Разработка метода расчета теплонасосных систем с грунтовым теплообменником для определения их энергетического ресурса
Введение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
Глава 1. Состояние вопроса о применении теплонасосных систем с
вертикальными грунтовыми теплообменниками для
теплоснабжения зданий . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
1.1 Функционирование теплонасосной системы теплоснабжения с
вертикальным грунтовым теплообменником . . . . . . . . . . . . . 13
1.2 Анализ подходов к математическому моделированию работы
грунтовых теплообменников . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
1.3 Анализ подходов к математическому моделированию работы
тепловых насосов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
1.3.1 Тепловая и холодильная нагрузки здания на
теплонасосную систему . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
1.4 Теплофизические характеристики грунта . . . . . . . . . . . . . . . 34
1.5 Выводы по главе . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37
Глава 2. Математическая модель системы . . . . . . . . . . . . . . . . . 38
2.1 Система в целом . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38
2.2 Грунтовый теплообменник . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40
2.2.1 Математическая модель теплопередачи в теплообменнике . 41
2.2.2 Математическая модель теплопередачи в грунте по
радиусу от центра скважины . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44
2.2.3 Математическая модель теплопередачи вглубь грунта . . . . 46
2.2.4 Подходы к учету влияния группы грунтовых
теплообменников друг на друга . . . . . . . . . . . . . . . . 49
2.2.5 Подробности компьютерной реализации . . . . . . . . . . . 51
2.3 Математическая модель теплового насоса . . . . . . . . . . . . . . . 54
2.3.1 Определение параметров хладагента в холодильном цикле
спирального компрессора . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59
2.4 Математическая модель циркуляционных насосов . . . . . . . . . . 62
Стр.
2.5 Использование «типового» года для определения
энергопотребления системы теплоснабжения . . . . . . . . . . . . . 65
2.6 Вывод по главе 2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66
Глава 3. Верификация математических моделей грунтового
теплообменника и теплового насоса на основе
экспериментальных данных . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67
3.1 Проверка корректности применения метода конечных разностей . . 67
3.2 Расчетные ходы грунтового теплообменника в сравнении с
показателями теплоинерционного теста . . . . . . . . . . . . . . . . 68
3.3 Верификация моделей теплового насоса и грунтового
теплообменника при помощи калибровки . . . . . . . . . . . . . . . 74
3.4 Выводы по главе 3 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 79
Глава 4. Выявление энергоэкономичных режимов использования
теплонасосной системы путем расчетов по математической
модели . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81
4.1 Влияние учета замерзания грунта на показатели эффективности
грунтового теплообменника . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81
4.2 Влияние характеристик грунта на глубину его промерзания в
московском климате . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82
4.3 Изменение эффективности теплового насоса с грунтовым
теплообменником в условиях с разными грунтами . . . . . . . . . . 85
4.4 Многовариантные расчеты годового потребеления
электроэнергии тепловым насосом в различных режимах его
эксплуатации в жилом доме . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 88
4.5 Потребление электроэнергии при теплонасосном
теплохолодоснабжении по схемам 1 и 4 с горячим
водоснабжением от электрокотла . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 92
4.6 Потребление электроэнергии при теплонасосном
теплоснабжении по схеме 2 с горячим водоснабжениям от
теплового насоса, с последующим догревом от электрокотла . . . . 94
Стр.
4.7 Потребление электроэнергии при теплонасосном
теплоснабжении по схеме 3 с горячим теплоснабжением от
теплового насоса и электрокотла, с дополнительным подогревом
летом грунта от солнечного коллектора . . . . . . . . . . . . . . . . 95
4.8 Расчёт затрат на отопление и холодоснабжение здания . . . . . . . . 96
4.9 Стоимость энергии при возрастании нагрузки на охлаждение здания102
4.10 Расчет здания в других климатических условиях . . . . . . . . . . . 103
4.11 Выводы по главе 4 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 106
Заключение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 108
Список литературы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 110
Во введении приведено обоснование актуальности темы диссертации,
определены цель и задачи работы, научная новизна, теоретическая и практиче-
ская значимость.
В пер вой главе представлено исследование развития практики примене-
ния теплонасосных систем теплоснабжения с грунтовым теплообменником в
мире и РФ, выявлено, что в мире наиболее часто такие системы имеют неболь-
шую мощность и устанавливаются в частные жилые дома, в РФ установка не
распространена.
Выявлено, что методики расчета процесса нагрева и охлаждения проходя-
щего через грунтовый теплообменник теплоносителя и процесса охлаждения или
нагрева грунта, а также существующие методики учета замерзания и оттаивания
грунта, использующие численные методы, применяются только в научных це-
лях. В современных программных комплексах для уменьшения объема произво-
димых вычислений численные вычисления сводятся к смешанным численно-
аналитическим методикам, добавление учета замерзания и оттаивания грунта в
такие методики влечет за собой их переработку.
Был сделан вывод о необходимости разработки методики и программы на
ЭВМ для расчета нестационарного температурного поля вокруг грунтового теп-
лообменника численным конечно-разностным интегро-интерполяционным ме-
тодом балансов с изменяющимися теплофизическими характеристиками грунта
вместо переработки существующих методик. Техническая возможность измене-
ния теплофизических характеристик грунта используется для моделирования
процесса его постепенного замерзания и оттаивания. Выявлено, что для оценки
сезонного потребления электроэнергии системой, анализа факторов, влияющих
на её эффективность, разработанную программу необходимо дополнить моду-
лями для численного моделирования работы теплового насоса, упрощенные про-
граммы для определения теплопотерь и теплопоступлений здания, анализа ра-
боты циркуляционных насосов, солнечного коллектора, электрокотла. Отдель-
ные модули должны взаимодействовать друг с другом по аналогии с их
взаимодействием в реальной теплонасосной системе тепло- холодоснабжения.
Полученная программа использовалась для определения экономической
целесообразности установки теплонасосной системы с грунтовым теплообмен-
ником в жилом доме в сравнении с отоплением при помощи электроконвекто-
рами, центральным теплоснабжением, воздушным тепловым насосом и газовым
отоплением. При сравнении решено использовать методику определения сово-
купных дисконтированных затрат (СДЗ).
Во второй главе описан основной инструмент исследования — методы
расчета нестационарного теплового поля в грунте и изменения температуры теп-
лоносителя в ходе его циркуляции через грунтовый теплообменник; методы мо-
делирования работы каждого компонента теплового насоса, циркуляционных
насосов, электрокотла и солнечного коллектора.
Задача моделирования процесса теплопередачи между теплоносителем в
грунтовом теплообменнике и окружающим его массивом грунта была разделена
две подзадачи: 1) определение изменяющегося температурного поля в грунте во-
круг скважины с теплообменником 2) моделирование процесса теплопередачи в
скважине теплообменника с определением измененной температуры теплоноси-
теля на выходе из него. Основой для первой задачи является дифференциальное
уравнение теплопроводности в частных производных, которое можно разделить
на два уравнения, в полярных и ортогональных координатах:
(1)
где,– теплоемкость и теплопроводность грунта, – температура грунта, – время,
– координата по радиусу и глубине соответственно.
На границе скважины для уравнения в полярных координатах задается гра-
ничное условие второго рода следующим образом:
(2)
к
где к – сопротивление теплопередаче скважины,– температура жидкости и грунта
вокруг скважины, соответственно.
На наружной боковой границе рассматриваемого массива грунта тепловой
поток принят равным нулю.
