Научная статья на тему 'ОЦЕНКА ВОЗМОЖНОСТИ СОЛНЕЧНОГО ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ВОЗДУШНОГО ТЕПЛОВОГО НАСОСА'

ОЦЕНКА ВОЗМОЖНОСТИ СОЛНЕЧНОГО ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ВОЗДУШНОГО ТЕПЛОВОГО НАСОСА Текст научной статьи по специальности «Строительство и архитектура»

CC BY
64
15
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНЫЙ ДОМ / ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЕ / СОЛНЕЧНАЯ РАДИАЦИЯ / ПАССИВНЫЙ ДОМ / ОТОПЛЕНИЕ

Аннотация научной статьи по строительству и архитектуре, автор научной работы — Тарасова Е. В., Коротынская В. С.

Солнечная энергия является одним из источников возобновляемой энергии, однако на территории России в холодный период года использование солнечной энергии затруднено из-за низких температур наружного воздуха. Целью данной статьи является анализ возможности энергосбережения для индивидуального жилого дома в городе Владивостоке при использовании накопления солнечной энергии в пристройке-теплице и теплового насоса для передачи теплоты в систему отопления. Широта города 43°, однако, расчетная температура для проектирования отопления составляет -22 °С, что сильно затрудняет использование солнечной теплоты. Анализируется возможность накопления низкопотенциальной теплоты в специально оборудованной пристройке (теплице) для преобразования тепловым воздушно-водяным насосом, чтобы в дальнейшем использовать для нужд отопления. В качестве материала отделки пристройки были рассмотрены две конструкции: двухслойный поликарбонат с воздушной прослойкой и энергосберегающий стеклопакет. Расчет показал, что в самый холодный месяц - январь потенциал солнечной тепловой энергии составляет 14-37 % от необходимой потребности в теплоте в зависимости от применяемого в конструкции пристройки материала. В марте и апреле образуется излишек теплоты, который может быть использован для нужд горячего водоснабжения. Таким образом, для индивидуального жилого дома использование солнечной теплоты, аккумулированной в пристройке-теплице актуально в качестве дополнительного источника теплоты для системы отопления.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

ASSESSMENT OF THE POSSIBILITY OF SOLAR HEAT SUPPLY USING AN AIR HEAT PUMP

Solar energy is one of the sources of renewable energy. However, during the cold season in Russia, the use of solar energy is difficult due to low outdoor air temperatures. The purpose of this article is to analyze the possibility of energy saving when using solar energy for the heating system of an individual residential building in Vladivostok. The latitude of the city is 43 °, but the estimated temperature for the design of heating is -22 ° C. This greatly complicates the use of solar heat. The possibility of accumulation of low-potential heat in a specially equipped outhouse (greenhouse) for conversion by a thermal air-water pump is analyzed in order to use it for heating needs in the future. Two constructions are considered as the finishing material of the extension: a two-layer polycarbonate with an air layer and an energy-saving double-glazed window. The calculation shows that in the coldest month is January, the potential of solar thermal energy is 14 %-37 % of the required heat demand, depending on the material used in the construction of the extension. In March and April, excess heat is generated. It can be used for hot water supply needs. Thus, for an individual residential building, the use of solar heat accumulated in a greenhouse extension is relevant as an additional source of heat for the heating system.

Текст научной работы на тему «ОЦЕНКА ВОЗМОЖНОСТИ СОЛНЕЧНОГО ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ВОЗДУШНОГО ТЕПЛОВОГО НАСОСА»

DOI: 10.34031/2071-7318-2022-7-10-41-48 *Тарасова Е.В., Коротынская В.С.

