alternativeАльтернативная энергетика и экология (ISJAEE)Alternative Energy and Ecology (ISJAEE)1608-8298Международный издательский дом научной периодики "Спейс10.15518/isjaee.2025.09.029-042alternative-2713Research ArticleI. ВОЗОБНОВЛЯЕМАЯ ЭНЕРГЕТИКА. 1. Солнечная энергетика. 1-4-1-0 Солнечные коллекторыI. RENEWABLE ENERGY. 1. Solar energy. 1-4-1-0 Solar collectorsЭкспериментальное исследование солнечного водонагревателя с греющим пародинамическим контуромExperimental study of a solar water heater with a heating vapor-dynamic circuitМолаА. Х.MolaA. Kh.

Мола Ахмед Хуссейн, аспирант, инженер-исследователь кафедры «Атомные станции и возобновляемые источники энергии»

Екатеринбург, ул. Мира, 19

Mola Akhmed Khusseyn, PhD student, research Engineer of the Department of Nuclear Power Plants and Renewable Energy Sources

Yekaterinburg, Mira st., 19 

ЩеклеинС. Е.ShchekleinS. E.

Щеклеин Сергей Евгеньевич, заведующий кафедрой «Атомные станции и возобновляемые источники энергии», профессор, доктор технических наук

Екатеринбург, ул. Мира, 19, +7 902 442 1547 

Shcheklein Sergey Evgenievich, Head of the Department of Nuclear Power Plants and Renewable Energy Sources. Doctor of technical science, professor, Doctor of Technical Sciences

Yekaterinburg, Mira st., 19, +7 902 442 1547 

s.e.shcheklein@urfu.ruУральский федеральный университет имени первого Президента России Б. Н. ЕльцинаРоссияUral Federal University named after the first President of Russia B. N. YeltsinRussian Federation202512012026092942Copyright © Международный издательский дом научной периодики "Спейс, 20262026Международный издательский дом научной периодики "СпейсМеждународный издательский дом научной периодики "Спейсhttps://www.isjaee.com/jour/about/submissions#copyrightNoticehttps://www.isjaee.com/jour/article/view/2713

В настоящем исследовании предлагается новая технология повышения эффективности солнечных водонагревательных систем с использованием греющего пародинамического контура. Данный вариант ассимиляции солнечной энергии и передачи полученной теплоты в объем нагреваемой воды основан на применении пародинамического эффекта, сущность которого состоит в применении греющего контура, частично (20-30% объема контура) заполненного низкокипящей жидкостью (НКЖ), пары которой поступают в теплообменник-конденсатор, размещенный в баке-бассейне с нагреваемой водой. Приведены результаты анализа эффективности ряда НКЖ, позволившие выбрать оптимальные низкокипящие теплоносители. Экспериментально исследована эффективность водонагревательных систем с пародинамическим контуром, показавшая значительное повышение температуры воды в суточном цикле при использовании в качестве НКЖ промежуточного контура бензин и ацетон. Доказано, что предложенная технологическая схема нагрева воды с использованием пародинамического контура с низкокипящим теплоносителем позволяет осуществлять эффективный перенос теплоты без применения насосного оборудования с использованием солнечных коллекторов простейшего типа, что снижает стоимость и эксплуатационные расходы установки солнечного нагрева воды.

This study proposes a new technology for increasing the efficiency of solar water heating systems using a heating vapor dynamic circuit. The variant of assimilation of solar energy and transfer of the obtained heat into the volume of heated water is considered based on the application of the paradynamic effect, the essence of which is the use of a heating circuit, partially (20-30% of the circuit volume) filled with a low-boiling liquid (ELF), the vapors of which enter the heat exchanger-condenser located in the tank-pool with heated water. The results of the analysis of the efficiency of a number of CALs are presented, which made it possible to select the optimal low-boiling coolants. The efficiency of water heating systems with a vapor-dynamic circuit was experimentally investigated, which showed a significant increase in water temperature in the daytime cycle when gasoline and acetone were used as an intermediate circuit. It is shown that the proposed technological scheme of water heating using a vapor-dynamic circuit with a low-boiling coolant allows for effective heat transfer without the use of pumping equipment using solar collectors of the simplest type, which reduces the cost and operating costs of the solar water heating installation.