.(3)
В вертикальном ортогональном направлении в глубине грунта в качестве
граничных условий задается постоянная температура. На поверхности грунта за-
дается граничное условие в виде температуры, которая рассчитывается следую-
щим образом:
,(4)
где– температура наружного воздуха,– интенсивность солнечной радиации,
падающей на горизонтальную поверхность.– коэффициент теплоотдачи от воздуха
грунту, – коэффициент поглощения солнечной радиации
Дифференциальные уравнения решаются интегро-интерполяционным ме-
тодом, являющимся вариацией метода конечных разностей, попеременно для ра-
диального направления от скважины в массив грунта и направления от поверх-
ности грунта вглубь. При этом для каждой новой итерации используются полу-
ченные на предыдущей итерации температуры в соответствующих узлах
конечноразностной сетки. Этим обеспечивается корректное решение общего
дифференциального уравнения в частных производных для трехмерного массива
грунта.
Учет постепенного замерзания и оттаивания грунта достигается за счет де-
формации значений теплофизических характеристик грунта в зависимости от ко-
ординаты и температуры, пример изменяющихся теплофизических характери-
стик грунта изображен на рисунке. На небольшом диапазоне температур значе-
ние теплоемкости увеличивается так, чтобы учесть теплоту, необходимую
отнять у находящейся в грунте свободной влаги для её фазового перехода, зна-
чение теплопроводности увеличивается с увеличением доли льда в грунте.
Математическая модель теплового насоса представлена системой уравне-
ний:
(5)
где ɛи, ɛк — коэффициент эффективности испарителя и конденсатора; Ки, Кк — коэф-
фициент теплопередачи между теплоносителем в грунтовом контуре и фреоном Вт/(м²∙°С) на
испарителе и конденсаторе; Fи Fк — площадь поверхности испарителя и конденсатора, м²; cpwe,
cpwc — удельная теплоёмкость теплоносителя системы теплоснабжения, протекающего через
испаритель, и системы отопления, теплоноситель которой проходит через конденсатор
Дж/(кг∙°C); mwe, mwc — массовый расход теплоносителя в испарителе и конденсаторе, кг/ч; T
ELT и,TELTк — температура на входе в испаритель теплового насоса, K; Qи, Qк — мощность,
стационарно поглощаемая испарителем и отдаваемая конденсатором, Вт. N — электрическая
мощность теплового насоса, Вт.
Функцияв системе уравнений (5) моделирует работу спирального
компрессора на основе холодильного цикла, представленного на рисунке . При
помощи определения теплофизических характеристик параметров в точках хо-
лодильного цикла находится теплота, сообщенная испарителю, и электрическая
мощность компрессора. Теплота, сообщенная хладону в испарителе, определя-
ется как разность между энтальпией хладона при его выходе из испарителя и при
его входе в испаритель, умноженная на его массовый расход. Потребляемая ком-
прессором электрическая мощность N находится по формуле:
(6)
где qm — расход хладона, кг/с; v3′ — удельный объём, м³/кг; IP, HP — промежуточ-
ное и высокое давление, Па, согласно рисунку .
КПД компрессора − − является переменным и линейно зависит
от температуры хладона на испарителе и конденсаторе. Коэффициенты линей-
ного уравнения КПД определяются оптимизацией объектной функции на основе
данных N, qm, Qи, Qк производителя при разных температурах Tи и Tк, значений
рабочего объема компрессора и объемного расхода хладона. Подходящие темпе-
ратуры Tи и Tк, при которых выполняется система (5) также решаются оптимиза-
цией объектной функции. Если точки 1 и 2 (рисунок 2) не равны друг другу, то
в пятое уравнение теплового баланса в системе (4) добавляется величина полез-
ного перегрева:
.(7)
Модели циркуляционных насосов и солнечного коллектора выполнены со-
гласно существующим инженерным методикам.
2,1
log
водность,
Теплопро-
Вт/(м °С)
2,05
к4
1,95
к
-14-12-10-8-6-4-20
3:
8,0 107
Теплоёмкость,
3′
Дж/(м3 °С)
6,0 107
4,0 107ии,
2,0 107
012:
-14-12-10-8-6-4-20
8,0 10-7
проводность,
Температуро-
6,0 10-7
м2/с
4,0 10-7
2,0 10-7
-14-12-10-8-6-4-20
Температура, °С
Рисунок 1 – Кривая измененияРисунок 2 – Холодильный цикл изменения
теплофизических характеристикпараметров хладона в тепловом насосе со
среднезасоленного песка плотностьюспиральным компрессором.
1,65 г/см³ и влажностью 0.15 масс.д.е.
Посредством которой учитывается посте-
пенное замерзание влаги в грунте
В третьей главе представлены мероприятия, подтверждающие коррект-
ность описанных в предыдущей главе моделей. На примере задачи постоянного
нагрева грунта результаты разработанной программы сравнивались с результа-
тами моделирования в других программах. Также проведены сравнения путем
повторения программой графиков изменения температуры, измеренной в
натурном эксперименте в ходе проведенного компанией TEGCON
(температурного) теста.
Для сравнения запрограммированной модели с конечноэлементной моде-
лью COMSOL© рассматривалась задача постоянного нагрева грунта от 50-мет-
рового линейного источника, который располагается в массиве вертикально. Для
расчетов были заданы одинаковые начальные и граничные условия. Результаты
сравнения показали полную идентичность, что подтверждает корректность вы-
бранной методики и запрограммированной модели.
Результаты расчета по разработанной
модели грунтового теплообменника сравнива-
лась с натурными результатами температур-
ного теста для объекта в пос. Заречье Москов-
ской области. Назначение теста заключается в
определении теплопроводности грунта и со-
противления теплопередаче скважины. Прин-
ципиальная схема установки изображена на
Рисунок 3 – Принципиальная
рисунке . Насос 5 перемещает теплоносительсхема установки теплоинерцион-
между грунтовым теплообменником 1 и элек-ного (температурного) теста.
1 – U-образная труба грунтового
тронагревателем 6 со скоростью потока 0,9теплообменника, 2 – заполнитель
скважины, 3 – измерители темпе-
м3/ч.ратуры трубы, 4 – теплоизолиро-
ванные участки подсоединения
Электронагреватель при этом сконстру-грунтового теплообменника к по-
ирован и настроен так, чтобы проходящий че-догревателю теплоносителя,
5 – циркуляционный насос;
рез него раствор пропиленгликоля отдавал по-6 – проточный нагреватель тепло-
носителя.
стоянное количество теплоты в 3,2 кВт с по-
грешностью 5%. Таким образом, натурно моделируется т.н. регулярный
тепловой режим грунта. Перед началом нагрева грунта, на протяжении получаса
теплоноситель циркулировал через грунтовый контур без нагрева, чтобы опре-
делить среднюю температуру грунта, (7,3 °С с погрешностью 10%). Термостаты
PT100, IDM (рисунок ) на входе и выходе из установки каждые 10 минут считы-
вали значения температуры теплоносителя на протяжении 44 часов, и аккумули-
ровались данные. Первые 6 часов установочного режима исключены из расчета.
Из анализа кривой изменения температуры во времени по формуле для теплопе-
редачи от линейного теплового источника при регулярном тепловом режиме при
заданной теплоемкости аналитически найдена теплопроводность грунта, опреде-
ленная в 1,76 Вт/(м‧°С). На основании ранее полученных данных об изменении
температуры и начальной температуры грунта по той же формуле было найдено
сопротивление теплопередаче скважины R (м²‧°С)/Вт. Эти экспериментально по-
лученные данные о теплопроводности грунта, начальной температуре грунта, а
также сопротивлении теплопередаче скважины использовались в расчете в раз-
работанной программе для численного моделирования эксперимента. Получен-
ное изменение начальной температуры в ходе нагрева грунта должно совпадать
с экспериментальными данными, они и изображены на рисунке . Чтобы прове-
рить, насколько полученный график отличается от первоначального, по получен-
ным при моделировании температурам теплоносителя, по той же формуле для
линейного теплового источника, опять находится теплопроводность. Получится
значение 1,83 Вт/(м²‧°С). Таким образом, расхождение между теплопроводно-
стью, полученной в ходе обработки результатов теплоинерционного теста, и в
ходе обработки результатов численного моделирования составляет 4,57%, что
ниже точности метода обработки эксперимента в 5%. Такой результат можно
считать удовлетворительным.
