1. На главную
  2. Электронные версии
  3. Теплоэнергетика
  4. № 12, 2023

Теплоэнергетика, 2023, № 12, стр. 90-100

Численное исследование тепловых характеристик стены Тромба новой конструкции со стеклоблоком для холодных климатических условий

С. А. Костиков a, *, М. С. Гринкруг b, С. А. Гордин b, J. Yiqiang a

a Харбинский политехнический университет (HIT)
150001 г. Харбин, Xida, 92, Китай

b Комсомольский-на-Амуре государственный университет (КнАГУ)
681013 г. Комсомольск-на-Амуре, просп. Ленина, д. 27, Россия

* E-mail: 300gloof@mail.ru

Поступила в редакцию 20.10.2022
После доработки 27.04.2023
Принята к публикации 01.06.2023

Аннотация

Статья посвящена проблемам, возникающим при использовании стены Тромба в холодных климатических условиях. Такие стены имеют существенный недостаток в условиях холодного климата. При восходе солнца и попадании солнечной энергии через воздушную прослойку на стену Тромба воздух в прослойке очень быстро нагревается. Это приводит к недостаточному аккумулированию тепла в стене Тромба и повышению потерь тепловой энергии в окружающий воздух из помещения через остекление. Основная цель исследования – разработка нового конструктивного решения для стены Тромба, которое позволит сократить тепловые потери через остекление при сохранении достаточного уровня аккумулирующей способности в холодных климатических условиях. Использование такой стены будет наиболее эффективно на территориях, расположенных в диапазоне широт от 40 до 50°. В работе представлены подробное описание и техническое обоснование нового конструктивного решения для стены Тромба. Разработаны математическая модель процессов теплообмена и алгоритм решения, на основе которого проводился численный эксперимент. В течение всего отопительного периода средняя температура воздуха в исследуемом помещении поддерживалась в диапазоне значений, комфортных для постоянного пребывания человека. При использовании стены Тромба новой конструкции может быть сокращено годовое потребление внешних энергоресурсов и снижены выбросы СО2 на 58%, т.е. их поступит в атмосферу на 18% меньше, чем при применении классической стены Тромба, в тех же климатических условиях. Таким образом, благодаря проведению данного исследования получена полезная информация о возможности улучшить тепловые характеристики стены Тромба в холодных климатических условиях.

Ключевые слова: улучшенная стена Тромба, аккумулирующая эффективность стены Тромба, комбинированная система теплоснабжения, энергосберегающие технологии, сокращение выбросов парниковых газов

Список литературы

  1. Classification, experimental assessment, modeling methods and evaluation metrics of Trombe walls / D. Wang, L. Hu, H. Du, Y. Liu, J. Huang, Y. Xu, J. Liu // Renewable Sustainable Energy Rev. 2020. V. 124. P. 109772. https://doi.org/10.1016/j.rser.2020.109772

  2. Kostikov S., Chao S., Yiqiang J. A review of the current work potential of a Trombe wall // Renewable Sustainable Energy Rev. 2020. V. 130. P. 109947. https://doi.org/10.1016/j.rser.2020.109947

  3. Omara A.A.M., Abuelnuor A.A.A. Trombe walls with phase change materials: A review // Energy Storage. 2020. V. 2. Is. 5. P. 123. https://doi.org/10.1002/est2.123

  4. A review on passive and active solar still using phase change materials / P. Negi, R. Dobriyal, D.B. Singh, G.K. Badhotiya // Mater. Today: Proc. 2021. V. 46. Part 20. P. 10433–10438. https://doi.org/10.1016/j.matpr.2020.12.996

  5. Numerical investigations on performance of phase change material Trombe wall in building / N. Zhu, S. Li, P. Hu, F. Lei, R. Deng // Energy. 2019. V. 187. P. 116057. https://doi.org/10.1016/j.energy.2019.116057

  6. Zhou Y., Yu C.W. The year-round thermal performance of a new ventilated Trombe wall integrated with phase change materials in the hot summer and cold winter region of China // Indoor Built Environ. 2019. V. 28. Is. 2. P. 195–216. https://doi.org/10.1177/1420326X18807451

  7. Sacht H.M., Bragança L., Almeida M.G. Trombe wall and glazings facades: Energy efficiency for different Portuguese climates // Informes de la Construcción. 2013. V. 65. P. 11–22. https://doi.org/10.3989/ic.11.152