Дальневосточный Федеральный университет *E-mail: korotynskaia.vs@students.dvfu.ru

ОЦЕНКА ВОЗМОЖНОСТИ СОЛНЕЧНОГО ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ВОЗДУШНОГО ТЕПЛОВОГО НАСОСА

Аннотация. Солнечная энергия является одним из источников возобновляемой энергии, однако на территории России в холодный период года использование солнечной энергии затруднено из-за низких температур наружного воздуха. Целью данной статьи является анализ возможности энергосбережения для индивидуального жилого дома в городе Владивостоке при использовании накопления солнечной энергии в пристройке-теплице и теплового насоса для передачи теплоты в систему отопления. Широта города 43°, однако, расчетная температура для проектирования отопления составляет -22 °С, что сильно затрудняет использование солнечной теплоты. Анализируется возможность накопления низкопотенциальной теплоты в специально оборудованной пристройке (теплице) для преобразования тепловым воздушно-водяным насосом, чтобы в дальнейшем использовать для нужд отопления. В качестве материала отделки пристройки были рассмотрены две конструкции: двухслойный поликарбонат с воздушной прослойкой и энергосберегающий стеклопакет. Расчет показал, что в самый холодный месяц - январь потенциал солнечной тепловой энергии составляет 14-37 % от необходимой потребности в теплоте в зависимости от применяемого в конструкции пристройки материала. В марте и апреле образуется излишек теплоты, который может быть использован для нужд горячего водоснабжения. Таким образом, для индивидуального жилого дома использование солнечной теплоты, аккумулированной в пристройке-теплице актуально в качестве дополнительного источника теплоты для системы отопления.

Ключевые слова: энергоэффективный дом, энергосбережение, солнечная радиация, пассивный дом, отопление.

Введение. Использование солнечной энергии для нагрева теплоносителя для удовлетворения потребности в отоплении становится все более популярным. Связано это в том числе со стремительным сокращением природных ресурсов планеты и, как следствие, ростом цен на ископаемое топливо [1]. Впервые нагреть воду с помощью солнца попытался швейцарский ботаник Орас Бенедикт де Соссюр в 1767 году [2]. С тех пор технология претерпела ряд изменений и была значительно улучшена. На сегодняшний день распространено использование солнечной энергии для строительства энергоэффективного или пассивного домов [3]. Примером такого дома может служить дом Нордендрф. При его проектировании было учтено множество факторов, которые могут повлиять на его экономичность. Так, он сориентирован балконами и террасами на южную сторону, чтобы солнечное тепло могло максимально проникать внутрь, в то время как с северной стороны остекление весьма незначительное [4]. Существует множество примеров не только строительства новых пассивных домов, но и реконструкции старых неэкономичных зданий с применением основных принципов энергоэффективности по всему миру [5]. Довольно распространена практика использования воздушных солнечных коллекторов и других способов аккумулирования солнечной теплоты для повышения энергетической эффективности домов [6].

Однако, стоит отметить, что эффективность солнечного отопления напрямую зависит от угла падения солнечных лучей. Так, разработаны технологии, позволяющие следовать углу падения солнечных лучей в течение года [7] или суток [8].

Идея использовать дополнительные пристройки для накопления солнечного тепла и его дальнейшего использования в темное время суток давно описывается в научных работах [9, 10]. Также обязательным условием при проектировании пассивного дома является использование рекуперации [11]. Тепловые насосы позволяют собрать и сохранить максимум энергии, полученной от солнца [12]. Так, в научной работе был рассмотрен двухэтажный каркасный дом с пристроенной теплицей. Для передачи тепла от пристройки к северной стене используют систему труб с водой в качестве теплоносителя [13].

Объект и задачи исследования. В данной статье объектом исследования является частный жилой дом с возможностью частичного удовлетворения нужд отопления накопленной солнечной энергией, собираемой тепловым насосом в пристройке-теплице.

Поставлены следующие задачи: определить теплотехнические показатели исследуемого объекта; произвести расчет теплопоступлений от солнечной радиации в теплицу для каждого ме-

сяца отопительного периода; оценить эффективности использования теплоты солнечной радиации.

Методика. Проводится анализ результатов расчета поступления солнечной радиации в объем пристройки и сравнение с расчетной нагрузкой по отоплению.