теплоносителя, C
Температ ура
13
9
-500020000450007000095000120000145000170000
Расчетное время, с
Рисунок 4 – Изменение температуры теплоносителя на входе ( ) и выходе ( ) из
грунтового теплообменника с течением времени. Сверху, экспериментальные данные,
снизу, данные, полученные численным расчётом в разработанной программе
В четвертой главе для выяснения влияния учета замерзания грунта на
результат расчета температурного поля грунта вокруг грунтового
теплообменника в холодный период года было выполнено сравнение расчетных
температурных полей с учетом замерзания грунта и без учета. Моделировался
идеальный случай с постоянным охлаждением грунта в течении 500 минут, и
затем отключением системы теплоснабжения, после чего грунт вокруг теплооб-
менника нагревается под воздействием внешнего источника, нагревающего теп-
лоноситель. Результат расчета, изображённый на рисунке , показывает, что учет
постепенного замерзания влаги в грунте может привести к значительно мень-
шему охлаждению грунта, и учитывать его необходимо.
Разработанная программа применялась для учета промерзания грунтов с
различными характеристиками в климатических условиях г. Москвы. Расчет вы-
полнялся только по направлению вглубь грунта, с теми же граничными услови-
ями, что и в модели грунтового теплообменника. Была проанализирована глу-
бина промерзания песков, суглинков и глин, с разной плотностью, влажностью
и засоленностью, в объеме, представленном в таблице Б.8 СП 25.13330. В каче-
стве климатической информации был принят экстремальный «типовой» год для
Москвы. Результаты расчетов сравнивались с инженерной методикой определе-
ния глубины промерзания, описанной в СП 22.13330, которая засоленность не
учитывает. Сравнение показало, что засоленность грунта имеет значительное
влияние на глубину его промерзания за счет того, что температура начала замер-
зания грунта с увеличением засоленности грунтов снижается. Влажность грунта
тоже имеет большое влияние на глубину промерзания, а вот плотность грунта
незначительное.
Численная модель теплонасосной системы с грунтовым теплообменником
в целом использовалась для анализа сезонных расходов потребления электро-
энергии одноэтажного жилого дома, эксплуатационных расходов, а также выяв-
ления значимых факторов, влияющих на сезонные затраты теплонасосной си-
стемы. Выбор небольшого здания обуславливается тем, что теплонасосные си-
стемы с грунтовым теплообменником наиболее часто устанавливаются именно в
таких зданиях. Для здания с проектными отопительными нагрузками 6 кВт было
выполнено моделирование работы теплонасосной системы с вертикальным
грунтовым теплообменником с 4 разными грунтами с разной теплопроводно-
стью. Результаты на рисунке показывают отсутствие значимого изменения по-
требления электроэнергии в разных грунтах. Уменьшение потребления электро-
энергии тепловым насосом в случае, когда грунтовый теплообменник находится
в грунте с самой низкой теплопроводностью связано с тем, что и общие тепло-
поступления от теплонасосной системы становятся меньше, то есть в самые хо-
лодные дни отопительного сезона тепловой насос не покрывает теплопотери зда-
ния.
Для Здания с теплопотерями в 12 кВт, обслуживаемого теплонасосной си-
стемой с грунтовым теплообменником, находящимся в грунте с теплопроводно-
стью λ=1,52 Вт/(м °С) было проанализировано изменение годового потребления
на протяжении семи лет эксплуатации, но со скважинами разной длины, а также
изменение температуры грунта год от года. Результаты, изображенные на рисун-
ках , как и результаты предыдущего численного эксперимента показывают, что
выигрыш в сезонных затратах на потребление электроэнергии не превышает сто-
имость установки грунтового контура, поэтому требуемая глубина скважин
должна определяться исходя из соображений работоспособности системы и со-
хранения окружающей среды.
Это же здание использовалось для выбора наиболее выгодной по потреб-
лению электроэнергии схемы теплонасосной системы теплоснабжения. Были
рассмотрены четыре схемы, в первой из которых тепловой насос работает только
на отопление здания (схема 1), во второй на отопление и на ГВС (схема 2), в
третьей в грунтовый контур добавляется солнечный коллектор (схема 3), а чет-
вертая работает на отопление и на холодоснабжение здания, а горячая вода це-
ликом нагревается электричеством (схема 4). Результаты изображены в таблице
1. Исследования показали, что наиболее эффективным с точки зрения эксплуата-
ционных расходов является схема 3. С точки зрения совокупных затрат четвертая
схема будет предпочтительней, так как в ней меньшие капитальные затраты: не
требуется покупка наружного блока сплит системы, так как его функцию выпол-
няет грунтовый теплообменник, а глубину грунтового контура можно
уменьшить, так как перед началом отопительного сезона температура грунта
выше, чем в схеме 1 или 2.
Глубина каждой
из двух скважин, м
Годовое потребение электроэнергии
Сезонный коэфф. преобразования
233 175 140117 100 88 78
тепловым насосом, М Вт ч
3.28
3. 8
3.41
3.63.53
3. 4
3.2
15 20 25 30 35 40 45
Удельный теплосъём
с метра скважины, Вт/м
Рисунок 6 – Увеличение расхода годовой
Рисунок 5 – Изменение потребляемой элек- потребляемой энергии тепловым насосом
трической энергии теплонасосной системой в на восьмой год эксплуатации при умень-
локациях с разными грунтами. , электриче- шении глубины скважины.
ская мощность, остальное тепловая мощность
во второй и третий год эксплуатации.
Таблица. 1 Потребление электрической энергии, МВт‧ч,
системой теплохолодоснабжения здания за год
Потребитель электроэнергииТН на ТН на отоп- ТН на отоп- ТН на отопле-
отоп-ление + ГВС ление + ГВС ние и холодо-
ление+ солнечный снабжение
коллектор
(1)(2)(3)(4)
Тепловой насос на теплоснабжение3,714,524,503,70
Бойлер для горячей воды3,532,112,113,53
Циркуляционный насос в контуре0,230,370,380,24
здания
Циркуляционный насос в грунтовом0,170,370,370,19
контуре
Суммарные затраты электроэнергии7,737,377,367,72
на теплоснабжение
Произведённая тепловым насосом 12,7417,2717,2712,74
теплота
Холодоснабжениеоттеплового—0,28
насоса
Холодоснабжение от сплит системы0,480,480,48-
0,64
0,4
3. 5
теплоносителя за год, °С
0,2
Температура грунта, °С
Средняя температура
-0,22. 5
-0,4
-0,6
З, 0.1м
-0,81. 5
НЗ, 0.1м
-11
-1,2З, 0.22м
-1,4НЗ, 0.22м0. 5
-1,60
0100 200 300 400 500 600 7001234567
Время работы, минРасчетный год
Рисунок 7 – Изменение температуры грунта вРисунок. 8 – Понижение среднегодовой
моделировании процесса его охлаждения с по-температуры пропиленгликоля в грунто-
стоянными характеристиками (НЗ) – грунт свом теплообменнике от года к году при
постоянными характеристиками, (З) – тот жеэксплуатации по первой схеме и нагрузки
грунта с учетом постепенного замерзанияна скважину, сверху вниз: 20 Вт/м; 25
влагиВт/м; 30 Вт/м; 35 Вт/м; 40 Вт/м
Система, работающая по схеме 2, по стоимости затраченной энергии срав-
нивалась с отоплением на базе электричества, центральной системой теплоснаб-
жения, и системой теплоснабжения при помощи газового котла. В результате вы-
числений оказалось, что стоимость тепловой энергии на отопление и горячее во-
доснабжение от централизованной системы за год составляет 139% и 93% от
стоимости энергии, затрачиваемой теплонасосной системой соответственно, а
газовое теплоснабжение 55% и 17,5% соответственно.
