ИССИҚЛИК АККУМУЛЯТОРИГА ЭГА БЎЛГАН ФАОЛ ҚУЁШ ИСИТИШ ТИЗИМИНИНГ ДИНАМИК МОДЕЛИ

Ушбу ишда иссиқликни қабул қилувчи панеллар (қуёш коллекторлари)нинг конструкторлик хусусиятлари ва иссиқлик аккумуляторига эга фаол қуёш иситиш тизимининг динамик модели илмий-энергетик самарадорлик нуқтаи назаридан таҳлил қилинди. Мақсад — биноларнинг динамик иссиқлик хоссаларини тегишли математик модель воситасида аниқлаш, энергия тежаш имкониятларини, шу билан бирга экологик ва иқтисодий фойдаларини кўрсатиш.

ИССИҚЛИК АККУМУЛЯТОРИГА ЭГА БЎЛГАН ФАОЛ ҚУЁШ ИСИТИШ ТИЗИМИНИНГ ДИНАМИК МОДЕЛИ Абдуҳамидов Дийдорбек Улуғбекович т.ф.д (PhD), Ўзбекистон Республикаси Энергетика вазирлиги ҳузуридаги “Қайта тикланувчи энергия манбалари миллий-илмий тадқиқот институти” E-mail: dijdorbekabduhamidov@gmail.com Юсупов Дилшодбек Турдалиевич т.ф.д (PhD), Ўзбекистон Республикаси Энергетика вазирлиги ҳузуридаги “Қайта тикланувчи энергия манбалари миллий-илмий тадқиқот институти” E-mail: dilshod8006@mail.ru https://doi.org/10.5281/zenodo.18159373 Аннотация: Ушбу ишда иссиқликни қабул қилувчи панеллар (қуёш коллекторлари)нинг конструкторлик хусусиятлари ва иссиқлик аккумуляторига эга фаол қуёш иситиш тизимининг динамик модели илмий-энергетик самарадорлик нуқтаи назаридан таҳлил қилинди. Мақсад — биноларнинг динамик иссиқлик хоссаларини тегишли математик модель воситасида аниқлаш, энергия тежаш имкониятларини, шу билан бирга экологик ва иқтисодий фойдаларини кўрсатиш. Калит сўзлар: иссиқлик қабул қилиш панели, актив қуёш иситиш тизими, иссиқлик аккумулятори, динамик модель, энергия самарадорлиги, иссиқлик изоляцияси, бинонинг иситиш юкламаси.

DYNAMIC MODEL OF AN ACTIVE SOLAR HEATING SYSTEM WITH A HEAT ACCUMULATOR Abstract: In this work, the design features of heat-receiving panels (solar collectors) and the dynamic model of an active solar heating system with a heat accumulator were analyzed from the point of view of scientific and energy efficiency. The goal is to determine the dynamic thermal properties of buildings using an appropriate mathematical model, to demonstrate energy saving opportunities, as well as environmental and economic benefits. Keywords: heat-receiving panel, active solar heating system, heat accumulator, dynamic model, energy efficiency, thermal insulation, building heating load.

ДИНАМИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ АКТИВНОЙ СИСТЕМЫ СОЛНЕЧНОГО ОТОПЛЕНИЯ С ТЕПЛОВЫМ АККУМУЛЯТОРОМ Аннотация: В данной работе с научной точки зрения и с точки зрения энергоэффективности проанализированы конструктивные особенности теплоприемных панелей (солнечных коллекторов) и динамическая модель активной системы солнечного отопления с тепловым аккумулятором. Цель работы – определить динамические тепловые свойства зданий с помощью соответствующей математической модели, продемонстрировать возможности энергосбережения, а также экологические и экономические преимущества. Ключевые слова: теплоприемная панель, активная система солнечного отопления, тепловой аккумулятор, динамическая модель, энергоэффективность, теплоизоляция, тепловая нагрузка здания.

