CC BY
43SCIENTIFIC PROGRESS VOLUME 4 I ISSUE 5 I 2023 _ISSN: 2181-1601
Scientific Journal Impact Factor (SJIF 2022=5.016) Passport: http://sjifactor.com/passport.php?id=22257
PASSIV QUYOSH ISITISH TIZIMLARINING "ISSIQLIK AKKUMULYATSIYALOVCHI DEVOR (TROMB DEVORI)"
A. B. Nusratov
Buxoro davlat universiteti magistri
ANNOTATSIYA
Mazkur ishda passiv quyosh isitish tizimlarining "issiqlik akkumulyatsiyalovchi devor (Tromb devori)" bo'yicha olib borilgan tajribaviy tadqiqotlar keltirilgan. Shuningdek passiv quyosh isitish tizimining bu turining energetik, iqtisodiy va ekologik ko'rsatgichlari aniqlangan.
Kalit so'zlar: quyosh energiyasi, issiqlik akkumulyatsiyalovchi devor, iqtisodiv ko'rsatgichlar, ekologik ko'rsatgichlar, temperatura, issiqlik miqdori.
Kirish. Binolarni quyosh energiyasidan foydalanib isitishning 2 turi bor: passiv quyosh isitish tizimlari va aktiv quyosh isitish tizimlari [1].
Passiv quyosh isitish tizimlarida barcha issiqlik almashish jarayonlari tabiiy yo'l bilan amalga oshadi. Issiqlik almashish jarayonlari deganda asosan konveksiya, issiqlik o'tkazuvchanlik, nurlanish, bug'lanish va kondensatsiya jarayonlari tushuniladi. Passiv quyosh isitish tizimlarida nasos va ventilyator kabi qo'shimcha qurilmalardan ham foydalanish mumkin, lekin bunda quyidagi shart bajarilishi kerak [2]: Kp>50.
Kp Es/Ep
bunda Kp - energiya o'zgartirish koeffitsiyenti; Es - tushuvchi quyosh energiyasi; Ep -qo'shimcha qurilmalar tomonidan iste'mol qilinuvchi energiya.
Aktiv quyosh isitish tizimlarida issiqlik almashish bilan bog'liq jarayonlar qo'shimcha qurilmalar bilan amalga oshiriladi va bunday tizimlarda Kp<20.
Agar 50 > Kp> 20 shart bajarilsa, bunday tizimlar aralash tizimlar deyiladi.
Passiv quyosh isitish tizimlari 3 turga bo'linadi: "to'g'ridan-to'g'ri nurlanish", "issiqlik akkumulyatsiyalovchi devor (Tromb devori)", "Issiqxona (Oranjereya, Solarium, Sunspace)"
1-rasm. Passiv quyosh isitish tizimlarining "to'g'ridan-to'g'ri nurlanish" turi
SCIENTIFIC PROGRESS
VOLUME 4 I ISSUE 5 I 2023 ISSN: 2181-1601
Scientific Journal Impact Factor (SJIF 2022=5.016) Passport: http://sjifactor.com/passport.php?id=22257
2-rasm. Passiv quyosh isitish tizimlarining "issiqlik akkumulyatsiyalovchi devor
(Tromb devori)" turi
3-rasm. Passiv quyosh isitish tizimlarining "Issiqxona (Oranjereya, Solarium,
Sunspace)" turi
Passiv quyosh isitish tizimlarining "issiqlik akkumulyatsiyalovchi devor (Tromb devori)" turi 1881 yilda Amerikalik olim Edvard Morse tomonidan ixtiro qilingan va patentlashtirilgan[3].
XX asrning 2-yarmida fransiyalik arxitektor (injener) olimlar Tromb va Mishel tomonidan takomillashtirilgan va qayta patentlashtirilgan[4].
Passiv quyosh isitish tizimlarining "issiqlik akkumulyatsiyalovchi devor (Tromb devori)" turi ilmiy adabiyotlarda asosan quyida keltirilgan turlicha nomlar bilan ataladi: issiqlik akkumulyatsiyalovchi devor, Tromb devori, Tromb-Mishel devori, Quyoshiy devor, Massiv devor tizimi [1, 5, 6].