Рисунок 9 – Сезонные экплуатационные затраты:) на отопление тепловым
насосом с грунтовым теплообменником; ) на отопление при помощи центральной
системы теплоснабжения; ) холодоснабжение при помощи теплового насоса с
грунтовым теплообменником или воздух-вода; ) отопление и холодоснабжение при
помощи теплового насоса воздух-вода. Подписи по горизонтальной оси – сезонная
нагрузка на холодоснабжение / отопление
При увеличении внутренних тепловыделений здания эффективность теплонасос-
ной системы возрастает, так при отношении энергии, затраченной за сезон на
холодоснабжение, к отопительной как 1 к 3 соответственно, теплонасосная си-
стема более чем в два раза эффективней.
Сравнивались также совокупные дисконтированные затраты СДЗ для теп-
лонасосной системы с грунтовым теплообменником и системы на основе газо-
вого котла. Так как наиболее сильно варьируемым параметром в данном сравне-
нии является стоимость подключения газа, то результатом сравнения будет зна-
чение стоимости подключения, выше которого стоит рассматривать установку
теплового насоса, даже с учетом более низких затрат на нагрев теплоносителя в
газовом котле. Получено значение — 575 тыс. рублей.
Проведено сравнение теплонасосной системы, источником которой явля-
ется грунт, с системой воздух-вода. Показано, что воздушные тепловые насосы
в частных жилых зданиях предпочтительней грунтовых в климатических усло-
виях, в которых их установка допустима. Предпочтительность достигается за
счет сниженных капитальных затрат на обустройство системы.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Итоги выполненного исследования:
1. Разработанная математическая модель функционирования связанной
теплонасосной системы тепло- холодоснабжения различных размеров и конфи-
гураций с грунтовым теплообменником U-образной формы, а также созданная
на её основе компьютерная программа позволяет рассчитать годовой режим из-
менения трехмерного температурного поля грунта при его постепенном промер-
зании и оттаивании, и рассчитать потребляемую электрическую энергию для
всех составляющих этой системы. Точность модели теплового насоса и грунто-
вого теплообменника укладывается в 5% для каждого отдельного элемента.
2. Увеличение длины грунтового контура для уменьшения потребляемой
электроэнергии теплового насоса является экономически неэффективным реше-
нием, длину грунтового контура следует подбирать из условия достаточности
для покрытия нагрузок здания на отопление и холодоснабжение, а также из
соображений сохранения окружающей среды.
3. В жилом доме в московском климате эксплуатационные затраты при
использовании теплового насоса на отопление и горячее водоснабжение ниже,
чем при использовании системы на отопление и холодоснабжение при незначи-
тельных нагрузках на холодоснабжение за сезон составляющих 1/13 от нагрузок
на отопление и горячее водоснабжение. За счет сниженных капитальных затрат
на требуемую длину грунтового контура и отсутствие отдельного наружного
блока для кондиционирования в летний период, использование теплового насоса
для тепло- холодоснабжения выгоднее. Установка солнечного коллектора не
привносит существенной экономии эксплуатационных затрат.
4. В отопительный период эксплуатационные затраты элементами тепло-
насосной системы ниже, чем затраты на отопление при центральном теплоснаб-
жении или отоплении электроконвекторами, но значительно выше, чем при га-
зовом отоплении. Выбор между теплонасосной системой и газовым отоплением
зависит, в первую очередь, от стоимости подключения к газоснабжению.
5. В условиях климата с теплой зимой и продолжительным летом, исполь-
зование вертикального грунтового теплообменника в составе теплонасосной си-
стемы теплоснабжения становится менее выгодным в зимний период, и более
выгодным в летний. Наиболее эффективным тепловой насос с грунтовым тепло-
обменником показывает себя в холодном климате, но в здании с высоким уров-
нем внутренних тепловыделений, которые обеспечивают равное количество сум-
марных теплоизбытков в летний период и теплопотерь в зимний.
6. Учет замерзания грунтов должен включать в себя определение началь-
ной температуры замерзания грунта, зависящей от его числа пластичности и сте-
пени засоленности. Степень влияния учета замерзания воды на расчет темпера-
турного поля вокруг грунтового теплообменника находится в прямой зависимо-
сти от влажности грунта, и в обратной степени от её засоленности.
Рекомендации по использованию результатов диссертации:
1. Рассматривать экономическую эффективность теплонасосной системы
теплоснабжения с грунтовым теплообменником в московском климате в здании
имеет смысл при наличии в нем внутренних теплопоступлений, обеспечиваю-
щих сопоставимые значения теплопотерь зимой и теплопоступлений зимой.
2. Разработанную программу предлагается использовать для оценки се-
зонного энергопотребления теплонаносных систем теплоснабжения с грунтовым
теплообменником для небольших зданий с пиковой тепловой нагрузкой до
20 кВт.
Перспективы дальнейшей разработки темы:
1. Увеличить связность модели с системой отопления, добавив учет влия-
ния внутренних параметров помещения на температуру на выходе из
системы отопления. Сейчас в каждый расчетный шаг температура теп-
лоносителя изменяется на величину теплопотерь/теплопоступлений по
принципу идеальной нагрузки.
2. Добавить в программе возможность учета влияния скважин друг на
друга по предложенной в главе 2 методике.
Актуальность темы исследования
Энергосбережение лежит в основе хозяйственной деятельности многих го-
сударств мира. Одним из эффективных энергосберегающих способов, дающих
возможность экономить органическое топливо, снижать загрязнение окружаю-
щей среды, удовлетворять нужды потребителей в теплоте и холоде является
извлечение теплоты из массива грунта для отопления и сброс теплоты в массив
грунта при охлаждении здания.
Теплонасосные установки (ТНУ) позволяют преобразовать низкопотенци-
альную возобновляемую энергию естественного источника теплоты в энергию
более высокого потенциала, пригодную для практического использования. Исто-
ником низкопотенциально теплоты может быть наружный воздух, грунт, а также
поверхностные и грунтовые воды. Грунт удобен тем, что его массив естествен-
ным образом аккумулирует теплоту солнечной радиации и атмосферного воздуха
и, благодаря высоким теплоинерционным свойствам, сохраняет ее. Поэтому же
грунт может рассматриваться как источник возобновляемой энергетики.
Расчёт каждого из элементов теплонасосной системы теплоснабжения до-
статочно сложен, и поэтому её эффективность удобнее всего оценивать при
помощи численного моделирования. На данный момент в РФ отсутствует мате-
матическая модель, позволяющая определить потребление электроэнергии теп-
лонасосной системы тепло- и холодоснабжения в сборе.
Оценки энергетической целесообразности применения грунтового теплооб-
менника в качестве энергоисточника в климатических условиях средней полосы
РФ противоречивы, и основаны, в первую очередь, на опыте эксплуатации этих
систем на реальных объектах. В такую оценку, помимо априори неэффективных,
попадают системы с некачественным монтажом, и просто неправильно рассчи-
танные.
Степень разработанности темы диссертации
Основные результаты работы заключаются в следующем.
