CC BY
1Научная статья/ Агйе1в
УДК 338.2
https://doi.org/10.34130/2306-6229-2024-3-63
Методика определения количества вакуумных солнечных коллекторов для горячего водоснабжения в климатических условиях Марыйской области Туркменистана
Алтымурат Мередович Агаджанов, Вахыт Ягшымурадович Чопанов, Язгельди Дурдыгулыевич Якубов
Государственный энергетический институт Туркменистана, Мары, Туркменистан,
Аннотация. Рассматривается методика определения необходимого количества вакуумных солнечных коллекторов для горячего водоснабжения в условиях Марыйской области Туркменистана в зависимости от бытового потребления.
Ключевые слова: солнечные коллекторы, теплоноситель, отопление и горячее водоснабжение
Для цитирования: Агаджанов А., Чопанов В., Якубов Я. Методика определения количества вакуумных солнечных коллекторов для горячего водоснабжения в климатических условиях Марыйской области Туркменистана // Вестник Сыктывкарского государственного университета. Серия 2: Естествознание. Медицина. 2024. № 3 (31). С. 63-67. https://doi.org/10.34130/2306-6229-2024-3-63
Methodology for determining the number of vacuum solar collectors for hot water supply in the climatic conditions of the Mary region of Turkmenistan
Altymurat M. Agajanov, Vahyt Y. Chopanov, Yazgeldi D. Yakubov
State Energy Institute of Turkmenistan, Mary, Turkmenistan, [email protected]
Abstract. The method of determining the required number of vacuum solar collectors for hot water supply in the Mary region of Turkmenistan, depending on household consumption, is considered.
Keywords: solar collectors, coolant, heating and hot water supply
For citation: Agadzhanov A., CHopanov V., YAkubov YA. Methodology for determining the number of vacuum solar collectors for hot water supply in the climatic conditions of the Mary region of Turkmenistan. Vestnik Syktyvkarskogo universiteta. Seriya 2: Estestvoznanie. Medicina = Syktyvkar University Bulletin. Series 2: Natural science. Medicicine. 2024. 3 (31): 63-67. (In Russ.) https://doi.org/10.34130/2306-6229-2024-3-63
В Туркменистане принято несколько программ по увеличению доли возобновляемых источников энергии в стране [1], в том числе «Государственная программа энергосбережения на 2018-2024 годы» и «Национальная стратегия развития возобновляемой энергетики в Туркменистане до 2030 года». Они включают в себя все мероприятия, запланированные к реализации в этой сфере. В результате реализации последних ожидается снижение энергопотребления на единицу ВВП и увеличение объемов использования солнечной энергии [2].
До настоящего времени, хотя и выполнено несколько научных работ по использованию солнечных коллекторов в системе горячего водоснабжения, технические характеристики вакуумных солнечных коллекторов детально не изучены [3]. К сожалению, выбранное оборудование не всегда может работать на полную мощность в соответствии с его техническими характеристиками и местными условиями. Для этого остается важной проблемой исследование определения необходимого количества вакуумных солнечных коллекторов исходя из их технических характеристик, т. е. производительности, эксплуатации в различных погодных условиях (интенсивности солнечного света и т. д.), удобной установки на горизонтальной поверхности. В данной научно-методической статье описано определение необходимого количества вакуумных солнечных коллекторов для горячего водоснабжения в условиях Марыйской области Туркменистана.
Любая солнечная система состоит из нескольких компонентов, один из которых преобразует энергию, второй переносит эту энергию на определенное расстояние, а третий собирает и хранит эту энергию. К таким установкам относятся солнечные коллекторы. Как известно, способность солнечного коллектора нагревать воду зависит от интенсивности солнечного света, площади, охватываемой солнечным коллектором, П.Т.К. В нашей солнечной стране солнечное излучение варьирует в зависимости от региона и времени года. Расчеты, представленные в статье, выполнены для условий г. Мары.
Солнечный коллектор - это устройство, которое поглощает видимый свет и ближнее инфракрасное излучение, поглощает тепловую энергию Солнца, а затем передает ее теплоносителю [4].
Теплоноситель - вода, воздух или антифриз. Коллекторный бак, в свою очередь, собирает тепловую энергию и позволяет пользователю использовать ее по мере необходимости. Однако теплообменник ведет себя нормально из-за разницы температур между коллектором и накопительным баком над ним.
