Иссиқлик аккумуляторли қуёш уйини иссиқлик режимини тадқиқ этиш

Иссиқлик аккумуляторли қуёш уйини иссиқлик режимини тадқиқ этиш
Н.С. Холмирзаев, У.С. Умарова, Ф.Р. Санақулов
(Қарши Давлат университети)

Маълумки, фан-техника тараққиёти аҳоли турмуш фаравонлигининг муҳим омилидир. Аҳоли яшайдиган намунавий уйларни йилнинг қиш фаслида иситиш учун сарфланадиган табиий ёқилғи-энергия ресурсларидан оқилона фойдаланиш ва атроф-муҳитни муҳофаза қилиш долзарб масалалардандир. Аммо табиий ёқилғи-энергия ресурсларидан қанчалик кўп фойдаланилса, уларнинг захираси шунчалик тез камайиб боради ва ишлаб чиқариш чиқиндиларнинг атроф-муҳит тозалигини сақлашга салбий таъсири ошиб боради.

Шунинг учун муқобил энергия манбаларидан хусусан республикамизнинг жанубий минтақаларида қуёш энергиясидан биноларни иситишда самарали фойдаланиш имкониятлари мавжуд. Муборак нефтгаз МЧЖ қошидаги ёрдамчи хўжалигида қурилган иссиқлик аккумуляторли автонамлаштирилган қуёш энергиясидан фойдаланиб намунавий уйнинг йилнинг қиш фаслидаги иссиқлик режимини тадқиқ этиш бўйича тажрибалар ўтказилди (1-расм). Бинонинг деворлари, юқори ва атроф девор тўсиқлари маҳаллий иссиқлик сақловчи материаллардан фойдаланиб қурилган.
Қуёш уйининг кришасида тиниқ юзаси 14 м² бўлган гелиоҳавоиситиш коллектори ва тиниқ юзаси 3 м² бўлган қуёш фотоэнергетик қурилмаси горизонтга нисбатан α=45⁰ бурчак остида жойлаштирилади.
Қуёш ҳаво иситиш коллекторининг ҳажмий ҳаво сарфи G=0,56 м³/с бўлиб, тиниқ юзаси орқали йилнинг қиш фаслини қуёшли куни Q=12500 кЖ/м²·кун энергия ўтади. Бу энергия ҳисобидан гелиоколлекторда ҳаво ҳарорати 308÷315 К гача ва уйнинг ички ҳаво температураси ўртача ∆Т=294,6 K га тенг бўлди. Гелиоҳаво қиздириш коллектори-1 нинг юқори қувуридан қизиган ҳаво 2-қувур орқали I-контурли 3-вентелятор ёрдамида 4-металл листдан тайёрланган узунлиги ℓ=4,2 м ва диаметри d=0,25 м бўлган иссиқлик аккумуляторли қувурига Т₁-температура билан киради ва Т₂-температура билан чиқади ва шу оқим жараёнида λ-иссиқлик узатиш коэффициентига эга бўлган металл листдан тайёрланган қувур орқали ҳаракатланади ва иссиқлигини бир қисмини сувли бакка бериб, 5-гелиоколлекторли пастки умумлаштирилган қувурга оқиб ўтади. Шунингдек бу ҳавонинг бир қисми II- контурли 9-шамоллатиш туйнуклари орқали ўтиб уйни ичидаги ҳаво ҳароратини мўтадиллаштиради.
Тунда ва ҳаво булутли бўлган кунларда 9-туйнук қопламаси гелиоколлектор қувурини ёпади. Натижада I-контур иш фаолияти автоматик равишда тўхтайди ва уйни ичидаги ҳавони II- контурнинг 7-вентелятори автоматик равишда ишга тушиб, иссиқлик аккумулятори орқали ҳаво оқимини исиб ўтишини таъминлайди ва шу асосда исиган ҳаво циркуляцияланиб хоналар ичидаги ҳавони мўтадиллаштиради. Q_ўт=12658 кЖ га тенг бўлиб, унинг 40-42 фоизи Q_ак=50650 кЖ иссиқлик миқдори сувли бакка аккумуляцияланади. 2-расмда қуёш намунавий уйини ички ҳаво температураси ўзгариши гелиоҳавоиситиш коллекторини тиниқ юзасидан ўтадиган қуёш нур энергияси, иссиқлик аккумуляторига кирадиган ва ундан чиқадиган ҳаво температураларига ва шу асосда иссиқлик аккумуляторига тўпланадиган иссиқлик миқдорига ва бино деворлари, юқори ва бошқа тўсиқлари орқали атроф-муҳитга сарфланадиган иссиқлик миқдорлари орасидаги боғланишларини тажриба ва назарий ҳисоблаш натижалари келтирилган.
Тажрибалар кўрсатади ташқи ҳаво температураси Т₀ К дан паст бўлмаган кунларда хона ичидаги ҳаво температураси Т=293-296 К бўлади. Ҳаво булутли ва ташқи ҳаво температураси сурункали Т₀=268 К дан паст бўлиши жараёнида қўшимча биоэнергетик қурилма автоматик равишда ишга тушади, 28-33 фоиз иссиқлик энергияси ҳисобидан хона ичидаги ҳаво температураси мўтадиллаштирилади.
Маълумки, қуёш намунавий уйининг деворлари ва бошқа қатламлари орқали иссиқлик узатиш жараёни нотекис бўлиб, бу қатламларнинг теплотехник, теплофизик параметрларига иссиқлик аккумуляторига тўпланган энергия миқдорига, ташқи ва ички ҳаво температура ўзгаришига боғлиқ бўлади[2].
Шунинг учун қуёш намунавий уйининг деворлари ва бошқа қатламлари орқали иссиқлик узатишини математик моделини тузишда қуйидагиларни ҳисобга олиш лозим бўлади:

1. 
   девор қатламининг теплотехник характеристикаси материалнинг температураси ва намлигига боғлиқ бўлади;
   
2. 
   девор ва бошқа қатламларнинг иссиқлик узатиш жараёнидаги теплотехник ва теплофизик кўрсатгичлари, тепература майдони ўзгармас деб ҳисобланади;
   
3. 
   девор орқали бўладиган иссиқлик алмашинуви, иссиқлик узатиш ва ҳавонинг филтрланиш ҳисобидан амалга ошади деб ҳисобланади;
   
4. 
   девор орқали иссиқлик йўқолиши материални намлиги туфайли юзага келадиган иссиқлик натижасида амалга ошади деб ҳисобланади;
   
5. 
   қуёш намунавий уйнинг деворлари ва бошқа қатламлари орқали иссиқлик алмашинуви ва иссиқлик узатилишини ҳисоблашда юқорида айтиб ўтилган теплотехник ва теплофизик жараёнлардаги белгилашларни эътиборга олиб, иссиқлик узатиш тенгламасини қуйидагича ифодалаймиз[3];
   

(1)
бундан
(2)
Бу ерда t^*-девор қатламидаги температура, ⁰С; i-ташқи ҳаво билан девор қатламининг бирлик қисмида иссиқлик алмашинуви; ω-материалнинг бирлик қисмида иссиқлик алмашинуви; ρ_к-девор қатламидаги намлик зичлиги, кг/м³; i-солиштирма иссиқлик фазасини ўтиш, Вт соат/кг; -Диракнинг делта функциси; J-деворнинг юза бирлиги орқали ҳаво оқимининг сарфи, кг/м² соат; С_х-ҳавонинг солиштирма иссиқлик сиғими Вт соат/(кг ⁰С); С_γ-қатлам материалларининг солиштирма иссиқлик сиғими Вт соат/(кг ⁰С), бунда

Шунингдек,

C_iγ_i-девор қатламининг солиштирма иссиқлик сиғими, Вт·соат/(кг ⁰С) (i=1,2,…,n), зичлиги, Вт/м³, (i=1,2,…,n); _i-девор қатламининг иссилик узатиш коэффициенти, Вт/(м·⁰С), (i=1,2,…,n); δ-δ_n-девор қатламининг қалинлиги, м; -деворнинг ташқи қатламидан ички қатламидаги қисмлари қалинлиги м; (i=1,2,…,n).

1. 
   тенгламани ечишда Стефаннинг математик масалаларини ечиш методидан фойдаланиб девор орқали иссиқлик узатиш жараёнини ҳисоблашда қўшимча ифода эътиборга олинади[3].
   

