Анализ и исследование солнечного отопления при проектировании жилых зданий
DOI:
https://doi.org/10.52754/16948645_2025_4(1)_61Ключевые слова:
возобновляемые источники энергии; тепловая эффективность; архитектурные решения; теплозащита зданий; климатические особенности; оптимизация строительных элементов; сезонная адаптация конструкцииАннотация
Цель исследования заключалась в разработке математической модели для повышения энергоэффективности жилых зданий за счёт сезонного использования солнечного отопления. Предложено методику теоретического расчета к проектированию энергоактивных домов с учётом геометрических параметров окон и конструктивных особенностей оконной крыши. Выявлены условия оптимального размещения окон для эффективного улавливания солнечного излучения в течение отопительного сезона. Особое внимание в исследовании уделено климатическим особенностям Кыргызстана, таким как длительность отопительного сезона, уровень солнечной радиации и потенциал снижения потребления традиционных энергоносителей. Климатический анализ городов Ош и Бишкек показал, что даже в самые короткие зимние дни возможно получение значительного объёма солнечной энергии, достаточного для частичного или полного обогрева помещений. Разработана математическая модель теплопотерь, учитывающая разность температур между внутренней и наружной средой, а также коэффициент теплопередачи ограждающих конструкций. Это позволило оценить продолжительность эффективного использования солнечной энергии для отопления. Были формализованы ключевые параметры проектирования, включая угол падения солнечных лучей, длину свеса крыши, высоту окна и геометрию фасада. Также предложены формулы для расчёта длины и высоты козырька с учётом сезонных изменений положения солнца. В статье представлена схема размещения крыш и окон, обеспечивающая защиту от перегрева летом и максимальный приток солнечной энергии зимой. Исследование подтверждает, что грамотно спроектированные солнечные системы отопления могут значительно снизить нагрузку на центральное теплоснабжение и повысить эффективность использования возобновляемых источников энергии. Представленные методики применимы при проектировании современных энергоэффективных зданий, особенно в регионах с горным рельефом и длительным отопительным сезоном. Таким образом, данное исследование имеет большое значение для практической реализации систем солнечного отопления, способных обеспечить устойчивое и эффективное использование солнечной энергии с учётом местных климатических особенностей
Библиографические ссылки
Akparaliev RA, Mederov TT, Obozov ADzh, Ashimbekova B. Analysis of solar radiation data to create a resource map. Sci Educ Eng. 2022;2(74):29–35. DOI: 10.54834/16945220_2021_2_29
International Energy Agency. Space heating [Internet]. Paris: IEA. [cited 2023 September]. Available from: https://www.iea.org/reports/space-heating
Avezova NR, Avezov RR, Samiev KA, Kakharov SK. Сomparative heating performance and engineering economic indicators of the “trombe wall” system in different climate zones of Uzbekistan. Appl Sol Energy. 2021;57(2):128–34. DOI: 10.3103/S0003701X21020031
Khamraev SI. Study of the combined solar heating system of residential houses. In: Proceedings of the II International Conference on Current Issues of Breeding, Technology and Processing of Agricultural Crops, and Environment (CIBTA-II-2023). Vol. 71. Les Ulis: EDP Sciences; 2023. P. 1–8. DOI: 10.1051/bioconf/20237102017
Wang Sh, Shi F, Zhang B, Zheng J. The passive design strategies and energy performance of a zero-energy solar house: Sunny inside in solar decathlon China 2013. J Asian Archit Build Eng. 2018;15(3);543–8. DOI: 10.3130/jaabe.15.543
Bird RE, Hulstrom RL. Simplified clear sky model for direct and diffuse insolation on horizontal surfaces. Golden (CO): Solar Energy Research Institute; 1981.
Bastien D, Athienitis AK. Methodology for selecting fenestration systems in heating dominated climates. Appl Energy. 2015;154:1004–19. DOI: 10.1016/j.apenergy.2015.05.083
Faye I, Ndiaye A, Mamadou E. Influence of the incidence angle modifier and radiation on the performance of textured and non textured monocrystalline silicon solar cells. In: Solar Cells: Theory, Materials and Recent Advances. London: IntechOpen; 2021. Chapter 8. DOI: 10.5772/intechopen.96160
Duffy J, Beckman WA. Solar Engineering of Thermal Processes. 2ed ed. Hoboken: Wiley-Interscience; 1991.
Obozov ADzh, Botpaev RM. Renewable energy sources: Textbook for universities. Bishkek: [s.n.]; 2010. 224 P.
Hudson Architects. Free energy: optimising orientation and glazing for solar gains [Internet]. [cited 2025 Jul 7]. Available from: https://hudsonarchitects.co.uk/journal/architectural-insights/free-energy-optimising-orientation-and-glazing-for-solar-gains/
Iqbal M, Liu BYH. A model for estimating solar radiation on tilted surfaces using hourly data. Sol Energy. 1980;24(1):37–46.
Gueymard CA. The sun’s total and spectral irradiance for solar energy applications and solar radiation models. Sol Energy. 2004;76(4):423–53. DOI: 10.1016/j.solener.2003.08.039
Muneer T, Gueymard C, Kambezidis H. Solar radiation and daylight models. 2nd ed. London: Routledge; 2004. 392 P. DOI: 10.4324/9780080474410
When heating was turned on in Bishkek over the last 18 years – schedule [Internet]. [cited 2022 October 25]. Available from: https://ru.sputnik.kg/20221025/bishkek-otoplenie-sezon-nachalo-grafik-1069326818.html
Zhong L, Wu D, Zhang B, Zhang Y, Liang X. study on the impact of design parameters of photovoltaic combined vacuum glazing (PVCVG) on the energy consumption of buildings in Lhasa. Build. 2025;15(4):649. DOI: 10.3390/buildings15040649
Mehta K, Ehrenwirth M, Trinkl C, Zörner W, Greenough R. A parametric study on the feasibility of solar-thermal space heating and hot water preparation under cold climates in Central Asian rural areas. In: Proceedings of the 13th International Conference on Solar Energy for Buildings and Industry (EuroSun 2020). Athens (virtual). Brussels: International Solar Energy Society (ISES); 2020. DOI: 10.18086/eurosun.2020.04.03
Mo W, Zhang G, Yao X, Li Q, DeBacker BJ. Assessment of passive solar heating systems’ energy saving potential across varied climatic conditions: The development of the passive solar heating indicator (PSHI). Build. 2024;14(5):1364. DOI: 10.3390/buildings14051364
Renaldi R, Friedrich D. Techno economic analysis of a solar district heating system with seasonal thermal storage in the UK. Appl Energy. 2019;236:388–400. DOI: 10.1016/j.apenergy.2018.11.030
Herrando M, Markides CN. Hybrid PVT systems for domestic heat and power in the UK: Techno economic analysis. Appl Energy. 2016;161:512–32. DOI: 10.1016/j.apenergy.2015.09.025
Olgyay A, Olgyay V. Solar control and shading devices. Princeton: Princeton University Press; 1957. 201 P. DOI: 10.1002/qj.49708436029
Liu BYH, Jordan RC. The Interrelationship and characteristic distribution of direct, diffuse and total solar radiation. Sol Energy. 1960;4(3):1–19. DOI: 10.1016/0038-092X(60)90062-1
Загрузки
Опубликован
Как цитировать
Выпуск
Раздел
Лицензия
Copyright (c) 2026 Вестник Ошского государственного университета. Математика. Физика. Техника
Это произведение доступно по лицензии Creative Commons «Attribution-NonCommercial» («Атрибуция — Некоммерческое использование») 4.0 Всемирная.
