izvestswsuИзвестия Юго-Западного государственного университетаProceedings of the Southwest State University2223-15602686-6757ЮЗГУ10.21869/2223-1560-2019-23-5-103-116izvestswsu-628Research ArticleСтроительствоConstructionsРазработка инженерной методики расчета сезонной гелиосистемы горячего водоснабженияDevelopment of Engineering Methods for Calculating Seasonal Solar System of Hot-Water SupplyУмеренковЕ. В.UmerenkovE. V.

Умеренков Евгений Валерьевич - кандидат технических наук, доцент кафедры теплогазоводоснабжения.

ул. 50 лет Октября, 94, Курск, 305040.

Evgeny V. Umerenkov - Cand. of Sci. (Engineering),, Associate Professor, Associate Professor Heat and Gas Supply Departament.

50 Let Oktyabrya str. 94, Kursk 305040.

tgv-kstu6@yandex.ruУмеренковаЭ. В.UmerenkovaE. V.

Умеренкова Элина Владимировна - кандидат технических наук, доцент кафедры теплогазоводоснабжения.

ул. 50 лет Октября, 94, Курск, 305040.

Elina V. Umerenkova - Cand. of Sci. (Engineering), Associate Professor, Associate Professor Heat and Gas Supply Departament.

50 Let Oktyabrya str. 94, Kursk 305040.

tgv-kstu6@yandex.ruСемичеваН. Е.SemichevaN. E.

Семичева Наталья Евгеньевна - кандидат технических наук, доцент, завкафедрой теплогазоводоснабжения.

ул. 50 лет Октября, 94, Курск, 305040.

Natalia E. Semicheva - Cand. of Sci. (Engineering), Associate Professor, Head of Heat and Gas Supply Departament.

50 Let Oktyabrya str. 94, Kursk 305040.

tgv-kstu6@yandex.ruЮго-Западный государственный университетSouthwest State University201913122019235103116Copyright © Умеренков Е.В., Умеренкова Э.В., Семичева Н.Е., 20192019Умеренков Е.В., Умеренкова Э.В., Семичева Н.Е.Umerenkov E.V., Umerenkova E.V., Semicheva N.E.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://izvestswsu.elpub.ru/jour/article/view/628Цель исследования

Цель исследования.  Целью исследования  является разработка  упрощенного  подхода для дальнейшей алгоритмизации   расчета  гелиоприемника   горячего  водоснабжения   (ГВС)  сезонной  работы  индивидуального жилого дома и обозначение основных прогнозируемых величин.

Методы

Методы. Для достижения поставленных целей в работе были определены примерные значения основных характеристик  гелиосистемы  горячего  водоснабжения  (ГС ГВС),  влияющих  на технико-экономические показатели системы и определяющих режим эксплуатации системы, ее комфортность в использовании и обслуживании – коэффициент полезного действия солнечной установки, общие расходы на догрев воды в нагревателе–дублере, ход температуры воды в баке-аккумуляторе по расчетным суткам месяцев эксплуатации ГС ГВС. В качестве критерия эффективности системы принят коэффициент замещения гелиосистемы горячего водоснабжения, т.е. доля тепловой нагрузки ГВС, удовлетворяемой за счет поглощенной солнечной энергии в период работы установки.

Результаты

Результаты. Предложен вариант постановки задачи для разработки алгоритма расчета гелиоприемника горячего водоснабжения индивидуального  жилого дома для условий эксплуатации с относительно невысоким уровнем интенсивности солнечной радиации и наличия низких температур в зимнее время, что  создает  значительные   трудности  при  круглогодичной  эксплуатации   системы  и  определяет сезонность ее работы. Разработанная методика позволяет произвести расчет хода температуры воды в баке-аккумуляторе, общее количество тепла, использованного для приготовления горячей воды за счет энергии солнечного излучения, коэффициент замещения и коэффициент полезного действия ГС ГВС.

Заключение

Заключение.  Получено  универсальное  уравнение,  которое  позволяет  определить  основные  прогнозируемые параметры гелиосистемы для любого режима работы ГС ГВС.

Purpose of research

Purpose of research. The purpose of the research is to develop a simplified approach for the further algorithmization of a hot-water  supply solar collector calculation for seasonal operation of an individual residential building and designation of the main predicted values.

