Theoretical substantiation of optimizing the control modes of energy flows of power supply of electrically heated floor heaters

Authors

  • Анатолій Павлович Слесаренко Senior researcher of IPMash NAS of Ukraine Str. Dm. Pozharsky, 2/10, Kharkiv, Ukraine, 61046, Ukraine
  • Микола Анастасійович Романченко Kharkiv Petro Vasylenko National Technical University of Agriculture Str. Engels, 19, Kharkiv, Ukraine, 61012, Ukraine
  • Олександр Степанович Сорока Kharkiv national university of radioelectroniсs Lenina prosp., 14, Kharkіv, Ukraine, 61166, Ukraine

DOI:

https://doi.org/10.15587/2312-8372.2013.18365

Keywords:

energy saving, energy flow, automation, microclimate, algorithm

Abstract

The paper gives the results of theoretical studies on the optimization of control modes of energy flows of power supply of heaters of multitiered electrical heat storage systems of underfloor heating of livestock production facilities. The modes of heaters power supply both from traditional and alternative, or renewable energy sources in a threetiered heating structure that provides the given standards of thermal regime of the microclimate in technologically active zone, namely the surface of electrically heated floor and the air at a given height of production facility, were considered.

The optimal functional control modes of energy flows of traditional and alternative, or renewable energy sources, as well as the energy ratio for the corresponding heating modes of electrically heated structure were substantiated. Approximate analytical problem solutions allow compact submission of current information on the state of thermal regime that makes it possible to implement a control system of thermal processes of facilities on the microprocessor base using universal tools.

Author Biographies

Анатолій Павлович Слесаренко, Senior researcher of IPMash NAS of Ukraine Str. Dm. Pozharsky, 2/10, Kharkiv, Ukraine, 61046

Doctor of Physical and Mathematical Sciences, professor

Laureate of the State Prize of Ukraine

Микола Анастасійович Романченко, Kharkiv Petro Vasylenko National Technical University of Agriculture Str. Engels, 19, Kharkiv, Ukraine, 61012

Professor of department "Integrated electric technologies and processes"

Олександр Степанович Сорока, Kharkiv national university of radioelectroniсs Lenina prosp., 14, Kharkіv, Ukraine, 61166

Candidate of Physical and Mathematical sciences, associate professor of department "Microelectronics, electronic instruments and devices"