солнечная энергияпародинамический контурбензинацетоннизкокипящая жидкостьэффективностьsolar energyparadynamic controlgasolineacetonelow-boiling liquidefficiencyReferencesВалов М. И., Казанджан Б. И. Использование солнечной энергии в системах теплоснабжения: монография. – Москва, Изд-во МЭИ, 1991. – 140 с.Valov M. I., Kazandzhan B. I. Use of solar energy in heating systems: monograph. – Moscow, MEI Publishing House, 1991. – 140 p.Даффи Дж. А., Бекман У. А. Тепловые процессы с использованием солнечной энергии. – Москва, Мир, 1977.Duffy J. A., Beckman W. A. Thermal processes using solar energy. – Moscow, Mir, 1977.Авезов Р. Р., Кахаров Н. А., Гафуров А. М. Результаты экспериментальных исследований теплотехнических характеристик солнечных коллекторов для подогрева воды // Гелиотехника. –1988 г., № 4. – 58-60 с.Avezov R. R., Kakharov N. A., and Gafurov A. M. Results of experimental studies of the thermal characteristics of solar collectors for water heating // Heliotechnics. – 1988, No. 4. – 58-60 p.Stekford G. H. An averaging technique for predicting the performance of a solar energy collectors system. Sharing the sun solar technology in the seventies. A join conference of the American section of the ISES and the solar energy society of Canada, Winnipeg. – 1976. – Vol. 4. – Pр. 295-315.Stekford G. H. An averaging technique for predicting the performance of a solar energy collectors system. Sharing the sun solar technology in the seventies. A join conference of the American section of the ISES and the solar energy society of Canada, Winnipeg. – 1976. – Vol. 4. – Pр. 295-315.Gupta C. L. On generalizing the dynamic performance of solar energy systems // Solar energy. – 1971. – № 13. – Рp. 301.Gupta C. L. On generalizing the dynamic performance of solar energy systems // Solar energy. – 1971. – № 13. – Рp. 301.Тарнижевский Б. В., Абуев И. М. Технический уровень и освоение производства плоских солнечных коллекторов в России // Теплоэнергетика. – 1997 г. – № 4. – С. 13-15.Т Arnizhevsky B. V., Abuev I. M. Technical Level and Development of Production of Flat Solar Collectors in Russia // Thermal Power Engineering. – 1997. – No. 4. – Pp. 13-15.Аль Уста Айман, Денисова А. Е., Мазуренко. Термодинамическая эффективность адсорбера солнечного коллектора с принудительной циркуляцией // Экотехнология и ресурсосбережение. – 2001 г. – № 5. – С. 16-21.Al Usta Ayman, Denisova A. E., Mazurenko. Thermodynamic Efficiency of an Adsorber Solar Collector with Forced Circulation // Ecotechnology and Resource Conservation. – 2001. – No. 5. – Pp. 16-21.Buchberg H., Roulet J. R. Simulation and optimization of solar collection and storage for house heating // Solar energy. – 1968. – № 12. – Рp. 31.Buchberg H., Roulet J. R. Simulation and optimization of solar collection and storage for house heating // Solar energy. – 1968. – № 12. – Рp. 31.Бутузов В. А. Эксплуатационная надежность солнечных коллекторов // Промышленная энергетика. – 2003 г. – № 8. – С. 47-52.Butuzov V. A. Operational Reliability of Solar Collectors // Industrial Power Engineering. – 2003. – No. 8. – Pp. 47-52.Бутузов В. А. Состояние и перспективы российского рынка солнечных коллекторов // Промышленная энергетика. – 2006 г. – № 7. – С. 52-55.Butuzov V. A. State and Prospects of the Russian Market of Solar Collectors // Industrial Power Engineering. – 2006. – No. 7. – Pp. 52-55.Бутузов В. А. Гелиоустановки горячего водоснабжения малой производительности // Промышленная энергетика. – 2002 г. – № 7. – С. 56-58.Butuzov V. A. Small-Capacity Solar Hot Water Systems // Industrial Power Engineering. – 2002. – No. 7. – Pp. 56-58.N. T. Alwan, S. E. Shcheklein and O. M. Ali. Experimental investigation of modified solar still integrated with solar collector. Case Studies in Thermal Engineering. – 2020. – Vol. 19. – Р. 100614.N. T. Alwan, S. E. Shcheklein and O. M. Ali. Experimental investigation of modified solar still integrated with solar collector. Case Studies in Thermal Engineering. – 2020. – Vol. 19. – Р. 100614.N. T. Alwan, S. E. Shcheklein and O. M. Ali. Experimental analysis of thermal performance for flat plate solar water collector in the climate conditions of Yekaterinburg, Russia. Materials Today: Proceedings. – 2021. – Vol. 42, pp. 