Methods

Methods. To achieve objectives, the approximate values of the main solar system of hot-water supply characteristics was determined, affecting the technical and economic indicators of the system and determining the mode of system operation, its comfort in use and maintenance - the efficiency of the solar installation, the total cost of water heating in the alternate heater, the temperature of the water in the storage tank according to the estimated number of operation days in months of solar system of hot-water supply maintenance. As a criterion for the system effectiveness, the replacement coefficient for the solar system of hot-water supply was adopted, i.e. the share of the hot-water supply heat load satisfied by the absorbed solar energy during the operation of the facility.

Results

Results. A variant of the problem statement is proposed for developing an algorithm for calculating a solar water collector for hot-water supply in an individual residential building for operating conditions with a relatively low level of solar radiation intensity and the presence of low temperatures in winter, which creates significant difficulties during the year-round operation of the system and determines the seasonality of its operation. The developed method allows to calculate: the course of the water temperature in the storage tank, the total amount of heat used to prepare hot water due to the energy of solar radiation; the replacement and efficiency coefficients for the solar system of hot-water supply.

Conclusion

Conclusion. A universal equation is obtained that allows you to determine the main predicted parameters of the solar system for any mode of operation for solar system of hot-water supply.

накопитель тепласолнечная энергиягелиосистематеплоснабжениегорячее водоснабжениеheat accumulatorsolar energyheliosystemheat supplyhot water supplyReferencesЛевенберг В. А., Ткач М. П., Гольстрем В. А. Аккумулирование тепла. Киев: Тэхника, 1991. 112 с.Levenberg V. A., Tkach M. P., Golstrem V. A. Akkumulirovanie tepla [Heat accumulation]. Kiev, Tekhnika Publ., 1991, 112 p. (In Russ.).Врине Е. Исследование установки, работающей в периодическом режиме, для аккумулирования тепла скрытой теплотой // Revue Generale de Thermique. 1983. Т. 22, № 254. С. 183-188.Vrine E. Issledovanie ustanovki, rabotayushchei v periodicheskom rezhime, dlya akkumulirovaniya tepla skrytoi teploto [Study of a batch-mode installation for heat storage by latent heat]. Revue Generale de Thermique, 1983,. vol. 22, no. 254. pp. 183-188 (In Russ.).Кобелев Н. С., Котенко Э. В., Полозов А. Е. Энергосберегающие технологии, трубопроводы и оборудование систем теплогазоснабжения и вентиляции. Курск, 2005. 200 c.Kobelev N. S., Kotenko E.V., Polozov A.E. Energosberegayushchie tekhnologii, truboprovody i oborudovanie sistem teplogazosnabzheniya i ventilyatsii [Energy-saving technologies, pipelines and equipment for heat and gas supply and ventilation systems]. Kursk, 2005, 200 p. (In Russ.).Манасыпов P. P., Лихтенштейн Э. Л. Математическое и физическое моделирование процессов теплообмена в аккумуляторе фазового перехода // Изв. вузов. Строительство и архитектура. 1988. № 8. С. 88-92.Manasypov P. P., Lihtenshtein E. L. Matematicheskoe i fizicheskoe modelirovanie protsessov teploobmena v akkumulyatore fazovogo perekhoda [Lichtenstein Mathematical and physical modeling of heat transfer processes in a phase transition accumulator]. Izv. vuzov. Stroitel'stvo i arkhitektura = Izv. universities. Construction and architecture, 1988, no. 8, pp. 88-92 (In Russ.).