energyЭнергетика. Известия высших учебных заведений и энергетических объединений СНГENERGETIKA. Proceedings of CIS higher education institutions and power engineering associations1029-74482414-0341BNTU10.21122/1029-7448-2023-66-3-260-272energy-2270Research ArticleТЕПЛОЭНЕРГЕТИКАНEAT POWER ENGINEERINGУсловия энергоэффективного теплоснабжения на основе трансформированной теплоты грунта и воздушных потоковConditions for Energy Efficient Heat Supply Based on the Transformed Heat of Soil and Air FlowsПетрашВ. Д.PetrashV. D.

Aдрес для переписки:Петраш Виталий Демьянович –Одесская государственная академия строительства и архитектуры, ул. Дидрихсона, 4,65029, г. Одесcа, Украина.Тел.: +380 63 280-31-01volmak.03@gmail.com

Address for correspondence:Petrash Vitaliy D. –Odessa State Academy of Civil Engineering and Architecture, 4, Didrihsona str., 65029, Odessa, Ukraine.Tel.: +380 63 280-31-01volmak.03@gmail.com

volmak.03@gmail.comХоменкоО. И.KhomenkoO. I.

г. Одесcа

Odessa

БасистД. В.BasistD. V.

г. Одесcа

Odessa

ГолубенкоА. В.GolubenkoA. V.

г. Одесcа

Odessa

Одесская государственная академия строительства и архитектурыУкраинаOdessa State Academy of Civil Engineering and ArchitectureUkraine202302062023663260272Copyright © Петраш В.Д., Хоменко О.И., Басист Д.В., Голубенко А.В., 20232023Петраш В.Д., Хоменко О.И., Басист Д.В., Голубенко А.В.Petrash V.D., Khomenko O.I., Basist D.V., Golubenko A.V.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://energy.bntu.by/jour/article/view/2270

На основе анализа теплогидравлических процессов и структурно-функциональ-ного устройства предложенной системы теплохладоснабжения зданий установлена многофакторная зависимость действительного коэффициента преобразования для оценки эффективности трансформации отбираемой теплоты грунтового массива и вентиляционного воздуха. Она позволяет моделировать индивидуальное влияние исходных параметров и эксплуатационных режимов работы системы в поиске рациональных условий высоко-эффективного использования энергетических потоков для теплохладоснабжения зданий в соответствующие периоды года. Результатами качественной оценки многофакторной взаимосвязи действительного коэффициента преобразования обоснована возможность энергоэффективной работы анализируемой системы, которая обеспечивается в расчетных условиях отопительного периода при соотношении циркулирующих расходов через испаритель и конденсатор теплового насоса выше 1,8, что рационально для спортивно-оздоровительных и торгово-развлекательных комплексов. Усовершенствованное структурно-функциональное устройство системы на основе бинарного низкотемпературного источника повышает эффективность парокомпрессионной трансформации энергетических потоков, косвенно подтверждая целесообразность максимального использования энергетического потенциала вентиляционного воздуха в течение года с соответствующей аккумуляцией избыточной теплоты в грунтовом массиве, а следовательно, и возможность уменьшения глубины дорогостоящих скважин либо количества зондовых теплообменников.

 

Based on the analysis of thermohydraulic processes and the structural and functional structure of the proposed system of heat and cold supply of buildings, a multifactorial dependence of the actual conversion coefficient was established to assess the efficiency of transformation of the heat taken from the soil massif and ventilation air. It allows modeling the individual influence of the initial parameters and operational modes of the system in the search for rational conditions for the highly efficient use of energy flows for heat and cooling supply of buildings during the corresponding periods of the year. The results of a qualitative assessment of the multifactorial interrelation of the actual conversion coefficient substantiated the possibility of energy efficient operation of the analyzed system, which is provided under the design conditions of the heating period when the ratio of circulating flow rate through the evaporator and condenser of heat pump is higher than 1.8, which is rational for sports, recreation, shopping and entertainment complexes. The improved structural and functional arrangement of the system based on a binary low-temperature source increases the efficiency of vapor compression transformation of energy flows, indirectly confirming the advisability of maximizing the use of the energy potential of ventilation air during the year with a corresponding accumulation of excess heat in the soil mass, and, consequently, the possibility of reducing the depth of expensive wells or the number of probe heat exchangers.