КИРИШ Биноларнинг энергия самарадорлигини ошириш ва қулай иқлим шароитлари яратишда уй-жой фондининг термик заҳирасидан самарали фойдаланиш муҳим аҳамиятга эгадир. Ўзбекистонда кўплаб бино ва иншоотлар 2011 йилдан аввал қурилган бўлиб, уларнинг иситиш тизимига қўйиладиган талаблар 2018 йилда қабул қилинган “КМК-2.01.18-2018” нормалари орқали расман мажбурий этиб белгиланганлигидир [1]. Ўзбекистон Республикаси энергетика вазирлиги маълумотларига кўра, 2010- 2019-йилларда Ўзбекистонда иссиқхона газлари чиқиндиларининг мутлоқ ҳажми 30,6% га, шу жумладан, электр станцияларидан чиқадиган чиқиндилар 65,2% га ошган ва 2019-йил якунларига кўра энергетика соҳасининг мамлакатдаги иссиқхона газлари чиқиндиси чиқишидаги улуши 19,5% ни ташкил этган [2]. Иссиқхона газлари чиқиндиси билан боғлиқ ноқулай вазият доирасида ҳукумат мамлакатда “яшил” кун тартибини илгари суриш борасидаги саъй-ҳаракатларини амалга ошириб, унга мувофиқ энергия самарадорлигини икки баробар ошириш ва карбонат ангидрид чиқиндиларини ялпи ички маҳсулотга нисбатан камайтириш мақсадини қўйди. Шундай экан, “яшил” энергия сиёсати доирасида қуёш энергиясини кенг қўллаш, айниқса фаол қуёш иситиш тизимларини жорий этиш муҳимлиги катта аҳамиятга эга. Ҳозирги вақтда Ўзбекистонда 8,4 млн.га яқин бино ва иншоотлар мавжуд бўлиб, уларнинг 868 млн.м2 қисми иситиладиган майдонларга тўғри келади [3]. Юқоридагиларни эътиборга олган ҳолда Қуёш иситиш тизимларидан фойдаланиш нақадар долзарблигини англаш мумкин. АСОСИЙ ҚИСМ Модельнинг тавсифи. Градус соат усули. Бинонинг динамик иссиқлик хоссаларини аниқлаш учун градус-соат усулидан фойдаланамиз. Бунда бинонинг умумий иссиқлик йўқотиши қуйидагича аниқланади [4]: 𝑄уий = 𝐾м 𝐻𝐷𝐻 𝐴ую, (1) бунда HDH (һeating degree-hours) иситиш даврида ички ва ташқи ҳароратлар ўртасидаги фарқнинг соатлар бўйича йиғиндиси тарзда ҳисобланади: 𝐻𝐷𝐻(𝑡их ) = ∑𝑁 ̅ )+ , 𝑖=1(𝑡их − 𝑡тх (2) бунда 𝑡их - бино ичида талаб этилган ҳарорат; 𝑡тх ̅ - атроф-муҳит ҳароратининг соатлик ўртача қиймати; 𝑁- қаралаётган давр (ой, иситиш мавсуми ёки йил) даги соатлар миқдори Иситилаётган бинонинг геометрик ўлчамлари қуйидгича ҳисобланади: 𝜋𝐷𝑡𝑜.𝑖𝑐ℎ 2 А𝑎𝑠 = (3) 𝐴𝑦𝑜𝑛 = 𝜋𝐷𝑡𝑜.𝑖𝑐ℎ 𝐻𝑡𝑜 (4) 𝑉𝑡𝑝 = 𝐴𝑎𝑠 𝐻𝑡𝑜 (5) 𝛿 𝛿 1 −1 𝑈𝑎𝑠 = (𝜆𝑡𝑜 + 𝜆𝑡𝑜.𝑖𝑐ℎ + 𝐻 ) (6) 𝑡𝑜 𝑡𝑜.𝑖𝑐ℎ таш 1 𝐷 +𝛿𝑡𝑜 1 𝐷 1 −1 𝑈𝑦𝑜𝑛.𝑙 = [2𝜆 𝑙𝑛 ( 𝑡𝑜.𝑖𝑐ℎ ) + 2𝜆 𝑙𝑛 [𝐷 𝑡𝑜.𝑡𝑎𝑠ℎ ]+ℎ ] (7) 𝑡𝑜𝐷 𝑡𝑜.𝑖𝑐ℎ 𝑡𝑜.𝑖𝑐ℎ 𝑡𝑜.𝑖𝑐ℎ+𝛿 𝑡𝑜 𝑛𝑎𝑟 𝐷𝑡𝑜.𝑡𝑎𝑠ℎ 𝑈𝐴 = 𝑈𝑎𝑠 𝐴𝑎𝑠 + 𝑈𝑦𝑜𝑛.𝑙 + 𝐻𝑡𝑜 (8) Ҳисобланган иссиқлик оқими зичлиги 𝑞ҳиоз Вт/м2 қуйидаги формула орқали ҳисобланади:

