CC BY
23
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТЕПЛОВЫХ ПОТЕРЬ ПОМЕЩЕНИЙ С ИНСОЛЯЦИОННЫМИ ПАССИВНЫМИ СИСТЕМАМИ СОЛНЕЧНОГО ОТОПЛЕНИЯ
1 2 3
Дусяров А.С. , Файзуллаев И.М. , Камолов Б.И. Email: Dusyarov6100@scientifictext.ru
1Дусяров Акмал Саъдуллоевич - кандидат технических наук, доцент, кафедра возобновляемых источников энергии; 2Файзуллаев Ихтиёр Мукимович - старший преподаватель; 3Камолов Бехзод Илхомович - преподаватель, кафедра теплоэнергетики, Каршинский инженерно-экономический институт, г. Карши, Республика Узбекистан
Аннотация: в статье рассмотрено исследование теплотехнических параметров инсоляционных пассивных систем солнечного отопления. Приведены расчетные выражения тепловой эффективности их светопрозрачной стены в здании с системой прямого солнечного обогрева через остекление и сглаживания суточного хода температуры воздушной среды, отапливаемой с помощью инсоляционной пассивной системы солнечного отопления с краткосрочным аккумулятором дневного излишка солнечного тепла, совмещенным с приемниками солнечного излучения и внутрикомнатным отопительным прибором, расположенными внутри помещения около светопроема.
Ключевые слова: солнечный обогрев, потери теплоты, солнечная радиация, гелиоприемник, система, пассивная солнечная отопления, инсоляция, эффективность, аккумулятор тепла.
DETERMINATION OF HEAT LOSSES IN ROOMS WITH INSOLATION PASSIVE SOLAR HEATING SYSTEMS Dusyarov A.S.1, Faizullaev ГМ.2, Kamolov B.I.3
1Dusyarov Akmal Sadulloevich - Candidate of Technical Sciences, Associate Professor, DEPARTMENT OF RENEWABLE ENERGY SOURCES; 2Faizullaev Ikhtiyor Mukimovich - Senior Lecturer; 3Kamolov Bekhzod Ilkhomovich - Teacher, DEPARTMENT OF THERMAL POWER ENGINEERING KARSHI ENGINEERING ECONOMICS INSTITUTE, KARSHI, REPUBLIC OF UZBEKISTAN
Abstract: the article is considered, the study of thermal parameters of insolation passive solar heating systems. Calculated expressions are given for the thermal efficiency of their translucent wall in a building with a direct solar heating system through glazing and smoothing of the daily temperature variation of the air environment heated by means of an insolation passive solar heating system with short-term accumulators of daily surplus solar heat, combined with solar radiation receivers and an indoor heating device, located inside the room near the light opening.
Keywords: solar heating, heat loss, solar radiation, solar collector, system, passive solar heating, insolation, efficiency, heat accumulator.
DOI: 10.24411/2312-8089-2020-12208
Теплопотеры в отапливаемого помещения с системой прямого солнечного обогрева через светопроем могут быть довольно ощутимыми. Коэффициент теплопередачи через однослойное остекление равен 5,6 Вт/(м2-К), при двойном остеклении он снижается до 3 Вт/(м2-К). Если температура воздуха в прослойке между стеной (система «массивная стена») и стеклом +350С, а температура снаружи -150С, то количество теряемой в 1 ч теплоты составляет при однослойном остеклении 280 Вт/м2, а при двойном остеклении 150 Вт/м2. Однако двойное остекление снижает также коэффициент пропускания солнечной радиации, который равен 0,85 для однослойного и 0,72 для двойного остекления. Таким образом, если солнечная радиация, достигшая поглощающей поверхности гелиоприемника, при одинарном остеклении равна 425 Вт/м2, а при двойном - 360 Вт/м2. Двойное остекление можно использовать только с учетом климатических условий. Оно необходимо в местностях с холодным климатом, но не обязательно в условиях мягкой зимы. В любом случае надо иметь ввиду, что снижение солнечного поступления наблюдается только в дневное время, тогда как сокращение теплопотерь происходит постоянно.
Во время солнечной радиации нужно максимально использовать селективно прозрачную защиту в виде остекления, но после захода солнца, чтобы сократить потери теплоты, целесообразно применять для остекленной поверхности трансформируемую непрозрачную теплоизоляцию.