Основная часть. Описание объекта:

а) место строительства - г. Владивосток (зона влажности - нормальная);

б) назначение здания - жилое, температура внутреннего воздуха tв = 20 °С;

в) высота здания - 8,2 м, количество этажей - 2, общая площадь - 95 м2 ;

д) расчетные параметры наружного воздуха, для проектирования отопления: температура воздуха наиболее холодной пятидневки обеспечен-

Поверхностная плотность по

ностью 0,92 t5H = -22 °С, продолжительность периода со среднесуточной температурой <8 °С Zcxnep =199 сут., средняя температура за этот период и.пер = -4,3 °С;

е) размеры теплицы 3^6,4 м, кровля имеет уклон 20°, высота в месте примыкания к дому h = 3,8 м (рис. 1);

г) данные по плотности потока солнечной радиации в г. Владивостоке были получены из исследований NASA (табл. 1). На соответствующем сайте были заданы координаты города Владивостока и получены данные о рассеянной и суммарной солнечной радиации на горизонтальную поверхность.

В качестве основного материала стен жилого дома принят полистиролбетон (рис. 2).

Таблица 1

:а солнечной радиации, Вт/м2

Параметр ноябрь декабрь январь февраль март апрель

Поверхностная плотность потока прямой солнечной радиации 1680 1530 1870 2730 3270 3180

Поверхностная плотность потока рассеянной солнечной радиации 650 450 480 680 1180 1830

Рис. 1. План первого этажа с пристройкой

Асбестоцементная Полистиролбетон марки 250, =0,09 Вт/(м2-°С) / Асбестоцементная

несъемная опалубка, X =0,26 Вт/(м2*°С) несъемная опалубка, 'К -0,26 Вт/(м2*°С)

12 // 400 / 12

Рис. 2. Теплотехнические показатели проектируемого ограждения из полистиролбетона

Выполнен теплотехнический расчет стены с учетом неоднородностей. В качестве теплотехнических неоднородностей приняты элементы навесного вентилируемого фасада: саморезы длиной 70 мм и диаметром 4,2 мм, деревянный брус с размерами сечения 50^50 мм. На 1 м2 стены приходится 4 элемента теплотехнической неоднородности. Требуемое сопротивление теплопередачи RoP=3,092 м2°С/Вт. Осредненное по площади условное сопротивление теплопередаче RgCЛ = 4,74 (м2°С)/Вт, приведенное сопротивление теплопередаче глухой (без проемов) стены с НФС RoP = 4,42 (м2°С)/Вт, коэффициент теплотехнической неоднородности составил 0,93.

Произведен расчет теплопотерь для месяцев года со среднемесячной температурой ниже 8 °С (табл. 2). Теплопотери разделены на 2 части: через ограждающие конструкции - Qогр и расход теплоты на нагрев вентиляционного воздуха Qвент. При расчетной температуре ^=-22 °С Qогр составили 5460 Вт.

Потребность теплоты на подогрев вентиляционного воздуха определена при норме 3 м3/ч на м2 жилой площади дома. Требуемый расход приточного вентиляционного воздуха - 241 м3/ч, минимально требуемый расход вытяжного воздуха 165 м3/ч. По балансу расход вытяжного воздуха

увеличен до 216 м3/ч. Система вентиляции принята механическая как наиболее надежная и обеспечивающая устойчивый воздухообмен. Для сокращения тепловой нагрузки на подогрев приточного воздуха принято использовать пластинчатый рекуператор в приточно-вытяжной установке как одно из наиболее эффективных решений по экономии энергоресурсов для жилых домов [14]. Подобрана приточно-вытяжная установка c мембранным рекуператором Royal clima серия SOFFIO Uno модель RCS-350-U. Максимальный расход воздуха 319 м3/ч. При минимальной эффективности рекуперации (из технических характеристик эффективность рекуператора составляет 68-84 %) при расчетной температуре расход тепла на подогрев приточного воздуха снизится с 3433 до 1128 Вт.