2076-2083.N. T. Alwan, S. E. Shcheklein and O. M. Ali. Experimental analysis of thermal performance for flat plate solar water collector in the climate conditions of Yekaterinburg, Russia. Materials Today: Proceedings. – 2021. – Vol. 42, pp. 2076-2083.N. T. Alwan, S. E. Shcheklein and O. M. Ali. A practical study of a rectangular basin solar distillation with single slope using paraffin wax (PCM) cells // International Journal on Energy Conversion. – 2019. – Vol. 7, no. 4, pp. 162-170.N. T. Alwan, S. E. Shcheklein and O. M. Ali. A practical study of a rectangular basin solar distillation with single slope using paraffin wax (PCM) cells // International Journal on Energy Conversion. – 2019. – Vol. 7, no. 4, pp. 162-170.Dewanjee D., Kundu B. A review of applications of green nanofluids for performance improvement of solar collectors // Renewable Energy. – 2025;240: 122182.Dewanjee D., Kundu B. A review of applications of green nanofluids for performance improvement of solar collectors // Renewable Energy. – 2025;240: 122182.Ali F. H., Al-amir Q. R., Hamzah H. K., Alahmer A. Integrating thermal phase-change material energy storage with solar collectors: A comprehensive review of techniques and applications // International Communications in Heat and Mass Transfer. – 2025;162: 108606.Ali F. H., Al-amir Q. R., Hamzah H. K., Alahmer A. Integrating thermal phase-change material energy storage with solar collectors: A comprehensive review of techniques and applications // International Communications in Heat and Mass Transfer. – 2025;162: 108606.Feng L., Turner I. W., Anh V. V. Liu F. Review of classical and nonlocal nanofluid models for solar collectors // Renewable and Sustainable Energy Reviews. – 2025;212: 115382.Feng L., Turner I. W., Anh V. V. Liu F. Review of classical and nonlocal nanofluid models for solar collectors // Renewable and Sustainable Energy Reviews. – 2025;212: 115382.Alshukri M. J., Hussein A. K., Eidan A. A. Alsabery A. I. A review on applications and techniques of improving the performance of heat pipe-solar collector systems // Solar Energy. – 2022;236: 417-433.Alshukri M. J., Hussein A. K., Eidan A. A. Alsabery A. I. A review on applications and techniques of improving the performance of heat pipe-solar collector systems // Solar Energy. – 2022;236: 417-433.Azad E. Theoretical and experimental investigation of heat pipe solar collector // Experimental Thermal and Fluid Science. – 2008;32(8): 1666-1672.Azad E. Theoretical and experimental investigation of heat pipe solar collector // Experimental Thermal and Fluid Science. – 2008;32(8): 1666-1672.Patil R. A., Deshmukh V. Recent advancements in solar collector-evaporator for direct expansion solar heat pump // International Journal of Thermofluids. – 2024;23: 100794.Patil R. A., Deshmukh V. Recent advancements in solar collector-evaporator for direct expansion solar heat pump // International Journal of Thermofluids. – 2024;23: 100794.Chen H., Li X., Gao J., Cao J., Dong H., Wang W., Chen Y. Comparative study on a solar-assisted ground source heat pump with CPC solar collector and phase change heat storage // Renewable Energy. – 2025;239: 122065.Chen H., Li X., Gao J., Cao J., Dong H., Wang W., Chen Y. Comparative study on a solar-assisted ground source heat pump with CPC solar collector and phase change heat storage // Renewable Energy. – 2025;239: 122065.Zhang D., Diao Y., Wang Z., Pan Y., Sun M., Wang X., Zhao, Y. Thermal performance of two evacuated tube solar collectors with flat heat pipes // Applied Thermal Engineering. – 2024;241: 122366.Zhang D., Diao Y., Wang Z., Pan Y., Sun M., Wang X., Zhao, Y. Thermal performance of two evacuated tube solar collectors with flat heat pipes // Applied Thermal Engineering. – 2024;241: 122366.Khammal S., Khouya A. Performance analysis of a combined cooling, heat, electricity and hydrogen plant powered by evacuated tube solar collectors // International Journal of Hydrogen Energy. – 2025;101: 34-46.Khammal S., Khouya A. Performance analysis of a combined cooling, heat, electricity and hydrogen plant powered by evacuated tube solar collectors // International Journal of Hydrogen Energy. – 2025;101: 34-46.Zaboli M., Karimi N., Ajarostaghi S. S. M., Saedodin S. Optimisation of the thermodynamic and environmental performances of a flat plate solar collector with multiple turbulators: An integrated experimental, numerical, and machine learning investigation // Renewable Energy. – 2025; 242:122407.Zaboli M., Karimi N., Ajarostaghi S. S. M., Saedodin S. Optimisation of the thermodynamic and environmental performances of a flat plate solar collector with multiple turbulators: An integrated experimental, numerical, and machine learning investigation // Renewable Energy. – 2025; 242:122407.