CC BY
9УДК 697.94
РАЙОНИРОВАНИЕ ТЕРРИТОРИИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ПО ПОТЕНЦИАЛУ ПРИМЕНЕНИЯ ТЕПЛОНАСОСНЫХ УСТАНОВОК, ЗАКЛЮЧЕННЫХ В ЕДИНЫЙ КОНТУР
О.В. Аверьянова
1 Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого, ул. Политехническая, д. 29, Санкт-
Петербург, 195251, [email protected]
Аннотация. В статье представлена карта районирования Российской Федерации, включая республику Крым, по показателю относительной эффективности комлексного технического решения системы отопления и кондиционирования с единым контуром теплонасосных установок. Удельный показатель относительной эффективности представленного решения рассчитан в соответствие с методикой расчета годового энергопотребления внутренних инженерных сетей с одновременным учетом тепло-и электроснабжения. Рассмотрены традиционная система с нагревательными приборами и фанкойлами и эффективная система с одноконтурными теплонасосными агрегатами. Приведено описание методики расчета годового энергопотребления этих систем. Предложена блок-схема расчета годового энергопотребления для традиционной системы и системы с единым контуром теплонасосных установок. Предложенные карта и методика могут быть рекомендованы для использования в качестве инструмента выбора принципиального решения системы отопления и кондиционирования.
Предмет исследования: Предметом исследования является энергопотребление (теплоты и электроэнергии) инженерной системы с единым контуром теплонасосных установок. Крупные объекты промышленного и гражданского назначения характеризуются наличием вторичных источников тепловыделений, энергию которых можно использовать. Для этого применяются различные устройства, в частности - теплонасосные установки. В настоящее время практически отсутствуют научно-обоснованные методики проведения расчета энергопотребления с одновременным учетом теплоты и электроэнергии внутренними сетями объектов, позволяющие выбрать наилучшее решение внутренних инженерных систем.
Материалы и методы: Проведенные исследования базировались на сочетании расчетных методов, основанных на фундаментальных термодинамических, физико-химических и технических представлениях о тепловых процессах в энергетических установках промышленной теплоэнергетики. А также численного моделирования энергопотребления внутренних инженерных сетей и анализа результатов натурных наблюдений за реальным объектом. Результаты: Приведенная методика позволяет рассчитывать значения удельного показателя относительной эффективности применения инженерных систем с единым контуром теплонасосных установок для Российской Федерации. Карта районирования Российской Федерации по значению удельного показателя относительной энергоффективности применения таких систем с единым контуром теплонасосных установок позволяет выбрать области эффективного использования теплонасосных установок на карте Российской Федерации.
Выводы: Сравниваются две схемы систем поддержания температурных режимов на действующем объекте: реализованная схема с единым контуром теплонасосных установок и традиционная схема, включающая систему отопления, контур охлаждения с вентиляторными температурными доводчиками и холодильную машину. Расчет годового энергопотребления производился по значению общего поставленного количества энергии (теплоты и электроэнергии) по предложенной методике. Полученное количество полного годового энергопотребления, выраженное в единицах теплоты - 248 007 кВт-ч за год, что на 113 356 кВт-ч меньше, чем при применении традиционного решения. Натурные экспериментальные измерения на объекте показали, что количество теплоты, потребляемой выбранной зоной объекта от городских тепловых сетей в течении года составила 8200 кВт-ч за год, а годовое количество потребленной теплоты, посчитанное по предложенной методике составила 8358 кВт-ч за год. Таким образом, количества теплоты, потребляемой выбранной зоной объекта, полученные расчетным путем в соответствии с предлагаемой методикой и экспериментально, качественно совпали с погрешностью 2%. По карте районирования Российской Федерации по значению удельного показателя относительной энергоэффективности применения сетей с единым контуром теплонасосных установок было установлено, что для области, к которой относится город Санкт-Петербург, ожидаемая экономия полного годового энергопотребления от применения этой сети по сравнению с традиционной схемой, включающей систему отопления, контур охлаждения с вентиляторными температурными доводчиками и холодильную машину, составит как минимум 20%. После проведенных расчетов в соответствии с предложенной методикой значение величины удельного показателя относительной эффективности N (ф.1) для рассмотренного объекта составило 31%. Расчетная экономия на 11% выше ожидаемой в соответствие с картой районирования Российской Федерации. Таким образом, подтверждена применимость в инженерной практике данной методики и составленной карты в целях сбережения энергетических ресурсов систем и установок, одновременно использующих теплоту и электроэнергию.