1. Разработанная математическая модель функционирования связанной
теплонасосной системы тепло- холодоснабжения различных размеров
и конфигураций с грунтовым теплообменником U-образной формы, а
также созданная на её основе компьютерная программа позволяет рас-
считать годовой режим изменения трехмерного температурного поля
грунта при его постепенном промерзании и оттаивании, и рассчитать
потребляемую электрическую энергию для всех составляющих этой си-
стемы. Точность модели теплового насоса и грунтового теплообменника
укладывается в 5
2. Увеличение длины грунтового контура для уменьшения потребляемой
электроэнергии теплового насоса является экономически неэффектив-
ным решением, длину грунтового контура следует подбирать из условия
достаточности для покрытия нагрузок здания на отопление и холодоснаб-
жение, а также из соображений сохранения окружающей среды.
3. В жилом доме в московском климате эксплуатационные затраты при ис-
пользовании теплового насоса на отопление и горячее водоснабжение
ниже, чем при использовании системы на отопление и холодоснабжение
при незначительных нагрузках на холодоснабжение за сезон составля-
ющих 1/13 от нагрузок на отопление и горячее водоснабжение. За счет
сниженных капитальных затрат на требуемую длину грунтового конту-
ра и отсутствие отдельного наружного блока для кондиционирования
в летний период использование теплового насоса для тепло- холодо-
снабжения выгоднее. Установка солнечного коллектора не привносит
существенной экономии эксплуатационных затрат.
4. Эксплуатационные затраты в отопительный период элементами тепло-
насосной системы ниже, чем затраты на отопление при центральном
теплоснабжении или отоплении электроконвекторами, но значительно
выше, чем при газовом отоплении. Выбор между теплонасосной систе-
мой и газовым отоплением зависит, в первую очередь, от стоимости
подключения к газоснабжению.
5. В теплом климате использование вертикального грунтового теплооб-
менника в составе теплонасосной системы теплоснабжения становится
менее выгодным в зимний период, и более выгодным в летний. Наиболее
эффективным тепловой насос с грунтовым теплообменником показыва-
ет себя в холодном климате, но в здании с высоким уровнем внутренних
тепловыделений, которые обеспечивают равное количество суммарных
теплоизбытков в летний период и теплопотерь в зимний.
6. Учет замерзания грунтов должен включать в себя определение началь-
ной температуры замерзания грунта, зависящей от его числа пластично-
сти и степени засоленности. Степень влияния учета замерзания воды на
расчет температурного поля вокруг грунтового теплообменника находит-
ся в прямой зависимости от влажности грунта, и в обратной степени от
её засоленности
Рекомендации и перспективы:
1. Увеличить связность модели с системой отопления, добавив учет вли-
яния внутренних параметров помещения на температуру на выходе из
системы отопления. Сейчас в каждый расчетный шаг температура теп-
лоносителя изменяется на величину теплопотерь/теплопоступлений по
принципу идеальной нагрузки
2. Добавить в программе возможность учета влияния скважин друг на друга
по предложенной в главе 2 методике.
1. Васильев Г. П. Теплохладоснабжение зданий и сооружений с использова-
нием низкопотенциальной тепловой энергии поверхностных слоёв земли : дисс.
д-ра тех. наук / Васильев Г П. –– Москва, 2006.
2. Ильин А. К. Анализ переменных режимов работы тепловых насосов /
А. К. Ильин, С. А. Дуванов // Вестник СГТУ. –– 2004. –– 4(5). –– С. 51––58. ––
Режим доступа: http://elibrary.ru/download/36743142.pdf.
3. Махов Л. М. Повышение энергоэффективности тепловых насосов при ис-
пользовании орошаемых коллекторов / Л. М. Махов // Вестник МГСУ. –– 2011. ––
Т. Т.1, № 3. –– С. 395––398.
4. Дуванов С. А. Исследование работы тепловых насосов на режимах, от-
личных от номинального, при сохранении выходных параметров : дис. … канд.
тех. наук / Дуванов Сергей Александрович. –– Астрахань, 2006.
5. Кротов В. М. Совершенствование методики расчёта первичного контура
систем теплоснабжения, использующих низкопотенциальную энергию грунта :
дис. … канд. тех. наук / Кротов В. М. –– Пермь, 2011.
6. Сапрыкина Н. Ю. Построение математической модели температурного
поля в условиях многолетней эксплуатации геотермальных тепловых насосов /
Н. Ю. Сапрыкина, П. В. Яковлев // Перспективы развития строительного комплек-
са. –– 2015. –– S1. –– С. 326––331.
7. Бачурин Д. Применение теплонасосных установок для отопления и го-
рячего водоснабжения жилых домов. Опыт Австрии / Д. Бачурин // АВОК. ––
2013. –– № 8. –– С. 30––41.
8. Моделирование теплового режима термоскважин геотермальных тепло-
насосных систем теплоснабжения. Часть II. Учёт фазовых переходов поровой
влаги в грунте / Г. П. Васильев [и др.] // Теплоэнергетика. –– 2015. –– № 10. ––
С. 66––71.
9. Узаков Г. Н. Использование теплонасосной установки в замкнутой си-
стеме энергоснабжения и вентиляции овощехранилищ / Г. Н. Узаков // Вестник
Российской академии сельскохзяйственных наук. –– 2012. –– № 3. –– С. 79––80.
10. Eskilson P. Simulation model for thermally interacting boreholes / P. Eskilson,
J. Claesson // Numerical heat transfer. –– 1988. –– Vol. Vol. 13, № 2. –– P. 149––165.
11. Eskilson J. C. Conductive heat extraction by a deep borehole. Thermal analysis
and dimensioning rules / J. C. Eskilson, P. Claesson. –– 1987.
12. Hellstrom G. Ground heat storage. Thermal analysis of duct storage systems:
part i theory : PhD dissertation / Hellstrom G. –– University of Lund, Sweden, 1991.
13. Kavanaugh S. Geothermal heating and cooling: Design of Ground-Source Heat
Pump systems / S. Kavanaugh, K. Rafferty. –– Atlanta : ASHRAE, 2014.
14. Gehlin S. E. A. Effects of ground heat exchangers design flow velocities on sys-
tem performance of ground source heap pump system in cold climates / S. E. A. Gehlin,
J. D. Spitler // ASHRAE Winter conference. –– Chicago, 2015. –– Mode of access: http:
//www.hvac.okstate.edu/sites/default/files/pubs/papers/2015/Gehlin_and_Spitler_
2015_GHE_flow_velocities.pdf.
15. Cimmino M. A semi analytical method to generate g-functions for geothermal
borefields / M. Cimmino, M. Bernier // International journal of heat and mass transfer. ––
2014. –– Vol. 70. –– P. 641––650.
16. Witte H. J. Error analysis of thermal response tests / H. J. Witte // Applied
Energy. –– 2013. –– No. 109. –– P. 302––311.
17. Powell M. J. The BOBYQA algorithm for bound constrained optimization
without derivatives / M. J. Powell. –– England, 2009. –– Mode of access: http://www.
optimization-online.org/DB_HTML/2010/05/2616.html.
18. СП 25.13330.2012. Основания и фундаменты на вечномерзлых грунтах.
Актуализированная редакция СНиП 2.02.04-88 / СП 25.13330.2012. –– М, 2012.
19. Charpter 18. Nonrezidential cooling and heating load calculation // ASHRAE
Handbook. –– 2013. –– Vol. Fundamentals.
