CC BY
28
Садыков Жамал Джаббарович -старший преподаватель кафедры«Профессиональное образование», Каршинский государственный университет/. Карши, Узбекистан, E-mail: [email protected]
Холмирзаев Нодир Сулаймонович-кандидат технических наук, доцент кафедры «Физика и методика преподавания физики», Каршинский государственный университет/. Карши, Узбекистан, E-mail: [email protected]
Азимова Шоира Гафуровна-старший преподаватель кафедры «Профессиональное образование», Каршинский государственный университет/. Карши, Узбекистан, E-mail: [email protected]
Mansurov Asror - a senior teacher (associate professor) of the pulpit "Professional education", Karshi state university, Karshi, Uzbekistan, E-mail: [email protected]
Sadykov Zhamal - a senior teacher(associate professor) of the pulpit "Professional education", Karshi state university, Karshi, Uzbekistan, E-mail: [email protected]
Holmirzaev Nodir - candidate of the technical sciences, assistant professor of the pulpit "Physic and methods of the teaching physicists", Karshi state university, Karshi, Uzbekistan, Email: [email protected]
Azimova Shoira - a senior teacher (associate professor) of the pulpit "Professional education", Karshi state university, Karshi, Uzbekistan, E-mail: [email protected]
УДК 662.997
О ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ГЕЛИОТЕПЛИЦ
Халимов Г.Г., Хайриддинов Б.Э., Ураков К.Х., Дамаев Н.К.
Каршинский государственный университет, Карши, Узбекистан
ABOUTINCREASINGOFEFFICIENCYSOLARHOTHOUSE
Halimov G.G., Hayriddinov B.E., UrakovK.H., DamatvN.K.
Karshistateuniversity, Karshi, Uzbekistan
Рассмотрены вопросы эффективного сопряжение показателей коэффициентов ограждения и теплового аккумулирования гелиотеплицы, как функции геометрических параметров и поступления солнечной радиации.
Ключевые слова: гелиотеплица, солнечная радиация, аккумуляция, теплоотдача, теплопроводность.
The Considered questions efficient interfacing the factors factor fence and heat cumulation solar hothouse, as functions geometric parameter and arrivals to solar radiation.
Key words: solar hothouse, solar radiation, cumulation, heat return, conductivity.
Теплицы являются наиболее энергозатратными сооружениями. С повышением цен на углеводородные энергоносители, возрастает актуальность повышения их тепло-технологических показателей. Эффективность конструкции гелиотеплицы определяется её способностью аккумулировать тепло энергии солнечного излучения.
Определяющими энергетическими характеристиками солнечных теплиц являются следующие характеристики:
1) максимальное поступление солнечной радиации в теплицу,
2) минимальные тепловые потери,
3) максимальное аккумулирование тепла энергии солнечного излучения, прошедшего втеплицу.
Важнейшими геометрическими и энергетическими характеристиками гелиотеплиц являются коэффициенты ограждения Кои аккумулирования Ка.
Ко = Fo/ Fп ; Ка= Юек / Юр (1)
где Fo- площадь поверхности ограждения гелиотеплицы;
Fп - площадь поверхности почвы теплицы;
Юш - количество энергии солнечного излучения аккумулируемое в теплице;
ЮпР - количество энергии солнечного излучения, входящей в гелиотеплицу.
Задачей тепловой и геометрической оптимизации гелиотеплицы является максимально эффективное сопряжение параметров коэффициентов ограждения Ко и аккумулирования Ка.
Традиционно гелиотеплицы по длине располагаются в широтном направлении [13]. Поверхности воспринимающие солнечное излучение направлены на юг, северные стены и скаты теплоизолированные (рис. 1).
Высота теплицы от поверхности грунта до низа конструкций теплицы должна быть не менееЛ=2,2 м, ширина пролета не должна превышать Ь=9 м [4]. Угол наклона южных прозрачных скатов определяет количество солнечной радиации, поступающей в теплицу.
Суммарная солнечная радиация, поступающая в теплицу за период инсоляции.
ЮпР= !8пР + IDпр, (2)
где£8пр,Ыпр - сумма, прошедшей в теплицу, прямой и рассеянной солнечной радиации.
