Математическое моделирование комбинированной системы теплоснабжения солнечного дома)

Вопросы экономии топливно-энергетических ресурсов, повышения эффективности систем теплоснабжения жилых помещений, а также использования устройств на основе возобновляемых источников энергии на сегодняшний день имеют особую актуальность. Цель статьи – разработать математическую модель теплового баланса и провести теоретическое исследование одноэтажных сельских домов, использующих солнечную энергию в нестационарном режиме. Для ее реализации построен экспериментальный одноэтажный солнечный дом с автономным теплоснабжением на основе преимущественно солнечной энергии. В случаях, если нагрузка на теплоснабжение превышает солнечную нагрузку, применяется традиционное котельное устройство. Электроснабжение экспериментального дома обеспечивается солнечной панелью (фотоэлектрическим преобразователем). Предложены схема теплового баланса солнечного дома с автономным теплоснабжением и электротепловая схема физической модели. На их основе разработаны математическая модель и алгоритм расчета, базирующийся на уравнении теплового баланса динамического состояния системы теплоснабжения экспериментального дома в нестационарном режиме. Исследовано влияние теплоемкости стеновой конструкции на температурный режим здания. В среде моделирования MATLAB-Simulink построены основные температурные характеристики, на которых проанализировано изменение температуры внутреннего воздуха здания в зависимости от температуры окружающей среды. Построена модульная схема динамической модели, результаты эксперимента по изменению воздуха внутри солнечного дома и температуры наружного воздуха представлены в виде графика. Математическая модель теплового баланса здания в динамическом режиме и результаты расчетов могут использоваться при разработке энергоэффективных солнечных домов.

1. On the Use of Renewable Energy Sources. Law of of the Republic of Uzbekistan ZRU-539 of May 21, 2019. Available at: https://lex.uz/docs/-4346831 (in Uzbek).

2. On the Program of Measures for Further Development of Renewable Energy, Energy Efficiency in the Economy and Social Spheres in 2017–2021. Resolution of the President of the Republic of Uzbekistan, May 26, 2017, No PP-3012. Available at: https://lex.uz/ru/docs/-3221894. (in Uzbek).

3. On Measures to Ensure the Rational Use of Energy Resources. Resolution of the President of the Republic of Uzbekistan, November 8, 2017, No PP-3379. https://lex.uz/uz/docs/-3405580 (in Uzbek).

4. Missoum M., Hamidat A., Loukarfi L. (2014) Energetic Performance Analysis of a Solar Combisystem. Application to a Rural House in Chlef Region (Algeria). Energy Procedia, 50, 512–519. https://doi.org/10.1016/j.egypro.2014.06.062

5. Gashimov A. M., Rakhmanov N. R., Akhmedova S. T. (2013) Hybrid Systems of Distributed Generation with Renewable Sources: Modeling and Analysis of Their Operational Modes in Electric Power System. Enеrgеtika. Izvestiya Vysshikh Uchebnykh Zavedenii i Energeticheskikh Ob’edinenii SNG = Energetika. Proceedings of CIS Higher Education Institutions and Power Engineering Associations, (2), 20–30 (in Russian).

6. Mironchuk V. I., Velchenko A. A. (2021) Increasing the Efficiency Factor of Solar Power Plants Due to Solar Energy Localizing. Enеrgеtika. Izvestiya Vysshikh Uchebnykh Zavedenii i Energeticheskikh Ob’edinenii SNG = Energetika. Proceedings of CIS Higher Education Institutions and Power Engineering Associations, 64 (1), 15–26 (in Russian). https://doi.org/10.21122/1029-7448-2021-64-1-15-26

7. Shcheklein S. E., Korzhavin S. A., Danilov V. Yu., Velkin V. I. (2012) Experimental Study of the Efficiency of a Combined Solar Heat Generation System. Alternativnaya Energetika i Ekologiya = Alternative Energy and Ecology, (3), 77–81 (in Russian).

8. Nazarova T. B., Guseva K. P., Zhilina T. S. (2017) Heating using solar collectors in the city of Orenburg. Molodoy Ucheniy [Young Scientist], (8), 40 (in Russian).

