ЧИСЛЕННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ НАГРЕВА ТЕПЛОВОГО НАКОПИТЕЛЯ ЭНЕРГИИ ДЛЯ ОБОГРЕВА ТЕПЛИЧНОГО ХОЗЯЙСТВА
DOI 10.12737/2073-0462-2025-1-47-53 УДК 620.92
Ключевые слова:
тепловой накопитель энергии, высокотемпературный теплоноситель, теплоаккумулятор, моделирование, теплопередача, система теплоизоляции.Аннотация
В условиях современного энергопотребления и возрастающего спроса на энергоэффективные технологии особую актуальность приобретают системы теплового накопления, способные обеспечить эффективное использование избыточной энергии. Одним из перспективных направлений в этой области является использование высокотемпературных теплоносителей и специализированных теплоизоляционных материалов. Настоящая работа посвящена разработке и исследованию теплового накопителя энергии, использующего олово в качестве теплоносителя и керамический теплоаккумулятор с вольфрамовыми экранами для теплоизоляции. В рамках исследования была разработана и смоделирована конструкция теплового накопителя энергии, предназначенная для аккумулирования тепловой энергии и её последующего использования в системах обогрева тепличных хозяйств и других объектов агропромышленного комплекса. Целью работы является численное двухмерное моделирование процесса нагрева теплового накопителя энергии с использованием программного комплекса SimInTech. В ходе численного моделирования рассчитывались зависимости изменения температуры наружной поверхности теплоизоляции (асбеста) от времени при различных значениях массового расхода олова 0,1-0,3 кг/с, количества вольфрамовых экранов от 3 до 12 и их степени черноты от 0,04 до 0,8. Результаты показали, что увеличение числа вольфрамовых экранов замедляет нагрев наружной поверхности теплоизоляции, что повышает эффективность системы. С увеличением расхода олова ускоряется процесс нагрева, что указывает на более быструю передачу тепла. Изменение степени черноты вольфрамовых экранов оказывает влияние на интенсивность теплопередачи: экраны с высокой степенью черноты поглощают больше тепла, что требует увеличения их количества для поддержания изоляционных свойств. Исследование подтвердило возможность использования программного комплекса SimInTech для моделирования процессов нагрева теплового накопителя, двухмерная осесимметричная модель позволила учесть изменения температуры в радиальном и осевом направлениях, что обеспечило точное представление тепловых процессов.
Литература
1. Смирнов П.А., Тихонова А.В. Опытно-аналитическое определение критических температурных точек теплицы // Вестник Казанского государственного аграрного университета. 2022. Т. 17. № 4 (68). С. 98–105. doi: 10.12737/2073-0462-2023-98-105.
2. Research of different heating modes of greenhouses / K. V. Osintsev, I. S. Prikhodko, V. S. Shichkina [et al.] // IOP Conference Series: Earth and Environmental Science. 2021. Article 052007. doi: 10.1088/1755-1315/723/5/052007.
3. Tahery D., Roshandel R., Avami A. An integrated dynamic model for evaluating the influence of ground to air heat transfer system on heating, cooling and CO2 supply in Greenhouses: Considering crop transpiration // Renewable Energy. 2021. Vol. 173. P. 42–56. doi: 10.1016/j.renene.2021.03.120.
4. Пындак В.И., Новиков А.Е., Амчеславский О.В. Теплицы для малоземельных хозяйств // Известия Нижневолжского агроуниверситетского комплекса: Наука и высшее профессиональное образование. 2016. № 1 (41). С. 234–240.
5. Павлов М.В., Карпов Д.Ф. Исследование влияния различных факторов на тепловую мощность лучисто-конвективной системы отопления зимней теплицы // Вестник Томского государственного архитектурно-строительного университета. 2019. Т. 21. № 6. С. 149–161. doi: 10.31675/1607-1859-2019-21-6-149-161.
6. Разработка электрического саморегулируемого позисторного подогревателя грунта / В. Ф. Калинин, С. В. Кочергин, А. В. Кобелев и др. // Вестник Мичуринского государственного аграрного университета. 2017. № 1. С. 163–168.
7. Integration of a heating and cooling system driven by solar thermal energy and biomass for a greenhouse in Mediterranean climates / J. Prieto, R. M. Ajnannadhif, O. P. Fernández-del [et al.] // Applied Thermal Engineering. 2023. Vol. 221. Article 119928. doi: 10.1016/j.applthermaleng.2022.119928.
8. Новичков С.В., Бурденкова Е.Ю. Использование теплоты уходящих газов котла-утилизатора бинарной ПГУ для обогрева тепличного хозяйства // Энергобезопасность и энергосбережение. 2020. № 3. С. 20–24. doi: 10.18635/2071-2219-2020-3-20-24.
9. Nishad S., Krupa I. Phase change materials for thermal energy storage applications in greenhouses: A review // Sustainable Energy Technologies and Assessments. 2022. Vol. 52. Part C. Article 102241. doi: 10.1016/j.seta.2022.102241.