Удельная характеристика расхода тепловой энергии на отопление и вентиляцию составляет 0,519 Вт/(м3°С), и, соответственно, частный жилой дом отвечает требованиям энергетической эффективности зданий согласно приказу №1550/пр от 17 ноября 2017г. «Об утверждении Требований энергетической эффективности зданий, строений, сооружений».

Результаты расчетов также представлены на рисунке 3.

Таблица 2

Теплопотери через ограждающие конструкции и вентиляцию

Параметр Месяц

ноябрь декабрь январь февраль март апрель

Среднемесячная температура, °С -0,9 -9,5 12,6 -9,1 -2,1 4,8

Qогр, Вт 625,80 1263,61 1493,52 1233,94 722,41 185,06

Qвент без рекуперации, Вт 1708,2 2411,1 2664,5 2378,4 1806 1242,3

Qвент с рекуперацией, Вт 461,1 732,9 830,8 720,2 499,0 281,0

Эффективность рекуперации, Вт 1247,1 1678,2 1833,6 1658,2 1307,3 961,4

Рис. 3. Диаграмма, отражающая теплопотери через ограждающие конструкции и вентиляцию с применением и

без применения рекуперации

Расчет теплопоступлений от солнечной радиации в теплицу. Пристройка представляет из себя прямоугольное в плане помещение, имеющее одну общую стену с домом. Остальные три стены и крыша выполнены из светопрозрачных конструкций. Размеры пристройки в плане 6,4^3 м. Высота: от 2,7 м до 3,8 м. Угол наклона крыши пристройки составляет 20°.

Рассмотрено два варианта конструкций:

- теплица из поликарбоната;

- теплица из энергосберегающего стеклопа-кета.

Сопротивление теплопередаче для поликарбоната составляет 0,727 м2°С/Вт, для энергосберегающего стеклопакета 1,56 м2°С/Вт.

Для расчета потока солнечной радиации на наклонную поверхность принята методика, основанная на общеизвестных зависимостях [15]. Вычислена прямая и рассеянная радиация за каждый час светового дня в каждом месяце года на горизонтальную и наклонную поверхности по четырем сторонам ориентации здания (по Ю-З, С-З, СВ и Ю-В направлениям). Интенсивность солнечной радиации у земли на произвольно наклоненную поверхность, Вт/м2 [16]:

ip - sm[Ebsa • ^1пф • sin 5 + ЕС^ф • Ebs 5 • Ebsü) + • ^шф • sin 5 + ЕС^ф • Ebs 5 •

Ebsü)--sin 5 • sinф] + sinVn • Ebs 5 • sinü}],

(1)

где sm - интенсивность солнечной радиации у земной поверхности на горизонтальную поверхность, Вт/м2, за расчетный час; ф — широта, рад.; 5 - склонение Солнца, рад.; П - часовой угол Солнца в данный момент времени, отсчитываемый от момента истинного полудня, рад; а - угол наклона солнечной поверхности к горизонту, рад (рис. 4).

- азимут поверхности, измеряется как угол между нормалью к поверхности и направлением на юг, рад.

На рисунке 5 представлен график суммарного потока радиации на 1 м2 теплицы по часам суток январь и март на стену и крышу под углом 20° в юго-западном направлении.