1-расм. Фермер хўжаликлари учун тавсия этилган иссиқлик аккумуляторли қуёш уйининг иситиш системасини схемаси.
1.Қуёш ҳаво иситиш коллектори; 2. Иссиқ ҳаво оқимининг I контури; 3. I контурнинг вентелятори; 4. Иссиқлик аккумулятори; 5. Совуқ ҳаво оқимининг I контури; 6. Совуқ ҳаво оқимининг II контури; 7. II контурнинг вентелятори; 8. Электрокалорефер; 9. Совуқ ҳаво оқимининг II контури; 10. Иссиқлик сақловчи панел (материал); 11. Бак сувли-иссиқлик аккумулятор сифатида; 12. Совуқ ҳаво оқими учун қувурлар;

Қуёш намунавий уйининг кўп қатламли деворидаги температура майдони орқали иссиқлик узатишнинг эквивалент қиймати формула ёрдамида ҳисобланади; бу ерда δ-қатламнинг қалинлиги, м; R-девор билан ҳаво ўртасидаги нурланиш ва конвектив иссиқлик алмашинувидаги термик коэффициенти, м^{2 0}С/Вт.
Қуёш уйи атрофидаги ҳаво температураси ва девор қатламларининг теплофизик параметрлари:

билган ҳолда масалани ечишда сонли методдан фойдаланилганда девор орқали иссиқлик узатиш жараёнларини ҳисоблаш мумкин. 2-расмдаги графикда қуёш уйи ҳаво қиздиргич коллекторини ташқи ва хона ичидаги ҳаво температуралари ўзгаришига, хона деворлари ва бошқа қатламлари орқали иссиқлик йўқолишини, хона ичидаги ҳаво температурасига боғлиқлиги келтирилган.
Девор орқали конвектив ва нур алмашиниш асосида иссиқлик узатиш жараёнини[3]
(3)
тенгламадан фойдаланиб аниқланади ва бунда
(4)
эканлиги эътиборга олиниб, бўлганлиги учун девор орқали иссиқлик алмашинуви аниқланади. t_T, τ_T мос равишда ташқи ҳаво температураси ва девор ташқи сиртини температуралари, ⁰С; α_к-ташқи девор қатлами билан ҳаво оқимининг конвектив иссиқлик алмашинув коэффиециенти, Вт/(м^{2 0}С). Тажриба асосида ички ҳаво температураси ва ҳаво оқими билан бўладиган конвектив иссиқлик алмашинуви ҳамда девор қатламлари орқали иссиқлик узатишни аниқлаб хона иссиқлик режимини математик моделлаштиришда умулаштирилган теплофизик параметрлар асосида иссиқлик баланс тенгламасини қуйидагича ифодалаш мумкин ва С⁺¹-программалаштирилган дастур асосида сонли метод билан ечилади[4].
(5)

2-расм. Ҳаво қиздиргич коллекторини тиниқ юзасидан ўтадиган нур энергияси миқдори ҳисобидан иссиқлик аккумуляторида тўпланадиган энергия ҳамда ташқи ҳаво ва хона ичидаги ҳаво температуралари ўзгаришига, бино деворлари ва бошқа қатламлари орқали иссиқлик йўқолишини, хона ичидаги ҳаво температурасига боғлиқлиги келтирилган.
-1-Қуёш ҳаво қиздиргич коллекторини тиниқ юзасидан ўтадиган энергия миқдори; х-2-Ташқи ҳаво температурасини ўзгариши; ○-3-иссиқлик аккумуляторига кирадиган ҳаво температурасини ўзгариши; □-4-Иссиқлик аккумуляторидан чиқадиган ҳаво температурасини ўзгариши; ∆-5-Хонадаги ҳаво температурасини ўзгариши; ㆁ-6-иссиқлик аккумуляторида тўпланадиган энергия миқдори; П-7-Хона деворлари ва бошқа қатламлари орқали йўқотилган иссиқлик миқдори.

Тажрибадан олинган натижалар назарий тадқиқот асосида олинган маълумотлар билан таққосланиб қуёш уйи деворларининг қатламлари орқали иссиқлик алмашинувини (иссиқлик йўқолишини) ҳисоблаб, хона ички температураси ва умумий баланси аниқланди.

○ ᵒ
Адабиётлар

1. 
   С. Сулейманов. Проблемы и перспективы использования возобновляемых источников энергия в Узбекистане. Экология хабарномаси. №3 (108) Т.: 2010 йил.
   
2. 
   Б.Э.Хайриддинов, Н.С. Холмирзаев, Б.М. Сатторов “Қуёш энергиясидан фойдаланишнинг физик асослари” Т.: Фан 2012 йил. 230 бет.
   
3. 
   Я. Ржеганов, А. Яноуш. Снежение теплопотерь в зданиях. М.: Строиздат. 1998 г. 163 с.
   
4. 
   Ши. Д. Численные методы в задачах теплообмена. М.: “Мир” 1988г. 534 с.