ЭФФЕКТИВНАЯ СОЛНЕЧНАЯ СИСТЕМА ГОРЯЧЕГО ВОДОСНАБЖЕНИЯ ДЛЯ СЕВЕРНЫХ ТЕРРИТОРИЙ

Целью настоящей работы является разработка эффективной солнечной системы горячего водоснабжения, в которой исключаются тепловые потери накопленной тепловой энергии в баке-аккумуляторе за счет естественной конвекции теплоносителя в гидравлическом контуре коллекторов. Проведено натурное экспериментальное исследование негативного эффекта естественной конвекции в ночное время в опытно-промышленной гибридной солнечной системе горячего водоснабжения с использованием разработанного программноаппаратного комплекса с внешним доступом. Для северных территорий разработана, построена и испытана опытно-промышленная гибридная солнечная система с усовершенствованным гидравлическим контуром и программно-аппаратным комплексом диспетчеризации и управления потреблением энергоресурсов с удаленным доступом. Оснащение гидравлического контура коллекторов управляемым контроллером устройством отключения и включения движения теплоносителя позволяет для условий северных территорий повысить эффективность хранения накопленной тепловой энергии в баках-аккумуляторах и повысить солнечную фракцию систем горячего водоснабжения, снизить расходы топлива в дополнительных источниках системы и уменьшить выбросы вредных веществ от его сжигания. Установлено, что использование соленоидного клапана для исключения возникновения естественной конвекции позволяет повысить эффективность хранения накопленной тепловой энергии в баках-аккумуляторах не менее чем на 50 % и повысить солнечную фракцию систем не менее чем на 25 %.

1. Balatsky A.V., Balatsky G.I., Borysov S.S. Resource Demand Growth and Sustainability Due to Increased World Consumption Sustainability. 2015. № 7. P. 3430–3440. DOI:10.3390/ su7033430.

2. Avtar R., Tripathi S., Aggarwal A.K., Kumar P. Population – Urbanization – Energy Nexus: A Review // Resources. 2019. № 8. P. 136. DOI:10.3390/resources8030136.

3. Sach J., Moya D., Giarola S., Hawkes A. Clustered spatially and temporally resolved global heat and cooling energy demand in the residential sector // Applied Energy. 2019. 250. P. 48–62. DOI:org/10.1016/j.apenergy.2019.05.011.

4. Abikoye B., Cucek L., Isafiade A.J., Kravanja Z. Synthesis of Solar Thermal Network for Domestic Heat Utilization // Chemical Engineering Transactions. 2019. 76. P. 1015–1020. DOI:10.3303/CET1976170.

5. Čuček L., Boldyryev S., Klemeš J.J., Kravanja Z., Krajačić G., Varbanov P.S., Neven Duić. Approaches for Retrofitting Heat Exchanger Networks within Processes and Total Sites, Journal of Cleaner Production (2018), doi:10.1016/j.jclepro.2018.11.129.

6. Башмаков И.А. Использование энергии и энергоэффективность в российском жилищном секторе. Как сделать его низкоуглеродным? // Энергосовет. 2014. № 2 (33). С. 22–31.

7. Голикова А.А., Кондратов Н.А. Перспективы использования альтернативных источников энергии в Арктической зоне России // География: развитие науки и образования : коллективная монография по материалам Всероссийской с международным участием научно-практической конференции LXXII Герценовские чтения, посвященной 150-летию со дня рождения В.Л. Комарова, 135-летию со дня рождения П.В. Гуревича, 90-летию со дня рождения В.С. Жекулина. 2019. С. 241–245.

8. Экологические проблемы Арктики и северных территорий : межвузовский сборник научных трудов / отв. ред. П.А. Феклистов. Архангельск : Изд-во: Северный (Арктический) федеральный университет им. М.В. Ломоносова, 2017. Вып. 20. 287 с.

9. Barzut O., Kondratov N., Bahmatova Yu., Shmilova Yu. Actual problems of sustainable socioeconomic and ecological balanced development of the Russian Arctic // In the collection of articles: 19th International Multidisciplinary Scientific GeoConference SGEM 2019 Conference proceedings, Sofia. 2019. P. 11–18.

10. Цветков Н.А., Кривошеин Ю.О. Автономное теплоснабжение малоэтажных зданий в Республике САХА (Якутия) (п. Жатай) с использованием газовых котлов и энергии солнца // Энерго- и ресурсоэффективность малоэтажных жилых зданий : сб. материалов II Всероссийской научной конференции с международным участием, ИТФ СО РАН, 24–26 марта 2015 г. С. 252–259.

11. Кривошеин Ю.О., Кривошеин Ю.О., Цветков Н.А., Хуторной А.Н. Автоматизированная дуальная система горячего водоснабжения с использованием энергии солнца и газового котла // Вестник Томского государственного архитектурно-строительного университета. 2017. № 1 (60). С. 162–173.

12. Хуторной А.Н., Цветков Н.А., Кривошеин Ю.О., Кузнецова А.А. Эффективность использования солнечных вакуумных трубчатых коллекторов в природно-климатических условиях Якутии // Вестник Томского государственного архитектурно-строительного университета. 2016. № 3. С. 156–165.

13. Кривошеин Ю.О., Шемдышев У.Ю., Цветков Н.А. Анализ эффективности дуальной системы горячего водоснабжения в Городском округе «Жатай» (г. Якутск) // Избранные доклады 65-й Юбилейной университетской научно-технической конференции студентов и молодых ученых. Томск : Изд-во Том. гос. архит.-строит. ун-та, 2019. С. 973–975.

14. Krivoshein Y.O., Tolstykh A.V., Tsvetkov N.A., Khutornoy A.N. Efficiency of dual hot water systems with the use of solar evacuated tube collectors in the Northern territories // SEWAN-2019IOP Conf. Series: Earth and Environmental Science. 2020. 408. 012011. DOI:10.1088/1755-1315/408/1/012011.

15. Ayompe L., Duffy A. Thermal performance analysis of a solar water heating system with heat pipe evacuated tube collector using data from a field trial // Solar Energy. 2013. 90. P. 17–28. doi.org/10.1016/j.solener.2013.01.001.16. Цветков Н.А., Кривошеин Ю.О., Толстых А.В., Хуторной А.Н. Моделирование инсоляции на горизонтальную поверхность для расчета почасовых значений солнечной радиации // Известия вузов. Строительство. 2019. № 6 (726). С. 81–92. DOI: 10.32683/0536-1052-2019-726-6-81-92.

16. Krivoshein Y.O., Tolstykh A.V., Tsvetkov N.A., Khutornoy A.N. Mathematical model for calculating solar radiation on horizontal and inclined surfaces for the conditions of Yakutsk // SEWAN-2019 IOP Conf. Series: Earth and Environmental Science. 2020. 408. 012002. DOI:10.1088/1755-1315/408/1/012002.

17. Tsvetkov N.A., Krivoshein U.O., Tolstykh A.V., Khutornoi A.N., Boldyryev S. The calculation of solar energy used by hot water systems in permafrost region: An experimental case study for Yakutia // Energy. 2020. V. 210. 118577. URL: https://doi.org/10.1016/j.energy.2020.118577

18. Tsvetkov N.A., Krivoshein Y.O., Khutornoi A.N., Boldyryev S., Petrova A.V. Development of the Computer-Aided Application for the Use of Solar Energy in the Hot Water Supply System of Russian Permafrost Regions // Chemical Engineering Transactions. 2020. 81. P. 943–948. DOI:10.3303/CET2081158.