Ключевые слова: тепловой насос, энергоэффективность, методика расчета, карта районирования Российской Федерации, системы отопления и кондиционирования.
ВВЕДЕНИЕ
В отечественной практике проектирования систем отопления и кондиционирования зданий и сооружений ведется поиск новых и актуальных методик расчета энергоэффективности.
Снижение расходов энергии в них основывается на комплексном учете факторов, определяющих возможности экономии. Среди них - расчет потоков энергии и вещества внутри зданий и на границах ограждающих конструкций, с дальнейшим их перераспределением. Определенные возможности для этого открываются при обоснованном применении тепловых насосов.
Применение теплонасосных установок на крупных объектах промышленного и гражданского назначения позволяет существенно снизить удельные затраты на производство энергетических ресурсов и повысить эффективность их использования за счет применения энергосберегающих технологий.
Существующая практика проектирования инженерных систем с использованием теплонасосных установок не учитывает региональных климатических условий, удельных тепловых нагрузок на сети тепло- и холодоснабжения, тарифы на энергоносители и т.д. Это негативно сказывается на общей эффективности работы и на размерах вложений инвестиций в подобные сети.
АНАЛИЗ ПУБЛИКАЦИЙ
Снижение потребления тепловой энергии инженерными системами в зданиях основано на комплексном учете факторов. К таким факторам относится: тепловая оптимизация архитектурных, строительных, светотехнических и технологических решений зданий; создание и использование более экономичных и совершенных систем теплоснабжения и вентиляции и оборудования для них; совершенствование технологических процессов, осуществляемых в зданиях и влияющих на энергетические затраты систем обеспечения параметров микроклимата; рекуперация тепла вентиляционных выбросов и сточных вод в зданиях; более полное использование вторичных тепловых ресурсов промышленных предприятий для удовлетворения энергетических потребностей в отоплении, вентиляции, кондиционировании и горячем водоснабжении; широкое использование возобновляемых источников энергии.
Существует множество способов
удовлетворения этих требований [1] [2].
Первым способом обеспечения
энергосбережения при эксплуатации зданий является значительное повышение теплового сопротивления ограждающих конструкций зданий за счет применения теплоизоляции, усовершенствованных конструкций и технологий. Например, одной из энергосберегающих технологий, широко применяемых в строительстве,
является использование вентилируемых фасадных систем[3][4][5][6]. Применение конвективного теплообмена для вытеснения воздушных масс в системах вентиляции без механической тяги (интеграция двойного кожного фасада с системами ОВК здания) имеет реальную практическую перспективу для повышения энергоэффективности здания .
Если здания имеют наружные ограждающие конструкции с высокой теплоизоляцией, то необходимое тепло для обогрева приточного воздуха составляет до 80% тепловой нагрузки на систему отопления[7]. При проектировании энергоэффективных зданий важно не только добиться сбалансированного энергопотребления, но и обеспечить высокие показатели качества помещений и теплового комфорта, а также минимизировать воздействие на окружающую среду[8].