Лукашов Ю. М., Токарь Б. З., Котенко Э. В. Исследование характеристик теплового аккумулятора на фазовом переходе // Труды 1-й рос. нац. конф. по теплообмену. М.: Изд-во МЭИ, 1994. Т. 5. С. 109-113.Lukashov Yu. M., Tokar B.Z., Kotenko E.V. [Investigation of the characteristics of a heat accumulator at a phase transition]. Trudy 1-i ros. nats. konf. po teploobmenu [Transactions of the 1st growth. nat. conf. on heat transfer]. Moscow, 1994, vol. 5, pp. 109-113 (In Russ.).Токарь Б. З., Быковцев Ю. С., Котенко Э. В. Приближенный расчет температуры теплоносителя на выходе из фазопереходного аккумулятора теплоты (режим разрядки)// Труды 2-й рос. нац. конф. по теплообмену. М.: Изд-во МЭИ, 1998. Т. 7. С. 217-220.Tokar B.Z., Bykovtsev Yu. S., Kotenko E.V. [An approximate calculation of the temperature of the coolant at the outlet of the phase-transition heat accumulator (discharge mode)]. Trudy 2-i ros. nats. konf. po teploobmenu [Transactions of the 2nd growth. nat. conf. on heat exchange]. Moscow, 1998, vol. 7, pp. 217-220 (In Russ.).Токарь Б.З., Котенко Э.В., Цепочкин В.Г. Расчет режима разрядки фазопереходного аккумулятора теплоты кожухотрубного типа // Труды 3-й рос. нац. конф. по теплообмену. М.: Изд-во МЭИ, 2002. Т. 7. С. 230-234.Tokar B.Z., Kotenko E.V., Tsepochkin V.G. [Calculation of the discharge mode of the phase-transition heat accumulator of the shell-and-tube type]. Trudy 3-ei ros. nats. konf. po teploobmenu [Proceedings of the 3rd growing. nat. conf. on heat exchange]. Moscow, 2002, vol. 7, pp. 230-234 (In Russ.).Котенко Э. В. Разработка математической модели и методики расчета аккумуляторов теплоты на фазовом переходе: автореф. дис. ... канд. техн. наук: 05.14.05. Курск, 1996. 15 с.Kotenko E. V. Razrabotka matematicheskoi modeli i metodiki rascheta akkumulyatorov teploty na fazovom perekhode. [Development of a mathematical model and methodology for calculating heat accumulators at a phase transition]. Avtoref. diss. kand. tekhn. nauk. Kursk, 1996, 15 p. (In Russ.).Умеренков Е.В. Разработка аккумуляторов теплоты на фазовом переходе для систем теплоснабжения: автореф. дис. … канд. техн. наук. Курск, 2013. 18 с.Umerenkov E.V. Razrabotka akkumulyatorov teploty na fazovom perekhode dlya sistem teplosnabzheniya [Development of heat accumulators at the phase transition for heat supply systems]. Avtoref. diss. kand. tekhn. nauk. Kursk, 2013.18 p. (In Russ.).Цымбалюк Ю. В. Исследование процессов с фазовыми переходами материалов с пластинчатыми инклюзивами в тепловых аккумуляторах: автореф. дис. ... канд. техн. наук: 01.04.14. Астрахань, 2006. 15 с.Tsymbalyuk Yu. V. Issledovanie protsessov s fazovymi perekhodami materialov s plastinchatymi inklyuzivami v teplovykh akkumulyatorakh [Investigation of processes with phase transitions of materials with plate inclusions in thermal batteries]. Avtoref. diss. kand. tekhn. nauk. Astrakhan, 2006, 15 p. (In Russ.).Бекман У., Клейн С., Даффи Дж. Расчет систем солнечного теплоснабжения: [пер. с англ.]. М.: Энергия, 1980. 80 с.Beckman W., Klein S., Duffy J. W. Beckman and others. Raschet sistem solnechnogo teplosnabzheniya [Calculation of solar heat supply systems]. Moscow, Energy Publ., 1980, 80 p. (In Russ.).Дж. А. Даффи, Бекман У. А. Тепловые процессы с использованием солнечной энергии: [пер. с англ.]. М.: Мир, 1977. 420 с.Duffy J. A., Beckman W. A. Teplovye protsessy s ispol'zovaniem solnechnoi energii [Thermal processes using solar energy]. Moscow, Mir Publ., 1977, 420 p. (In Russ.).Быстров В. П., Ливчак А. В. Теплоаккумуляторы с использованием фазового перехода // Вопросы экономии теплоэнергетических ресурсов в системах вентиляции и теплоснабжения: сб. науч. трудов. М.: Изд-во ЦНИИЭПИО, 1984. С. 75-90.Bystrov V. P., Livchak A. V. [Heat accumulators using a phase transition]. Voprosy ekonomii teploenergeticheskikh resursov v sistemakh ventilyatsii i teplosnabzheniya. Sbornik nauch. trudov [Issues of saving heat energy resources in ventilation and heat supply systems. Collection. scientific labor]. Moscow, 1984, pp. 75-90 (In Russ.).