Информация о подходящем угле установки солнечных коллекторов или фотоэлектрических преобразователей в провинциях страны получена на научной основе [5]. Как мы упоминали выше, в статье рассматривается расчет количества солнечных коллекторов или вакуумных труб, необходимых для отопления и горячего водоснабжения жилых помещений. Научные исследования проведены на вакуумном солнечном коллекторе, установленном в двухэтажном экспериментальном здании, расположенном на территории Государственного энергетического института Туркменистана. Расчеты выполнены на основании их паспортных данных.
Расчет производили в последовательности, приведенной ниже.
1. Активная площадь солнечного коллектора 1.6 м2 [6].
2. Площадь вакуумной трубки (8):
8 = 8р/Ы=1.6/12 = 0.133 т2.
3. Количество вакуумных трубок (п), необходимое на единицу площади:
п = 1/0.08 = 12.5.
Итак, необходимое количество вакуумных трубок равно 12. При большем их числе температура воды будет выше требуемой.
Мощность вакуумной трубки [7] определяется с помощью следующего выражения:
P = SxExn ,
где S - площадь вакуумной трубки, м2; E - солнечное излучение, падающее на единицу площади, кВт-ч/м2; п- П.Т.К. солнечного коллектора, %.
Выполняем расчеты исходя из количества солнечной радиации [2], приходящейся на каждый конкретный месяц.
Годовая сумма солнечной радиации на территории г. Мары равна 20089.6 кВт/м2. Таким образом, мощность вакуумной трубки должна быть:
P = SxExn=0.133 х 2089.6 х 0.8 = 222.33 кВт.
Количество тепловой энергии, произведенной с единицы площади за год, равно 2667.96 кВт, или 2.6 МВт. Солнечный коллектор, состоящий из 12 вакуумных трубок, за один день в июне позволяет поглощать следующее количество энергии:
1.6 X 7 X 0.8 = 8.96 кВт.
Определение необходимой энергии для горячего водоснабжения и количества солнечных коллекторов.
Если учесть, что в семье в среднем пять человек и в сутки на одного члена семьи расходуется около 50-60 л воды температурой 60°С, то семье требуется приблизительно 250-300 л воды в сутки. Поэтому в своей работе расчет проводим на 300 л воды в сутки на семью.
Определяем количество потребляемой электрической энергии при нагреве необходимой горячей воды с помощью обычных электронагревателей. Количество энергии, необходимое для нагрева воды, определяется с помощью следующего известного выражения:
Q = G х Суд (1рас - ^цох^
где Q - количество электрической энергии, необходимой для нагрева 300 л воды в обычном нагревателе, кВт-ч; G - необходимое количество горячей воды, G=300 л; Суд -удельная теплоемкость воды, Суд=1.161 кВт/кг-°С.
Q = 0.3 х 1.161 х (60 - 10) = 17.4 кВтч/сут.
Площадь солнечных коллекторов, необходимая для нагрева 300 л воды в июне, определяется по выражению:
Fсум = Q / ^ х Л) = 17.4 / (7 х 0.8) = 3.1 м2.
Необходимое количество вакуумных трубок
п = 3.1/0.133 = 23.3 шт.
В июне согласно расчетам потребуется 23 вакуумные трубки:
Ql = 7х3.1х0.8 = 17.36 кВтч/сут.
65
Рис. Ежемесячное распределение воды и энергии при 600С с использованием вакуумного солнечного коллектора
Расчет на 23 вакуумные трубки в январе:
Q2 = 2.02x3.1x0.8 = 5 кВтч/сут.
Зависимость между количеством горячей воды при температуре 600C и выработанной энергией по месяцам года показана на рисунке.
Заключение. При затратах 17.36 кВт-ч/сут. энергии позволяет получить в июне 300 л горячей воды с температурой 60°С с помощью солнечного коллектора с 23-мя вакуумными трубками. За счет 5 кВт-ч/сут. энергии, с помощью солнечного коллектора с 23-мя вакуумными трубками позволяет получить в декабре 86 л горячей воды с температурой 60°С.
Список источников
1. Государственная программа энергосбережения на 2018-2024 годы. Ашхабад, 2018. 17 с.
2. Национальная стратегия развития возобновляемой энергетики в Туркменистане до 2030 года. Ашхабад, 2020. 94 с.