низкотемпературные источники теплотытепловой насостеплоснабжениекоэффициент преобразованияlow-temperature heat sourcesheat pumpheat supplyconversion factorReferencesØstergaard, P. A. Economic Feasibility of Booster Heat Pumps in Heat Pump-Based Heating Systems / P. A. Østergaard, A. N. Andersen // Energy. 2018. Vol. 155. P. 921–929. https://doi.org/10.1016/j.energy.2018.05.076.Østergaard P. A., Andersen A. N. (2018) Economic Feasibility of Booster Heat Pumps in Heat Pump-Based Heating Systems. Energy, 155, 921–929. https://doi.org/10.1016/j.energy.2018.05.076.Assessment of a Combination of Three Heat Sources for Heat Pumps to Supply District Hea-ting / H. Pieper [et al.] // Energy. 2018. Vol. 176. P. 156–170. https://doi.org/10.1016/j.energy.2019.03.165.Pieper H., Ommen T., Emegaard B., Markussen W. B. (2018) Assessment of a Combination of Three Heat Sources for Heat Pumps to Supply District Heating. Energy, 176, 156–170. https://doi.org/10.1016/j.energy.2019.03.165.Мартыновский, В. C. (1977) Циклы, схемы и характеристики термотрансформаторов / В. С. Мартыновский. М.: Энергия, 1977. 280 с.Martynovskii V. S. (1977) Cycles, Circuits and Characteristics of Thermal Transformers. Мoscow, Energiya Publ. 280 (in Russian).Analysis of Ground Temperature Variations on the Basis of Years-Long Measurements. / G. P. Va-silyev [et. al] // Инженерно-строительный журнал. 2017. № 4. С. 62–72. https://doi.org/10.18720/MCE.72.8.Vasilyev G. P., Gornov V. F., Konstantinov P. I., Kolesova M. V., Korneva I. A. (2017) Ana-lysis of Ground Temperature Variations on the Basis of Years-Long Measurements. Inzhenerno-Stroitel’nyi Zhurnal = Magazine of Civil Engineering, (4), 62–72. https://doi.org/10.18720/MCE.72.8Васильев, Г. П. Исследование оценки эффективности комбинированного использования тепла грунта и атмосферного воздуха в теплонасосных системах теплохладоснабжения / Г. П. Васильев, В. Ф. Горнов, М. В. Колесова // Энергобезопасность и энергосбережение. 2014. № 1. С. 20–24.Vasiliev G. P., Gornov V. F., Kolesova M. V. (2014) Theoretical Study and Experiments to Assess the Effectiveness of Combined Using of Low-Grade Soil and Air Heat in Heat Pump Systems. Energobezopasnost' i Energosberezhenie = Energy Security and Energy Saving, (1), 20–24 (in Russian).Васильев, Г. П. Теплохладоснабжение зданий и сооружений с использованием низкопотенциальной тепловой энергии поверхностных слоев Земли / Г. П. Васильев. М.: Граница, 2006. 173 с.Vasiliev G. P. (2006) Heat and Cold Supply of Buildings and Structures Using Low-Potential Thermal Energy of the Surface Layers of the Earth. Мoscow, Granitsa Publ. 173 (in Russian).Безродний, М. К. Теплові насоси та їх використання / М. К. Безродний, І. І. Пуховий, Д. С. Кутра. Київ: НТУУ «КПІ». 2013. 311 с.Bezrodnyi M. K., Pukhovyi I. I., Kutra D. S. (2013) Heat Pumps and their Use. Kyiv, NTUU “KPI” Publ. 311 (in Ukrainian).Безродний, М. К. Термодинамічна ефективність теплонасосної схеми опалення з використанням теплоти грунту і стічних вод / М. К. Безродний, Н. О. Притула, С. О. Ословсь-кий // Наукові вісті НТУУ КПІ. 2018. № 1. С. 7–14. https://doi.org/10.20535/1810-0546.2018.1.111175.Bezrodnyi M. K., Prytula N. O., Oslovskiy S. O. (2018) Thermodynamic Efficiency of Heat Pump Heating Scheme Using Ground and Sewage Heat. Naukovi Visti NTUU KPI = Research Bulletin of the National Technical University of Ukraine “Kyiv Polytechnic Institute”, (1), 7–14 (in Ukrainian).Справочник по проектированию и монтажу тепловых насосов. Buderus [Электронный ресурс]. 2005. Режим доступа: https://eco-profi.info/download_dBA/nasos/11_buderus.pdf.Handbook on the Design and Mounting of Heat Pumps. Buderus [Electronic resource]. 2005. Available at: https://eco-profi.info/download_dBA/nasos/11_buderus.pdf (in Russian).Viessmann. Основы проектирования тепловых насосов [Электронный ресурс]. Режим доступа: https://viessmann.academy/disk/docs/equipment/Vitocal/5829_519_05_2017_PA_Vitocal_basic.pdf. Дата доступа: 13.09.2020.Viessmann. Basics of Designing Heat Pumps. Design Instruction. 2017. Available at: https://viessmann.academy/disk/docs/equipment/Vitocal/5829_519_05_2017_PA_Vitocal_basic.pdf. (accessed 13 September 2020) (in Russian).