ℎ𝑟 𝑝𝑙 Δ𝑡𝑠𝑟 𝑙+𝑛𝑙 𝐺с.с 𝑘𝑔 𝑞ҳиоз = 𝑞𝑛𝑜𝑚 ( 70 ) ( 360 ) , (9)

Δ𝑡 𝑙+𝑛𝑙 бу ерда: 𝑞𝑛𝑜𝑚 – номинал иссиқлик оқимининг зичлиги, W/m2; ( 70𝑠𝑟 ) – иссиқлик ташувчиси сув бўлганда ҳароратлар фарқи фарқи, 0С; 𝐺с.с − сув сарфи, kg/s; 𝑛, 𝑝 − экспериментал рақамли кўрсаткичлар қийматлари. Танланган юза бўйича 𝐴иа , иситиш асбобларидан чиқаётган сувнинг ҳарорати 𝑡чиқ , 0С қуйидагича [5]: 𝑡чиқ = 𝑡ҳҳ + 1 (10) 𝐺 ℎ𝑟 𝑝𝑙 𝑛𝑙 𝑝𝑟 𝑘𝑔 𝑞𝑝𝑟 𝑛𝑙 𝑁𝑠𝑒𝑘𝑠𝑖𝑦𝑎 𝐴𝑝𝑟 0.1 1 ( ) 𝑛𝑙 + 701+𝑛𝑙 𝐺𝑝𝑟 𝐶𝑠𝑢𝑣 (𝑡кир −𝑡ҳҳ )

[ ] Бу ерда: 𝑡кир − иситиш асбобига кирадиган иссиқлик ташувчининг ҳарорати. 0С; 𝑡ҳҳ − иситиладиган хонадаги ҳавонинг ҳисобий ҳарорати. 0С; 𝑞𝑝𝑟 − 𝑞𝑛𝑜𝑚 - номинал иссиқлик оқимининг зичлиги, W/m2; 𝑛, 𝑝 − иситиш асбобининг структуравий ва гидравлик хусусиятларининг иссиқлик узатиш коеффициентига таъсирини ифодаловчи экспериментал рақамли кўрсаткичлар; 𝐺с.с – иситиш асбобидаги ҳақиқий сув сарфи, kg/s; 𝐶𝑠𝑢𝑣 − сувнинг солиштирма масса иссиқлик сиғими J/(kg 0С).

1-жадвал. Иссиқликни сақловчи бак аккумуляторнинг геометрик ўлчамлари Номланиши Ташқи Ички Узунлиги Изоля- Оғир- Ҳажми диаметр, диаметр, mm цияси лиги m3 mm mm mm kg

Бак-аккумулятор 2 506 2 300 5 300 200 3 800 22

1-жадвалда қаралаётган тизим учун иссиқликни жамловчи, сақловчи бак аккумуляторнинг геометрик ўлчамлари келтирилган бўлиб, улар асосида (5) формуланинг қиймат кўрсаткичларини аниқлаш учун асос саналади.

2-жадвал. Иссқликни сақловчи бак аккумулятор ҳимоя қатламининг иссиқлик-техникавий кўрсаткичлари Солиштирма Иссиқлик Зичлиги иссиқлик ўтказувчанлик Қалинлиги Номланиши kg/m3 сиғими, коэффициенти mm kJ/kg0C W/m2 0С Оцинкованный 7800 0,45 55 0.5 пўлат лист Минералвата 125 0.84 0.056 200

1 ҳамда 2-расмларда, ҳамда 2-жадвалда келтирилган қийматлар асосида ИАга эга фаол қуёш иситиш тизимини қўллаганда бино ичидаги ҳароратларнинг вақт бўйича ўзгариши ҳамда анъанавий иситиш тизимининг иссиқлик юкламасининг соатлик ўзгаришилари динамикаси келтирилган ҳамда 3 – расмда бак аккумуляторга эга ва эга бўлмаган фаол қуёший иситиш тизимининг иссиқлик ҳимояси даражаларига мос равишда таҳлили ўтказилган.