^Бпр= ЕБ^ВсхГ; Ыпр = ЮВо, (3)
$1, D - прямая и рассеянная радиация, падающая на прозрачную поверхность теплицы;
В3, Во- коэффициенты светопропускаяния прямой и рассеянной радиации.
Поступление рассеянной радиации Dпрактически мало зависит от угла падения лучей на прозрачные поверхности, в основном зависит от площади поверхности прозрачного ограждения. Поэтому количество прошедшей радиации является функцией прямой радиации $пр,падающей на поверхности прозрачного ограждения, и угла их падения /':
Жпр= (4)
Угол наклона нижнего прозрачного ската принимается в пределах р=45°...60° [1-3]. Как показывают расчеты, при углах наклона до р=60о поступление солнечной радиации за отопительный сезон возрастает, при углах выше р=65о - падает (рис. 2).
Для условий Кашкадарьинской области наиболее оптимальным является р=60о. Угол наклона верхнего южного ската принимается в пределах р1= 25о.50о [1-3].
Определим изменение коэффициента огражения Ков зависимости от геометрических параметров теплицы. Принимаем постоянные значения h=2,2 м; р=60о, Р1=30° Переменные величины: ширина пролета Ь=3...7 м, длина теплицы /=10.30 м.
Коэффициент ограждения будет определяться по формуле (рис. 1):
^ (h + b/cosa + h/sinp)-1 + 2hb + b2 /(2ctga) + h2ctgp
K =-
(b + h - ctgp) -1 , (5)
где h,b,l-высота, ширина пролета и длина теплицы;
р, pi- углы наклона нижнего и верхнего южных прозрачных скатов.
Как видно из рис. 3, с увеличением ширины пролета теплицы в пределах b=5...6 м, коэффициент ограждения Ко резко падает. Увеличение длины теплицы более l =26.28 м мало изменяет значения Ко. Таким образом, в первом приближении, можно рекомендовать ширину пролета b>6 м, длину теплицы ¡>25 м.
Определим изменение коэффициента ограждения Ко в зависимости от угла pi в предалах р1=25°...50°Принимаем высоту скатов ^постоянной (не зависимо от угла pi) при р=30о, которая определяется по формуле:
b b b h =-- tgp, = -- tg30o =- - 0,577 ^ 2 1 2 2 (6)
В этом случае коэффициент ограждения:
(h + hj2 + (b - h/tgp¡)2 + h/cospt + h/cosp)-1 + 2hb + h1b + h2ctgp 0 = (b + h - ctgp) -1 (7)
Как видно из таб. 2, с изменением угла pi коэффициент ограждения Ко изменяется незначительно. Наименьшее значение Ко при pi=30° наибольшее - при pi=50°
Таблица 1
Изменение коэффициента ограждения Ко в зависимости от угла наклона pi
Pi, град 25 30 35 40 45 50
Ко 1,827 1,822 1,825 1,831 1,84 1,85
Для полной геометрической и тепловой характеристики гелиотеплицы, рассмотрим влияние угла наклона р1 верхнего южного ската на соотношение суммы прошедшей солнечной радиации Юпри тепловых потерь в теплице.
С увеличением угла наклона р1 южного ската 1 поступление среднемесячной суммарной солнечной радиации Qnpпадает пропорционально росту угла наклона р1 (рис. 4).
Суммарные теплопотери через верхние скаты определяются суммой теплопотерь через скаты 1 и 3:
Жтп = , (8)
Теплопотери через скаты 1 и 3 определяются по формуле:
ZQы = Щ - , (9)
где К - коэффициент теплопередачи; F - площадь поверхности ската; tв,tн- температура внутреннего и наружноговоздуха; т- время; I = 1 и 3 скаты.