Мола А. Х., Щеклеин С. Е., Дубинин А. М., Алван Н. Т. Экспериментальное исследование солнечного опреснителя воды с греющим пародинамическим контуром и встроенным конденсатором пара // Э 651 Энергетические установки и технологии: науч. журнал. –Севастополь: ФГАОУ ВО СевГУ, 2024. – Т. 10. – № 2. – 3-9 с.Mola A. Kh., Shcheklein S. E., Dubinin A. M., Alvan N. T. Experimental Study of a Solar Water Desalinator with a Heating Vapor-Dynamic Circuit and an Integrated Steam Condenser // E 651 Energy Installations and Technologies: Scientific Journal. – Sevastopol: FGAOU VO SevSU, 2024. – Vol. 10. – No. 2. – Pp. 3-9.Патент № 2761832 C1 Российская Федерация, МПК B01D 3/00, C02F 1/14. Энергонезависимая солнечная дистилляционная система непрерывного действия (варианты): № 2020138271: заявл. 23.11.2020: опубл. 13.12.2021 / С. Е. Щеклеин, Н. Т. А. Алхарбави.Patent No. 2761832 C1, Russian Federation, IPC B01D 3/00, C02F 1/14. Energy-independent continuous solar distillation system (variants): No. 2020138271: filed on November 23, 2020: published on December 13, 2021 / S. E. Shcheklein, N. T. A. Alkharbawi.Коржавин С. А., Щеклеин С. Е. Экспериментальное исследование использования солнечной энергии для производства этанола путём ректификации //Альтернативная энергетика и экология (ISJAEE). – 2025. – №. 11. – С. 69-74.Korzhavin S. A., Shcheklein S. E. Experimental study of using solar energy for ethanol production by rectification // Alternative Energy and Ecology (ISJAEE). – 2025. – №. 11. – Pp. 69-74.Патент № 2505520 C1 Российская Федерация, МПК C07C 31/08, C12P 7/06, C12G 3/12. Солнечная установка для выработки спирта и сопутствующих материалов: № 2012136013/04: заявл. 21.08.2012: опубл. 27.01.2014 / С. Е. Щеклеин, А. И. Попов.Patent No. 2505520 C1 Russian Federation, IPC C07C 31/08, C12P 7/06, C12G 3/12. Solar installation for the production of alcohol and related materials: No. 2012136013/04: application 08/21/2012: published 01/27/2014 / S. E. Shcheklein, A. I. Popov.Патент № 2832810 C1 Российская Федерация, МПК C02F 1/14. Солнечный опреснитель бассейнового типа: заявл. 13.05.2024: опубл. 09.01.2025 / А. И. Попов, С. Е. Щеклеин.Patent No. 2832810 C1, Russian Federation, IPC C02F 1/14. Solar pool-type desalinator: applied on May 13, 2024; published on January 9, 2025 / A. I. Popov, S. E. Shcheklein.Патент № 2838927 C1 Российская Федерация, МПК C02F 1/14, F24S 10/95. энергонезависимая солнечная опреснительная установка: заявл. 28.05.2024: опубл. 23.04.2025 / С. Е. Щеклеин, А. Х. М. Аль-Мохаммедави. 31. Сивухин Д. В. Общий курс физики. – Издание 3-е, исправленное и дополненное. – М.: Наука, 1990. – Т. II. Термодинамика и молекулярная физика. – 592 с.Patent No. 2838927 C1, Russian Federation, IPC C02F 1/14, F24S 10/95. Energy-Independent Solar Desalination Plant: Appl. No. 28.05.2024: Publ. No. 23.04.2025 / S. E. Shcheklein, A. H. M. Al-Mohammedawi.Морачевский А. Г., Смирнова Н. А., Пиотровская Е. М. и др. Термодинамика равновесия жидкость-пар. – Л.: Химия, 1989, 344 с.Sivukhin D. V. General Course of Physics. – 3rd edition, revised and expanded. – Moscow: Nauka, 1990. – Vol. II. Thermodynamics and Molecular Physics. – 592 p.Гуреев, А. А. Производство высокооктановых бензинов / А. А. Гуреев, Ю. М. Жоров, Е. В. Смидович. – М.: Химия, 1981. – 224 с.Morachevsky A. G., Smirnova N. A., Piotrovskaya E. M., et al. Thermodynamics of Liquid-Vapor Equilibrium. – Leningrad: Khimiya, 1989, 344 p.Gureev, A. A. Production of High-Octane Gasolines / A. A. Gureev, Yu. M. Zhorov, and E. V. Smidovich. Moscow: Khimiya, 1981. – 224 p.Gureev, A. A. Production of High-Octane Gasolines / A. A. Gureev, Yu. M. Zhorov, and E. V. Smidovich. Moscow: Khimiya, 1981. – 224 p.

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