1-расм. 15.10.2019 - 15.04.2020йй. Ҳароратларнинг вақт бўйича ўзгариши: 1-атроф-муҳит температураси; 2-қуёш колекторидан чиқувчи иссиқлик ташувчининг ҳарорати; 3-бак-аккумулятордаги сувнинг ҳарорати [4]

2-расм. 15.10.2019 - 15.04.2020 йй. Анъанавий иситиш тизимининг иссиқлик юкламасининг соатлик ўзгариши: 1- фаол қуёш иситиш тизими бўлмаган ҳолда; 2- фаол қуёш иситиш тизими бўлган ҳолда [4]

Иссиқлик Иссиқлик Иссиқлик ҳимоясининг I ҳимоясининг II ҳимоясининг III даражаси даражаси даражаси

Иссиқлик ҳимоясининг даражалари 3-расм. Солиштирма иссиқлик истеъмолининг иссиқлик ҳимояларининг даражалари бўйича ўзгариши[4]. 1- фаол қуёш иситиш тизимидан фойдаланилмаган ҳол учун; 2- бак-аккумуляторли фаол қуёш иситиш тизимидан фойдаланилган ҳол учун 3 – расмга кўра, бинони иситиш учун солиштирма йиллик иссиқлик энергияси истеъмолининг иссиқлик ҳимояларининг даражалари бўйича ўзгариши келтирилган. Бак-аккумуляторли фаол қуёш иситиш тизимли бино бўйича ўтказилган ҳисоблашлар кўрсатишича Тошкент шаҳри шароитида солиштирма йиллик иссиқлик энергияси сарфи ва иситиш хоссаларида сезиларли ўзгаришлар кузатилди [6]. Ҳимоя Аккумуляторсиз тизимда Аккумуляторли тизимда даражаси камайиш, kWh/m² камайиш, kWh/m² I даражаси ≈ 46.9 (≈ 20-21 %) 78.81 (≈ 33.4 %) II даражаси ≈ 47 (≈ 28 %) 69.17 (≈ 39.8 %) III даражаси ≈ 46.9 (≈ 34.3 %) 63.6 (≈ 44.7 %) Таклиф этилаётган моделнинг сонли татбиқи учун (4-расм) алгоритм ва MathCAD 2015 professional пакетида дастурий таъминот яратилди. Мазкур дастур ёрдамида маъмурий ва маиший биноларнинг солиштирма иссиқлик хоссалари, энергетик, экологик ва иқтисодий кўрсатгичлари градус-соат ва градус-сутка усулларидан фойдаланиб аниқланди. Жумладан маъмурий ва маиший биноларда иситиш учун солиштирма энергия истеъмоли, қуёш коллекторлари ва ИАлар қўлланилганда тежалган энергия миқдори, заҳарли газларнинг атмосферага чиқарилишининг камайган йиллик миқдори, йиллик тежалган моддий маблағ, солиштирма иссиқлик кўрсатгичларининг соатлик ўртача миқдорлари, харажатларни қоплаш муддати ҳисобланади. Тақдим этилаётган дастурий маҳсулот маъмурий ва маиший биноларда содир бўлувчи иссиқлик жараёнларининг статик ва динамик математик моделлари асосида Python дастурлаш тилида тузилган бўлиб, бунда иқлим маълумотлари асосида маъмурий ва маиший биноларнинг ўртача соатлик ва йиллик энергетик, экологик ва иқтисодий кўрсатгичлари ҳисобланади.

T` − ҳароратларнинг таҳминий қийматлари; Т0 − бошланғич ҳароратлар

4-расм. Фаол қуёш иситиш тизими учун ишлаб чиқилган математик моделнинг блок-схема кўринишидаги алгоритми[7]. Иссиқлик аккумуляторига эга бўлган фаол қуёш иситиш тизимини қўллаш бўйича моделлаштириш натижаларини умумлаштириб, қуйидаги хулосага келиш мумкин: 1. Иссиқлик аккумуляторига эга фаол қуёш иситиш тизимининг динамик модели орқали биноларда солиштирма иссиқлик хоссаларини аниқлаш имконини берди. 2. Тошкент шароитида, иссиқлик аккумуляторисиз тизим билан солиштирганда, иссиқлик аккумуляторли тизим ≥33 % энергия тежашни кафолатлайди, юқори ҳимоя даражаларида бу кўрсаткичлар янада яхшиланади. 3. Экологик таъсир ва иқтисодий самаралар ҳисобга олинганда, мазкур технологиялар давлат сиёсати ва қонун-қоидалар доирасида татбиқ этилиши керак. ҲУЛОСА Ушбу илмий ишланмаларни амалиётга кенг жорий қилиш учун давлат томонидан қўллаб-қувватлаш тузилмалари (солиқ имтиёзлари, субсидиялар) орқали технологияни кенг тарқатиш мақсадга мувофиқ бўлади.