Регистрация / Вход
Прислать материал

14.579.21.0026

Аннотация скачать
Постер скачать
Общие сведения
Номер
14.579.21.0026
Тематическое направление
Энергоэффективность, энергосбережение, ядерная энергетика
Исполнитель проекта
Открытое акционерное общество "ИНСОЛАР-ИНВЕСТ"
Название доклада
Разработка принципов и методов создания адаптивных геотермальных теплонасосных систем теплохладоснабжения, гармонизированных с графиками энергетических нагрузок объектов, обеспечиваемых тепловой энергией и холодом
Докладчик
Васильев Григорий Петрович
Тезисы доклада
Цели и задачи исследования
Разработка новых принципов и методов создания адаптивных геотермальных теплонасосных систем теплохладоснабжения (ГТСТ) обеспечивающих двукратное снижение пиковой электрической нагрузки от привода ГТСТ и снижение стоимости их на 20%, за счет гармонизации суточных и сезонных графиков энергетических нагрузок объектов с техническими возможностями ГТСТ, а также за счет новых технических решений, повышающих эффективность удельного съема низопотенциальной геотермальной тепловой энергии с единицы длины термоскважин.
Задачами исследования являются:
-разработка математической модели теплового режима адаптивных ГТСТ ;
-оценка энергетического потенциала и выявление эффективных сочетаний различных источников низкопотенциальной тепловой энергии;
- исследование структуры и графиков энергетических нагрузок и энергопотребления многоквартирных жилых домов;
- исследование эффективности и долговечности базовых технических решений и конструктивных элементов и требований к рациональной конфигурации их сочетаний;
-расчетные эксперименты по моделированию суточных и сезонных графиков энергетических нагрузок жилых и общественных зданий, оборудованных ГТСТ, выявление методов снижения и/или смещения по времени моментов наступления расчётных и пиковых нагрузок;
-расчетные эксперименты по изучению особенностей формирования теплового режима зданий оборудованных ГТСТ и
оценка эффективности снижения пиковых нагрузок на систему электроснабжения здания за счет использования естественного холода скважин для пассивного холодоснабжения и аккумулирования холода летом в ночное (внепиковое) время с последующим потреблением его (холода) днем, как в пассивном режиме, так и при включении тепловых насосов.
Актуальность и новизна исследования
Одним из перспективных путей решения проблемы энергетической эффективности национальной экономики России является широкое внедрение новых технологий теплохладоснабжения, использующих нетрадиционные возобновляемые источники энергии (НВИЭ) и, в первую очередь, технологий, базирующихся на применении геотермальных теплонасосных систем теплохладоснабжения (ГТСТ) и использующих такой повсеместно доступный источник тепловой энергии низкого потенциала, как грунт поверхностных слоев Земли.
В основу исследований положена принципиально новая научная концепция создания «адаптивных» ГТСТ зданий, предполагающая максимальную гармонизацию графиков энергетических нагрузок объектов теплохладоснабжения с энергетическими возможностями ГТСТ и обеспечивающих, как минимум, двукратное снижение дополнительной пиковой электрической нагрузки объекта от привода ГТСТ. Концепция базируется на принципе рассмотрения комплекса «здание+ГТСТ», как единой теплоэнергетической системы. Создание адаптивных ГТСТ позволит принципиально расширить область применения геотермальных теплонасосных систем теплохладоснабжения, включив в нее не только объекты нового строительства, но и здания, строящиеся или реконструируемые в условиях сложившейся инженерной инфраструктуры существующих поселков и поселений.
Выполнение предлагаемых исследований позволит создать новое поколение адаптивных геотермальных теплонасосных систем теплохладоснабжения, гармонизированных с графиками энергетических нагрузок объектов, обеспечивающих, как минимум, двукратное снижение дополнительной пиковой электрической нагрузки объекта теплохладоснабжения от привода ГТСТ при более, чем 20%-ом снижении стоимости ГТСТ.
Описание исследования

При проведении прикладных научных исследований  были уточнены требования к разработанным математическим моделям теплового режима адаптивных геотермальных теплонасосных систем теплохладоснабжения. Существенное внимание в созданных модельных блоках было уделено совместной работе ГТСТ, тепловой оболочки здания и его инженерных систем, в собенности, процессам теплообмена, связанным с прерывистой подачей тепла в здание, его аккумулированием в ограждающих конструкциях и математической интерпретации методов и способов интеллектуализации управления тепловым режимом здания.С помощью разработанных моделей были проведены численные эксперименты, которые позволили  выявить новые методы снижения и/или смещения по времени моментов наступления расчётных и пиковых нагрузок на геотермальные теплонасосные системы теплохладоснабжения, которые позволяют более чем в два раза снизить дополнительную пиковую электрическую нагрузку базового дома от их привода. Эти методы составляют основу созданной научной концепции «адаптивных» геотермальных теплонасосных систем теплохладоснабжения зданий, предполагающей максимальную гармонизацию графиков энергетических нагрузок объектов теплохладоснабжения с энергетическими возможностями геотермальных теплонасосных систем теплохладоснабжения.