References

  1. Баженов, И. Г. Электрообогреваемые полы в свинарниках-маточниках [Текст] / И. Г. Баженов, Н. В. Слоновский, В. А. Овчаренко // Сб. научн. тр. МИИСП «Элетрооборудов. сельскохозяйств. комплексов». – М.: Мин. с/х СССР, 1979. – С. 16 - 21.
  2. Мотес, Э. Микроклимат животноводческих помещений [Текст] / Э. Мотес. – М.: Колос, 1976. – 190 с.
  3. Круковский, П. Г. Тепловые режимы полов различных конструкций с электрокабельными системами обогрева [Текст] / П. Г. Круковский, Н. П. Тимченко, О. Ю. Судак, Д. И. Розинский // Промышл. теплотехн, 2002. – Т. 24, №1. – С. 10-16.
  4. Лозинський, Д. Й. Електрична кабельна система опалення в тепло-акумуляційному режимі (ЕКСО-ТА) житлових сільськогосподарських будинків [Текст] / Д. Й. Лозинський // Будівництво України. – 2002. – №5. – С. 32-35.
  5. Драганов, Б. Х. Применение теплоты в сельском хозяйстве [Текст] / Б. Х. Драганов, В. В. Есин, В. П. Зуев. – Киев: Вища школа, 1983. – С. 236.
  6. Романченко, Н. А. Математическая модель стационарного режима многослойного обогреваемого пола [Текст] / Н. А. Романченко, А. П. Слесаренко, А. С. Сорока // Вісн. ХДТУСГ ім. П. Василенка «Проблеми енергозабезпеч. та енергозбереж. в АПК України». – Вип. 27. – Т. 1. – Харків, 2004. – С. 245-250
  7. Пат. 63667А UA, МКІ А 01 К 1/015. Установка для забезпечення теплового режиму виробничих приміщень і споруд [Текст] / Романченко М. А., Слесаренко А. П., Сорока О. С., Румянцев О. О. (UA). – №2003054650; Заявл. 22.05.2003; Опубл. 15.01.2004; Бюл. №1. – 2 с.
  8. Табунщиков, Ю. А. Энергоэффективные здания: мировой и отечес-твенный опыт [Текст] / Ю. А. Табунщиков // Энергия. – 2004. – №10. – С. 20-28.
  9. Dincer, I. Thermal energy storage. Systems and Applications [Текст] / I. Dincer, M. A. Rosen. – Chichester (England): John Wiley & Sons. – 2002.
  10. Hasnain, S. M. Review on sustainable thermal energy storage technologies, part I: Heat storage materials and techniques [Текст] / S. M. Hasnain // Energy Conversion and Management. – 1998. – Vol. 39. – C. 1127-1138.
  11. Kuznik, F. Experimental assessment of a phase change material for wall building use [Текст] / F. Kuznik, J. Virgone // Applied Energy. – 2009. – Vol. 86. – C. 2038-2046.
  12. Anderson, B. R. Calculation of the Steady-State Heat Transfer through a Slab-on-Ground Floor [Текст] / B. R. Anderson // Building and Environment. – 1991. – Vol. 26, No. 4. – C. 405-415.
  13. Hasnain, S. M. Review on sustainable thermal energy storage technologies, part II: Cool Thermal Storage [Текст] / S. M. Hasnain // Energy Conversion and Management. – 1998. – Vol. 39. – C. 1139-1153.
  14. Sharma, A. Review on thermal energy storage with phase change materials and applications [Текст] / A. Sharma, V. V. Tyagi, C. R. Chen, D. Buddhi // Renewable and Sustainable Energy Reviews. – 2009. – Vol. 13. – C. 318-345.
  15. Weitzmann, P. Numerical Investigation of Floor Heating Systems in Low Energy Houses [Текст] / P. Weitzmann, J. Kragh, C. F. Jensen // Proc. of the Sixth Symposium on Building Physics in the Nordic Countries. – 2002. – C. 905-912.
  16. Weitzmann, P. Modelling Floor Heating Systems Using a Validated Two-Dimensional Ground Coupled Numerical Model [Текст] / P. Weitzmann, J. Kragh, P. Roots, S. Svendsen // Buildings and Environment. – 2005. – Vol. 40/2. – C. 153-163.
  17. Романченко, М. А. Енергозберігаючі електротехнології забезпечення стандартів теплового режиму виробничих споруд АПК з електрообігрівними підлогами [Текст] / М. А. Романченко, Д. І. Мазоренко, А. П. Слесаренко, О. С. Сорока // Електрифік. та автоматиз. сільського господарства. – 2006. – №2. – С. 82-92.
  18. Марчук, Г. И. Методы вычислительной математики [Текст] / Г. И. Марчук. – М.: Наука, 1977. – 456 с.
