ТЕПЛОВЫЕ ПОТОКИ В ПАССИВНОЙ МНОГОСЛОЙНОЙ СОЛНЕЧНОЙ ПАНЕЛИ

Рассматривался вопрос о том, как при объективных финансовых ограничениях на этапах строительства и монтажа инженерных систем повысить энергоэффективность и экологическую безопасность зданий и сооружений за счёт малозатратного способа утилизации солнечной радиации, предполагающего пассивное преобразование в тепловую энергию в наружных ограждающих конструкциях. Несмотря на экономическую целесообразность таких систем отопления, ввиду низких показателей КПД по сравнению с активными гелиоустановками складывается мнение о возможности их использования только в тех климатических условиях, которые характеризуются мягким отопительным периодом. В этой связи анализировались известные и разрабатываемые строительные светопрозрачные, поглощающие, аккумулирующие и изолирующие материалы, наряду с возможностями по созданию многофункциональных наружных ограждений, которые могут расширить географию использования пассивных систем. Для решения вопросов эффективной утилизации солнечного излучения фасадно-интегрированными панелями изучались нестационарные тепловые процессы, возникающие в многослойных наружных ограждениях зданий. Как показал анализ математических методов, для описания суточных изменений температуры в толще строительных конструкций следует применять теорию тепловых волн. Принцип суперпозиции температурных возмущений позволил выполнить расчет переноса тепла в многослойных наружных ограждениях. Для сравнительной оценки влияния солнечной радиации в климатических условиях Воронежской области (52 º с.ш.) на двухслойную конструкцию и четырехслойную, состоящую из стеклопакета, воздушной прослойки, железобетона, воздушной прослойки, утеплителя и защищенную с внешней стороны стеклопакетом, выполнены расчеты. В январе при температуре наиболее холодной пятидневки –24 ºС среднесуточные потери теплоты через площадь поверхности 1 м2 двухслойной наружной стены составляют 6 Вт/м2 , а при тех же погодных условиях четырехслойная солнечная панель в среднем отдает в обогреваемое помещение 36,3 Вт/м2 , при этом максимальные значения теплового потока достигаются за 18 ча- сов. Расчетные данные подтвердили целесообразность применения пассивных солнечных панелей при низких температурах холодного периода года, а учитывая незначительные затраты на обустройство по сравнению с активными гелиосистемами и существующие тенденции фасадного остекления, был сделан вывод о необходимости использования этих панелей для повышения энергоэффективности зданий.

1. Даффни, Дж. Основы солнечной теплоэнергетики [Текст] / Дж. Даффни, У. Бекман. – Долгопрудный, Изд. Дом. «Интеллект», 2013. – 888 с.

2. Петров, В.М. Оценка поступления солнечной энергии на поверхности активных фасадно-интегрированнных систем энергоснабжения [Текст] / В.М. Петров // Международный научный журнал «Альтернативная энергетика и экология» (ISJAEE). – 2014. – Т. 11. – С. 85–91.

3. Quesada, G. A comprehensive review of solar facades [Text] / G. Quesada [et al.] // Transparent and translucent solar facades. Renewable and Sustainable Energy Reviews. – 2012. – Vol. 16. – No 5. – P. 2643– 2651.

4. Navarro, L. Thermal energy storage in building integrated thermal systems [Text] / L. Navarro [et al.] // A review. Part. 2. Integration as passive system. – Renewable Energy. – 2015. – Vol. 30. – P. 1–23.

5. Zhou, Ao Thermal insulating concrete wall panel design for sustainable built environment [Text] / Ao Zhou [et al.] // The Scientific World Journal. – 2014. – Vol. 12. – ID 279592.

6. Skujans, J. Measurement of heat transfer of multy-layered wall construction with foam gypsum Appl [Text] / J. Skujans [et al.] // Thermal Eng. – 2007. – Vol. 27. – 1219–1224.

7. Shchukina, T.V. Passive solar heating: how to control heating regime [Text] / T.V. Shchukina [et al.] // Int. J. of Environmental and Science Education. – 2016. – Vol. 11. – No 18. – P. 11361–11373.

8. Богословский, В.Н. Строительная теплофизика [Текст] / В.Н. Богословский. – М.: Высшая школа, 1982. – 415 с.

9. Тихонов, А.Н. Уравнения математической физики [Текст] / А.Н. Тихонов, А.А. Самарский – М.: МГУ, 1999. – 798 с.

10. Харкевич, А.А. Спектры и анализ [Текст] / А.А. Харкевич. – М.: Изд-во ЛКИ, 2007. – 240 с.