Для проведения лабораторных и натурных экспериментальных исследований и испытаний были модернизированы  и созданы новые испытательные стенды, а также  программа и методика экспериментальных исследований и экспериментальный образец адаптивной ГТСТ на здании типа "Улитка"по адресу г. Москва, Большая Филевская ул. вл.22, стр.2.                           

Результаты исследования

Выполненная оценка соответствия фактических показателей, полученных в результате испытаний экспериментального образца адаптивной ГТСТ нормативным требованиям энергоэффективности здания  демонстрирует значительную экономию энергии. Если нормативное значение удельного годового потребления энергии на отопление, вентиляцию, горячее водоснабжение и электроснабжение общедомового инженерного оборудования составляет 197,7кВтч/м2 в год, то фактические данные, полученные в результате испытаний и приведенные к нормативным условиям равны 62,85 кВтч/ м2 в год. Таким образом, экономия энергии составила 134,85 кВтч/м2 в год или 68,2 %.
Разработанные принципы и методы создания нового поколения АГТСТ  апробированы в натурных условиях на экспериментальном образце, установленном на здании ОАО «ИНСОЛАР-ИНВЕСТ» типа "Улитка". 

К  значимым научным и техническим результатам выполненных ПНИ следует отнести:
- новые блоки математической модели, обеспечивающей многопараметрическую оптимизацию конфигурации комплекса «здание+ ГТСТ» и описывающие нестационарный тепловой режим термоскважин и систем сбора низкопотеницального геотермального тепла при периодическом и/или прерывистом отборе геотермальной тепловой энергии;
- математическое представление совместной работы термоскважин в поле системы теплосбора с учетом их взаимного теплового влияния;
- теоретически обоснованные и экспериментально подтвержденные научные данные о новых принципах и методах  адаптации ГТСТ к графиками энергетических нагрузок объектов, обеспечиваемых тепловой энергией и холодом;
- научные данные о структуре и характере сезонных и суточных изменений графиков энергетических нагрузок жилых и общественных зданий, оборудованных ГТСТ, и выявленных на основе их анализа методах снижения и/или смещения по времени моментов наступления расчетных  и пиковых энергетических нагрузок;
- научные данные об особенностях формирования теплового режима зданий, оборудованных ГТСТ, включающих данные о влиянии на тепловой режим периодической и/или прерывистой подачи  тепловой энергии для отопления, вентиляции, горячего водоснабжения и аккумуляции тепловой энергии;
-научные данные об эффективности снижения пиковых нагрузок на систему электроснабжения здания за счет использования естественного холода скважин для пассивного холодоснабжения и аккумулирования холода летом в ночное (внепиковое) время с последующим потреблением его (холода)  днем, как в пассивном режиме, так и при  включении тепловых насосов;
- научные данные об эффективности снижения пиковых нагрузок на систему электроснабжения здания за счет применения ГТСТ с каскадными ТУ, автоматически адаптирующимися к изменяющимся тепловым нагрузкам здания и температуре геотермального тепла, а также  при его комбинации с имеющимися в здании вторичными энергоресурсами;
- научные данные об особенностях формирования теплового режима термоскважин и систем сбора низкопотенциального геотермального тепла при периодическом и прерывистом отборе низкопотенциальной тепловой энергии;
- системы отопления из полимерных материалов и их элементов, рекомендованные для применения в системах низкотемпературного отопления АГТСТ со сроком службы до 30 лет;
- научные данные об экспериментальной лабораторной и натурной оценке эффективности и экспериментальной апробации разработанных новых методов и принципов адаптации ГТСТ графикам энергетических нагрузок объектов, обеспечиваемых тепловой энергией и холодом.
 

 

Практическая значимость исследования
Результаты исследований позволяют принципиально расширить область применения геотермальных теплонасосных систем тепплохладоснабжения, включив в нее не только объекты нового строительства, но и здания, строящиеся или реконструируемые в условиях сложившейся и существующей инженерной инфраструктуры.
Применение разработанных в рамках прикладных научных исследований адаптивных геотермальных теплонасосных систем теплохладоснабжения (АГТСТ) является одним из наиболее перспективных путей решения проблемы энергетической эффективности национальной экономики России за счет освоения с помощью тепловых насосов новых повсеместно доступных возобновляемых источников энергии, таких как низкопотенциальные геотермальные ресурсы (грунт поверхностных слоев Земли) и атмосферный воздух. Разработанная в рамках настоящих ПНИ концепция комбинированного использования этих двух источников тепловой энергии низкого потенциала в адаптивных геотермальных теплонасосных системах теплохладоснабжения позволяет создать новое поколение экологически чистых и энергетически эффективных систем тепло- и холодоснабжения различных потребителей.