  19. Bazhenov, I. G., Slonovskij, N. V., Ovcharenko, V. A. (1979). Jelektroobogrevaemye poly v svinarnikah-matochnikah. Sb. nauchn. tr. MIISP «Jeletrooborudov. sel'skohozjajstv. kompleksov», Moscow, Min. s/h SSSR, 16 - 21.
  20. Motes, Je. (1976). Mikroklimat zhivotnovodcheskih pomeshhenij. Moscow, Kolos, 190.
  21. Krukovskij, P. G., Timchenko, N. P., Sudak, O. Ju., Rozinskij, D.I. (2002). Teplovye rezhimy polov razlichnyh konstrukcij s jelektrokabel'nymi sistemami obogreva. Promyshl. teplotehn., Vol. 24, 1, 10-16.
  22. Lozyns'kyj, D. J. (2002). Elektrychna kabel'na systema opalennja v teploakumuljacijnomu rezhymi (EKSO-TA) zhytlovyh sil's'kogospodars'kyh budynkiv. Budivnyctvo Ukrai'ny, Vol. 5, 32-35.
  23. Draganov, B. H., Esin, V. V., Zuev, V. P. (1983). Primenenie teploty v sel'skom hozjajstve. Kiev, Vishha shkola, 236.
  24. Romanchenko, N. A., Slesarenko, A. P., Soroka, A. S. (2004). Matematycheskaja model' stacyonarnogo rezhyma mnogoslojnogo obogrevaemogo pola. Harkiv, Visn. HDTUSG im. P. Vasylenka «Problemy energozabezpech. ta energozberezh. v APK Ukrai'ny», Vol. 27, 245-250.
  25. Romanchenko, M. A., Slesarenko, A. P., Soroka, O. S., Rumjancev, O. O. (UA). Pat. 63667A UA, MKI A 01 K 1/015. Ustanovka dlja zabezpechennja teplovogo rezhymu vyrobnychyh prymishhen' i sporud. №2003054650; Zajavl. 22.05.2003; Opubl. 15.01.2004; Bjul. №1, 2.
  26. Tabunshhikov, Ju. A. (2004). Jenergojeffektivnye zdanija: mirovoj i otechestvennyj opyt. Jenergija, Vol. 10, 20-28.
  27. Dincer, I., Rosen, M.A. (2002). Thermal energy storage. Systems and Applications. Chichester (England): John Wiley & Sons.
  28. Hasnain, S. M. (1998). Review on sustainable thermal energy storage technologies, part I: Heat storage materials and techniques. Energy Conversion and Management, Vol. 39, 1127-1138.
  29. Kuznik, F., Virgone, J. (2009). Experimental assessment of a phase change material for wall building use. Applied Energy, vol. 86, 2038-2046.
  30. Anderson B. R. (1991). Calculation of the Steady-State Heat Transfer through a Slab-on-Ground Floor. Building and Environment, Vol. 26, No. 4, 405-415.
  31. Hasnain, S. M. (1998). Review on sustainable thermal energy storage techno-logies, part II: Cool Thermal Storage. Energy Conversion and Management, Vol. 39, 1139-1153.
  32. Sharma, A., Tyagi, V. V., Chen, C. R., Buddhi, D. (2009). Review on thermal energy storage with phase change materials and applications. Renewable and Sustainable Energy Reviews, Vol. 13, 318-345.
  33. Weitzmann P., Kragh J. & Jensen C.F. (2002). Numerical Investigation of Floor Heating Systems in Low Energy Houses. Proc. of the Sixth Symposium on Building Physics in the Nordic Countries, 905-912.
  34. Weitzmann, P., Kragh, J., Roots, P., Svendsen, S. (2005). Modelling Floor Heating Systems Using a Validated Two-Dimensional Ground Coupled Numerical Model. Buildings and Environment, Vol. 40/2, 153-163.
  35. Romanchenko, M. A, Mazorenko D. I., Slesarenko A. P., Soroka O. S. (2006). Energozberigajuchi elektrotehnologii' zabezpechennja standartiv teplovogo rezhymu vyrobnychyh sporud APK z elektroobigrivnymy pidlogamy. Elektryfik. ta avtomatyz. sil's'kogo gospodarstva, Vol. 2, 82-92.
  36. Marchuk, G. I. (1977). Metody vychislitel'noj matematiki. Moscow, Nauka, 456.

Published

2013-10-30

How to Cite

Слесаренко, А. П., Романченко, М. А., & Сорока, О. С. (2013). Theoretical substantiation of optimizing the control modes of energy flows of power supply of electrically heated floor heaters. Technology Audit and Production Reserves, 5(2(13), 28–33. https://doi.org/10.15587/2312-8372.2013.18365

Issue

Section

Production reserves