Предложены и продемонстрированы сотни разных решений [1]. Для системы прямого солнечного обогрева простейшим является использование тяжелых штор с плотно закрытым верхним торцом, чтобы перекрыть конвективный поток теплоты между шторой и стеклом. Очень эффективны наружные ставни, скользящие или на петлях. Они должно быть теплоизолированы (по крайней мере, из полистирола толщиной 50 мм или его эквивалента) и быть непроницаемыми для воздуха. В одном остроумном решении использован вентилятор от пылесоса для заполнения пространства между двумя слоями стекла маленькими сферическими гранулами (диаметром около 5 мм) из полистирола. Утром их высасывают обратно и содержат в контейнере в течение дня. Система очень эффективна, но недолговечна.
Наиболее широко используемый вариант пассивного солнечного отопления, системы с инсолируемым обемом - оранжерея. Ее можно рассматривать как видоизмененный вариант системы «массивная стена», где обычное расстояние между стеклом и стеной, равное 100-120 мм, увеличено до 2 м. Это помещение можно использовать как оранжерею - для выращивания растений, но оно служит также и источником теплоты для комнаты, расположенной за ней, за счет либо конвекции, либо замедленной теплопередачи через стену. Действие этой системы очень похоже на действие системы «массивная стена».
Оранжерея - не единственная форма системы с инсолируемым объемом. Это могут быть и остекленные крыльцо или веранда, или какой-то смешанный вариант.
В некоторых небольших зданиях учреждений в качестве инсолируемого пространства использует фойе. Фактически это может быть любое помещение, где возможны большие температурные колебания, чем в жилых помещениях.
В инсоляционных пассивных системах солнечного отопления солнечные лучи проникают в отапливаемые помещения через оконные проемы (обычно увеличенных размеров) и нагревают внутренние ограждения помещения, которые становятся приемниками излучения и аккумуляторами тепла.
Несмотря на самую высокую тепловую эффективность, следует отметить ряд недостатков, свойственных инсоляционным пассивным системам - неустойчивость теплового режима, необходимость применения вспомогательных устройств, снижающих дополнительные теплопотери в ночное время, тепловой и световой дискомфорт в дневное время.
Инсоляционных пассивных системах солнечного отопления с прямым теплопоступлением, как это следует из названия, солнечные лучи, проходящие сквозь
остекления, поглощаются поверхностью внутреннего ограждения и масса всех ограждений является аккумулятором тепла. Отличительной особенностью инсоляционных пассивных систем солнечного отопления по сравнению с другими заключается в том, что тепловые потери отапливаемого помещения являются функцией площади поверхности светопроема, через который солнечные лучи поступают в помещение [2, 3].
Общие теплопотери помещения (От6) рассматриваются как сумма двух составляющих: тепловые потери южной стены помещения со светопроемом, как переменные в зависимости от площади светопроема (Qmn ) и тепловые потери через остальные ограждения помещений (западная, восточная и северные стены, пол, потолок) [3] как постоянные (ООО )
Qoб = QЮC,C + . (1)
х-^тп х-^тп х--тп 4 '
Значение ОЮП„с составляет из тепловых потерь через светопроем помещения (ОШП ) и остальные глухие ограждения южной стены помещения (), т.е.
0юс'с = 0сп + 0°гп. (2) Значения 0СПп и ООП в (2), определяются из выражений
Осп = рспт.сп I / ). (3)
^тп п тп \ пп нв / > ^ *
ООО = РЮскЮ:{1пП + гт), (4) рпсп - площадь поверхности светопроема помещения; к^ - коэффициент
ггюс
тепловых потерь через светопроем южной стены помещения; ггп - площадь поверхности глухие ограждения южной стены помещения; кЮ° -коэффициент тепловых потерь через глухие ограждения южной стены помещения; 1пп -температура воздушной среды отапливаемого помещения; - температура
наружного воздуха [4-7]. Тогда
Кс = Кп + Кс. (5)
Где РпЮс - общая площадь поверхности южной стены помещения.
Согласно с результатами расчетов по определению постоянной составляющей теплопотерь отапливаемого помещения с инсоляционной пассивной системой
солнечного отопления (табл. 1), значение От6 для отапливаемого помещения
составляет 1601,48-(353,91+195,76)=1051,81 Вт. При Хоп = 18°С и гж =-13°С (для
Вт Вт
г. Карши), при к2 = 2,91 , кЮс = 1,29-—;, ¥Юс = 11,02 м2
м • С м • С
выражение (1) с учетом (2) и ( 4) может быть представлено в виде функции от Е^1,
т.е.