Passiv quyosh isitish tizimlarining "issiqlik akkumulyatsiyalovchi devor (Tromb devori)" turning o'zi ham quyidagi turlarga bo'linadi: klassik Tromb devori; kompozit tromb devori; faza o'zgartiruvchi materialli Tromb devori; fotovoltaik Tromb devori; suvli Tromb devori; kondensatsiyaga asoslangan Tromb devori; havo tozalashga asoslangan Tromb devori; elektroxromik Tromb devori; qisman shaffof issiqlik izolyatsiyasiga ega bo'lgan Tromb devori [6].
Passiv quyosh isitish tizimlarining "issiqlik akkumulyatsiyalovchi devor (Tromb devori)" tuzilishi va ish tamoyili
SCIENTIFIC PROGRESS VOLUME 4 I ISSUE 5 I 2023 _ISSN: 2181-1601
Scientific Journal Impact Factor (SJIF 2022=5.016) Passport: http://sjifactor.com/passport.php?id=22257
2-rasmdan ko'rinib turibdiki, quyosh nurlari shaffof qatlam yani shishaga tushadi. Shishada qisman qaytadi, qisman yutiladi va qisman o'tadi. Shaffof qatlam devordan ma'lum masofada o'rnatilgan. Odatda bu masofa 10 cm dan 30 cm gacha bo'lishi mumkin. Shaffof qatlamdan o'tgan quyosh nurlari qisman havoda ham yutiladi va havodan o'tgan qismi devorga tushadi. Devordan ham bir qismi qaytadi va unda ham yutiladi. Devorning tashqi sirtining nur yutish koeffitsiyenti odatta katta bo'ladi 0.7-0.9 ga teng bo'lib, ya'ni yoki qora bo'yoq (kraska) bilan bo'yalgan, yoki selektiv qoplama bilan qoplangan bo'ladi. Devorda quyosh nurlarining yutilishi hisobiga uning temperaturasi ko'tariladi va issiqlik o'tkazuvchanlik yo'li bilan bino ichiga uzatiladi. Ko'pchilik hollarda devorning pastki va yuqorigi qismida havo aylanuvchi tirqishlar qo'yiladi. Bunday turdagi Tromb devorida shaffof qatlam va devor orasidagi havo qiziydi va temperaturasi ortgan havo Arximed kuchi ta'sirida yuqoriga ko'tariladi. Yuqoriga ko'tarilgan havo tepadagi tirqish orqali xona ichiga kiradi. Uning joyiga pastdagi tirqishdan xonadagi havo kiradi va shu jarayon davom etadi. Demat Tromb devorining ventilyatsiyaanadigan va ventilyatsiyalanmaydigan turlari bor.
Tromb devorining afzalliklari: arzon, boshqarish uchun alohida xizmat talab etmaydi; iqlim sharoitlariga qarab binoni isitish uchun sarflanadigan energiyani 30-87% gacha tejaydi.
Tromb devorining kamchiliklari: devorning tashqi sirtidan tungi va bulutli vaqtlarda issiqlik yo'qolishkarining ortib ketishi; temperaturaviy discomfort [7].
Xulosa qilib aytganda binoning janubiy qismining devor qismi shaffof qatlam bilan qoplanadi. Agar janubiy qismda deraza va eshiklar bo'lsa, u qismlar shaffof qatlam bilan qoplanmaydi. Xo'sh bunda nimaga ega bo'lamiz? Birinchidan janubiy devor orqali xona havosidan atrofga bo'ladigan issiqlik yo'qolishlarini kamaytiramiz. Ikkinchidan janubiy devor bizga issiqlik akkumulyatori vazifasini bajaradi va undan binoni isitish uchun sarflanadigan energiyani tejashda foydalanamiz.
Dunyoning juda ko'plab mintaqalarida bunday turdagi turar joy binolari mavjud va foydalanib kelinmoqda (4-rasm) [8].
