ГЕЛИОСИСТЕМА С СЕЗОННЫМ АККУМУЛЯТОРОМ ТЕПЛОТЫ

Представлены результаты разработки методики комплексной оценки эффективности системы, включающей в себя солнечные коллекторы, бак-аккумулятор, грунтовый аккумулятор теплоты, а также системы отопления здания. Данная модель нестационарного теплообмена позволяет для различных климатических условий, типов гелиотехнического оборудования, типов систем отопления здания определить площадь и количество солнечных коллекторов и объем сезонного (грунтового) аккумулятора теплоты, обеспечивающих необходимые температурные характеристики здания. Для свойственного в условиях резкоконтинентального климата сезонного изменения приходов солнечной радиации и температуры окружающей среды получены аналитические выражения и выполнено численное исследование времени использования аккумулированной энергии для здания отапливаемой площадью 70 м² . Показано, что при объеме грунтового аккумулятора тепла 500 м³ и максимальной температуре нагрева 90 ºС запасенной энергии достаточно для обогрева здания системой «теплый пол» более чем на 100 суток. Представлены данные, подтверждающие целесообразность применения солнечных систем теплоснабжения с грунтовым аккумулятором теплоты для суровых климатических условий, характерных для Уральского федерального округа России. Использование грунтовых аккумуляторов теплоты является простым и малозатратным способом переноса во времени (с летнего на зимний период) энергии солнечного излучения, что позволяет существенно сократить затраты органического топлива на обогрев помещений в отопительный период. Наибольшая эффективность использования аккумулированной в грунте энергии достигается благодаря низкотемпературным системам обогрева (теплый пол, воздушное отопление). Представленная методика является достаточно универсальной и может применяться для любых грунтов и накопительных сред, отличающихся от естественного грунта теплофизическими характеристиками (талькохлорит, талькомагнезит, солевые композиции и пр.), а также для других типов тепловых нагрузок, в том числе, для поддержания благоприятного температурного режима в плавательных бассейнах и сельскохозяйственных сооружениях закрытого грунта и пр.

1. Kuravi, S. Thermal energy storage technologies and systems for concentrating solar power plants [Text] / S. Kuravi [et al.] // Progress in Energy and Combustion Science. – 2013. – Vol. 39. – Iss. 4. – P. 285–319.

2. Zhang, H. Thermal energy storage: Recent developments and practical aspects [Text] / H. Zhang [et al.] // Progress in Energy and Combustion Science. – 2016. – Vol. 53. – P. 1–40.

3. Tian, Y. A review of solar collectors and thermal energy storage in solar thermal applications [Text] / Y. Tian, C. Y. Zhao // Applied Energy. – 2013. – Vol. 104. – P. 538–553.

4. Liu, L. Thermal equilibrium research of solar seasonal storage system coupling with ground-source heat pump [Text] / Long Liu, Neng Zhu, Jing Zhao // Energy. – 2016. – Vol. 99. – P. 83–90.

5. Guruprasad Alva. An overview of thermal energy storage systems [Text] / Guruprasad Alva, Yaxue Lin, Guiyin Fang // Energy. – 2018. – Vol. 144. – P. 341–378.

6. Xu, J. A review of available technologies for seasonal thermal energy storage [Text] / J. Xu, R.Z. Wang, Y. Li // Sol. Energy. – 2014. – Vol. 103. – P. 610– 638.

7. Guruprasad Alva. Thermal energy storage materials and systems for solar energy applications [Text] / Guruprasad Alva, Lingkun Liu, Xiang Huang, Guiyin Fang // Renewable and Sustainable Energy Reviews. – 2017. – Vol. 68. – Part 1. – P. 693–706.

8. Bauer, D. German central solar heating plants with seasonal heat storage [Text] / D. Bauer [et al.] // Sol. Energy. – 2010. – Vol. 84. – P. 612–623.

9. Benli, H. Performance analysis of a latent heat storage system with phase change material for new designed solar collectors in greenhouse heating [Text] / H. Benli, A. Durmus // Sol. Energy. – 2009. – Vol. 83. – P. 2109–2119.

10. Benli, H. Energetic performance analysis of a ground-source heat pump system with latent heat storage for a greenhouse heating / H. Benli // Energy Convers. Manage. – 2011. – Vol. 52. – P. 581–589.

11. Berroug, F. Thermal performance of a greenhouse with a phase change material north wall [Text] / F. Berroug [et al.] // Energy Build. – 2011. – Vol. 43. – P. 3027–3035.

12. Satu Paiho. Energy and emission analyses of solar assisted local energy solutions with seasonal heat storage in a Finnish case district [Text] / Satu Paiho, Ha Hoang, Mari Hukkalainen // Renewable Energy. – 2017. – Vol. 107. – P. 147–155.

13. XiaoWang. Experimental study of a solar-assisted ground-coupled heat pump system with solar seasonal thermal storage in severe cold areas [Text] / XiaoWang [et al.] // Energy and Buildings. – 2010. – Vol. 42. – Iss. 11. – P. 2104–2110.

14. Belén Zalba. Review on thermal energy storage with phase change: materials, heat transfer analysis and applications [Text] / Belén Zalba [et al.] // Applied Thermal Engineering. – 2003. – Vol. 23. – Iss. 3. – P. 251–283.

15. Atul Sharma. Review on thermal energy storage with phase change materials and applications [Text] / Atul Sharma [et al.] // Renewable and Sustainable Energy Reviews. – 2009. – Vol. 13. – Iss. 2. – P. 318–345.

16. Анисимов, А. Энергосберегающие отопительные приборы из Карелии (теплоаккумуляторы) [Текст] / А. Анисимов // Международный научный журнал «Альтернативная энергетика и экология» (ISJAEE). – 2004. – № 5. – С. 44–46.

17. Высочин, В.В. Математическая модель гелиосистемы с сезонным аккумулятором тепла [Текст] / В.В. Высочин // Труды Одесского политехнического университета. – 2011. – Вып. 2 (36). – С. 125–129.

18. Высочин, В.В. Влияние размеров сезонного аккумулятора тепла на автономность работы гелиосистемы [Текст] / В. В. Высочин // Труды Одесского политехнического университета. – 2012. – Вып. 1 (36). – С. 129–132.

19. Бекман, Б. Тепловое аккумулирование энергии [Текст] / Б. Бекман, П. Гилли. – Пер. с английского. М.: изд. Мир, 1987. – 272 с.

20. Kroll, J.A. The use of ground heat storages and evacuated tube solar collectors for meeting the annual heating demand of family-sized houses [Text] / J.A. Kroll, F. Ziegler // Solar Energy. – 2011. – Vol. 85. – Iss. 11. – P. 2611–2621.

21. Научно-прикладной справочник по климату СССР: серия 3 многолетние данные, части 1–6, выпуск 9 Пермская, Свердловская, Челябинская, Курганская области, Башкирская АССР, Гидрометеоиздат, Ленинград, 1990. – 557 с.

22. Пехович, А.И. Расчет теплового режима твердых тел [Текст] / А.И. Пехович, В.М. Жидких. – Ленинград: Энергия, 1976. – 352 с.

23. Nemś, M. Validation of a new concept of a solar air heating system with a long-term granite storage bed for a single-family house [Text] / M. Nemś [et al.] // Applied Energy. – 2018. – Vol. 215. – P. 384–395.

24. Reyes, A. Design and evaluation of a heat exchanger that uses paraffin wax and recycled materials as solar energyaccumulator [Text] / A. Reyes [et al.] // Energy Conversion and Management. – 2014. – Vol. 88 – P. 391–398