3. Использование солнечной энергии / под ред. Л. Э. Рыбаковой. Ашхабад: Ылым, 1985. 280 с.
4. Джумаев А., Солтанов Х. Основы энергосбережения : учебник для вузов. Ашхабад: Наука, 2018. 220 с.
5. Джумаев А. Научно-технический и методологический анализ ресурсов и развития солнечной энергетики в Туркменистане : учебное пособие для высших учебных заведений. Ашхабад, 2016. 226 с.
6. Джумаев А., Якубов Ю. Использование солнечных коллекторов в экспериментальном жилищном строительстве // Наука и техника в Туркменистане. Научный журнал Академии наук Туркменистана. 2017. № 6. С. 4.
7. Ведомственные строительные нормы. Установки солнечного горячего водоснабжения, типовой проект, ВСН 52-86. М., 2000. URL: https://files.stroyinf.ru/Data2/1/4294854/ 4294854696.htm (дата обращения: 12.06.2024).
References
1. Gosudarstvennaya programma energosberezheniya na 2018-2024 gody [State Energy Saving Program for 2018-2024]. Ashkhabad, 2018. 17 p. (In Russ.)
2. Nacional'naya strategiya razvitiya vozobnovlyaemoj energetiki v Turkmenistane do 2030 goda [National strategy for the development of renewable energy in Turkmenistan until 2030]. Ashkhabad, 2020. 94 p. (In Russ.)
3. Ispol'zovanie solnechnoj energii [Use of solar energy]. Ed. by L. E. Rybakova. Ashkhabad: Ylym, 1985. 280 p. (In Russ.)
4. Dzhumaev A., Soltanov H. Osnovy energosberezheniya : uchebnik dlya vuzov [Basics of energy saving : textbook for universities]. Ashkhabad: Publishing house "Science", 2018. 220 p. (In Russ.)
5. Dzhumaev A. Nauchno-tekhnicheskij i metodologicheskij analiz resursov i razvitiya solnechnoj energetiki v Turkmenistane : uchebnoe posobie dlya vysshih uchebnyh zavedenij [Scientific, technical and methodological analysis of resources and development of solar energy in Turkmenistan : textbook for higher educational institutions]. Ashkhabad, 2016. 226 p. (In Russ.)
6. Dzhumaev A., YAkubov YU. The use of solar collectors in experimental housing construction. Nauka i tekhnika v Turkmenistane. Nauchnyj zhurnal Akademii nauk Turkmenistana [Science and technology in Turkmenistan. Scientific journal of the Academy of Sciences of Turkmenistan]. 2017. No 6. P. 4. (In Russ.)
7. Vedomstvennye stroitel'nye normy. Ustanovki solnechnogo goryachego vodosnabzheniya, tipovoj proekt, VSN 52-86 [Departmental building standards. Solar hot water supply installations, standard design, VSN 52-86]. Moscow, 2000. (In Russ.). Available at: https://files.stroyinf.ru/Data2/174294854/4294854696.htm (accessed: 12.06.2024).
Информация об авторах/Information about the authors
Агаджанов Алтымурат Мередович
преподаватель
Государственный энергетический институт Туркменистана (745400, Туркменистан, г. Мары, ул. Байрамхана, 62)
Чопанов Вахыт Ягшымурадович
преподаватель
Государственный энергетический институт Туркменистана (745400, Туркменистан, г. Мары, ул. Байрамхана, 62)
Якубов Язгелди Дурдыгулыевич
преподаватель кафедры «Технология обработки металлов»
Altymurat M. Agajanov
lecturer of the State Energy Institute of Turkmenistan
(62, Bayramkhan str., Mary city, 745400, Turkmenistan)
Vahyt Y. Chopanov
lecturer of the State Energy Institute of Turkmenistan
(62, Bayramkhan str., Mary city , 745400, Turkmenistan)
Yazgeldi D. Yakubov
lecturer at the Department of «Metal processing technology» of the State Energy Institute
Государственный энергетический институт (62, Bajramkhan str., Mary city, 745400, Turkmen-Туркменистана (745400, Туркменистан, г. Мары, istan) ул. Байрамхан, 62)
Статья поступила в редакцию / The article was submitted 17.01.2024
Одобрена после рецензирования / Approved after reviewing 03.03.2024
Принята к публикации / Accepted for publication 07.06.2024