SCIENTIFIC PROGRESS
VOLUME 4 I ISSUE 5 I 2023 ISSN: 2181-1601
Scientific Journal Impact Factor (SJIF 2022=5.016) Passport: http://sjifactor.com/passport.php?id=22257
4-rasm. Passiv quyosh isitish tizimlariga ega turar-joy binolari
Yozda: birinchidan yozda janubiy devorga va uning tashqi qismida o'rnatilgan shaffof qatlamga quyosh nurlari katta burchak ostida tushadi. Demak quyosh nurlarining asosiy qismi qaytadi, optika qonunlariga asosan. Ikkinchidan, Yozda issiqlik tashqaridan ichkariga kiradi. Tromb devorida janubiy devorning tashqi qismida havo qatlamidan keyin shaffof qatlam joylashtirilgan. Ya'ni issiqlik avval shishadan keyin havo qatlamidan va keyin devordan o'tib uy ichiga kiradi. 3 ta qarshilik bor. Oddiy devorda esa faqat devordan ya'ni bitta qarshilikdan o'tib uy ichiga issiqlik kiraveradi. Uchinchidan, yozgi vaqtda devorga qo'yilgan pastki va yuqorigi tirqishlar bekitiladi. Shaffof qatlamning tepasidan va pastidan tirqish qo'yiladi. Ya' ni isigan havo tashqariga chiqib ketadi.
Tromb devorining issiqlik xossalarini aniqlash bo'yicha tajribalar.
O'lchash natijalari 1-jadvalda keltirilgan.
1-jadval
Tajribalar natijalarini qayd etish
Vaqt (soat) T1,°C T2,°C T3,°C T4,°C Ta,°C It, W/m2 V, m/s
10:00 50.93 55.6 56.3 57.8 31.3 756.3 1.2
11:00 52.21 56.44 58.1 59.01 32.6 815.55 1.4
12:00 53.09 60.01 61.2 63.08 33.5 861.5 2.2
13:00 53.49 62.19 65.7 71.62 33.7 864.9 2.4
14:00 56.06 62.44 68.56 71.62 34.2 841.6 2.5
15:00 54.94 61.13 65.87 69.12 34.5 663.4 2.6
16:00 49.86 56.3 63.21 66.34 34.3 599.5 2.9
17:00 40.7 45.3 58.23 60.94 32.5 375.23 3.7
Uzbekistan www.scientificprogress.uz Page 51
SCIENTIFIC PROGRESS VOLUME 4 I ISSUE 5 I 2023 _ISSN: 2181-1601
Scientific Journal Impact Factor (SJIF 2022=5.016) Passport: http://sjifactor.com/passport.php?id=222ff7
bunda T1- kiruvchi havo temperaturasi; T2- chiquvchi havo temperaturasi; T3- Tromb devorining tashqi sirti temperaturasi; T4- Tromb devorining ichki sirti temperaturasi; Ta-atrof temperaturasi; IT - Tromb devori sirtiga tushuvchi yig'indi quyosh radiatsiyasi; V -shamol tezligi.
Tromb devori orqali bino ichiga uzatilayotgan issiqlik miqdorini hisoblash.
Birinchi navbatda havo oqimi orqali berilayotgan issiqlik miqdorini aniqlaymiz. Bunda quyidagi tenglamadan foydalaniladi
Qh = ch-mh- (T2 -T±)- t ( 1 )
bunda Qh- ma'lum bir t vaqt oralig'i (vaqt oralig'I deganda o'lchashlar oralig'I tushuniladi bu 2 min, 10 min, 1 soatgacha bo'lishi mumkin) da olingan issiqlik miqdori, Joul yoki kW-soat; ch- havoning solishtirma issiqlik sig'imi, J/(kg^°C); mh - havoning massa sarfi, kg/s; t - vaqt oralig'I, sekund.
