Оцінка енергетичної ефективності систем теплопостачання житлової будівлі з тепловими насосами на базі комп’ютерного моделювання

Автор(и)

  • I. Sukhodub National Technical University of Ukraine “Igor Sikorsky Kyiv Polytechnic Institute” , Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського»
  • V. Shklyar National Technical University of Ukraine “Igor Sikorsky Kyiv Polytechnic Institute” , Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського»
  • V. Dubrovska National Technical University of Ukraine “Igor Sikorsky Kyiv Polytechnic Institute” , Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського»
  • O. Yatsenko National Technical University of Ukraine “Igor Sikorsky Kyiv Polytechnic Institute” , Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського»
  • P. Serdechnyi National Technical University of Ukraine “Igor Sikorsky Kyiv Polytechnic Institute” , Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського»

DOI:

https://doi.org/10.31548/energiya1(71).2024.142

Анотація

У статті наведено аналіз енергетичної ефективності системи теплопостачання односімейного житлового будинку з інтеграцією теплового насосу (ТН) для кліматичний даних м. Києва. Для цього використовувалися спеціалізовані програмні комплекси для розрахунку (GeoT*SOL), динамічного енергетичного моделювання (DesignBuilder/EnergyPlus) та техніко-економічного обґрунтування впровадження систем з ТН (RETScreen). Аналіз проводився для двох типів ТН: повітря-вода (повітряний) та розсіл-вода (ґрунтовий) та різних температурних режимів внутрішньобудинкової системи опалення. За результатами моделювання визначено, що для ТН типу повітря-вода з номінальною потужністю 7 кВт середньосезонний показник ефективності може мати значення близько 3,6 для самого ТН та 2,7 для системи в цілому. Для ТН типу розсіл-вода з номінальною потужністю 6 кВт значення середньосезонного показника ефективності 4,7 для самого ТН та 3,75 для системи в цілому. Загальне споживання електричної енергії коливається в межах 4800 – 5700 кВт·год для повітряного ТН та 3200 – 4300 кВт·год для ґрунтового ТН. В залежності від потужності ТН частка покриття енергопотреби на опалення змінюється в межах 85-98 % для ТН типу розсіл-вода та 79-98 % для ТН типу повітря-вода. Простий термін окупності системи теплопостачання на базі ТН порівняно з електричними конвекторами складає 15,2-17,0 років.

Ключові слова: енергоефективність, енергетичне моделювання будівель, кліматичні дані, тепловий насос, будівлі з близьким до нульового рівнем споживання енергії

 

Посилання

European Parliament and Council Directive 2010/31/EU of 19 May 2010 on the energy performance of buildings. Retrieved from: https://zakon.rada.gov.ua/laws/show/984_011-10#Text

On Energy Efficiency of Buildings: Law of Ukraine dated 22.06.2017 No. 2118-VIII. Holos Ukrainy. 2017. July 22. (No. 134). Retrieved from: https://zakon.rada.gov.ua/laws/show/z0825-18#n16

State Building Codes V.2.6–31:2021. Thermal insulation and energy efficiency of buildings. Replaces State Building Codes V.2.6–31:2016; effective from 2022-09-01. Official ed. Kyiv: State Enterprise "Ukrarhbudinform", 2021. 23 p.

Basok, B.I., Nedbaylo, O.M., Tkachenko, M.V., Bozhko, I.K., Lysenko, O.M., & Lunina, A.O. (2015). Modernizatsiia systemy opalennia budivli z vykorystanniam teplovoho nasosa typu "povitria-ridyna" [Modernization of building heating system using air-liquid heat pump]. Promyshlennaya Teplotekhnika, 37(5), 68-74. [In Ukrainian]. https://doi.org/10.31472/ihe.5.2015.08

Gaur, A.S., Fitiwi, D.Z., & Curtis, J. (2021). Heat pumps and our low-carbon future: A comprehensive review. Energy Research & Social Science, 71, 101764. https://doi.org/10.1016/j.erss.2020.101764

Marguerite, C., Geyer, R., Hangartner, D., Lindahl, M., & Pedersen, S.V. (2019). IEA Heat Pumping Technologies Annex 47. Retrieved from: https://heatpumpingtechnologies.org/annex47/wp-content/uploads/sites/54/2019/03/task3-report.pdf

Afjei, Thomas, & Dott, Ralf. (2011). Heat pump modelling for annual performance, design and new technologies. Proceedings of Building Simulation 2011: 12th Conference of International Building Performance Simulation Association. Available at: https://www.researchgate.net/publication/267705775_Heat_pump_modelling_for_annual_performance_design_and_new_technologies.