Рис. 4. Падение солнечного луча S на произвольно наклоненную поверхность

300,0 250,0 200,0 150,0 100,0 50,0 0,0 -50,0

Час суток

Январь. Стена Март. Стена

•Январь. Крыша Март. Крыша

Рис. 5. График суммарного потока радиации на 1 м2 теплицы по часам суток январь и март на стену и крышу

под углом 20° в юго-западном направлении

Задача расчета теплового потока в теплицу

зависит от множества факторов: аккумулирующей способности ограждающих конструкций и поверхностей, температурного режима работы теплового насоса, теплопоступлений от солнечной радиации в светлое время суток, теплопо-ступлений через стену дома от отапливаемых помещений, теплопотерь через светопрозрачные ограждения, распределения воздушных потоков внутри теплицы. Для упрощения задачи на данном этапе исследований, для зимних месяцев (декабрь, январь, февраль) температура внутри теплицы принята 0 °С для ноября, марта, апреля +5 °С, и тепловой поток через 1 м2 светопрозрачных ограждающих конструкций рассчитан упрощенно, как суточная сумма теплопоступлений для каждого часа суток, Вт/м2:

где 1р - количество суммарной солнечной радиации, падающей на 1 м2 произвольно наклоненной ограждающей конструкции в расчетный час су-

ток, Вт/м2; £с

светопроницаемость светопро-

зрачной ограждающей конструкции (принята 76 % для поликарбоната и 56 % для энергосберегающего стеклопакета); £загр - коэффициент, учитывающий степень загрязнения светопрозрачной конструкции, принят 0,9; R - сопротивление теплопередаче, м2-°С/Вт; ^ - средняя температура наружного воздуха в расчетный месяц; -среднесуточная температура внутреннего воздуха в теплице: в зимний период - 0 °С, в межсезонье - 5 °С.

На рисунке 6 приведены результаты расчета теплового потока через 1 м2 крыши теплицы.

Q = £с

загр

(2)

300,0

250,0

,ок200,0

§ 150,0

'§ 100,0 в

% 50,0 а

Н 0,0 -50,0

9 1011 12 13 1415 16 17 18 192021222324 Часы суток

Ноябрь • Февраль

Декабрь Март

Январь Апрель

Рис. 6. График теплового потока через 1 м2 крыши теплицы с ноября по апрель по часам в течение суток на

наклонную поверхность в юго-западном направлении

Результаты расчета по оценке эффективно- дающих конструкций из поликарбоната и энерго-сти использования теплоты солнечной радиации, сберегающего стеклопакета приведены в таблице поступающей в теплицу-пристройку, для ограж- 3.

Таблица 3

Оценка эффективности использования теплоты солнечной радиации

Параметр Месяц

Ноябрь Декабрь Январь Февраль Март Апрель

Средняя температура за месяц, °С -0,9 -9,5 -12,6 -9,1 -2,1 4,8

Теплопотери удельные без рекуперации, Вт 2334 3675 4158 3612 2529 1427

Теплопотери удельные с рекуперацией, Вт 1087 1996 2324 1954 1221 466

Теплопотери без рекуперации в сутки, Вт-сут 56016 88193 99792 86696 60688 34257

Теплопотери с рекуперацией в сутки, Вт-сут 26085 47915 55784 46900 29314 11184

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

Для полика рбоната

Суммарные теплопоступления в теплицу, Вт-сут 23332 8909 8048 31473 58545 87001

Обеспечение отопления без применения рекуперации 42 % 10 % 8 % 36 % 96 % 254 %

Обеспечение отопления с применением рекуперации 89 % 19 % 14 % 67 % 200 % 778 %

Для энергосберегающего стеклопакета

Суммарные теплопоступления в теплицу, Вт-сут 29433 18614 20903 40635 64931 87037

Обеспечение отопления без применения рекуперации, % 53 % 21 % 21 % 47 % 107 % 254 %

Обеспечение отопления с применением рекуперации, % 113 % 39 % 37 % 87 % 222 % 778 %