10. Sethi V.P., Sharma S.K. Survey and Evaluation of Heating Technologies for Worldwide Agricultural Greenhouse Applications // Solar Energy. 2008. Vol. 82. № 9. P. 832–859. doi: 10.1016/j.solener.2008.02.010.
11. Modeling the destruction of the grain shell of cereal crops / E. G. Nurullin, A. V. Dmitriev, D. T. Khaliullin [et al.] // BIO Web of Conferences: International Scientific-Practical Conference “Agriculture and Food Security: Technology, Innovation, Markets, Human Resources”. Vol. 52. – Kazan: EDP Sciences, 2022. – P. 00060. – DOI 10.1051/bioconf/20225200060.
12. Zinurov V., Nikandrova M., Kharkov V. Assessment of Thermal Storage Technologies in Energy Sector // IEEE Xplore. 2020. P. 68–71. doi: 10.1109/USEC50097.2020.9281236.
1. Smirnov PA, Tikhonova AV. [Experimental and analytical determination of critical temperature points of a greenhouse]. Vestnik Kazanskogo gosudarstvennogo agrarnogo universiteta. 2022; Vol.17. 4 (68). 98-105 p. doi: 10.12737/2073-0462-2023-98-105.
2. Osintsev KV, Prikhodko IS, Shichkina VS. Research of different heating modes of greenhouses. IOP Conference Series: Earth and Environmental Science. 2021; Article 052007. doi: 10.1088/1755-1315/723/5/052007.
3. Tahery D, Roshandel R, Avami A. An integrated dynamic model for evaluating the influence of ground to air heat transfer system on heating, cooling and CO2 supply in Greenhouses: Considering crop transpiration. Renewable Energy. 2021; Vol.173. 42-56 p. doi: 10.1016/j.renene.2021.03.120.
4. Pyndak VI, Novikov AE, Amcheslavskiy OV. [Greenhouses for small-scale farms]. Izvestiya Nizhnevolzhskogo agrouniversitetskogo kompleksa: Nauka i vysshee professionalnoe obrazovanie. 2016; 1 (41). 234-240 p.
5. Pavlov MV, Karpov DF. [Study of the influence of various factors on the thermal power of the radiant-convective heating system of a winter greenhouse]. Vestnik Tomskogo gosudarstvennogo arkhitekturno-stroitelnogo universiteta. 2019; Vol.21. 6. 149-161 p. doi: 10.31675/1607-1859-2019-21-6-149-161.
6. Kalinin VF, Kochergin SV, Kobelev AV. [Development of an electric self-regulating posistor soil heater]. Vestnik Michurinskogo gosudarstvennogo agrarnogo universiteta. 2017; 1. 163-168 p.
7. Prieto J, Ajnannadhif RM, Fernandez-del OP. Integration of a heating and cooling system driven by solar thermal energy and biomass for a greenhouse in Mediterranean climates. Applied Thermal Engineering. 2023; Vol.221. Article 119928. doi: 10.1016/j.applthermaleng.2022.119928.
8. Novichkov SV, Burdenkova EYu. [Using the heat of exhaust gases from a waste heat boiler of a binary combined cycle gas turbine to heat a greenhouse]. Energobezopasnost i energosberezhenie. 2020; 3. 20-24 p. doi: 10.18635/2071-2219-2020-3-20-24.
9. Nishad S, Krupa I. Phase change materials for thermal energy storage applications in greenhouses: a review. Sustainable energy technologies and assessments. 2022; Vol.52. Part C. Article 102241. doi: 10.1016/j.seta.2022.102241.
10. Sethi VP, Sharma SK. Survey and evaluation of heating technologies for worldwide agricultural greenhouse applications. Solar Energy. 2008; Vol.82. 9. 832-859 p. doi: 10.1016/j.solener.2008.02.010.
11. Nurullin EG, Dmitriev AV, Khaliullin DT. Modeling the destruction of the grain shell of cereal crops. BIO Web of Conferences: International Scientific-Practical Conference “Agriculture and Food Security: Technology, Innovation, Markets, Human Resources”. Vol.52. Kazan: EDP Sciences. 2022; 00060 p. – DOI 10.1051/bioconf/20225200060.
12. Zinurov V, Nikandrova M, Kharkov V. Assessment of thermal storage technologies in energy sector. IEEE Xplore. 2020; 68-71 p. doi: 10.1109/USEC50097.2020.9281236.
Опубликован
Как цитировать
Выпуск
Раздел
Категории
Лицензия
Copyright (c) 2026 ВЕСТНИК Казанского государственного аграрного университета
Это произведение доступно по лицензии Creative Commons «Attribution» («Атрибуция») 4.0 Всемирная.
Метаданные научных статей, включая название, аннотацию, сведения об авторах, список литературы, идентификаторы и иные элементы библиографического описания для дальнейшего неограниченного использования, передаются в редакцию с правом их неограниченного использования на условиях открытой лицензии Creative Commons Attribution (CC BY).
