Підвищення ефективності експлуатації теплових насосів із відведенням теплоти від ґрунту на основі даних режимів експлуатації споживачів
DOI:
https://doi.org/10.15276/opu.1.71.2025.12Ключові слова:
геотермальні теплові насоси, системи теплопостачання, відновлювальні джерела енергії, теплоти, режими теплоспоживання, теплогенераториАнотація
Впровадження відновлювальних джерел енергії в системи теплопостачання комунальної теплоенергетики відповідає сучасним політикам переходу на «зелену енергетику» та декарбонізації як промисловості так і різних галузей енергетики. В роботі проведено аналіз сучасних практик інтеграції теплових насосів автономних систем теплопостачання з відведенням теплоти від ґрунту, виявлені основні труднощі впровадження та експлуатації геотермальних теплонасосних систем. На основі проведеного аналізу визначено актуальний напрямок дослідження підвищення ефективності роботи автономних систем теплопостачання на базі геотермальних теплових насосів. Для проведення аналізу роботи систем теплопостачання обрано математичну модель, що дозволяє описати процеси теплозабезпечення споживачів різних видів за рахунок роботи системи теплопостачання на основі геотермальних теплових насосів та акумуляторів теплоти. Для окремого об’єкту проведено експериментальні дослідження роботи системи теплозабезпечення на основі теплового насосу за перший опалювальний сезон. На основі отриманих даних проведено узагальнення режимів роботи споживачів в залежності від періоду доби та температури навколишнього середовища. Доведено актуальність корегування режимів роботи теплонасосної установки на основі отриманих експериментальних даних за перший період експлуатації системи. Узагальненні данні роботи геотермальних теплових насосів дозволили запропонувати рішення підвищення енергоефективності системи теплопостачання та надійності роботи основних елементів системи генерації теплоти. Проведено математичне моделювання режимів роботи системи теплопостачання об’єкту на базі геотермальних теплових насосів впродовж доби з урахуванням наявних даних режимів роботи основних споживачів тепла. Запропоновано імпульсний режим генерації теплоти тепловими насосами. На основі отриманих результатів моделювання отримано діаграму роботи системи теплопостачання протягом доби. Для вирівнювання режимів роботи теплогенераторів запропоновано використання акумуляторів теплоти здатних зменшити максимальне розрахункове теплове навантаження теплових насосів у піки споживання, та забезпечення мінімальних потреб споживачів у спади теплових навантажень.
Завантаження
Посилання
Ministry of Energy and Environmental Protection of Ukraine. (2020). Draft Concept of Ukraine's “Green” Energy Transition until 2050 presented. https://www.kmu.gov.ua/news/prezentovano-proekt-koncepciyi-zelenogo-energetichnogo-perehodu-ukrayini-do-2050-roku.
Energy efficiency of buildings in Ukraine. (n.d.). Licensing and Certification Center. Retrieved from https://dergbud.org.ua/enerhoefektyvnist-budivelua.html.
Balasanian, G., Klymchuk, O., Babaiev, Y., & Semenii, A. (2022). Improving the Efficiency of Heating Systems of Buildings Due to Intermittent Heating. Lecture Notes in Civil Engineering, 290, 162–170. DOI: http://dx.doi.org/10.1007/978-3-031-14141-6_16.
Sadeghi, H., Ijaz, A., & Singh, R.M. (2022). Current status of heat pumps in Norway and analysis of their performance and payback time. Sustainable Energy Technol Assessments, 54, 102829. DOI: https://doi.org/10.1016/j.seta.2022.102829.
Lee, M., Cha, D., Yun, S., Yoon, S-M., & Kim, Y. (2021). Comparative heating performance evaluation of hybrid ground-source heat pumps using serial and parallel configurations with the application of ground heat exchanger. Energy Conversion Management, 229, 113743. DOI: https://doi.org/10.1016/j.enconman.2020.113743.
Kim, J., Lee, M., Lee, D., Han, C., & Kim, Y. (2023). Energy, economic, and environmental evaluation of a solar-assisted heat pump integrated with photovoltaic thermal modules using low-GWP refrigerants, Energy Conversion Management, 293, 117512. DOI: https://doi.org/10.1016/j.enconman.2023.117512.
Mohammad Liravi, Ehsan Karkon, Jakob Jamot, Carsten Wemhoener, Yanjun Dai, & Laurent Georges. (2024). Energy efficiency and borehole sizing for photovoltaic-thermal collectors integrated to ground source heat pump system: A Nordic case study. Energy Conversion and Management, 313(8), 118590. DOI: https://doi.org/10.1016/j.enconman.2024.118590.
Mahmoudi Majdabadi M., & Koohi-Fayegh S. (2025). A Semi-Analytical Dynamic Model for Ground Source Heat Pump Systems: Addressing Medium- to Long-Term Performance Under Ground Temperature Variations. Sustainability, 17(12), 5391. DOI: https://doi.org/10.3390/su17125391.
Stanytsina, V., Horskyi, V., Danyliv, S., Zaporozhets, A., Kovtun, S., Maevsky, O., Garbuz, I., & Artemchuk, V. (2025). Comparative Analysis of Levelized Cost of Heat in Implemented and Calculated Heat Supply Systems with Heat Pumps in Ukraine. Energies, 18(5), 1110. DOI: https://doi.org/10.3390/en18051110.
Tanaka, T., Kindaichi, S., Kawasaki, K., & Nishina, D. (2024). Energy-Saving Effects of the Intermittent Control of Pumps in Ground Source Variable Refrigerant Flow Systems with a Buffer Water Tank. Energies, 17(22), 5564. DOI: https://doi.org/10.3390/en17225564.
Chen, K., & Pan, M. (2021). Operation optimization of combined cooling, heating, and power superstructure system for satisfying demand fluctuation. Energy, 237, 121599. DOI: https://doi.org/10.1016/j.energy.2021.121599.
Mazurenko, A.S., Denisova, A.E., Klymchuk, O.A., & Komarov, Yu.O. (2017). Research and analysis of storage modes in combined power supply systems using renewable energy resources. Scientific research report (ONPU). UkrINTEI. Dep. 04.01.2017. No. d/r 0115U000412. 154.
Denysova, A.E., Klymchuk, O.A., Ivanova, L.V., & Zhaivoron, O.S. (2020). Energy Efficiency of Heat Pumps Heating Systems at Subsoil Waters for South-East Regions of Europe. PROBLEMELE ENERGETICII REGIONALE, 4 (48). DOI: https://doi.org/10.5281/zenodo.4317115.
Klymchuk, O.A., & Sergeev, M.I. (2024). Analysis of operating modes of heat supply systems with heat accumulators in public buildings. Refrigeration Engineering and Technology, 60(4). DOI: https://doi.org/10.15673/ret.v60i4.3075.
Klymchuk, O., Denysova, A., Shramenko, A., Borysenko, K., & Ivanova, L. (2019). Theoretical and experimental investigation of the efficiency of the use of heat-accumulating material for heat supply systems. EUREKA, Physics and Engineering, 3, 32–40. DOI: 10.21303/2461-4262.2019.00901.