Выводы. Проанализирована возможность использования теплоты солнечной радиации, поступающей в пристройку-теплицу, для частного жилого дома в холодный период года. В месяц с самой низкой температурой - январь, при отсутствии рекуперации теплоты вентиляционного воздуха теплопоступления в теплицу составляют 14 % (стеклопакет) или 8 % (поликарбонат) от суточной потребности в теплоте для отопления дома, при использовании рекуперации - 37 % (стеклопакет) или 21 % (поликарбонат). Для марта и апреля теплопоступления от солнечной радиации полностью обеспечивают нужды отопления и имеющиеся излишки могут быть использованы для нагрева воды для ГВС. При использовании энергосберегающего стеклопакета и рекуперации теплоты теплопоступления в теплицу также обеспечивают нужды отопления в ноябре месяце. Использование рекуперации теплоты вытяжного воздуха существенно снижает нагрузку на отопление. С ноября по февраль потребность в теплоте может быть лишь частично удовлетворена солнечной энергией и требуется основной источник теплоты - котел.

Таким образом, использование энергосберегающего стеклопакета для накопления солнечной энергии более эффективно, однако стоимость одного квадратного метра энергосберегающего стеклопакета в среднем составляет около 6400 р., а два слоя прозрачного сотового поликарбоната толщиной 16 мм обойдутся примерно

в 2000 р. за кв. м., что существенно скажется на экономических показателях.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Hussain J., Khan A., Zhou K. The impact of natural resource depletion on energy use and CO2 emission in Belt & Road Initiative countries: A cross-country analysis // Energy. 2020. Vol. 199. 117409

2. Фрид С.Е., Мордынский А.В., Арсатов А.В. Солнечные водонагреватели аккумуляционного типа // Теплоэнергетика. 2012. Том 59. N° 11. С. 874-880. doi: 10.1016/j.energy.2020.117409.

3. Attia S. Evolution of Definitions and Approaches // Net Zero Energy Buildings (NZEB). Butterworth-Heinemann, 2018. 400 p.

4. Ламмаер Ф. Типовые проекты: энергосберегающие и пассивные дома. Pro Passivhaus, 2017. 42 с.

5. Лисина О.В. Оценка потенциала инновационной концепции энергоэффективного экоде-велопмента: новинки инженерного оборудования и технологии проектирования // Управление устойчивым развитием. 2016. № 2. С. 66-72.

6. Towler F.B. The Future of Energy. Academic press, Queensland, 2014. 376 p.

7. Пат. 171 845, Российская Федерация, МПК A01G 9/24, F24J 2/52. Система солнечного теплоснабжения / А. В. Бастрон; заявитель и патентообладатель Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение выс-

шего профессионального образования "Красноярский государственный аграрный университет". № 2014144390, заявл. 31.10.2014; опубл. 19.06.2017, Бюл. № 17.

8. Пат. 2 740 437, Российская Федерация, МПК Н0^ 31/02, Н0^ 31/054. Концентраторная солнечная энергетическая установка / Андреев В.М., Андреева А.В., Давидюк Н.Ю., Садчиков Н.А., Чекалин А.В.; заявитель и патентообладатель Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе Российской академии наук. № 2020115244, заявл. 28.04.2020; опубл. 14.01.2021, Бюл. № 2.

9. Пат. 110823, Российская Федерация, МПК F24D 3/12. Устройство для обогрева загородного дома с пристенной теплицей / Долгопо-лов В.Д., Рыбьякова М.В., Финаев А.В.; заявитель и патентообладатель Долгополов В.Д. № 2011131222/12. заявл. 26.07.2011; опубл. 27.11.2011, Бюл. № 33.

10. Пат. 2 606 891, Российская Федерация, МПК Е04Н 1/00, F24D 5/10, Е04В 1/76. Энергоэффективное отапливаемое здание с теплицей / Ризванов С.Ф.; заявитель и патентообладатель

Ризванов С.Ф. № 2015122787, заявл. 15.06.2015; опубл. 10.01.2017, Бюл. № 1.

11. Чуйков Д. А. Система энергосбережения путем рекуперации уходящего тепла // Научные исследования молодых учёных. Сборник статей XVI Международной научно-практической конференции. Пенза, 2022. С. 63-66.