20. Pure and Pseudo-pure Fluid Thermophysical Property Evaluation and the
Open-Source Thermophysical Property Library CoolProp / I. H. Bell [et al.] // Indus-
trial & Engineering Chemistry Research. –– 2014. –– Vol. 53, no. 6. –– P. 2498––2508. ––
eprint: http : / / pubs . acs . org / doi / pdf / 10 . 1021 / ie4033999. –– Mode of access: http :
//pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/ie4033999.
21. Тимофеев Д. В. Разработка численной модели теплопередачи между
грунтом и термоскважиной / Д. В. Тимофеев, Е. Г. Малявина // Вестник граж-
данских инженеров. –– 2015. –– 5 (52). –– С. 196––202.
22. Тимофеев Д. В. Разработка компьютерной модели теплового насоса с
постоянной частотой вращения спирали компрессора / Д. В. Тимофеев, Е. Г. Маля-
вина // Вестник МГСУ. –– 2017. –– Т. 12, 4 (103). –– С. 437––445. –– Режим доступа:
DOI:%2010.22227/1997-0935.2017.4.437-445.
23. Тимофеев Д. В. Расчёт глубины промерзания грунтов с различными
характеристиками в климатических условиях Москвы / Д. В. Тимофеев, Е. Г. Ма-
лявина // Строительство и реконструкция. –– 2017. –– № 71. –– С. 3––7.
24. Тимофеев Д. В. Компьютерная симуляция возможностей грунтового теп-
лообменника, при работе в холодное время года и круглогодично / Д. В. Тимофеев,
Е. Г. Малявина // Научное обозрение. –– 2017. –– № 15. –– С. 19––24. –– Режим до-
ступа: https://www.sced.ru/ru/scientific-journals/scientific-review/archive/content/
07-15-2017#s4.
25. D V Timofeev and E G Malyavina. Impact of Seasonal Heat Accumulation on
Operation of Geothermal Heat Pump System with Vertical Ground Heat Exchanger /
D V Timofeev and E G Malyavina // IOP Conference Series: Materials Science and
Engineering. –– 2017. –– Vol. 262, no. 1. –– P. 012086.
26. Eskilson J. C. Conductive Heat Extraction by a Deep Borehole: analitycal stud-
ies : PhD dissertation / Eskilson J C. –– Sweden, 1987.
27. IGSHPA. Closed-Loop/Ground-Source Heat Pump Systems – Installation
Guide / IGSHPA. –– 1988.
28. Bose J. E. Design/Data Manual for Closed-Loop Ground-Coupled Heat Pump
Systems / J. E. Bose, J. D. Parker, F. C. McQuiston. –– Atlanta : ASHRAE, 1985.
29. Juhlin K. Vertical GSHP systems in Sweden 1978 – 2015: a survey based on
the Swedish well database / K. Juhlin, S. Gehlin // Dig In / ed. by J. Spitler [et al.]. ––
IGSHPA, 2017. –– P. 19––25.
30. Geothermal heat pumps. –– Mode of access: https://energy.gov/energysaver/
geothermal-heat-pumps (visited on 11/10/2017).
31. Сканави А. Н. Отопление / А. Н. Сканави, Л. М. Махов. –– М. : АСВ, 2008.
32. Пруненко К. П. Установка тепловых насосов в России : практический
опыт / К. П. Пруненко // СОК. –– 2013. –– № 11. –– С. 76––78.
33. Лесков В. А. Опыт обслуживания и эксплуатации теплонасосных систем /
В. А. Лесков // Материалы круглого стола «Опыт и перспективы применения Теп-
лонасосных установок в России». –– Москва, 2017.
34. ГОСТ Р 54865-2011. Теплоснабжение зданий. Методика расчёта энерго-
потребности и эффективности системы теплогенерации с тепловыми насосами /
ГОСТ Р 54865-2011. –– М., 2012.
35. СТО НОСТРОЙ 149. Устройство теплонасосных систем теплохладоснаб-
жения зданий: Правила, контроль выполнения, требования к результатам работ /
СТО НОСТРОЙ 149. –– М., 2014. –– Режим доступа: http://www.sro-montazh.ru/
upload/files/s/standart/sto_149_ok_red_27_10_2014.pdf.
36. Правительство Российской Федерации. Постановление № 1006 о внесе-
нии изменений в перечень объектов и технологий, которые относятся к объектам
и технологиям высокой энергетической эффективности: Постановление РФ / Пра-
вительство Российской Федерации. –– 25 августа 2017 г.
37. Карно С. Размышления о движущей силе огня и машинах, способных
развивать эту силу / С. Карно // Сборник работ: Сади Карно, В. Томсон, Р. Клаузи-
ус, Л. Больцман, М. Смолуховский / под ред. А. К. Тимирязев. –– М. : Гостех-издат,
1934. –– С. 17––61.
38. Klein B. Independent testing of heat pumps is needed for reliable COP /
B. Klein // REHVA Journal. –– 2012. –– No. 5. –– P. 15––18. –– Mode of access: http:
//www.rehva.eu/fileadmin/hvac-dictio/05-2012/p15-18_klein.pdf.
39. Тарабанов М. Г. Кондиционирование воздуха: Часть 1 / М. Г. Тарабанов. ––
М. : АВОК-ПРЕСС, 2015.
40. Engineering identities, epistemologies and values. Vol. 2 / S. H. Christensen
[et al.]. –– Switzerland : Springer, 2015. –– (Engineering education and practice in con-
text, volume 2).
41. A review of modelling approaches and tools for the simulation of district-scale
energy systems / J. Allegrini [et al.] // Renewable and Sustainable Energy Reviews. ––
2015. –– Vol. 52. –– P. 1391––1404.
42. Моделирование теплового режима термоскважин геотермальных тепло-
насосных систем теплоснабжения. Ч. I. Учет замерзания поровой влаги в грунте /
Г. П. Васильев [и др.] // Теплоэнергетика. –– 2015. –– № 8. –– С. 11––16.
43. Серегина Ю. С. Влияние полифункциональности на энергоэффектив-
ность геотермальных тепловых насосов / Ю. С. Серегина // СОК. –– 2015. ––
№ 2015.
44. Климов О. Д. Основы инженерных изысканий / О. Д. Климов. –– М. : НЕД-
РА, 1974.
45. Ingersoll L. R. Theory of the ground pipe heat sourse for the heat pump. /
L. R. Ingersoll // ASHVE Transactions. –– 1948. –– Vol. Vol. 54. –– P. 339––348.
46. Ingersoll L. R. Heat Conduction with Engeneering, Geological and Other Ap-
plications / L. R. Ingersoll. –– 1954.
47. Carslaw H. S. Conduction of Heat in Solids / H. S. Carslaw, J. C. Jaeger. ––
Second ed. –– Great Britain : Oxford University Press, 1959.
48. Hellstrom G. Duct ground heat storage model, manual for computer code /
G. Hellstrom. –– Sweden, 1989.
49. Simulation research group Lawrence Berkeley National Laboratory. DOE /
Simulation research group Lawrence Berkeley National Laboratory. –– California,
1998.
50. Yavuzturk C. A short time step response factor model for vertical ground loop
heat exchangers / C. Yavuzturk // ASHRAE Transactions. –– 1999. –– Vol. Vol. 105(2). ––
P. 475––485.
51. Remund C. Borehole thermal resistance: Laboratory and field studies / C. Re-
mund // ASHRAE Transactions. –– 1999. –– Vol. 105(1).
52. Fisher D. E. Implementation and validation of ground-source heat pump sys-
tem models in an integrated building and system simulation environment / D. E. Fisher //
HVAC&R Research SE. –– 2006. –– Vol. Vol. 12, 3a. –– P. 693––710.
