Методика  теоретического  расчета  потребной  площади  теплоприемника

267 
 
При  таких  расчетах  невозможно  учитывать  влияние  теплотехнических  и  
геометрических  параметров  теплоприемника  –  площади  поверхности  коллектора, 
толщины стенки, теплопроводности абсорбера  и др. 
Тепловой  баланс  между  поступаемой  энергией  и  получаемой  от  теплоприемника 
полезной энергией можно представить в следующем виде: 
                                     dQ
пог
 = dQ
пол
 + dQ
акк
 + dQ
пот
 ,                                                    (3) 
или                                
                                     dQ
пог
 - dQ
пот
 = dQ
пол
 + dQ
акк
                                                       (4)     
где: dQ
пог
 – 
солнечная энергия, поглощенная рабочей поверхностью плоского коллектора,  
                    
Вт/м
2
; 
       dQ
пол
 – 
тепловой поток, переданный в солнечном коллекторе теплоносителю  
                     
(полезная теплота), Вт/м
2
; 
        dQ
акк
 – 
тепловая энергия в теплоаккумуляторе, Вт/м
2
; 
        dQ
пот
 – 
тепловые потери плоского коллектора в окружающую среду путем излучения, 
                     
конвекции и теплопроводности, Вт/м
2
. 
  
Разность между солнечной энергией, поглощенной рабочей поверхностью плоского 
коллектора и тепловые потери в окружающую среду: 
                       dQ
пог
 - dQ
пот
 = dQ = f
р
 . [I
.(τα)   – К.(Т
абс
-
Т
о
)] dF
ск
  ,                                (5) 
где: f
р
  – 
показатель теплопотерь, или показатель массового расхода теплоносителя, 
который  определяется  как  отношение  фактической  передачи  тепла  к  максимально 
возможной; 
I - 
суммарная солнечная радиация, Вт/м
2
; 
(τα)  –  приведенная  поглощающая  способность  коллектора  (τ-коэффициент 
пропускания  прозрачного  покрытия;  α-коэффициент  поглощения  абсорбирующей 
поверхности); 
К – коэффициент теплопередачи, Вт/(м
2
.
о
С); 
Т
абс
 – 
средняя температура абсорбера, 
о
С; 
Т
о
 – 
температура наружного воздуха, 
о
С; 
F
ск
 – 
площадь рабочей поверхности плоского коллектора, м
2
. 
Полезная  теплота,  переданная  в  солнечном  коллекторе  теплоносителю  в  единицу 
времени: 
                           dQ
пол
 =  G. C
p 
.dT ,                                                                           (6) 
 
где: G-массовый расход теплоносителя (воздуха), кг/сек; 
 Cp - 
удельная теплоемкость теплоносителя, Дж/кг.
о
С. 
          
Уравнение (5) и (6) запишем в следующем виде: 
                            f
р
 . [I
. (τα)  – К.(Т
абс
-
Т
о
)] dF
ск
  = G. C
p 
.dT                                               (7) 
Принимая граничные  условия: 
                                 
Т = Т
о
             
при             F
ск
 = 0,                                 
                                 
Т = Т
абс
          
при             F
ск
  > 0                                                         (8) 
и интегрируя  (7), получаем либо потребную площадь поверхности гелиоколлектора для 
подогрева оптимального расхода воздуха через коллектор: 
                                  F
ск
 = G. C
p
 
(Т
вых
 - 
Т
о
)/ f
р
 . [I
. (τα) – К.(Т
абс
-
Т
о
)],                                (9) 
либо величину температуры нагретого воздуха: 
                                 
Т
вых
 = f
р
 . F
ск
 .[I
. (τα)  – К.(Т
абс
-
Т
о
)]/ G. C
p
 
+ Т
о
.                            (10) 
       
Методы расчета f,  (τα)  и К  достаточно подробно рассмотрены в работе [2]. 
Коэффициент  отвода  теплоты  от  коллектора  f  равен  отношению  фактически 
полученной полезной энергии к той энергии, которую можно получить, если температура 
всей  поглощающей  поверхности  будет  равна  t
вх
.  Значение  этого  коэффициента 

