Введение к работе
Актуальность темы Удовлетворение существующих потребностей населения и промышленности в тепловой энергии, особенно в районах удаленных от централизованных систем теплоснабжения - чрезвычайно важная задача Запасы традиционно используемых для этих целей ископаемых топлив ограничены Это обстоятельство, а также экологическая безопасность и рост энергопотребления требуют повышения энергоэффективности зданий Решение может быть достигнуто путем применения возобновляемых источников энергии (ВИЭ)
Вопросы использования ВИЭ для теплоснабжения зданий актуальны в силу различных обстоятельств обеспечение устойчивого теплоснабжения населения и промышленности в зонах децентрализованных систем, обеспечение гарантированного минимума теплоты населению и производству (в частности, сельскохозяйственному) в зонах неустойчивого теплоснабжения, предотвращение ущерба от аварийных и ограничительных отключений, особенно в сельской местности, снижение вредных выбросов от работы энергетических установок в районах со сложной экологической обстановкой, а также в местах массового отдыха населения
Вопросами использования солнечной энергии в пассивных и активных системах солнечного теплоснабжения занимается целый ряд научных, проектных и производственных коллективов Научно-исследовательский институт строительной физики РАН (возглавляемый Осиповым Г Л), комитет Российского союза научных и инженерных общественных организаций по проблемам использования возобновляемых источников энергии (возглавляемый Безруких П П ), Всероссийский научно-исследовательский институт электрификации сельского хозяйства, Акционерное общество «Новые и возобновляемые источники энергии», Государственный научно-исследовательский энергетический институт им Г М Кржижановского и др Значительный вклад в развитии этих вопросов принадлежит Богословскому В Н , Бродач М М, Осипову Г Л, Попелю О С, Табунщикову Ю А, Тарнижевскому Б В, Фриду С Е и др
Диссертационная работа выполнялась в рамках научного направления «Научно-технические проблемы развития централизованного и автономного теплоснабжения в современных условиях»
Цель работы. Целью диссертационной работы является теоретическое и экспериментальное обоснование эффективности использования солнечных систем теплоснабжения
Задачи исследований*
-
Уточнение математической модели теплопроводности наружной стенки здания, учитывающей скорость ветра, что позволит более точно оценить требуемую мощность системы теплоснабжения здания
-
Получение регрессионных уравнений для расчета валового потенциала солнечной энергии при ясном небе и любом значении географической широты местности, а также определения коэффициентов ослабления валового потенциала солнечной энергии при облачном небе
-
Экспериментальное исследование зависимости доли тепловой мощности системы теплоснабжения здания, обеспечиваемой за счет солнечной энергии, от конструктивных параметров (площади солнечных коллекторов и угла их наклона к горизонту, объема бака-аккумулятора)
-
Разработка структурной схемы и методики расчета эффективности солнечной системы теплоснабжения, включающих в себя предложенные регрессионные уравнения определения валового потенциала и коэффициенты ослабления солнечной энергии
-
Определение эффективности применения солнечных систем автономного теплоснабжения зданий коттеджного типа путем проведения вычислительного эксперимента по предложенной методике с использованием результатов собственных исследований
Научная новизна заключается в следующем
в результате обработки статистических данных получены уравнения регрессии для расчета валового потенциала солнечной энергии, падающей на горизонтальные и вертикальные ограждающие поверхности здания при ясном небе и любом значении географической широты местности, с помощью которых определены коэффициенты ослабления валового потенциала солнечной энергии, позволяющие учитывать в расчетах облачность неба,
в результате обработки данных собственных экспериментальных исследований получены аналитические зависимости доли тепловой мощности системы теплоснабжения здания, обеспечиваемой за счет солнечной энергии, от конструктивных параметров (площади солнечных коллекторов, угла их наклона к горизонту, объема бака-аккумулятора, отношения площади солнечного коллектора к объему бака-аккумулятора),
разработаны структурная схема и методика расчета эффективности солнечных систем теплоснабжения, включающие в себя предложенные регрессионные уравнения определения валового потенциала и коэффициенты ослабления солнечной энергии,
в ходе проведения вычислительного эксперимента с использованием результатов собственных исследований и на основании предложенной методики определена эффективность солнечных систем автономного теплоснабжения зданий коттеджного типа
На защиту выносятся:
уравнения регрессии для расчета валового потенциала солнечной энергии, падающей на горизонтальные и вертикальные ограждающие поверхности здания при ясном небе и любом значении географической широты местности, а также коэффициенты ослабления валового потенциала солнечной энергии, позволяющие учитывать в расчетах облачность неба,
аналитические зависимости доли тепловой мощности системы теплоснабжения здания, обеспечиваемой за счет солнечной энергии, от конструктивных параметров (площади солнечных коллекторов, угла их наклона к горизонту, объема бака-аккумулятора, отношения площади солнечного коллектора к объему бака-аккумулятора),
структурная схема и методика расчета эффективности солнечных систем теплоснабжения,
результаты вычислительного эксперимента по определению эффективности солнечных систем автономного теплоснабжения зданий коттеджного типа
Обоснованность и достоверность результатов исследований, выводов и рекомендаций, содержащихся в работе, подтверждены следующими положениями
полученные в работе научные результаты базируются на классических положениях теории тепломассообмена,
удовлетворительным соответствием результатов расчетов, полученных на основе предложенной математической модели, данным собственных испытаний солнечных систем теплоснабжения, а также известным ранее экспериментальным данным других исследователей
Практическое значение Результаты работы использованы при расчете и выборе показателей системы солнечного теплоснабжения двухэтажной гостиницы (площадь и угол наклона солнечных коллекторов, объем бака-аккумулятора, доля замещения тепловой нагрузки, экономический эффект и т д), а также внедрены в учебный процесс кафедры теплогазоснабжения Воронежского государственного архитектурно-строительного университета
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы доложены
на 8-ой - 9-ой международных научно-практических конференциях «Высокие технологии в экологии» Воронежского отделения Российской экологической академии, Воронеж, 2005-2006 гг ,
на 58-ой- 61-ой научных конференциях и семинарах Воронежского государственного архитектурно-строительного университета, Воронеж, 2004-2006 гг
Публикации. По материалам исследований опубликовано 11 научных работ общим объемом 57,5 страницы Лично автору принадлежат 38 страниц Полученные в данной диссертационной работе уравнения регрессии для расчета валового потенциала солнечной энергии и коэффициенты его ослабления, а также аналитические зависимости доли тепловой мощности системы теплоснабжения здания, обеспечиваемой за счет солнечной энергии, от конструктивных параметров солнечной установки опубликованы в Вестнике Воронежского государственного технического университета (перечень ВАК) и в Известиях Тульского государственного университета (перечень ВАК до 2007 года) Структурная схема, методика расчета эффективности солнечных систем теплоснабжения и результаты вычислительного эксперимента по определению эффективности солнечных систем автономного теплоснабжения зданий коттеджного типа опубликованы в центральном рецензируемом журнале «АВОК»
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, 5 глав, выводов и списка используемых источников из 114 наименований Диссертация изложена на 181 страницах 136 станиц машинописного текста, 94 рисунка, 12 таблиц, 10 страниц списка используемых источников, 4 приложения