12. Lazzarin R. Heat pumps and solar energy: A review with some insights in the future // International Journal of Refrigeration. 2020. Vol. 116. Pp. 146-160. doi: 10.1016/j .ijrefrig.2020.03.031.

13. Mears D.R. Solar Heated Home Using an Attached Greenhouse and a Woodburning Stove. NAR ASAE Meeting. New jersey, 2004. 11 p.

14. Ma P.J., Lizarraga S., Picallo-Perez A. Ex-ergy Analysis and Thermoeconomics of Buildings. Butterworth Heinemann, 2020. 1069 p.

15. Кондратьев К.Я. Актинометрия. Л.: Гидрометеорологическое издательство, 1965, 693 с.

16. Назаров Б.И., Салиев М.А., Махмудов А.Н., Абдуллаев С.Ф. Расчёт потока суммарной радиации на наклонную плоскость солнечных приёмников в условиях аэрозольного Загрязнения атмосферы // Доклады академии наук республики Таджикистан. 2015. Том 58. №12. 8 c.

Информация об авторах

Тарасова Елена Владимировна, кандидат технических наук, доцент департамента энергетических систем. Е-mail: tarasova.ev@dvfu.ru. Дальневосточный Федеральный университет. Россия, 690922, Владивосток, о. Русский, п. Аякс, д. 10, корп. С, каб. 708.

Коротынская Вероника Сергеевна, студентка второго курса магистратуры, обучающаяся по направлению Строительство. Теплогазоснабжение и вентиляция. E-mail: korotynskaia.vs@students.dvfu.ru. Дальневосточный Федеральный университет. Россия, 690922, Владивосток, о. Русский, п. Аякс, д. 10, корп. 7.1, комната 440.

Поступила 18.04.2022 г. © Тарасова Е.В., Коротынская В.С., 2022

*Tarasova E. V., Korotynskaya V.S.

Far Eastern Federal University *E-mail: korotynskaia.vs@students.dvfu.ru

ASSESSMENT OF THE POSSIBILITY OF SOLAR HEAT SUPPLY USING

AN AIR SOURCE HEAT PUMP

Abstract. Solar energy is one of the sources of renewable energy. However, during the cold season in Russia, the use of solar energy is difficult due to low outdoor air temperatures. The purpose of this article is to analyze the possibility of energy saving when using solar energy for the heating system of an individual residential building in Vladivostok. The latitude of the city is 43 but the estimated temperature for the design of heating is -22 ° C. This greatly complicates the use of solar heat. The possibility of accumulation of low-potential heat in a specially equipped outhouse (greenhouse) for conversion by a thermal air-water pump is analyzed in order to use it for heating needs in the future. Two constructions are considered as the finishing material of the extension: a two-layer polycarbonate with an air layer and an energy-saving double-glazed window. The calculation shows that in the coldest month is January, the potential of solar thermal energy is 14 %-37 % of the required heat demand, depending on the material used in the construction of the extension. In March and April, excess heat is generated. It can be usedfor hot water supply needs. Thus, for an individual residential building, the use of solar heat accumulated in a greenhouse extension is relevant as an additional source of heat for the heating system.

Keywords: energy efficient house, energy saving, solar radiation, passive house, heating.

REFERENCES

1. Hussain J., Khan A., Zhou K. The impact of natural resource depletion on energy use and CO2 emission in Belt & Road Initiative countries: A cross-country analysis. Energy. 2020. Vol. 199. 117409

2. Frid S.E., Mordynskii A.V., Arsatov A.V. Integrated solar water heaters [Colnechnye vodonagrevateli akkumulyacionnogo tipa]. Thermal engineering. 2012. Vol. 59. No 11. Pp. 874-880. doi: 10.1016/j .energy.2020.117409. (rus)

3. Attia S. Evolution of Definitions and Approaches. Net Zero Energy Buildings (NZEB). Imprint: Butterworth-Heinemann, 2018. 400 p.