53. Cimmino M. Preprocessor for the the generation of G-Functions used in the
sumulation of geothermal systems / M. Cimmino //. –– France : Department de genie
mecanique Polythechnique Montreal, 2013. –– P. 2675––2682.
54. Кроник Я. А. Термомеханические модели мёрзлых грунтов и криогенных
процессов / Я. А. Кроник // Реология грунтов и инженерное мерзлотоведение. ––
М. : Наука, 1982. –– С. 200––211.
55. Парамонов В. Н. Процессы промерзания и оттаивания при устройстве
подземных и заглубленных сооружений / В. Н. Парамонов, И. И. Сахаров,
М. В. Парамонов // Жилищное строительство. –– 2012. –– № 9. –– С. 21––25.
56. Парфеньтьева Н. А. О колебаниях фронта промерзания в ограждениях и
численном моделировании задачи Стефана / Н. А. Парфеньтьева, О. Д. Самарин //
Строительные материалы, оборудование, технологии XXI века. –– 2002. –– № 11. ––
С. 46––47.
57. Парфеньтьева Н. А. Задача Стефана в строительстве / Н. А. Парфеньтьева,
О. Д. Самарин // Строительные материалы, оборудование, технологии XXI века. ––
2002. –– № 6. –– С. 38––39.
58. Newman G. P. Heat and mass transfer in unsaturated soils during freezing :
M.Sc. thesis / Newman Greg P. –– Canada : University of Saskatchewan, 1995.
59. Борисов В. С. Численное решение задачи о процессах промерзания и про-
таивания в многолетнемерзлых грунтах / В. С. Борисов // Вестник СВФУ им.
Аммосова. –– 2015. –– Т. 12, № 2. –– С. 36––42.
60. Кудрявцев С. А. Промерзание и оттаивание грунтов (практические при-
меры и конечноэлементные расчёты): Группа компаний «Геореконструкция» /
С. А. Кудрявцев. –– СПб, 2014. –– («Достижения современной геотехники»).
61. СНиП 2.02.04-88. Основания и фундаменты на вечномерзлых грунтах /
СНиП 2.02.04-88. –– М., 1990.
62. Калиткин Н. Н. Численные методы: учеб. пособие. / Н. Н. Калиткин. ––
2-е изд., исправленное. –– СПб. : БВХ-Петербург, 2014.
63. Самарский А. А. Вычислительная теплопередача / А. А. Самарский. ––
Изд. 2-е. –– М. : Книжный дом «ЛИБРОКОМ», 2009.
64. Мартыновский В. С. Анализ действительных термодинамических цик-
лов / В. С. Мартыновский. –– М. : Энергия, 1972.
65. Веризишвили О. Ш. Энергосберегающие теплонасосные системы тепло-
и хладоснабжения / О. Ш. Веризишвили, Н. В. Меладзе. –– М. : МЭИ, 1994.
66. Allien J. J. Steady-state reciprocating water chiller models / J. J. Allien,
J. F. Hamilton // ASHRAE Transactions. –– 1983. –– 89(2A). –– P. 398––407.
67. Stoecker W. F. Refrigeration and air conditioning, 2nd ed. New York: McGraw-
Hill. / W. F. Stoecker, J. W. Jones. –– New York : McGRAW-HILL, 1982.
68. A toolkit for primary HVAC system energy calculation – Part 2: Reciprocat-
ing chiller models / J.-P. H. Bourdouxhe [et al.] // ASRHAE Transactions. –– 1991. ––
97(2). –– P. 388––393.
69. Jin H. A parameter estimation based model of water to water heat pumps for use
in energy calculation programs / H. Jin, J. Spitler // ASHRAE Transactions. –– 2002. ––
Vol. 108(1). –– P. 3––17. –– Mode of access: http://www.hvac.okstate.edu/sites/default/
files/pubs/papers/2002/02-Jin_Spitler_02.pdf.
70. Дуванов С. А. Метод моделирования работы тепловых насосов / С. А. Ду-
ванов, А. К. Ильин // Вестник АГТУ. –– 2005. –– 2(25). –– С. 66––70. –– Режим
доступа: http://elibrary.ru/download/64202096.pdf.
71. Iu I. S. Development of air-to-air heat pump simulation program: Advanced
heat exchanger circuitry algorithm / I. S. Iu. –– Saarbrücken, Germany : Vdm Verlag
Dr. Müller Aktiengesellschaft & Co. KG, 2010.
72. Mathematical modeling of scroll compressors — part I: compression process
modeling / Y. Chen [et al.] // International Journal of Refrigeration. –– 2002. –– Vol. 25,
no. 6. –– P. 731––750.
73. Winandy E. Experimental analysis and simplified modeling of a hermetic scroll
refrigeration compressor / E. Winandy, C. Saavedra, J. Lebrun // Applied Thermal En-
geneering. –– 2001. –– Vol. 22. –– P. 107––120.
74. Duprez M.-E. Modeling of reciprocating and scroll compressors /
M.-E. Duprez, E. Dumont, M. Frere // International Journal of Refrigeration. ––
2007. –– No. 30. –– P. 873––886. –– Mode of access: doi:10.1016/j.ijrefrig.2006.11.014.
75. Duprez M.-E. Modeling of scroll compressors – Improvements / M.-E. Duprez,
E. Dumont, M. Frere // International Journal of Refrigeration. –– 2010. –– No. 33. ––
P. 721––728.
76. Zakula T. Heat pump simulation model and optimal variable-speed control for
a wide range of cooling conditions : Master of science thesis / Zakula Tea. –– MIT,
2010. –– Mode of access: http://hdl.handle.net/1721.1/59209 (visited on 02/13/2017).
77. Karlsson F. Capacity control of residential heat pump heating systems : PhD
thesis / Karlsson Fredrik. –– Sweden, 2007. –– Mode of access: https://www.sp.se/sv/
units/risebuilt/energy/Documents/ETk/Karlsson_Capacity_control_residential_HP_
heating_systems.pdf.
78. Bruneliere R. Scalaopt: Scala numerical optimization library: JVM / R. Brune-
liere. –– 2016. –– Mode of access: https : / / github . com / bruneli / scalaopt (visited on
08/14/2016).
79. Малявина Е. Г. Теплопотери здания: справочное пособие / Е. Г. Маляви-
на. –– M. : АВОК-ПРЕСС, 2011.
80. Махов Л. М. отопление: учебник для студентов высших учебных за-
ведений, обучающихся по программе бакалавриата по направлению 270800 по
направлению «Строительство» (профиль «Теплогазоснабжение и вентиляция») /
Л. М. Махов. –– 2-е изд., испр. и доп. –– Москва : АСВ, 2015.
81. Внутренние санитарно-технические устройства: Часть 3. Вентияция и
кондиционирование воздуха / под ред. Н. Н. Палов. –– 4-e изд., перераб. и доп. ––
М. : Стройиздат, 1992.
82. Rees S. J. Quantitative comparison of north american and UK cooling load
calculations procedures – results / S. J. Rees, J. D. Spitler, P. Haves // ASHRAE Trans-
actions. –– 1998. –– No. 104. –– P. 47––61.
83. Yan C. A simplified analytical model to evaluate the impact of radiant heat on
building cooling load / C. Yan // Applied Thermal Engeneering. –– 2015. –– Vol. 77. ––
P. 30––41.
84. Малявина Е. Г. Теплофизика зданий: учебное пособие / Е. Г. Малявина. ––
М. : Издательство АСВ, 2013.
85. Гагарин В. Г. Разработка климатической информации в форме специа-
лизированного «типового года» / В. Г. Гагарин, Е. Г. Малявина, Д. С. Иванов //
Вестник ВолгГАСУ. –– 2013. –– Вып. 31(50), ч. 1: Города России. –– С. 343––349.