268 
 
определяется конструкцией коллектора и несущественно зависит от плотности солнечной 
радиации и температур поглощающей поверхности и окружающей среды. 
Коэффициент  К  для  большинства  конструкций  солнечных  коллекторов  равен 
0,7…1,0 Вт/(м
2
.
о
С). Максимальное значение  (τα)  =1; при одинарном остеклении (τα) не 
превышает 0,8. 
Полученную  расчетную  зависимость  (10)  подтверждают  геометрические  и 
теплотехнические  показатели  теплоприемника,  сконструированного  и  испытанного  в 
естественных условиях авторами в августе текущего года. 
Экспериментальная установка площадью F
ск
=25,68 м
2
 
(4,28х6,0 м) имеет следующие 
данные:  
-
абсорбер – листовой металл с селективным покрытием – δ=1,0.10
-3
 
м; 
-
теплопроводность материала теплоприемника – λ=0,91 Вт/м.
о
С; 
-
коэффициент пропускания прозрачного покрытия – τ=0,9;  
-
коэффициент поглощения абсорбирующей поверхности – α=0,89; 
- 
массовый расход теплоносителя (воздуха) - G = 1,0 кг/сек (V=3000 м
3
/ч); 
- 
удельная теплоемкость теплоносителя -  Cp=1000 Дж/кг.
о
С; 
-
средняя температура абсорбера, Т
абс
=45
 
о
С; 
 -
температура наружного воздуха, Т
о
=27 
о
С. 
Принимая  суммарную  солнечную  радиацию  I=700Вт/м
2
 
(для  г.Алматы), 
коэффициенты  К=0,7  Вт/(м
2
.
о
С),  f=1,0  и  подставляя  эти  данные  в  (10),  вычисляем 
значение Т
вых
: 
Т
вых
 = 41 
о
С 
 
Из формулы (9) находим потребную площадь теплоприемника плоского солнечного 
коллектора:  F
ск
=25,4  м
2
, 
т.е.погрешность  опытных  данных  составляет  1,2%;  ее  можно 
считать незначительной. 
Как  было  отмечено,  для  теплонасосной  системы  теплоснабжения  характерна 
существенная  неравномерность  энергопотребления  в  отопительный  период  и  поэтому 
аккумулирование  теплоты  при  ее  избытке  и  отдачи  по  мере  необходимости  в  энергии 
позволяет  улучшить  график  энергопотребления.  Обеспечения  процесса  накопления, 
хранения  и  выработки  тепловой  энергии  в  соответствии  с  требованиями  потребителя 
осуществляется теплоаккумулирующими устройствами. 
Наиболее  распространены  тепловые  аккумуляторы  с  твердым  теплоаккуму-
лирующим  материалом.  При  этом  в  качестве  теплоаккумулирующих  материалов 
используют  доступнее  и  дешевые  вещества  –  щебень,  феолит  (железная  руда),  остатки 
строительных материалов и т.п.[3]. 
Уравнения,  описывающий  баланс  тепловой  энергии  в  теплоаккумуляторе  с 
однородной температурой, в общем случае выражается [4]: 
                              dQ
акк
 = (mC
p
)
т
.∂Т
т
/∂τ                                                                     (11) 
где: m – масса теплоаккумулирующего материала в  аккумулирующим устройстве, кг; 
C
p
  –
удельная  теплоемкость  теплоаккумулирующего  материала  в  аккумулирующим 
устройстве, Дж/кг.
о
С; 
Т
т
- 
температура теплоаккумулирующего материала, 
о
С;  
τ – время. 
         
С другой стороны: 
                                    dQ
акк
 = Q
п
 – Q
уд
 – U (T
ак
 – T
o
) . dF                                                (12) 
Q
п
 , Q
уд
 – 
показатели пополнения и удаления энергии теплоаккумулятора, кДж; 
U- 
коэффициент тепловых потерь коллектора, Вт/(м
2
.
о
С); 
F – 
площадь солнечного коллектора, м
2
; 
T
ак
 – 
температуре в теплоаккумулирующим устройстве, 
о
С; 

269 
 
T
o
  – 
температура  окружающего  воздуха  в  месте  размещения  теплоаккумулирующего 
устройства, 
о
С. 
Приравняв правые части уравнении (11) и (12) и интегрируя  во времени, ее можно 
переписать  следующим виде: 
 