Отб = 1051,81 + 90,21Гп + 39,99^ - Есп), Вт (6)
¿-■тп , ? п ?\п п/'
или
ОтП = 1051,81 + 50,22^сп + 39,99^пюс, Вт. (7)
г^-тп ? ? п ? п > ^ '
Согласно с этим для удельных теплопотерь с отнесением к разности температур ton ~tнв = 18 — (— 13)=—31,0°C) для отапливаемого помещения можно использовать выражение
Поб D
q = Qm = 33,93 +1,62Fm + 1,29Рюс, —. (8)
1тп t_t п ' п ' 0р v '
оп нв С
Таблица 1. Расчет тепловых потерь через наружные ограждения отапливаемого помещения с инсоляционной пассивной системой солнечного отопления при t = 18о С
Характеристика помещения Коэффициент теплопередачи, Вт м2 -°С Расчетная наружная температура, °С Основные тепло-потери, Вт Добавки к тепловым потерям Общие расчетные тепло-потери, Вт
Наименование Ориентация по сторонам света Площадь, м2
Н с З 7.50 1.29 -13 299.93 1.05 314.93
Н с С 9.03 1.29 -13 361.11 1.15 415.28
Н с Ю 8.85 1.29 -13 353.91 - 353.91
Д о Ю 2.17 2.91 -13 195.76 - 195.76
В с 4.71 2.02 9.6 79.92 104.10 79.92
В д 1.62 2.90 9.6 39.46 - 39.46
Пл 9.11 0.35 -13 100.12 - 100.12
Пт 9.11 0.45 -13 127.63 0.8 102.1
605.53 Итого 1601.48
Н с - наружная стена; Д о - двухслойное окно; В н - внутренняя стена; О д - одинарная дверь; Пл - пол; Пт - потолок; З - запад; С - север; Ю - юг; В - восток.
реп
Зависимые отношения между qтn от —п— при Рпол = 6,85 м2 для помещения, в
пол
котором проводился эксперимент, приведены на рис. 1.
Рие. 1. Зависимые отношения между удельной тепловой характеристикой помещения, отапливаемого с помощью инсоляционной пассивной солнечной системы (дтп¥^), от
отношения Рпп .
рсп
Из рис. 1. видно, что зависимость между д V и п линейное отношение [5].
F
пол
Поэтому ее можно представить в виде уравнения,
, ч рсп Вт (аГ ) = 48,15 +14,22-^-, -. (9)
\1тп / ' ' Т7 ° Г^
рпол С
В зависимости от фактической температуры окружающей среды, суточное ( Хс = 24час) тепловые потери помещения на основе (8) и (9) могут быть определены из выражения
/-лсут _
¿^тп
С
48,15 +14,22- "
F
пол J
(о—tr k. (Ю)
—сут
tm -среднесуточная температура наружного воздуха.
Результаты показывают, что в инсоляционных пассивных системах солнечного
отопления, по сравнению с другими, общие тепловые потери отапливаемого
помещения являются функцией площади светопроема, которая поступает в
помещение солнечное излучение.
Список литературы /References
1. Дусяров А.С., Авезов Р.Р. Оптимальный угол наклона к горизонту трансформируемого рефлектора пассивных систем солнечного отопления // Гелиотехника, 2000. № 1. Ст. 60-63.
2. Дусяров А.С., Авезов Р.Р. Температурный режим помещения с рефлекторной пассивной системой солнечного отопления и аккумулятором тепла // Гелиотехника, 2000. № 4. С. 50-54.
3. Дусяров А.С. Расчет теплозащитного эффекта применения шарнирно-трансформируемого рефлектора для дополнительной теплоизоляции поверхности светопроема ночью. // Гелиотехника, 2004. № 4. С. 88-91.
4. Дусяров А.С. Расчет тепловых потерь помещений с инсоляционной пассивной системой солнечного отопления. // Гелиотехника, 2002. № 4. С. 93-95.
5. Uzakov G.N., Toshmamatov B.M., Kodirov I.N., Shomuratova S.M. On the efficiency of using solar energy for the thermal processing of municipal solid waste. Journal of critical reviews. ISSN- 2394-5125. VOL. 7, ISSUE 05, 2020.
6. Аллаёрова Г.Х., Тошмаматов Б.М., Узаков Г.Н. Расчет экономической эффективности системы горячего водоснабжения с использованием плоского солнечного коллектораю Молодой ученый, Международный научный журнал, Россия, № 2 (240) / 2019, 15-17 С.
7. Toshmamatov B.M., Uzakov G.N., Shomuratova S.M., Temirova L.Z., "Calculation of energy efficiency of the solar installation for the processing of municipal solid waste", International Journal of Advanced Research in Science, Engineering and Technology, Vol. 6, Issue 12, pp 12097-12102, December 2019, India.