86. ГОСТ 25100-2011. ГРУНТЫ. Классификация / ГОСТ 25100-2011. –– М,
2011.
87. Михеев М. А. Основы теплопередачи / М. А. Михеев. –– Изд. 2, стерео-
тип. –– М. : Энергия, 1977.
88. Малявина Е. Г. Разработка расчётного типового года для определения
теплопотерь заглубленных в грунт частей здания / Е. Г. Малявина, Д. С. Иванов //
Труды главной геофизической обсерватории им. А.И. Военкова. ––. –– Выпуск
571. –– С. 182––193.
89. Внутренние санитарно-технические устройства. Ч. 2 / под ред. И. Г. Ста-
роверов. –– 4-е изд.., перераб. и доп. –– М., 1990. –– (Справочник проектировщика).
90. Mathew T. P. Domain decomposition mehtods for the numerical solution of
partial differential equations / T. P. Mathew // Lecture notes in computational science
and engineering. Vol. 61 / ed. by T. J. Barth [et al.]. –– Springer, 2008.
91. Domain decomposition operator splittings for the solution of parabolic equa-
tions / T. P. Mathew [et al.] // SIAM J. Sci. Comp. –– 1998. –– Vol. 19, no. 3. ––
P. 912––932.
92. Daniil Timofeev. Gridsplines / Daniil Timofeev. –– Moscow, 2019. –– Режим
доступа: https://github.com/daniil-timofeev/gridsplines.
93. Fritsch F. N. Monotone piecewise cubic interpolation / F. N. Fritsch,
R. E. Carlson // SIAM J. Numer. Anal. –– 1980. –– Т. 17, № 2. –– С. 238––246. ––
Режим доступа: http://dx.doi.org/10.1137/0717021.
94. Coquelet C. Prediction of thermodynamic properties of refrigerant fluids with
a new three-parameter cubic equation of state / C. Coquelet, J. El Abbadi, C. Houriez //
International Journal of Refrigeration. –– 2016. –– Vol. 69. –– P. 418––436.
95. Poling B. E. Properites of gases and liquids / B. E. Poling, J. M. Prausnitz,
J. P. O’Connell. –– Fifth edition. –– McGRAW-HILL, 2001.
96. Mulero A. Ideal gas contribution to the isobaric heat capacity of refriger-
ants: Polling et al.’s polynominal correlation vs DIPPR data / A. Mulero, I. Cachadina,
J. Tian // J. Chem. Thermodynamics. –– 2013. –– Vol. 61. –– P. 90––99.
97. FKW. DuPont refrigerant expert: Cycle calculation program / FKW. –– 2014. ––
Mode of access: https://www.chemours.com/Refrigerants/en_US/products/DUPREX/
DUPREX.html.
98. Genetron properties: Windows / S. F. Yana Motta [et al.]. –– 2016. –– Mode of
access: https://www.honeywell-refrigerants.com/americas/resources/?cat=app (visited
on 08/15/2016).
99. ANSI/NEMA MG-1-2009. Motors and generators / ANSI/NEMA MG-1-
2009. –– Rosslyn, VA: National Electrical Manufacturers Association, 2009.
100. Крючкова О. Ю. Разработка вероятностно-статистической модели клима-
та для расчётов энергопотребления центральными системами кондиционирова-
ния воздуха: 05.23.03 : дис. … канд. тех. наук / Крючкова О Ю. –– М. : НИУ МГСУ,
2014.
101. Marcotte D. The importance of axial effect for borehole design of geothern-
mal heat-pump systems / D. Marcotte // Renewable Energy. –– 2010. –– Vol. 35. ––
P. 763––770.
102. Mogensen P. Fluid to Duct wall heat transfer in duct system heat storages /
P. Mogensen // proc. in. conf. on subsurface heat storage in theory and practice. ––
1983. –– P. 652––657.
103. Austin W. A. Development of an In Situ System for Measuring Ground Ther-
mal Properties : Master of Science Thesis / Austin W. A. –– Oklahoma, 1998.
104. Gehlin S. Thermal Response Test: Method Development and Evaluation : doc-
toral thesis / Gehlin S. –– Sweden, 2002.
105. VDI 4640. Thermal use of the undeground Ground source heat pump systems /
VDI 4640. –– September 2001.
106. ASHRAE RP-1118. Investigation of methods for determining soil formation
thermal characteristics from short term field test / ASHRAE RP-1118. –– Atlanta. ––
Mode of access: http://www.techstreet.com/products/1711876.
107. Closed-Loop/Geothermal Heat Pump Systems. Design and installation stan-
dards 2014 edition / Closed-Loop/Geothermal Heat Pump Systems. –– Stillwater, OK,
2014. –– Mode of access: http : / / www . igshpa . okstate . edu / pdf _ files / publications /
IGSHPA_2014_Standards_free_copy.pdf.
108. Dig In: International ground source heat pump association conference & expo /
ed. by J. Spitler [et al.]. –– IGSHPA, 2017.
109. ASHRAE. ASHRAE HANDBOOK, HVAC Applications: Ch. 34 – Geother-
mal Energy / ASHRAE. –– I-P Edition. –– 2011.
110. Witte H. J. Error analysis of thermal responce tests (extended version) /
H. J. Witte // Innostock. –– 2012. –– Mode of access: http : / / www . groenholland . nl /
download/INNOS-U08_TRTERROR_FULL.pdf.
111. Thornton J. W. Residential vertical geothermal heat pump system models: cal-
ibration to data / J. W. Thornton. ––.
112. СП 22.13330.2011. Основания зданий и сооружений. Актуализированная
редакция СНиП 2.02.01-83* / СП 22.13330.2011. –– М., 2011-05-20.
113. Engineering Reference: EnergyPlus™ version 8.6 documentation. –– 2021. ––
Mode of access: https://energyplus.net/sites/all/modules/custom/nrel_custom/pdfs/
pdfs_v9.5.0/EngineeringReference.pdf (visited on 07/26/2021).
114. Р НП «АВОК» 4.4 – 2013. Системы водяного напольного отопления и
охлаждения жилых, общественных и производственных зданий / Р НП «АВОК»
4.4 – 2013. –– Москва, 2013.
115. СП 31.13330.2012. Водоснабжение. Наружные сети и сооружения. Ак-
туализированная редкация СНиП 2.04.02-84 (с Изменениями № 1, 2) / СП
31.13330.2012. –– M., 2012. –– Режим доступа: http : / / docs . cntd . ru / document /
1200093820.
116. Тимофеев Д. В. Расчёт промерзания грунта вокруг теплообменника в
грунтовых массивах с разными свойствами / Д. В. Тимофеев, Е. Г. Маляви-
на // Строительство, формирование среды жизнедеятельности. –– М, 2017. ––
С. 1076––1078.
117. Тарифы на электроэнергию в 2018 году в Москве и Московской обла-
сти. –– 2018. –– Режим доступа: https://mosenergosbyt.info/tarify/.
118. Сведения об утвержденных тарифах для ПАО «МОЭК» на 2018 год. ––
М., 2018. –– Режим доступа: https://www.moek.ru/d/textpage/6d/109/tarify-na-2018-
god.pdf.
Публикации автора в научных журналах
Помогаем с подготовкой сопроводительных документов
Хочешь уникальную работу?
Больше 3 000 экспертов уже готовы начать работу над твоим проектом!
4.2 (13 отзывов)
4.9 (66 отзывов)
4.9 (343 отзыва)
4.2 (6 отзывов)
4.9 (35 отзывов)
4.9 (5 отзывов)
5 (8 отзывов)
4.7 (96 отзывов)
4.8 (373 отзыва)