                                T
´
ак
 = T
ак
 
+ ∆τ [Q
п
 – Q
уд
 – (UF) (T
ак
 – T
o
)] /(mC
p
)
т
.                             (13) 
 
Таким образом, можно определить температуру в конце условного интервала ∆τ, при 
условии, что температура была неизменна в течение этого интервала. 
Выводы 
Предложена  методика  построения  математической  модели  теплонасосной  системы 
автономного  теплоснабжения,  составлены  уравнения  теплового  баланса,  проведены 
расчеты потребной площади теплоприемника воздушного солнечного коллектора, средней 
температуры теплоаккумулирующего устройства.  
 
Литература 
 
1. 
Отчет  о  научно-исследовательской  работе:  «Разработка  энергосберегающей 
системы  отопления  жилых  домов  и  зданий  на  базе  использования  тепловых  насосов 
«воздух-вода» с дистанционным контролем и управлением». Алматы, 2013 г. – 131 с. 
2. 
Бекман У., Клейн С., Даффи Дж. Расчет систем солнечного теплоснабжения.- М.: 
Энергоиздат, 1982.-80 с. 
3.  Амерханов  Р.А.,  Долинский  А.А.,  Морозюк  Т.В.  Аккумулирование  теплоты  в 
системах  теплоснабжения  сельского  хозяйства  //Пром.теплотехника.  –  2002.-Т.24.-  №1. 
С.106-108. 
4. Solar engineering of thermal processes/John A. Duffie, William A. Beckman. – 2
nd
 ed. 
Wiley, John&Sons, Incorporated, 1991.-918 p. 
 
Сыдықов Ш.К., Омаров Р.А. 
 
ЖЫЛУСОРҒЫ ЖҮЙЕСІ АРҚЫЛЫ ЖЫЛУМЕН ДЕРБЕС ҚАМТАМАСЫЗ  
ЕТУДІҢ МАТЕМАТИКАЛЫҚ МОДЕЛІ 
 
Мақалада  жылусорғы  жүйесі  арқылы  жылумен  дербес  қамтамасыз  етудің 
математикалық  моделін  құрастыру  методикасы  ұсынылған,  жылу  баланс  теңдемелері 
кұрастырылған, жазық күн коллекторының қажетті ауданынын және жылу аккумуляторы 
қондырғысының температурасын анықтайтын есептеулер келтірілген. 
Кілт  сөздер:  жылусорғы  жүйесімен  жылыту,  төменгіпотенциалды  энергия  көздері, 
жылусорғы қондырғысы, ауа жылытатын күн коллекторы, жылу аккумуляторы.  
 
Sh.K. Sydykov, R.A. Omarov  
 
MATHEMATICAL MODEL OF HEAT PUMP SYSTEM OF AUTONOMOUS HEATING 
 
This article describes a mathematical model of heat pump systems of autonomous heating. 
The calculations of  the required area  of the heat  of the air  solar collector  temperature  heat 
storage device. 
Keywords:  heat pump  heating system,  low-potential  heat sources,  the heat pump system, 
air solar collector, heat storage. 
 

270 
 
ӘОЖ  631.358: 635.25 
 
Үсейн Ұ., Жүнісбаев Б.Ж., Сапарбаев Е.Т., Қашаған Б.Е. 
 