Оцінка енергетичного потенціалу систем теплопостачання на основі теплових насосів, що використовують низькопотенційну енергію ґрунту, повітря та підземних вод приповерхневих водоносних горизонтів / Г. М. Забарний [и др.] // Відновлювана енергетика. 2012. № 4. С. 70–79.Zabarny G. M., Maslyukova Z. V., Didkivska G. G., Primak A. I. (2012) Estimation of Energy Potential of Heat Supply Systems on the Basis of Heat Pumps Using Low-Potential Energy of Soil, Air and Groundwater of Near-Surface Horizons. Vidnovluvana Energetika [Renewable Energy], (4), 70–79 (in Ukrainian).Гершкович, В. Ф. Опыт применения в Киеве теплового насоса воздух – вода для отопления офисного здания / В. Ф. Гершкович // Новости теплоснабжения. 2001. № 11. С. 38–41.Gershkovich V. F. (2001) Experience of Using an Air-Water Heat Pump for Heating an Office Building in Kiev. Novosti Teplosnabzheniya [News of Heat Supply], (11), 38–41 (in Russian).Использование энергии грунта в теплонасосных гелиосистемах энергоснабжения / А. Е. Денисова [и др.] // Экотехнологии и ресурсосбережение. 2000. № 1. С. 27–31.Denisova A. E., Mazurenko A. S., Todortsev Yu. K., Dubkovsky V. A. (2000) The Use of Soil Energy in Heat Pump Solar Energy Supply Systems. Ekotekhnologii i Resursosberezhenie [Ecotechnology and Resource Saving], (1), 27–31 (in Russian).Петраш, В. Д. Экономия топлива в паркомпрессионной системе теплохладоснабжения зданий на основе энергии холодной воды и вентиляционного воздуха / В. Д. Петраш, М. В. Высоцкая // Вісник ОДАБА. 2016. № 65. С. 160–164.Petrash V. D., Vysotskaya M. V. (2016) Saving Fuel in the Steam-Compression System of Heat and Cold Supply of Buildings Based on the Energy of Cold Water and Ventilation Air. Vestnik Odesskoi Gosudarstvennoi Akademii Stroitel’stva i Arkhitektury = Bulletin of Odessa State Academy of Civil Engineering and Architecture, (65), 160–164 (in Russian).Петраш, В. Д. Эффективность парокомпрессионной трансформации энергетических потоков для теплоснабжения на основе морской воды / В. Д. Петраш, В. О. Макаров, А. А. Хоменко // Энергетика. Изв. высш. учеб. заведений и энерг. объединений СНГ. 2021. Т. 64, № 6. С. 538–553. https://doi.org/10.21122/1029-7448-2021-64-6-538-553.Petrash V. D., Makarov V. O., Khomenko A. A. (2021) The Efficiency of Vapor Compression Transformation of Energy Flows for Heat Supply Based on the Sea Water. Enеrgеtika. Izve-stiya Vysshikh Uchebnykh Zavedenii i Energeticheskikh Ob’edinenii SNG = Energetika. Proceedings of CIS Higher Education Institutions and Power Engineering Associations, 64 (6), 538–553. https://doi.org/10.21122/1029-7448-2021-64-6-538-553 (in Russian).Концепция устройства и энергетический потенциал парокомпрессионного теплохладоснабжения на основе бинарного низкотемпературного источника / В. Д. Петраш [и др.] // Энергетика. Изв. высш. учеб. заведений и энерг. объединений СНГ. 2022. Т. 65, № 5. С. 436–450. https://doi.org/10.21122/1029-7448-2022-65-5-436-450.Petrash V. D., Khomenko О. I., Basist D. V., Ujma A. (2022) The Arrangement Concept and the Energy Potential of the Vapor Compression Heat and Cooling Supply Based on a Binary Low-Temperature Source. Enеrgеtika. Izvestiya Vysshikh Uchebnykh Zavedenii i Energeti-cheskikh Ob’edinenii SNG = Energetika. Proceedings of CIS Higher Education Institutions and Power Engineering Associations, 65 (5), 436–450. https://doi.org/10.21122/1029-7448-2022-65-5-436-450 (in Russian).Петраш, В. Д. Теплонасосные системы теплоснабжения / В. Д. Петраш. Одесса: ВМВ, 2014. 556 с.Petrash V. D. (2014) Heat Pump Heat Supply Systems. Odessa, VMV Publ. 556 (in Russian).Горшков, В. Г. Тепловые насосы. Аналитический обзор / В. Г. Горшков // Справочник промышленного оборудования. 2004. № 2. С. 47–80.Gorshkov V. G. (2004) Heat Pumps. Analytical Review. Spravochnik Promyshlennogo Oborudovaniya [Directory of Industrial Equipment], (2), 47–80 (in Russian).ДСТУ Б В.2.5-44:2010 Інженерне обладнання будинків і споруд. Проектування систем опалення будівель з тепловими насосами. Чинний від 2010-09-01. Київ: Мінрегіонбуд України, 2010. IV, 51 с.DSTU B V.2.5-44:2010 Engineering and Equipment. Design of Heating Systems with Heat Pumps. Kyiv, Ministry of Regional Development of Ukraine, 2010. IV, 51 (in Ukrainian).

The authors declare that there are no conflicts of interest present.