Моделирование гибридной ситемы теплоснабжения типовых сельских домов

Аннотация

Актуальность: в данной статье исследована гибридная система теплоснабжения (ГСТ) типового сельского дома, которая состоит из сочетаний традиционной системы отопления с котельной установкой (КУ), ГВС с электроводонагревателем и системы на основе ВИЭ (ТНУ, СК).  В предложенной ГТС основными энергоустановками ВИЭ являются парокомпрессионная теплонасосная установка (ТНУ) и солнечный коллектор (СК).  К основным теплотехническим параметрам ТНУ относятся теплопроизводительность и отопительный коэффициент, а для солнечного коллектора важным показателем является теплопроизводительность и КПД коллектора.  Для определения этих параметров объекта исследования предложено уравнение энергетического баланса сельского дома с ГСТ.

Цель: целью работы является моделирование и исследование гибридной системы теплоснабжения (ГСТ) типового сельского дома, которая состоит из сочетаний традиционной системы отопления: котельной установки (КУ), горячего водоснабжения (ГВС) с электроводонагревателем и системы на основе ВИЭ (ТНУ, СК).

Методы: в работе были использованы методы математического моделирования, теоретические основы теплотехники, теория подобия, экспериментальное исследование процессов теплообмена и обобщение результатов экспериментов.

Результаты: предложенная математическая модель ГСТ типового сельского дома (1) позволяет получить данные по производству и потреблению тепловой и электрической энергии, а также основные теплотехнические характеристики за каждый час работы основных видов оборудования системы. Анализ теплового баланса типовых сельских домов, построенных в Кашкадарьинской области, показывает, что для типового сельского дома с площадью отопления 144 м² и объемом  432 м³, средняя тепловая нагрузка на систему отопления составляет 13,8÷14,0 кВт, на систему охлаждения — 10,1 кВт, а на систему горячего водоснабжения — 1,3 кВт. Энергетическая эффективность применения ГСТ на базе ТНУ составила 57÷60 %, т.е. применение ТНУ в системах отопления типового сельского дома позволяет сократить расход традиционного топлива в 1,57÷1,60 раз за отопительный сезон. Применение ТНУ в период отопления сельского дома площадью 144 м² обеспечит экономию 1900 кубометров природного газа, при среднем расходе газа в отопительный период 3300÷4000 м³ или экономия природного газа составит 57÷48 %; при использовании СК 33÷27%; при рациональном сочетании «ТНУ+СК» -75÷90%.