Коэффициент теплопередачи К через ограждения, температуры внутреннего tв и наружного^ воздуха не зависят от угла наклона р1 ската 1. Стеклянные скаты 1 имеют значительно больший коэффициент теплопередачи, чем непрозрачные скаты 3. Поэтому с увеличением ширины Ь1 для ската 1суммарные теплопотери Ю™ возрастают, с
увеличением шириныЬздля ската 3 - падают. Соотношение теплопотерь через скаты можно представить в следующем виде:
К • к К, • Ьз
В1 = К1 • Ь1 + Кз • Ьз ; В3 = К • Ь1 + Кз • Ьз (10)
На рис. 5 показаны графики изменения доли теплопотерь Й1и Взчерез верхние скаты в зависимости от угла наклона южного ската Р1 при средних коэффициентах теплопередачи К1=6,4 Вт/(м2 К) и Кз= 3.4 Вт/(м2 К). Доли теплопотерь В1и Взизменяются пропорционально увеличению угла наклона Р1 (В1 - падает; Вз- возрастает). С ростом коэффициента теплопередчи Кз доля теплопотерь Вз- падает. Функции В1Щ = f (р1) не имеют точек экстремумов.
Таким образом, анализ полученных результатов позволяет сделать следующие выводы. В качестве оптимального варианта геометрии гелиотеплицы можно рекомендовать параметры (рис. 1): ширина пролета Ь>6 м; длина теплицы />25 м; высота несущих конструкций h=2,2 м; угол наклона нижнего южного ската р=60о; угол наклона верхнего южного ската ря30°
Количество тепла, аккумулируемого в конструкции теплицы:
Ю ек ~ Юпр - ю тп 1 (11)
где Ютп - теплопотери в теплице.
Тепло, аккумулированное в теплице, выражается следующей суммой
Ю ек Ю ка +ю та (12)
где £Ота - тепло аккумулируемое в конструкции теплицы и тепловом аккумуляторе.
Тепло аккумулируемое за период инсоляции в конструкции теплицы Ют определяется площадью поверхности грунта и наличием больших массивов в ограждении теплицы.
Количество тепла, аккумулируемое в тепловом аккумуляторе, определяется его теплоаккумулирующей эффективностью: материал, способность поглощения солнечной радиации, объем, место расположения.
В первом приближении требуемый суммарный объём теплоаккумулирующих элементов можно определить из соотношения [9]:
Уа = СаР„ / Ср , (9)
где Суа- удельная теплоемкость теплового аккумулятора, отнесённая к 1 м2 площади прозрачного ограждения, Дж/(м2 К).
Для теплоаккумулирующих элементов Уа из емкостей с водой при удельной теплоёмкости воды Ср=4186 кДж/(м3 К) и Суа=620 кДж/(м2 К)[9], приплощади поверхности прозрачного ограждения Fn=150 м2, объем теплоаккумулирующих элементовсоставляетУа=22,2 м3.
При достаточных значениях массы теплоаккумулирующих элементов вся или почти вся улавливаемая теплоаккумулирующими элементами солнечная энергия полезно используется, устраняется перегрев в теплице, суточные колебания температуры воздуха в теплице сглаживаются.
Ь
Рис. 1. Схема гелиотеплицы:1 и 2 - верхний и нижний лучевоспринимающие скаты; 3 - северный непрозрачный скат; 4 - северная стена
4000 3500 3000 2500 2000 1500
Опр. кДж./(м2 день)
10 11 12 1
месяц
Рис. 2. Среднемесячная суммарная солнечная радиация, поступающая в теплицу наперпендикулярную лучам поверхность Опр в зависимости от угла наклона южного ската р: 1 - р=30о; 2 - р=40о; 3 - р=50о; 4 - р=60о; 5 - р=70о
2
3
4
I. м
Рис. 3. Изменение коэффициента ограждения Ко в зависимостиот ширины пролёта Ьи длины теплицы /:1-Ь=3 м; 2- Ь=4 м; 3- Ь=5 м; 4- Ь=6 м; 5 - Ь=7 м
X XI XII I II III IV
pi о
Рис. 4. Среднемесячная суммарная солнечная радиацияQnр, поступающаячерез южный скат 1
при р1=25...50о
месяц
piоград
Рис. 5. Изменение доли теплопотерь В<и Взчерез верхние скатыв зависимости от угла наклона южного ската pd-южный скат 1 и 2-северный скат 3 при Кз=4Вт/(м2 К); 3-южный скат 1 и 4-северный скат 3 при Кз=3 Вт/(м2 К).
Библиографический список
1. Якубов, Ю. Н. Аккумулирование энергии солнечного излучения. -Ташкент: Фан, 1981, 104 с.