Политика в области энергосбережения и сокращения выбросов углекислого газа стимулировала использование эффективных технологий в строительстве систем теплового кондиционирования, таких как тепловые насосы с геотермальными источниками[9]. Система теплового насоса подземных вод (GWHP) непосредственно использует стабильную температуру подземных вод для охлаждения и обогрева зданий или районов [10]. Среди этих технологий, использующих природные энергии, теплонасосные системы (ТЭС) известны как замечательный вид возобновляемых источников энергии, которые широко используются для обеспечения необходимого отопления, охлаждения зданий и сооружений [11]. Среди таких систем, использующих тепловые насосы, можно выделить распределенную теплонасосную систему, которая может использовать различные возобновляемые источники энергии для удовлетворения различных потребностей в отоплении и охлаждении зданий[12]. Например, в работе [13] был использован шаблон "энергетический хаб" для проектирования комбинированных сетей отопления и охлаждения, в которых тепловые насосы могут использоваться для рекуперации тепла из контура охлаждения и подачи его в контур отопления. Отопительные и охлаждающие нагрузки сети могут быть удовлетворены котлами на природном газе, электрическими котлами, чиллерами и тепловыми насосами. В том числе может быть использована низкосортная энергия из морской воды для удовлетворения потребностей в
отоплении/охлаждении прибрежных зданий [14]. Такие системы являются эффективными системами для повышения энергоэффективности и снижения выбросов газов зданий, которые могут обеспечить как охлаждение, так и отопление здания за счет обратимой способности [15][16]. Это обусловлено техническими особенностями теплового насоса, в частности, возможностью преобразования тепла низкопотенциальных источников в тепло высокого
потенциала и использования его в тепловых системах.
В настоящее время отсутствуют инструменты, позволяющие делать обоснованный выбор систем с единым контуром теплонасосных установок. Таким инструментом может быть карта районирования по потенциалу применения таких систем.
МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ
Карта районирования была составлена в соответствии с базой климатических данных по районам страны. База содержит необходимые в дальнейших расчетах значения теплоты, поступающей на поверхность ограждения за счет солнечной радиации в сочетании с температурами
наружного воздуха в течение календарного года. Перечисленные параметры получены путем анализа данных «Научно-прикладного справочника по климату СССР», причем наибольший интерес для решения поставленной задачи представили его части 1, 2 и 4.
Последовательность расчета энергопотребления внутренних инженерных систем осуществлялось в соответствие с блок-схемой расчета [17-19] энергопотребления внутренних инженерных сетей с одновременным учетом теплоты и электроэнергии для сетей с теплонасосными установками, включенными в единый гидравлический контур, и для традиционных сетей с приборами отопления и вентиляторными температурными доводчиками (рис. 1).
Рис.1. Блок-схема расчета энергопотребления внутренних инженерных систем (отличие от ранее существующих методов дополнительно подчеркивается красным цветом). Fig. 1. The flowchart of calculation of energy consumption of internal engineering systems (the difference from the previously
current methods is emphasized in addition by red colour).
В соответствие с этой методикой расчета годового энергопотребления можно определить значение величины удельного показателя относительной эффективности N для предварительной оценки целесообразности применения тепловых сетей с единым контуром теплонасосных установок по сравнению с традиционными схемными решениями:
N = 1 -
Q
proposed
Q
(1)
traditional
где Яргоро8е^ - общее вводимое количество энергии для объекта расчета в случае реализации на
нем предлагаемой системы с единым контуром теплонасосных установок, в качестве предлагаемой системы, применяемой одновременно для обогрева и отвода теплоизбытков на объекте, рассматривается система с единым контуром теплонасосных установок. Электрическая энергия расходуется на привод компрессорного оборудования теплонасосных установок;
Q - общее вводимое количество энергии
для объекта расчета в случае реализации на нем традиционной системы. Под традиционной системой для обогрева объекта понимается система с приборами отопления, включенными в первый гидравлический контур и потребляющая только теплоту. Для удаления теплоизбытков на объекте
рассматривается система с вентиляторными доводчиками, включенными во второй гидравлический контур. Электрическая энергия расходуется на привод компрессоров холодильного оборудования.
Общее поставленное количество энергии рассчитано для 1 м2 ограждающей конструкций.
светопрозрачная часть которой составляет 85%, полные теплопоступления не учитывались.
Полученные значения N располагались в пределах от 1,15% до 87,58%. Они были нанесены на карту России (рис. 2).
Рис.2. Значения удельного показателя N на карте России. Fig. 2. Values of specific index N on the map of Russia.
Таким образом, было выделено четыре основных диапазона - до 10%, от 10% до 15%, от 15% до 20% и более 20%. На карте единым цветом выделены районы, имеющие одинаковые значения N (рис.3).
Рис.3. Карта Российской Федерации по потенциалу применения сетей с единым контуром теплонасосных установок. Fig. 3. Map of the Russian Federation on the potential opportunity using of systems with water loop heat pump.