  8. Seves glass block: Energy saving. [Электрон. ресурс.] https://catalogs.edilportale.com/Energy-Saving-it-en-fr-de-es-Seves-Glassblock-0-cat5ddd348f.pdf

  9. Plexiglass solar energy and visible light transmittance. [Электрон. ресурс.] https://www.eplastics.com/blog/plexiglass-solar-energy-visible-light-transmission

  10. Compound summary: Acetic Acid. Pubchem. [Электрон. ресурс.] https://pubchem.ncbi.nlm.nih.gov/compound/Acetic-Acid

  11. Numerical study on thermal performance of PCM Trombe wall / S. Li, N. Zhu, P. Hu, F. Lei, R. Deng // Energy Procedia. 2019. V. 158. P. 2441–2447. https://doi.org/10.1016/j.egypro.2019.01.317

  12. Simões N., Manaia M., Simões I. Energy performance of solar and Trombe walls in Mediterranean climates // Energy. 2021. V. 234. P. 121197. https://doi.org/10.1016/j.energy.2021.121197

  13. Kostikov S.A., Yiqiang J., Grinkrug N.V. Employment of a Trombe wall in modern heating systems // IOP Conf. Ser.: Mater. Sci. Eng. 2020. V. 753. Chapter 1. P. 022017. https://doi.org/10.1088/1757-899X/753/2/022017

  14. Comparative study on the annual performance of three types of building integrated photovoltaic (BIPV) Trombe wall system / Z. Hu, W. He, J. Ji, D. Hu, S. Lv, H. Chen, Z. Shen // Appl. Energy. 2017. V. 194. P. 81–93. https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2017.02.018

  15. Effects of external insulation component on thermal performance of a Trombe wall with phase change materials / Y. Liu, L. Hou, Y. Yang, Y. Feng, L. Yang, Q. Gao // Solar Energy. 2020. V. 204. P. 115–133. https://doi.org/10.1016/j.solener.2020.04.010

  16. Данилов О.Л., Костюченко П.А. Практическое руководство по выбору и разработке энергосберегающих проектов. М.: Технопромстрой, 2006.

  17. Суслов В.А. Тепломассообмен: учеб. пособие. Ч. 1. СПб.: СПбГУПТД ВШ ТиЭ, 2016.

  18. Assessment of various Trombe wall geometries with CFD study / D. Fidaros, C. Baxevanou, M. Markousi, A. Tsangrassoulis // Sustainability. 2022. V. 14. Is. 9. P. 4877. https://doi.org/10.3390/su14094877

  19. Effect of air gap depth on Trombe wall system using computational fluid dynamics / E.F. Abbas, A. Al-Abady, V. Raja, H.A.Z. Al-Bonsrulah, M. Al-Bahrani // Int. J. Low-Carbon Technol. 2022. V. 17. P. 941–949. https://doi.org/10.1093/ijlct/ctac063

  20. Behbahani P.M., Kazerouni R.B., Davar H. Optimization of air channel geometry on Trombe wall for transmitting excessive heat // Indian J. Fundamental and Appl. Life Sci. 2014. V. 4. No. S3. P. 877–889.

  21. Numerical investigation of air flow and temperature distribution in a Trombe wall system: A CFD study / V. Bharath, K.M.V., Puneeth B.M. Preetham, Shashikanth // Int. J. Eng. Technol. 2017. V. 9. No. 3S. P. 489–495. https://doi.org/10.21817/ijet/2017/v9i3/170903S075

  22. Numerical study on the thermal performance of Trombe wall for passive solar building in semiarid climate / M. Dhahri, N. Khalilpoor, H. Aouinet, A. Issakhov, H. Sammouda, S. Emani // Int. J. Photoenergy. 2021. V. 2021. Special Issue: Thermal Management and Efficiency Enhancement of Solar Systems P. 1–12. https://doi.org/10.1155/2021/6630140

  23. ANSYS Fluent Theory Guide Release, 2011. [Электрон. ресурс.] https://chromeextension://efaidnbmnnnibpcajpcglclefindmkaj/https://kargosha.com/file/attach/201705/2812.pdf

  24. NASA Prediction of Worldwide Energy Resources: Data Access Viewer [Электрон. ресурс.] https://power.larc.nasa.gov/data-access-viewer/

Дополнительные материалы отсутствуют.

Инструменты

следующая статья выпуска предыдущая статья выпуска содержание выпуска

Теплоэнергетика

Архивы выпусков Информация о журнале Отправить рукопись в журнал