(1) tenglamadagi faqat mh ni o'lchovchi asbob yo'q. Lekin uni quyidagi tenglamadan foydalanib hisoblash mumkin [9]
= p hFk
2 gH(T2 - T±)
+ ^ + fj¡)
-5
Bunda ph- havoning zichligi, kg/m ; Fk- havo kiruvchi tirqishning yuzasi, m ; g- erkin tushish tezlanishi, m/s ; H- Tromb devorining balandligi, m; D- aniqlovchi o'lcham, m;
- qurilmaga havo kirishidagi aerodinamik qarshilik koeffitsiyenti (1.5 ga teng); Çch -qurilmadan havo chqishidagi aerodinamik qarshilik koeffitsiyenti (1 ga teng); f-qurilma ichida harakatlanuvchi havoga aerodinamik qarshilik koeffitsiyenti (0.052 ga teng).
Aniqlovchi o'lcham D quyidagi formula orqali oniqlanadi
2Wôa
D =-q ( 3 )
w+sq ( )
bunda W- Tromb devorining eni, m; S q- devor va shaffof qatlam (shisha) orasidagi masofa, m.
Endi Tromb devori ichki sirtidan konvektsiya va nurlanish yo'li bilan xona ichiga (bizning holda qurilmamiz binoga birlashtirilmagan shuning uchun atrof temperaturasini olamiz) berilayotgan issiqlik miqdorini hisoblaymiz [8]
Qkn = hknFd( T4-Ta)T ( 4}
bunda Qkn- Tromb devori ichki sirtidan konvektsiya va nurlanish yo'li bilan xona ichiga berilayotgan issiqlik miqdori, J yoki kW-soat; hkn- Tromb devori ichki sirtidan konvektsiya va nurlanish yo'li bilan xona ichiga issiqlik berish koeffitsiyenti,( hkn=8
9 9
W/(m •°C)); Fd- devor yuzasi, m .
SCIENTIFIC PROGRESS VOLUME 4 I ISSUE 5 I 2023 _ISSN: 2181-1601
Scientific Journal Impact Factor (SJIF 2022=5.016) Passport: http://sjifactor.com/passport.php?id=22257
Umumiy berilgan issiqlik miqdori
Qu = Q h + Qkn ( 5 )
Tromb devorining foydali ish koeffitsiyenti quyidagicha hisoblanadi [5]
Qu
V = ~T ( 6 )
iT
Hisoblashlar natijalari 2-jadvalga yoziladi.
2-jadval
Tromb devorining issiqlik xossalarini aniqlash bo'yicha hisoblash natijalari
Vaqt (soat) It, W/m2 mh, kg/s Q h,M J Qkn, mj QU,M J V, %
10:00 756.3 0.099 1.663 0.46 2.12 36
11:00 815.5 0.057 0.87 0.44 1.31 45
12:00 861.5 0.073 1.81 0.5 2.31 53
Tromb devorining texnik-iqtisodiy ko'rsatgichlarini aniqlash
Buning uchun avvalambor Tromb devorini yasash uchun sarflangan mablag' miqdori hisoblanadi.
3-jadval
Tromb devorini yasash uchun sarflangan mablag' miqdori
№ Mahsulot nomi (birjadagi nomlanishi) O'lchov birligi Ishlatilgan miqdor Sarflangan mablag', so'm Izoh
1. Shisha m2 1 m2 24000
2. Yog'och plita m2 1 m2 24000
3. Mix kg 0.5 kg 10 000
4. Transport xarajatlari 50 000
5. Yasash xarajatlari 100 000
Jami sarflangan mablag'
Tromb devorining xarajatlarni qoplash muddati quyidagicha aniqlanadi [10]
Ntw
m = «k7 (7)
bunda nqm- xarajatlarni qoplash muddati, kun; NTW- Tromb devorining narxi (3-jadval), so'm; Nky- Tromb devoridan olingan foydali energiyaning narxi, so'm.
| a— ww_ö page 53 |
SCIENTIFIC PROGRESS VOLUME 4 I ISSUE 5 I 2023 _ISSN: 2181-1601
Scientific Journal Impact Factor (SJIF 2022=5.016) Passport: http://sjifactor.com/passport.php?id=22257
O'z navbatida Nkf ni aniqlashda (5) tenglamadan Qu ning kunlik qiymatini kW-soat larda aniqlab elektr energiyasi narxiga ko'paytiramiz. Shunda Tromb devori bir kunda bizga qancha iqtisodiy foyda keltirganini aniqlaymiz.