При помощи этой карты инвестор, заказчик или проектант могут сделать предварительное заключение о применимости инженерных сетей с единым контуром теплонасосных установок в конкретном географическом пункте. Например, при размещении объекта в районе со значением N менее 0,1 экономия удельного годового энергопотребления на единицу площади ограждающих конструкций составит до 10% без учета других факторов. В этом случае при наличии на объекте дополнительных внутренних теплопоступлений будет полезно проводить дальнейшие детальные расчеты годового энергопотребления.
РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ АНАЛИЗ
Для иллюстрации предложенных подходов проведено исследование энергопотребления инженерных систем с единым контуром теплонасосных устанвок на крупном объекте. Этот объект является одним из крупнейших торгово-развлекательных центров Санкт-Петербурга. Его общая площадь составляет 80 000 квадратных метров. И есть система кондиционирования воздуха с тепловыми насосами, которые имеют различную производительность и включенны в единый водяной контур в этом здании.
Как правило, торгово-развлекательные центры являются интенсивными потребителями энергии из-за высокого спроса на электроэнергию, в основном за счет холодильных установок. Благодаря этому для таких объектов используется интегрированная система кондиционирования, охлаждения и водяного контура теплового насоса [20].
В зависимости от запроса такая инженерная система или отводит теплоизбытки из помещений и нагревает теплоноситель в водяном контуре, или из водяного контура извлекает теплоту и передает ее в помещения.
Для наглядности выбрана зона в ТРК «Радуга», максимально отвечающая следующим требованиям:
1. Наличие массивных наружных ограждающих конструкций и остекления, пропускающего солнечную радиацию, в массивных ограждающих конструкциях;
2. Наличие технической возможности выделения части единой гидравлической системы для проведения эксперимента и установки приборов, позволяющих задокументировать измеряемые параметры теплоносителя (объем, температура и давление), циркулирующего в этом ответвлении.
Зона, отвечающая перечисленным требованиям, представляет собой помещение для приема пищи, приобретенной в ресторанах быстрого питания. Конфигурация ответвления от общего единого контура к обслуживащим данную зону ТНУ позволяет рассматривать его как условно автономную систему и дает возможность провести эксперимент. Для этого на подающем и обратном трубопроводе ответвления от общей системы был установлен узел учета, состоящий из следующего
оборудования: тепловычислитель СПТ943, два расходомера на подающем и обратном трубопроводах; комплект термопреобразователей сопротивления; два преобразователя давления.
С помощью приборов, установленных на ответвлении от единого контура ТНУ в зону ресторанов быстрого питания, определяются следующие величины: полученная теплота; суммарные объемы полученного теплоносителя по подающему трубопроводу и возвращенного по обратному трубопроводу; объемы полученного теплоносителя по подающему трубопроводу и возвращенного по обратному трубопроводу за каждый час; среднечасовое и среднесуточное значение температуры теплоносителя в подающем и обратном трубопроводах.
Тепловычислитель обеспечивал измерение объема, температуры и давления. Он осуществляет вычисление количества теплоты, массы и средних значений температуры и давления, а также часовые, суточные и месячные значения теплоты, массы, объема, средней температуры, средней разности температур и среднего давления. Перечисленные параметры рассчитывались по встроенным алгоритмам и передавалась на переносной компьютер, подключаемый к оптическому порту с помощью адаптера.
На основании проведенных замеров в течение одного года полученные суммарные значения затрачиваемого выбранной зоной объекта количества теплоты, поступившей в сеть с единым контуром теплонасосных установок, составили 8200 кВт-ч за год.
Применив предложенный метод для выбранного объекта, установлено, что количество теплоты, потребляемой выбранной зоной объекта от городских тепловых сетей в течении года составила 8358 кВт-ч за год.
Оценка неопределённости значения потребленной теплоты вычислялась согласно Рекомендациям государственной системы обеспечения единства измерений по типу В. Таким образом, неопределённость значения потребленной теплоты составляет менее 1%.
В качестве валидации предлагаемого метода следует, что ошибка не превышает 2% по сравнению с результатом, полученным расчетным путем по предлагаемой методике.
Показано, что достигнутый в эксперименте метрологический уровень достаточен для того, чтобы считать результаты доказательными.