4. Lammaier F. Typical projects: energy-saving and passive houses [Tipovye proekty: energos-beregayushchie i passivnye doma]. Pro Passivhaus, 2017. 42 p. (rus)

5. Lisina O.V. Assessment of the potential of the innovative concept of energy-efficient eco-development: new items of engineering equipment and design technologies [Ocenka potenciala innovacionnoj koncepcii energoeffektivnogo ekodevelopmenta: novinki inzhenernogo oborudovaniya i tekhnologii proektirovaniya]. Management of sustainable development. 2016. No. 2. Pp. 66-72. (rus)

6. Towler F.B. The Future of Energy. Queensland, 2014.376 p.

7. Bastron A.V. Solar heat supply system. Patent RF, no 2014144390, 2017.

8. Andreev V.M., Andreeva A.V., Davidyuk N.Yu., Sadchikov N.A., Chekalin A.V. Concentrator solar power plant. Patent RF, no 2020115244, 2021.

9. Dolgopolov V.D., Rybyakova M.V., Finaev A.V. Device for heating a country house with an attached greenhouse. Patent RF, no 2011131222/12, 2011.

10. Rizvanov S.F. Energy-efficient heated building with a greenhouse. Patent RF, no 2015122787, 2017.

11. Chuikov D.A. Energy saving system by recuperating outgoing heat [Sistema energosbere-zheniya putem rekuperacii uhodyashchego tepla]. Scientific research of young scientists. Collection of articles of the XVI International Scientific and Practical Conference. Penza, 2022. Pp. 63-66. (rus)

12. Lazzarin R. Heat pumps and solar energy: A review with some insights in the future. International Journal of Refrigeration. 2020. Vol. 116. Pp. 146-160. doi: 10.1016/j .ijrefrig.2020.03.031.

13. Mears D.R. Solar Heated Home Using an Attached Greenhouse and a Woodburning Stove. NAR ASAE Meeting. New jersey, 2004. 11 p.

14. Ma P.J., Lizarraga S., Picallo-Perez A. Ex-ergy Analysis and Thermoeconomics of Buildings. Butterworth Heinemann, 2020. 1069 p.

15. Kondratiev K.Y. Actinometry [Aktinomet-riya]. L.: Hydrometeorological Publishing House, 1965, 693 p. (rus)

16. Nazarov B.I., Saliev M.A., Makhmudov A.N., Abdullaev S.F. Calculation of the total radiation flux on the inclined plane of solar receivers under conditions of aerosol pollution of the atmosphere [Raschyot potoka summarnoj radiacii na naklonnuyu ploskost' solnechnyh priyomnikov v usloviyah aero-zol'nogo Zagryazneniya atmosfery]. Reports of the Academy of Sciences of the Republic of Tajikistan 2015. Vol. 58. No. 12. 8 p. (rus)

Information about the authors

Tarasova, Elena V. PhD, Associate Professor of the Department of Energy Systems. E-mail: tarasova.ev@dvfu.ru. Far Eastern Federal University. Russia, 690922, Vladivostok, Russkiy island, Ajax village, 10, building C, auditorium 708.

Korotynskaya, Veronika S. Graduate master student. E-mail: korotynskaia.vs@students.dvfu.ru. Far Eastern Federal University. Russia, 690922, Vladivostok, Russkiy island, Ajax village, 10, building 7.1, room 440.

Received 18.04.2022 Для цитирования:

Тарасова Е.В., Коротынская В.С. Оценка возможности солнечного теплоснабжения с использованием воздушного теплового насоса // Вестник БГТУ им. В.Г. Шухова. 2022. № 10. С. 41-48. DOI: 10.34031/2071-7318-2022-7-10-41-48

For citation:

Tarasova E.V., Korotynskaya V.S. Assessment of the possibility of solar heat supply using an air source heat pump. Bulletin of BSTU named after V.G. Shukhov. 2022. No. 10. Pp. 41-48. DOI: 10.34031/2071-73182022-7-10-41-48

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.