2. Хайриддинов, Б.Э, Садыков, Т.А. Комбинированные гелиотеплицы-сушилки. -Ташкент: Фан, 1992, -184 с.
3. Вардияшвили, А. Б. Теплообмен и гидродинамика в комбинированных солнечных теплицах с субстратом и аккумулированием тепла. -Ташкент: Фан, 1990, 196 с.
4. Теплицы и парники.СНиП 2.10.04-85. -М.: Стройиздат, 1985
5. Болословский, В. Н. Строительная теплофизика. -М.: Высшая школа, 1982, 415 с.
6.Ким, В. Д., Дусяров, А. С., Ким, В. В. Определение коэффициента конвективной теплоотдачи на внешних поверхностях гелиоустановок //Гелиотехника. -Ташкент: Фан, 2004, №2, С. 27-30.
7. Дж. А. Даффи, Бекман, У. А. Тепловые процессы с использованием солнечной энергии. -М.: Мир, 1977, - 420 с.
8. Ким, В.Д., Хайриддинов, Б.Э., Холлиев, Б.Ч. Радиционные и метеорологические режимы Кашкадарьинской области. -Карши: 2000, -73 с.
9. Масса и место размещения теплоаккумулятора. mensh. ru. Построй свой дом. 2006. Bibliograficheskiy spisok
1. Yakubov, Yu. N. Akkumulirovanieenergiisolnechnogoizlucheniya. -Tashkent: Fan, 1981, 104 s.
2. Xayriddinov, B.E, Sadbikov, T.A. Kombinirovannbie gelioteplitsy-sushilki. -Tashkent: Fan, 1992, -184 s.
3. Vardiyashvili, A. B. Teploobmen i gidrodinamika v kombinirovannyx solnechnyx teplitsax s substratom i akkumulirovaniem tepla. -Tashkent: Fan, 1990, 196 s.
4. Teplitsy i parniki.SNiP 2.10.04-85. -M.: Stroyizdat, 1985
5. Boloslovskiy, V. N. Stroitelnaya teplofizika. -M.: Vysshaya shkola, 1982, 415 s.
6.Kim, V. D., Dusyarov, A. S., Kim, V. V. Opredelenie koeffitsienta konvektivnoy teplootdachina vneshnix poverxnostyax gelioustanovok//Geliotexnika. -Tashkent: Fan, 2004, №2, S. 27-30.
7. Dj. A. Daffi, Bekman, U. A. Teplovye protsessbi s ispolzovaniem solnechnoy energii. -M.: Mir, 1977, - 420 s.
8. Kim, V.D., Xayriddinov, B.E., Xolliev B.CH. Raditsionnye i meteorologicheskie rejimy shkadarinskoy oblasti. -Karshi: 2000, -73 s.
9. Massa i mesto razmesheniya teploakkumulyatora. mensh. ru. Postroy svoydom. 2006.
Халимов Гафур Гуламович-кандидат физико-математических наук, доцент кафедры «Профессиональное образование», Каршинский государственный университет/. Карши, Узбекистан, E-mail: [email protected]
Хайриддинов Ботир Эгамбердиевич -доктор технических наук, профессор кафедры «Физика и методика преподавания физики», Каршинский государственный университет/. Карши, Узбекистан, E-mail: [email protected]
Ураков Камолиддин Хушвактович-преподаватель кафедры«Профессиональное образование», Каршинский государственный университет/. Карши, Узбекистан.
Дамаев Нормурод Кумакович-преподаватель кафедры«Профессиональное образование», Каршинский государственный университет/. Карши, Узбекистан
Halimov Gafur - a candidate of the technical sciences, assistant professor of the pulpit "Professional education", Karshi state university, Karshi, Uzbekistan, E-mail: [email protected]
Hayriddinov Botir -doctor of the technical sciences, professor of the pulpit "Physics and methods of the teaching physicists", Karshi state university, Karshi, Uzbekistan, E-mail: [email protected]
Urakov Kamoliddin -a teacher of the pulpit "Professional education", Karshi state university, Karshi, Uzbekistan
Damaev Normurod -a teacher of the pulpit "Professional education", Karshi state university, Karshi, Uzbekistan