ВЫВОДЫ
1. В результате анализа опыта проектирования и применения внутренних инженерных сетей с единым контуром теплонасосных установок показано, что обоснованный выбор этих сетей затруднен из-за отсутствия методик расчета.
2. Впервые разработаны имитационная модель расчета энергопотребления внутренних
инженерных сетей с одновременным учетом теплоты и электроэнергии, позволяющей провести выбор сети с единым контуром теплонаносных установок.
3. Рассчитаны значения удельного показателя относительной энергоэффективности применения сетей с единым контуром теплонасосных установок для Российской Федерации, достигающие 50%. Выполнено районирование территории страны по показателю относительной энергоэффективности применения сетей с единым контуром теплонасосных установок и составлена карта страны по потенциалу применения сетей с единым контуром теплонасосных установок.
4. Установлена адекватность и применимость имитационной модели путем сопоставления натурных и расчетных показателей потребления теплоты в течение года в крупном многофункциональном здании в г. Санкт-Петербург сетью с единым контуром теплонасосных установок (в качестве температурных доводчиков отдельных помещений). Выявлено, что количество теплоты, потребляемой этим объектом от городских тепловых сетей в течении года составляет около 8 МВт-ч. А общее вводимое количество энергии, выраженное в тепловых единицах - 248 МВт-ч, что на 30% меньше, чем при применении традиционной сети.
5. Разработанная методика позволяет провести расчет потребления общей вводимой энергии и для традиционного схемного решения.
6. В дальнейших исследованиях целесообразно провести расчеты для других хладоагентов и при других значениях полного перепада температуры; учесть электроэнергию для привода насосного оборудования, поддерживающего постоянный напор в гидравлических контурах.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. E. Statsenko, A. Ostrovaia, T. Musorina, and N. Sergievskaya, Adv. Intell. Syst. Comput. 692, 417 (2018)
2. E. Voskresenskaya, V. Snetkov, and A. Tebryaev, in E3S Web Conf. (2018)
3. M. R. Petrichenko, D. V Nemova, E. V Kotov, D. S. Tarasova, and V. V Sergeev, Mag. Civ. Eng. 77, 47 (2018)
4. E. A. Statsenko, A. F. Ostrovaia, V. Y. Olshevskiy, and M. R. Petrichenko, Mag. Civ. Eng. 80, 119 (2018)
5. M. R. Petritchenko, S. A. Subbotina, F. F. Khairutdinova, E. V Reich, D. V Nemova, V. Y. Olshevskiy, and V. V Sergeev, Mag. Civ. Eng. 73, 40 (2017)
6. M. R. Petritchenko, E. V Kotov, D. V Nemova, D. S. Tarasova, and V. V Sergeev, Mag. Civ. Eng. 77, 130 (2018)
7. D. Baranova, D. Sovetnikov, D. Semashkina, and A. Borodinecs, in Procedia Eng., edited by L. J. Cui P. Zhang W. (Elsevier Ltd, 2017), pp. 503-510
8. D. Baranova, D. Sovetnikov, and A. Borodinecs, Sci. Technol. Built Environ. 24, 982 (2018)
9. P. A. Gómez, I. R. Maestre, J. G. F. Gallero, and D. M. J. Baladés, Appl. Mech. Mater. 361-363, 276 (2013)
10. D. K. Park, D. Kaown, and K.-K. Lee, Renew. Energy 145, 585 (2020)
11. B. Iglinski, R. Buczkowski, W. Kujawski, M. Cichosz, and G. Piechota, Renew. Sustain. Energy Rev. 16, 2545 (2012)
12. M. Liu, R. Ooka, T. Hino, K. Wen, W. Choi, D. Lee, S. Ikeda, and D. R. Palasz, in E3S Web Conf, edited by M. L. Z. H. N. I. T. S.-I. G. da S. M. C. C. G. I. C. Kurnitski J. Wargocki P. (EDP Sciences, 2019)
13. H. Ahmadisedigh and L. Gosselin, Appl. Energy 253, (2019)
14. Z. Wu, S. You, H. Zhang, M. Fan, W. Zheng, Y. Wang, and Y. Zhang, J. Energy Eng. 145, (2019)
15. E. Salazar-Herran, K. Martin-Escudero, A. G. Alleyne, L. A. del Portillo-Valdes, and N. RomeroAnton, Appl. Therm. Eng. 160, (2019)
16. P. Tretyakova, inMATEC Web Conf, edited by S. V Borodinecs A. Vatin N. (EDP Sciences, 2018)
17. Аверьянова О.В. Потенциал применения сетей с единым контуром теплонасосных установок в Российской Федерации. // Научно-технические ведомости СПбПУ. Естественные и инженерные науки. 2018. Т. 24. № 4. №. С. 106-117.