(7) tenglama qurilma o'zini necha kunda oqlashini aniqlaydi. Necha oyda o'zini oqlashini aniqlash uchun 30 ga, necha yilda o'zni oqlashini aniqlash uchun 365 ga bo'lish yetarli.
Ekologik tahlil.
Quyosh qurilmalaridan foydalanganda atrof-muhitga chiqariladigan zaharli gazlarning miqdori kamayadi. Zaharli gazlardan biri bu CO2 ya'ni karbonat angidrit gazi hisoblanadi. Zaharli gazlarning atrof-muhitga chiqishining kamayishi quyidagi ifoda orqali aniqlanadi [11]
Qf 44
M c o 2=~rzKc o ( 8 )
2 x. y 2 12
bunda AM co2- quyosh qurilmalaridan foydalanganda atrof-muhitga chiqariladigan zaharli gazlar miqdorining kamayish massasi, kg; Qf- quyosh qurilmasidan foydalanish natijasida olingan foydali energiya, J; % - an'anaviy yoqilg'ining solishtirma yonish issiqligi, J/kg; r - issiqlik manbaining foydali ish koeffitsiyenti; Kco2- turli energiya manbalari uchun uglerod emissiyasi koeffitsiyenti. Shuni alohida aytib o'tish kerakki,
44
(8) tenglamada elektr energiyasi uchun hisoblashlar o'tkazilganida — qiyma inobatga olinmaydi. Ya'ni tenglama quyidagi ko'rinishda bo'ladi
M c 0 2=T£ZKc o 2 ( 9 )
X' V
Agar (8) yoki (9) tenglamada Qf ning o'rniga bir kunlik foydali energiyani qo'ysak, u holda Mco,2 ning bir kunlik qiymati kelib chiqadi, agar Qf ning o'rniga bir oylik qiymatni qo'ysak M co2 ning bir oylik qiymati kelib chiqadi, demak Q f ning o'rniga bir yillik qiymatni qo'ysak Mco,2 ning bir yillik qiymati kelib chiqadi.
O'zbekistonda binolarni isitish yoki issiq suv bilan ta'minlash uchun asosan tabiiy gaz, ko'mir, elektr energiyasidan foydalaniladi.Solishtirma yonish issiqligi turli yonish mahsulotlari uchun turli qiymatlarga ega. Masalan tabiiy gaz uchun solishtirma yonish issiqligining qiymati % = 1 2 . 5 kW -hr/kg, ko'mir uchun solishtirma yonish issiqligining qiymati % = 8 . 1 kW - hr/kg, elektr energiyasi uchun solishtirma yonish issiqligining qiymati % = 1 kW - hr/kg va o'tin uchun solishtirma yonish issiqligining qiymati % = 4 . 2 kW - hr/kg.
Turli issiqlik manbalari (isitish qozoni yoki kotyol, oddiy pechka, spiralli elektr isitgich) ning foydali ish koeffitsiyenti ham turlicha masalan tabiiy gaz yonadigan issiqlik manbaining FIK r = 0. 6, ko'mir yonadigan issiqlik manbaining FIK r = 0 .3 0 ,
SCIENTIFIC PROGRESS VOLUME 4 I ISSUE 5 I 2023 _ISSN: 2181-1601
Scientific Journal Impact Factor (SJIF 2022=5.016) Passport: http://sjifactor.com/passport.php?id=22257
elektr issiqlik manbaining FIK 77 = 0 . 9 9 va o'tin yonadigan issiqlik manbaining FIK 77 = 0. 3 .
Turli energiya manbalari uchun uglerod emissiyasi koeffitsiyenti ham turlicha bo'ladi. Uglerod emissiyasi koeffitsiyenti tabiiy gaz uchun Kc 0 2 = 0. 4, ko'mir uchun Kco2 = 0. 7, elektr energiyasi uchun ^C02 = 0 . 5 va o'tin uchun KC0>2 = 0 . 5 ga teng.