Chirin, D.A., & Irodov, V.F. (2020). Matematychne ta komp’iuterne modeliuvannia systemy teplopostachannia vid soniachnykh plivkovykh kolektoriv z teplovym nasosom [Mathematical and computer modeling of a heating system from solar film collectors with a heat pump]. Scientific Notes of V.I. Vernadsky Tavria National University, Technical Sciences Series, 5, 135–140.

Golovko, V.M., & Mikhaylin, V.I. (2023). Systema opalennia pryvatnoho budynku na osnovi teplovoho nasosu ta fotoelektrostantsii [Heating system of a private house based on a heat pump and a photovoltaic power station]. Energy and Automation, 2, 63–70. .

He, M., Rees, S., & Shao, L. (2011). Simulation of a domestic ground source heat pump system using a three-dimensional numerical borehole heat exchanger model. Journal of Building Performance Simulation, 4, 141–155. https://doi.org/10.1080/19401493.2010.513739

Ashfaque Ahmed Chowdhury, M. G. Rasul, M. M. K. Khan. (2007). Modelling and simulation of building energy consumption: a case study on an institutional building in central Queensland, Australia. Building Simulation, Beijing, China. Retrieved from https://www.aivc.org/resource/modelling-and-simulation-building-energy-consumption-case-study-institutional-building.

Priarone, F., Silenzi, Federico, & Fossa, G. (2020). Modelling Heat Pumps with Variable EER and COP in EnergyPlus: A Case Study Applied to Ground Source and Heat Recovery Heat Pump Systems. Energies, 13, 794. https://doi.org/10.3390/en13040794

Sukhodub, I.O., Shklyar, V.I., & Dubrovska, V.V. (2022). Analiz faktychnykh, typovykh ta normatyvnykh klimatychnykh danykh v kontekcti enerhetychnoho modeliuvannia budivel [Analysis of actual, typical and normative climatic data in the context of energy modeling of buildings]. Energy: Economics, Technologies, Ecology, 2, 35–40. [In Ukrainian]. https://doi.org/10.20535/1813-5420.2.2022.261367

Завантаження

Опубліковано

2024-04-08

Номер

№ 1 (2024)

Розділ

Статті

Ліцензія

Стосунки між правовласниками і користувачами регулюються на умовах ліцензії Creative Commons Із Зазначенням Авторства – Некомерційна – Поширення На Тих Самих Умовах 4.0 Міжнародна (CC BY-NC-SA 4.0):https://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/4.0/deed.uk

Автори, які публікуються у цьому журналі, погоджуються з наступними умовами:

  • Автори залишають за собою право на авторство своєї роботи та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons Attribution License, котра дозволяє іншим особам вільно розповсюджувати опубліковану роботу з обов'язковим посиланням на авторів оригінальної роботи та першу публікацію роботи у цьому журналі.
  • Автори мають право укладати самостійні додаткові угоди щодо неексклюзивного розповсюдження роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом (наприклад, розміщувати роботу в електронному сховищі установи або публікувати у складі монографії), за умови збереження посилання на першу публікацію роботи у цьому журналі.
  • Політика журналу дозволяє і заохочує розміщення авторами в мережі Інтернет (наприклад, у сховищах установ або на особистих веб-сайтах) рукопису роботи, як до подання цього рукопису до редакції, так і під час його редакційного опрацювання, оскільки це сприяє виникненню продуктивної наукової дискусії та позитивно позначається на оперативності та динаміці цитування опублікованої роботи (див.The Effect of Open Access).