18. Аверьянова О.В., Куколев М.И. Расчет годового энергопотребления крупного объекта с тепловыми насосами, включенными в единый контур. // Сантехника, отопление, кондиционирование. 2018. №6(198). С. 70-74
19. Аверьянова О.В. Методика определения энергоэффективности внутренних инженерных сетей с единым контуром теплонасосных установок. //Теоретические основы теплогазоснабжения и вентиляции. Сборник докладов VII Международной научно-технической конференции, посвященной 90-летию со дня образования факультета. МГСУ. 2019
20. G. Coccia, P. D'Agaro, G. Cortella, F. Polonara, and A. Arteconi, Appl. Therm. Eng. 152, 543 (2019)
REFERENCES
1. E. Statsenko, A. Ostrovaia, T. Musorina, and N. Sergievskaya, Adv. Intell. Syst. Comput. 692, 417 (2018)
2. E. Voskresenskaya, V. Snetkov, and A. Tebryaev, in E3S Web Conf (2018)
3. M. R. Petrichenko, D. V Nemova, E. V Kotov, D. S. Tarasova, and V. V Sergeev, Mag. Civ. Eng. 77, 47 (2018)
4. E. A. Statsenko, A. F. Ostrovaia, V. Y. Olshevskiy, and M. R. Petrichenko, Mag. Civ. Eng. 80, 119 (2018)
5. M. R. Petritchenko, S. A. Subbotina, F. F. Khairutdinova, E. V Reich, D. V Nemova, V. Y. Olshevskiy, and V. V Sergeev, Mag. Civ. Eng. 73, 40 (2017)
6. M. R. Petritchenko, E. V Kotov, D. V Nemova, D. S. Tarasova, and V. V Sergeev, Mag. Civ. Eng. 77, 130 (2018)
7. D. Baranova, D. Sovetnikov, D. Semashkina, and A. Borodinecs, in Procedía Eng., edited by L. J. Cui P. Zhang W. (Elsevier Ltd, 2017), pp. 503-510
8. D. Baranova, D. Sovetnikov, and A. Borodinecs, Sci. Technol. Built Environ. 24, 982 (2018)
9. P. A. Gómez, I. R. Maestre, J. G. F. Gallero, and D. M. J. Baladés, Appl. Mech. Mater. 361-363, 276 (2013)
10. D. K. Park, D. Kaown, and K.-K. Lee, Renew. Energy 145, 585 (2020)
11. B. Iglinski, R. Buczkowski, W. Kujawski, M. Cichosz, and G. Piechota, Renew. Sustain. Energy Rev. 16, 2545 (2012)
12. M. Liu, R. Ooka, T. Hino, K. Wen, W. Choi, D. Lee, S. Ikeda, and D. R. Palasz, in E3S Web Conf., edited by M. L. Z. H. N. I. T. S.-I. G. da S. M. C. C. G. I. C. Kurnitski J. Wargocki P. (EDP Sciences, 2019)
13. H. Ahmadisedigh and L. Gosselin, Appl. Energy 253, (2019)
14. Z. Wu, S. You, H. Zhang, M. Fan, W. Zheng, Y. Wang, and Y. Zhang, J. Energy Eng. 145, (2019)
15. E. Salazar-Herran, K. Martin-Escudero, A. G.
Alleyne, L. A. del Portillo-Valdes, and N. RomeroAnton, Appl. Therm. Eng. 160, (2019)
16. P. Tretyakova, inMATEC Web Conf, edited by S. V Borodinecs A. Vatin N. (EDP Sciences, 2018)
17. Аверьянова О.В. Потенциал применения сетей с единым контуром теплонасосных установок в Российской Федерации. // Научно-технические ведомости СПбПУ. Естественные и инженерные науки. 2018. Т. 24. № 4. №. С. 106-117.