Қазақ ұлттық аграрлық университеті 
 
БАДАНА ТЕКТЕС ДАҚЫЛДАРДЫ ЖИНАУ ТЕХНОЛОГИЯСЫНЫҢ  
ҚҰРЫЛЫМДЫҚ МОДЕЛІ 
 
Андатпа 
Мақалада  бадана  тектес  дақылдарды  жинау  технологиясының  ерекшеліктері  келті-
ріліп,  пиязды  механикаландырылған  жолмен  жинаудың  тәсілдерін  талдау  негізінде  пияз 
өндірісінің энергетикалық тиімділігін арттыру бағыттары айқындалған. Пиязды жинаудың 
технологиялық процесі көп параметрлі жүйе ретінде қарастырылып, оның функционалдық 
және құрылымдық сұлбасы жасалған. Пияз жинаудың сапасы мен технологиясының энер-
гия сыйымдылығын анықтайтын интерактивті сұлба  бойынша пияз қазғыштың жұмысын 
математикалық  модельдеуге  мүмкіндік  беретін  көпмәнді  обьектінің  блок-сұлбасы  негіз-
делген. 
Кілт сөздер: бадана, пияз, технологиялық процесс, иерархия, көппараметрлі жүйе, 
функция, динамикалық жүйе, кіріс әрекет, шығыс әрекет, құрылымдық сұлба, блок-сұлба, 
математикалық  модель,  қазғыш  құрылғы,  жинағыш  құрылғы,  кескіш  құрылғы,  жинау 
сапасы, энергиясыйымдылық. 
 
Кіріспе 
Еліміздің ауыл шаруашылығы саласы алдында халықтың жоғары сапалы тағам өнім-
деріне және өңдеуші өнеркәсіп салаларының – шикізатқа қажеттілігін толығынан қамта-
масыз ету міндеті тұр. Қазақстан Республикасында агроөнеркәсіптік кешенді дамыту жө-
ніндегі  2013-2020  жылдарға  арналған  «Агробизнес-2020»  бағдарламасына  сәйкес  негізгі 
бағыттардың  бірі  –  көкөніс  шаруашылығын  дамыту  болып  табылады.  Осының  негізінде 
аталған сала заманауи технологияларды пайдалану және барлық технологиялық операция-
ларды  кешенді  механикаландыру  нәтижесінде  ауылшаруашылық  дақылдарының  жоғары 
түсімділігін алуды қамтамасыз ету міндетін шешуге тиіс. 
Көкөніс дақылдарын, соның ішінде пиязды өндіруге жұмсалатын еңбек шығындары-
ның  60%-дан  астамы,  энергия  шығындарының  50%-ы  өнімді  жинау,  жинаудан  кейінгі 
өңдеу мен сақтау жұмыстарына тиесілі келеді. Жиналған өнімнің өзіндік құнын төмендету 
мен  сапасын  арттыруға  жаңа  сорттарды  пайдаланумен  қатар  жаңа  машиналар  мен 
энергияүнемдеуіш технологияларды қолдану арқылы қол жеткізуге болады[1].  
Материалдар және әдістер  
Тамыржемістілер мен бадана тектес дақылдардың өзіндік ерекшеліктеріне мыналар 
жатады:  
1) өнімнің анағұрлым құнды бөлігі топырақ бетінен жартылай немесе толық төмен 
орналасады;  
2) әрбір жемістің топырақ деңгейінен жоғары орналасқан пәлек шоғыры бар;  
3) әрбір өсімдіктің бір ғана жемісі (тамыржемістілер, пияз) немесе ықшам орналас-
қан ұяшығы (картоп, топинамбур) болады. 
Бірінші ерекшелік тамыржемістілер деп жалпы аталатын дақылдардың кең қатарына 
тән  келеді.  Аталған  ерекшелікпен  барлық  тамыр-түйнек  жемістілерге  жалпы  болатын 
бірқатар  операциялар  (қазып  алу,  топырақты  айыру,  қоспаларды  бөлектеу,  т.б.) 
анықталады.  