11. СП 50.13330.2012. Тепловая защита зданий. Свод правил. – Введ 2013-07-01 - М.: Министерство регионального развития РФ, 2012. – 95 с.

12. Борискина, И. В. Проектирование современных оконных систем гражданских зданий / Борискина, И. В. [и др.] - М.: Издательство АСВ, 2003. – 320 с.

13. Щукина, Т.В. Исследование эффективности энергоактивных ограждений для пассивного солнечного отопления [Текст] / Т.В. Щукина, Д.М. Чудинов // Промышленная энергетика. – 2007. – № 8 – С. 52–54.

14. Акулова, И.И. Прогнозирование динамики и структуры жилищного строительства в регионе [Текст] / И.И. Акулова; Федеральное агентство по образованию, Воронежский государственный архитектурно-строительный университет. Воронеж, 2007 – 132 с.

15. Щукина, Т.В. Солнечное теплоснабжение зданий и сооружений [Текст] / Т.В. Щукина. – Воронеж: ВГАСУ – 2007. – 121 с.

16. Турулов, В.А. Гелиоактивные стены зданий [Текст] / В.А. Турулов. – М.: Издательство АСВ, 2011 – 168 с.

17. Щукина, Т.В. Поглощающая способность наружных ограждений зданий для пассивного использования солнечного излучения [Текст] / Т.В. Щукина // Промышленное и гражданское строительство, 2012. – № 9. – С. 66–68.

18. Щукина, Т.В. Пассивное использование солнечной энергии для энергосберегающей эксплуатации зданий [Текст] / Т.В. Щукина, Алахмди Крар Кассим // Материали за VIII международна научна практична конференция «Ключови въпроси в съвременната наука» 17–25 април 2012 г. – Том 29: Математика. Здание и архитектура. – София.: «Бял ГРАД-БГ» ООД. 2012 – С. 53–59.

19. Пат. 2604119 РФ, МКИ F24J 2/24, F24J 2/34, F24J 2/14, F24J 2/16. Солнечный тепловой коллектор / Щукина Т.В., Полосин И.И., Шепс Р.А., Караваева Я.И.; заявитель и патентообладатеь ФГБОУ ВО «Воронежский государственный архитектурно-строи-тельный университет», № 2015106253; заявлено 24.02.2015; опубл. 10.09.2016.; Бюл. №25. – 8 с.

20. Turchin, N. Nonstationary axisymmetric temperature field in a two-layer slab under mixed heating conditions [Text] / N. Turchin // J. of Eng. Phys. and Thermophysics. – 2015. – Vol. 88. – No 5. – P. 1135–1144.

21. Морс, Ф.М. Методы теоретической физики [Текст] / Ф.М. Морс, Г. Фешбах. – М.: ИИЛ, 1960. – Т. 2.

22. Мэтьюз, Дж. Численные методы. Использование MATLAB [Текст] / Дж. Мэтьюз, К.Д. Финк. – М.: Изд. Дом «Вильямс», 2001. – 720 с.

23. Takhar, H.S. Effects of non-uniform wall temperature and mass transfer infinite section of an inclined plate on the MDH natural convection flow in a temperature stratified high-porosity medium [Text] / H.S. Takhar [et al.] // Int. J. Therm. Sc. – 2003. – Vol. 42. – P. 829–836.

24. Aksenov, B. Mathematical modeling of temperature field of multilayer enclosure structures [Text] / B. Aksenov [et al.] // MATEC Web of Conference. – 2016. – Vol. 73. – P. 02023.

25. Aliawdin, P. Theoretical and experimental analysis of heat transfer in the layers of road pavement [Text] / P. Aliawdin [et al.] // Civil and Environmental Engineering Reports. – 2005. – Vol. 1. – P. 7–18.

26. Nguyen, C.H. Multifunctional thermal barrier coating in aerospace sandwich panels [Text] / C.H. Ngu-yen [et al.] // Mechanics Research Communications. – 2012. – Vol. 32. – P. 35043.

27. Кошляков, Н.С. Основные дифференциальные уравнения математической физики [Текст] / Н.С. Кошляков [и др.]. – М.: ГИФМЛ, 1962. – 767 с.

28. Деч, Г. Руководство к практическому преобразованию Лапласа [Текст] / Г. Деч. – М.: Наука, 1965. – 287 с.

29. Карслоу, Г. Теплопроводность твердых тел [Текст] / Г. Карслоу, Д. Эгер. - М.: Наука, 1964. – 488 с.

30. Fu, J.W. Non-Fourier heat conduction in sandwich panel with a cracked foam [Text] / J.W. Fu [et al.] // Int. J. Therm. Sciences. – 2016. – Vol. 102. – P. 263–273.