18. Аверьянова О.В., Куколев М.И. Расчет годового энергопотребления крупного объекта с тепловыми насосами, включенными в единый контур. // Сантехника, отопление, кондиционирование. 2018. №6(198). С. 70-74
19. Аверьянова О.В. Методика определения энергоэффективности внутренних инженерных сетей с единым контуром теплонасосных установок. //Теоретические основы теплогазоснабжения и вентиляции. Сборник докладов VII Международной научно-технической конференции, посвященной 90-летию со дня образования факультета. МГСУ. 2019
20. G. Coccia, P. D'Agaro, G. Cortella, F. Polonara, and A. Arteconi, Appl. Therm. Eng. 152, 543 (2019)
ZONING OF THE TERRITORY OF THE RUSSIAN FEDERATION ON THE POTENTIAL OF USING WATER LOOP HEAT PUMP SYSTEMS
Averianova O.V.
Summary The article presents a map of the zoning of the Russian Federation, including the Republic of Crimea, in terms of the relative efficiency of the complex technical solution of the heating and air conditioning system with a water loop heat pump systems. The specific indicator of relative efficiency of the presented solution is calculated in accordance with the method of calculating the annual energy consumption of internal engineering systems with simultaneous consideration of heat and power supply. The traditional system with heating devices and fan coils and an effective system with water loop heat pump are considered. A description of the methodology for calculating the annual energy consumption of these systems is given. The flowchart of calculation of energy consumption of internal engineering systems is proposed. The proposed map and methodology can be recommended for use as a tool for selecting the principal solution of the heating and air conditioning system..
Subject: The subject of the study is the energy consumption (heat and electricity) of an engineering system with a water loop heat pump. Large industrial and civil facilities are characterized by the presence of secondary sources of heat, the energy of which can be used. For this purpose various devices, in particular - heat pumps are applied. Currently, there are practically no scientifically based methods for calculating energy consumption with simultaneous consideration of heat and electricity by internal systems of buildings, allowing to choose the best solution for internal engineering systems..
Materials and methods: The studies were based on a combination of computational methods based on fundamental thermodynamic, physical-chemical and technical concepts of thermal processes in power plants of industrial heat power engineering. As well as numerical modeling of energy consumption of internal engineering systems and analysis of the results of field observations of the real building.
Results: The given technique allows to calculate values of specific indicator of relative efficiency of application of engineering systems with a uniform contour of heat pump installations for the Russian Federation. The map of zoning of the Russian Federation on value of specific indicator of relative power efficiency of using of such systems with a uniform contour of heat pump installations allows to choose areas of effective use of heat pump installations on the map of the Russian Federation..
Conclusions: On the basis of the conducted researches the following conclusions can be drawn:
1. The presented method allows to calculate the values of annual energy consumption and to infer about the feasibility of using engineering systems with heat pump units included in a water loop for the Russian Federation.
2. It was compared two HVAC schemes: the traditional systems with heating devices and fan coil units with chillers and integrated HVAC, refrigeration and water loop heat pump system. The calculation of annual energy consumption was implemented according to the presented method. The total amount of energy supplied converted into the common heat unit of measurement - 248 007 kWhe in year. That is less than 113 356 kWhe in year than in the application traditional system.
3. Full-scale experimental measurements at the facility showed that the amount of heat consumed by the selected area of the facility from Sity Central Heat Systems during the year amounted to 8200 kWhe in year. The annual amount of heat consumed, calculated by the presented method was 8358 kWhe in year. Thus, the amount of heat consumed by the selected area of the object, obtained by calculation in accordance with the presented method experimentally and qualitatively coincided with an error of 2%.
Thus, the applicability of presented method in engineering practice for saving energy resources of systems and installations that simultaneously use heat and electricity is confirmed.
Key words: heat pump, energy efficiency, calculation method, zoning map of the Russian Federation, heating and air conditioning systems.