Бутузов В. А. Анализ опыта разработки и эксплуатации гелиоустановок в Краснодарском крае // Энергетическая эффективность. 2002. № 34. С. 54-61.Butuzov V. A. Analiz opyta razrabotki i ekspluatatsii gelioustanovok v Krasnodarskom krae [Analysis of experience in the development and operation of solar installations in the Krasnodar Territory]. Energeticheskaya effektivnost' = Energy Efficiency, 2002, no. 34,pp. 54-61 (In Russ.).Организация режима работы гелиотеплоснабжения индивидуального жилого дома / Э.В. Умеренкова, Е.В. Умеренков, М.Д. Зайко, А.А. Шпилько // Поколение будущего: Взгляд молодых ученых-2018: сборник научных статей 8-ой Международной молодежной научной конференции (Курск, 25-26 апреля 2018 г.): в 4 т. Курск, 2018. Т. 3. 413 с.Umerenkova E.V., Umerenkov E.V., Zayko M.D., Shpilko A.A. [Organization of the solar heating operation mode of an individual residential building]. Pokolenie budushchego: Vzglyad molodykh uchenykh-2018. Sbornik nauchnykh statei 8-oi Mezhdunarodnoi molodezhnoi nauchnoi konferentsii [Generation of the future: the View of young scientists-2018. Collection of scientific articles of the 8th international youth scientific conference]. Kursk, 2018, vol. 3, 413 p. (In Russ.).Умеренков Е.В., Котенко Э.В. Моделирование процесса разрядки фазопереходного аккумулятора теплоты кожухотрубного типа // Научный вестник Воронежского ГАСУ. Строительство и архитектура. 2011. №1(21). С. 34-39.Umerenkov E.V., Kotenko E.V. Modelirovanie protsessa razryadki fazoperekhodnogo akkumulyatora teploty kozhukhotrubnogo tipa [Modeling the process of discharging a phase-transition heat accumulator of a shell-and-tube type]. Nauchnyi vestnik Voronezhskogo GASU. Stroitel'stvo i arkhitektura = Scientific Bulletin of Voronezh State Administrative University. Construction and architecture, 2011, no. 1 (21), pp. 34-39 (In Russ.).Численное моделирование оптимального теплового аккумулятора на фазовом переходе / О.В. Дихтиевский, Г.В. Конюхов, О.Г. Мартыненко, И.Ф. Юревич // ИФЖ. 1991. Т.61,№5. С. 749-753.Dikhtievsky O.V., Konyukhov G.V., Martynenko O.G., Yurevich I.F. Chislennoe modelirovanie optimal'nogo teplovogo akkumulyatora na fazovom perekhode [Numerical modeling of the optimal heat accumulator at the phase transition]. IFZh, 1991, vol. 61, no. 5, pp. 749-753 (In Russ.).Математическая модель системы горячего водоснабжения с использованием солнечной энергии, работающей по трёхконтурной схеме: промежуточный отчет / ЭНИН им. Г. М. Кржижановского; рук. темы И. В. Рыбин. М., 1979. 92 с.Matematicheskaya model' sistemy goryachego vodosnabzheniya s ispol'zovaniem solnechnoi energii, rabotayushchei po trekhkonturnoi skheme. Promezhutochnyi otchet [A mathematical model of a hot water system using solar energy, working on a three-circuit scheme. Interim report]. Moscow, ENIN im. G. M. Krzhizhanovskogo Publ., 1979, 92 p. (In Russ.).Математическая модель системы горячего водоснабжения с использованием солнечной энергии, работающей по двухконтурной схеме: промежуточный отчет/ ЭНИН им. Г. М. Кржижановского; рук. темы И. В. Рыбин. М., 1979. 64 с.Matematicheskaya model' sistemy goryachego vodosnabzheniya s ispol'zovaniem solnechnoi energii, rabotayushchei po dvukhkonturnoi skheme: promezhutochnyi otchet [A mathematical model of a hot water system using solar energy, working on a dual circuit: interim report]. ENIN im. G. M. Krzhizhanovskogo Publ., Moscow, 1979, 64 p. (In Russ.).

The authors declare that there are no conflicts of interest present.