271 
 
Екінші және үшінші ерекшеліктер сәбіз, қызылша мен пиязға тиісті келеді. Жиын-
терім  барысында  өнімді  топырақтан  ажырату  үшін  пәлегінен  сілкілеу  әдісі  жүргізіледі, 
сыққыш қазғыштар және тағы басқалар пайдаланылады. 
Тамыржемістілер мен пиязды жинаудың технологиялық процесі мынадай операция-
ларды орындауды қамтиды:  
а) өсімдіктің бейтауарлық бөлігін – пәлекті кесу;  
ә) топырақтан ажырату;  
б) қоспаларды бөлектеу;  
в) қаптау.  
Пиязды  механикаландырылған  түрде  жинау  бірфазалы  және  екіфазалы  тәсілмен 
жүргізіледі. Бірфазалы жинау тәсілінде пияз сабағы егістікте орылады, сонан соң пиязды 
топырақтан  босату,  қоспаларды  елеу  және  топанды  тасымалдауыш  құралға  тиеу  жүргі-
зіледі.  Осыдан  соң  жиналған  пияз  кеуіп-пісіп  жетілуі  үшін  стационар  кептіргіш  қойма-
ларға  жеткізіледі.  Пиязды  бірфазалы  тәсілмен  жинау  –  жиым-терімнің  агротехникалық 
мерзімін  қысқартуды,  пияз  жинайтын  машиналардың  жүріп-өту  санын  азайту  есебінен 
еңбек және пайдаланымдық шығындарды, жинау кезінде пияздың зақымдануы мен ысы-
рабын  төмендетуді  қамтамасыз  етеді.  Кептіргіштердің  құрылысына  кететін  күрделі 
шығындар мен энергия шығындарының жоғарылығына байланысты мұндай тәсіл қазірше 
шектеулі қолданыста. 
Екіфазалы  тәсілмен  жинау  кезінде  бірфазалы  тәсілмен  жинайтын  қазып  алғыш 
типтегі  жиын-терім  машиналарымен  алдымен  баданаларды  қазып  алып,  сосын  оларды 
дестеге жайғастырады. Пияз баданалары табиғи түрде кеуіп-пісіп жетілуі үшін, 1-2 аптаға  
дестеде  қалдырылады  да,  сосын    жинағыш  машиналармен  топырағы  мен  қопсығынан 
сілкілеу арқылы, қатар келе жатқан көлікке тиейді.Осыдан соң пияз қопсығын қосымша 
кептіру және баданаларды жинаудан кейінгі өңдеу үшін қоймаға жеткізеді. Пиязды қол-
мен жинау технологиясымен салыстырғанда оны  екіфазалы тәсілмен жинау технология-
сында еңбек өнімділігі 2,4 есеге артады, сонымен қатар тікелей пайдаланымдық шығын-
дар да үнемделеді[2]. 
Пияз  өндірісінің  еңбексыйымдылығын  төмендету  мен  энергетикалық  тиімділігін 
арттыруды  екі  бағытта  жүргізуге  болады:  біріншісі  –  қолданыстағы  технологиялар  мен 
машиналар  жүйесін  жетілдіру,  технологиялық  кешендерді  қалыптастыру  және  оларды 
өндіріске енгізу; екіншісі – топырақты дайындау, тұқым себу, гербицидтер мен тыңайт-
қыштарды енгізу операцияларын бір мезгілде атқаратын жылдамдығы жоғары тракторлар, 
құрама машиналар мен агрегаттарды, сонымен қатар өнімділігі жоғары жиын-терім маши-
наларын және көкөністі сақтау мен өткізу жүйесімен өзара үйлестірілген сұрыптау желі-
лерін, тасымалдау құралдарын пайдалануға негізделген, республика аймақтары бойынша 
бірегейлендірілген технологиялар мен машиналар жүйесін жасау. 
Баданатектес  дақылдарды  жинайтын  машиналарды  жасау  кезінде  технологиялық 
процестерді  математикалық  модельдеу  және  стратегиялықтан  жекеге  дейінгі  көпсатылы 
шешімдер қабылдау қажеттігі туындайды. Мұндай жағдайда техникалық шешімдер көп-
нұсқалылығы және көптеген баламадан анағұрлым үздік нұсқасын  таңдаудың көпкрите-
риалдығымен сипатталады [3].  
Баданатектес дақылдарды жинайтын машиналарды құрылымдау барысында олардың 
қалыпты жұмыс атқару  кезіндегі нақты жағдайлар жеткілікті түрде ескерілмейді. Қазақ-
стан  Республикасында  машиналар  жұмысының  жағдайлары  алуан  түрлі  болып  келеді, 
олардың жұмысының сапасы мен өнімділігі машина қандай жұмыстық органдардан құры-
лымдалғанына, реттеулердің қандай ауқымы және машина конструкциясында технология-
лық процесті басқарудың қандай  тәсілдері қарастырылғанына байланысты келеді. Зама-
науи жиын-терім машиналарын оңтайлы құрылымдау және жиынтықтау олардың өнімді-
лігі  мен  жинау  сапасын  арттыруға,  түрліше  топырақтық-климаттық  жағдайларда  тиімді 

272 
 
қолдануды  қамтамасыз  етуге,  сонымен  қатар  механизаторлар  жұмысының  жағдайларын 
процестерді автоматтандыру арқылы жақсартуға бағытталуға тиіс. 
Бірнеше технологиялық процестен (пиязды қазып алу, пісіп-жетілген пиязды жинау, 
пияз  сабағын  кесу)  тұратын  пиязды  жинау  технологиясын  функциялар  кешені  түрінде 
көрсетуге  болады,  олар  айқындалу  облысы  бойынша  1-суретке  сәйкес  сыртқы  (жалпы 
обьектілік) және ішкі функцияларға жіктеледі. 
 