Xulosa. O'tkazilgan tadqiqotlardan ko'rinib turibdiki, yuqoridagi formulalardan hisoblanganda bu qurilma bir soatda 139 so'm foyda beryapti. bir kunda 8 soat ishlasa
9 9
o'rtacha 1112 so'm. Bu qurilmaning yuzasi 0,6 m agar qurilmaning yuzasi 6 m bo'lsa bir kunda 11120 so'm. Isitish mavsumi 100 kun bo'lsa 6m dan 1 112 000 so'm tejaladi. Hisoblashlar shuni ko'rsatadiki bu qurilma 8 oyda o'z xarajatlarini qoplaydi.
O'tkazilgan tadqiqotlardan ko'rinib turibdiki, agar biz 0.6 metr kvadratli tromb devoridan foydalanganimizda 1 yilda 106kg ya'ni karbonat angidrit gazining sarfini kamaytirar ekanmiz.Yuqoridagi formulalardan hisoblanganda bu qurilma bir soatda 139 so'm foyda beryapti. bir kunda 8 soat ishlasa o'rtacha 1112 so'm. Bu qurilmaning yuzasi
9 9
0,6 m agar qurilmaning yuzasi 6 m bo'lsa bir kunda 11120 so'm. Isitish mavsumi 100 kun bo'lsa 6m2 dan 1 112 000
so'm tejaladi. 100 metr kvadrati 10.6 ming dollar, million metr kvadrati 106 million dollar O'zbekistonga foyda olib kelyapti.
FOYDALANILGAN ADABIYOTLAR RO'YXATI
1. Daffie J.A., Beckman W.A. Solar Engineering of Thermal Processes. Fourth Edition. - Madison, New York: John Wiley & Sons, Inc., - 2013. P.944.
2. Селиванов Н.П., Мелуа А.И., Зоколей С.В. и др.; Энергоактивные здания, Под ред. Э.В. Сарнацкого и Н.П. Селиванова. - М.: Стройиздат, 1988. - 376с.: ил.
3. Patent № 246, 626, USA. Warming and Ventilating Apartments by Sun's Rays / Morse E.L. - 1881.
4. Trombe F., Michel J. Naturally Air-Conditioned Dwellings. US Patent - 1972.
5. Wang D., Hu L., Du H., Liu Y., Huang J., Xu Y., Liu J. Classification, experimental assessment, modeling methods and evaluation metrics of Trombe walls // Renewable and Sustainable Energy Reviews. - 2020. - Vol.124. 109772.
6. Saadatian O., Sopian K., Lim C.H., Asim N., Sulaiman M.Y. Trombe walls: a review of opportunities and challenges in research and development // Renewable and Sustainable Energy Reviews. - 2012. - Vol.16. - P.6340-6351.
7. Авезов Р.Р., Орлов А.Ю. Солнечные системы отопления и горячего водоснабжения. - Ташкент: ФАН. 1988. - 288с.
8. Jan F. Kreider, Peter S. Curtiss, Ari Rabl. Heating and cooling of buildings. Design for Efficiency, Taylor & Francis Group, 2010, P.866.
SCIENTIFIC PROGRESS VOLUME 4 I ISSUE 5 I 2023 _ISSN: 2181-1601
Scientific Journal Impact Factor (SJIF 2022=5.016) Passport: http://sjifactor.com/passport.php?id=22257
9. Самиев К.А. Математическое моделирование теплового режима инсоляционного пассивного система солнечного отопления с трехслойными вентилируемыми светопрозрачными ограждениями // Гелиотехника. -Ташкент. 2009. -№4. -С.121-126.
10. Самиев К.А., Халимов А.С., Файзиев Ш. Многокритериальная оптимизация интеграции стены Тромба в здании с помощью полного факторного эксперимента // Гелиотехника. - 2022. - №1. - С.60-73.
11. Zhang H., Shu H.A. Comprehensive Evaluation on Energy, Economic and Environmental Performance of the Trombe Wall during the Heating Season // Journal of Thermal Science. - 2019. - Vol.28. - P.1141-1149.