9. Krivoshein Y. O., Tsvetkov N. A., Tolstykh A. V., Khutornoy A. N., Kolesnikova A. V., Petrova A. V. (2020) Effective Solar Hot Water System for Northern Territories. Vestnik Tomskogo Gosudarstvennogo Arkhitekturno-Stroitel'nogo Universiteta = Journal of Construction and Architecture, 22 (6), 119–131 (in Russian). https://doi.org/10.31675/1607-1859-2020-22-6-119-131

10. Zuev I. A., Tolstoy M. Yu., Tunik A. A. (2016) Development of a New Solar Collector Sun 3 for Heat Supply and Hot Water Supply of the Objects of Social and Residential Sphere of Irkutsk Region. Izvestiya Vuzov. Investitsii. Stroitelsvo. Nedvizhimost = Proceedings of the Universities. Investment. Construction. Real Estate, 4 (19), 100–113 (in Russian)

11. Yumaev N. R. (2018) On the Possibility of Using Solar Collectors to Obtain Thermal Energy in the Climatic Conditions of Tajikistan. Tekhnicheskie nauki: teoriya i praktika : materialy IV Mezhdunar. nauch. konf. (g. Kazan', noyabr' 2018 g.) [Technical Sciences: Theory and Practice: Materials of the IV Intern. Scientific Conf. (Kazan, November 2018)]. Kazan, Molodoi ucheniy Publ., 32–36.

12. Mohammed Kamil Ali Ghazi (2015) Modes of Operation and Diagnostics of Power Plants for Heat Supply on the Basis of Solar Heaters. Izvestiya vuzov. Severo-Kavkazskii region. Tekhnicheskie nauki = University News. North-Caucasian Region. Technical Sciences Series, (2), 104–106 (in Russian). http://doi.org/10.17213/0321-2653-2015-2-104-106

13. Issam A. (2009) Modeling of Thermal Modes of Operation of the Building with the Use of the System MATLAB/Simulink. Izvestiya vuzov. Severo-Kavkazskii region. Tekhnicheskie nauki = University News. North-Caucasian Region. Technical Sciences Series, (1), 95–99 (in Russian).

14. Efremova O.A., Khvorova L.A. Mathematical Modeling of Solar Heating Systems. Izvestiya Altaiskogo gosudarstvennogo universiteta = Izvestiya of Altai State University, (4), 98–103. http://doi.org/10.14258/izvasu(2017)4-17 (in Russian).

15. Onishchenko S. V. (2009) Autonomous Energy-Efficient Manor-Type Buildings. Moscow (in Russian).

16. Ivanov G.S., Podolyan G.S. (2001) Power Supply in Buildings. Novosti teplosnabzheniya [Heat Supply News], (7), 8–13 (in Russian).

17. Uzakov G. N., Khamraev S. I., Khuzhakulov S. M. Rural House Heat Supply System Based on Solar Energy. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering, 1030, 012167 https://doi.org/10.1088/1757-899X/1030/1/012167

18. Khuzhakulov S. M., Uzakov G. N., Vardiyashvili A. B. (2013) Effectiveness of Solar Heating Systems for the Regeneration of Adsorbents in Recessed Fruit and Vegetable Storages. Applied Solar Energy, 49 (4), 257–260. https://doi.org/10.3103/S0003701X13040075

19. Uzakov G. N., Vardiyashvili A. B. (2011) Intensity Influence of Solar Radiation on Shrinkage of Goods in Fruit and Vegetable Stores. Applied Solar Energy, 47 (1), 27–30. https://doi.org/10.3103/S0003701X11010178

20. Uzakov G. N. (2012) Technical and Economic Calculation of Combined Heating and Cooling Systems Vegetable Store-Solar Greenhouse. Applied Solar Energy, 48 (1), 60–61. https://doi.org/10.3103/S0003701X1201015X

21. Sychov A., Kharchenko V., Vasant P., Uzakov G. (2018) Application of Various Computer Tools for the Optimization of the Heat Pump Heating Systems with Extraction of Low-Grade Heat from Surface Watercourses. Intelligent Computing & Optimization. ICO 2018. Advances in Intelligent Systems and Computing, vol 866. Springer, Cham. https://doi.org/10.1007/978-3-030-00979-3_32

22. Uzakov G. N. (2011) Calculation Of The Heat Engineering Characteristics of a combined system of a vegetable storage facility and solar greenhouse. Applied Solar Energy, 47 (3), 248–251. https://doi.org/10.3103/S0003701X11030200.

23. Kharchenko V. V., Sychov A. O., Uzakov G. N. (2019) Innovative Instruments for Extrac-tion of Low-Grade Heat from Surface Watercourses for Heating Systems with Heat Pump. Innovative Computing Trends and Applications, 59–68. https://doi.org/10.1007/978-3-030-03898-4_7.

24. Avezova N. R., Avezov R. R. (2016) A procedure for accelerated determination of main heat engineering parameters of flat-plate solar collectors for heating of a heat transfer fluid. Applied Solar Energy, 52, 93–96. https://doi.org/10.3103/S0003701X16020080

25. Avezov R. R., Orlov A. Yu. (1998) Solar Heating and Hot Water Systems. Tashkent, Fan Publ. 288 (in Russian).