоемкость и коэффицциент теплопроводности элементов стены; Т- температура; х- время; х- толщина. Граничные условия для уравнения (1):
= (2) к(^)х=1 = К[т5а( г)-тх=ь( 0] (3)
где, Ы, Ьо- соответственно коэффициенты конвективного теплообмена наружной и внутренней части стены; Т8а- температура, возникающая на наружной поверхности стены в результате воздействия солнечного излучения и температуры окружающей среды.
а)
Ь)
Кирпичная кладка
25
Кирпичная кладка
25
С) й)
Рис.1. Варианты наружной стены для расчета запаздывания во времени и коэффициента затухания температурных колебаний (ш- штукатурка; из-
изоляционный слой)
Таб. 1. Тепловые характеристики элементов наружной стены [11]
Название материала Теплопроводнос ть, Вт/м2К Плотность, кг/м3 Удельная теплоемкость, Дж/(кг°С)
Теплоизоляционный слой (пеноплекс) 0.34 29 1650
Штукатурка известковая 0.7 1600 950
Кладка из глиняного обыкновенного кирпича (ГОСТ 530-80) на цементно-песчаном растворе 0.56 1800 880
Запаздывание во времени и коэффициент затухания температурных колебаний определяются следующим образом [10]
Ф _ ТПтах ~ ^ То,тах (4)
уг _ Т%=а,тах~
ТУ=
~Тх=о,тт
-Тг
х=Ь,тах 1 х=Ь,т.1п
(5)
где, Ф- запаздывание во времени; /- коэффициент затухания температурных колебаний; тПтгах- время когда внутренняя поверхность стены достигает максимальной температуры; тТотах- время когда внешняя поверхность стены достигает максимальной температуры; Тх=0,тах , Тх=о1ГП1П- максимальная и минимальная температура внутренней поверхности стены; Тх=1,тах, Тх=1т[П-максимальная и минимальная температура наружной поверхности стены.
Результаты. Моделирование и расчеты выполнены в программном пакете Comsol MultiPhysics5.2 с учетом данных, приведенных на Рис.1 и в Таб.1. Количество конечных элементов - 17, время расчета - 35 секунд. Результаты расчетов представлены на рисунке 2.
«
к и
0,040
0,036
0,032
0,028
=з 0,024 -
0,020 -
к и й
И
Н И и к я к -е--е-
0,016 -
0,012 -
0,008 -
0,004 -
0,000
" коэффициент затухания температурных колебаний " запаздывание во времени
8,6
8,5
-8,4
8,3
8,2
-8,1
8,0
варианты
Рис.2. Результаты расчета определения запаздывания во времени и коэффициента затухания температурных колебаний по вариантам
а
Результаты расчетов показывают, что в варианте d запаздывание во времени максимальное и равно 8.4 часа, а коэффициент затухания температурных колебаний достигает минимального значения 0.003. В варианте d запаздывание во времени на 5% больше, чем в обычной стене (вариант а), а коэффициент затухания температурных колебаний в 11.3 раз ниже. Это означает, что вариант d может быть выбран как оптимальный вариант среди предложенных. Вариант с дал лучший результат, чем варианты a и b соответственно.
Выводы. По результатам расчетов можно отметить, что нанесение изоляционного слоя в целом малоэффективно, за исключением случая его размещения с внешней стороны стены. Среди рассматриваемых вариантов можно порекомендовать вариант d для размещения слоя утеплителя с целью уменьшения тепловых потерь. А также данный вариант наиболее оптимален, так как слой утеплителя устанавливается как внутри, так и снаружи стены сразу. Если невозможно нанести изоляционный слой на внутреннюю и внешнюю поверхность стены, безусловно, предпочтительно использовать вариант с.
Литература:
1. Третье национальное сообщение Республики Узбекистан по рамочной конвенции ООН об изменении климата. Центр гидрометеорологической службы при Кабинете Министров Республики Узбекистан. - Ташкент, 2016, -220с.
2. Авезов Р.Р., Орлов А.Ю. Солнечные системы отопления и горячего водоснабжения. -Ташкент.: Фан, 1988. -288с.
3. Duffle J., Beckman W. "Solar engineering of thermal processes", New York, Wiley, p. 928, 2013.
4. Al-Sanea S.A., Zedan M.F., Al-Hussain S.N. Effect of thermal mass on performance of insulated building walls and the concept of energy savings potential / Applied Energy 89 (2012) 430-442.
5. Asan H., Sancaktar Y.S. Effects of Wall's thermophysical properties on time lag and decrement factor / Energy and Buildings 28 (1998) 159-166.
6. Rossia M., Rocco V. M. External walls design: The role of periodic thermal transmittance and internalareal heat capacity / Energy and Buildings 68 (2014) 732-740.
7. Aste N., Leonforte F., Manfren M., Mazzon M. Thermal inertia and energy efficiency -Parametric simulation assessment on a calibrated case study / Applied Energy 145 (2015) 111-123.
8. Asan H. Investigation of wall's optimum insulation position from maximum time lag and minimum decrement factor point of view / Energy and Buildings 32, 2000. 197-203.
9. Kontoleon K.J., Theodosiou Th.G., Tsikaloudaki K.G. The influence of concrete density and conductivity on walls' thermal inertia parameters under a variety of masonry and insulation placements / Applied Energy 112 (2013) 325-337.
10. Cengel Y.A., Ghajar A.J. Heat and Mass Transfer: Fundamentals & Applications / New York, McGraw-Hill, p. 1208, 2015.
11. http://thermalinfo.ru/svojstva-materialov/strojmaterialy/teploprovodnost-stroitelnyh-materialov-ih-plotnost-i-teploemkost