 
 
Сурет 1 – Пиязды жинау технологиясының функционалдық сұлбасы 
 
Ішкі  функциялар  обьект  ішіндегі  өзара  байланыстарды  анықтайды  және  оның  эле-
менттерімен орындалады. Жұмыс процесіндегі рөлі бойынша олар негізгі және көмекші 
функциялар болып бөлінеді. Негізгі функциялар обьектінің жұмысқабілеттілігін қамтама-
сыз етеді, ал көмекші функциялар (F
11
, F
12
, F
13
, …, F
34
) негізгі функцияларды іске асыра-
тын құралдарды сипаттайды және олардың жүзеге асуына септігін тигізеді.  
Пиязды  жинау  кезінде  пайдаланылатын  стандарттар  және  жетекші  құжаттардың 
нормаларына  сәйкес  техникалық  шешімдер  бірқатар  талаптарды  қамтамасыз  етуге  тиіс: 
пиязды  қазып  алудың  толықтығы;  жиналатын  өнімнің  зақымдалуы;  өнім  ысырабы; 
өнімдегі  топырақ  пен  өсімдік  қоспаларының  мөлшері;  пісіп-жетілуге  жайғастырылған 
өнімді  жинап  алудың  толықтығы;  пияздың  сабағын  кесіп  алу.  Осыған  байланысты  пияз 
жинауға арналған техникалық құралдар жұмысының тиімділігі бағалау үшін өнім жинау 
процесінің мөлшерлік және сапалық көрсеткіштерін обьективті түрде айқындайтын келесі 
критерийлер таңдап алынады: жиналатын өнімнің сапасы және жинау технологиясының 
энергиясыйымдылығы. 
Пияз  жинайтын  техникалық  құралдар  жұмысының  жоғары  сапасына  қол  жеткізу 
үшін  олар  өнім  жинауды  агротехникалық  талаптарды  сақтай  отырып,  қамтамасыз  етуі 
қажет.  Техникалық  құралдар  жұмысы  барысында  әрбір  агрегаттың  шығыс  параметрлері 
шамасына сыртқы әрекет функциялары, аппарат күйінің функциялары, басқарушы әрекет 
функциялары айтарлықтай ықпал етеді. 
ПИЯЗДЫ ЖИНАУ ТЕХНОЛОГИЯСЫ 
Пиязды 
қазып алу – F
1 
Топ
ы
ра
қт
ан
 а
ж
ы
ра
ту 
F
1
1
 
А
лға
шқ
ы
 б
өл
ек
те
у 
F
1
2
 
Ек
ін
ші
 б
өл
ек
те
у 
F
1
3
 
Д
ест
ег
е 
ж
ай
ғаст
ы
ру
 F
1
4
 
Пиязды жинаудан 
кейінгі өңдеу – F
3 
Ө
ңд
еу
ге 
ти
еу
 F
3
1
 
П
ия
з саб
ағ
ы
н 
кесу
 F
3
2
 
С
ұры
пт
ау м
ен
 с
ақ
та
у 
F
3
3
 
Қ
ал
ды
қт
ы
 к
әд
ег
е 
ж
ар
ат
у 
 F
3
4
 
Пиязды дестеден  
жинап алу – F
2 
Д
ест
ед
ен
 ж
ин
ау
 F
2
1
 
А
лға
шқ
ы
 б
өл
ек
те
у 
F
2
2
 
Ек
ін
ші
 б
өл
ек
те
у 
F
2
3
 
Тасы
мал
дау
 м
ен
 т
иеу
 F
2
4
 

273 
 

жүктеу/скачать 5,87 Mb.

Достарыңызбен бөлісу: