Теплохладоснабжение зданий и сооружений с использованием низкопотенциальной тепловой энергии поверхностных слоев Земли

• Автор: Васильев, Григорий Петрович
• Шифр специальности: 05.23.03
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2006
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 432 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. МИРОВОЙ ОПЫТ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ

НИЗКОПОТЕНЦИАЛЬНОЙ ТЕПЛОВОЙ ЭНЕРГИИ ПОВЕРХНОСТНЫХ СЛОЕВ ЗЕМЛИ В ГЕОТЕРМАЛЬНЫХ ТЕПЛОНАСОСНЫХ СИСТЕМАХ ТЕПЛОХЛАДОСНАБЖЕНИЯ ГТСТ ЗДАНИЙ И СООРУЖЕНИЙ

1.1 .Теплохладоснабжение зданий и сооружений с использованием

НИЗКОПОТЕНЦИАЛЬНОЙ ТЕПЛОВОЙ ЭНЕРГИИ ПОВЕРХНОСТНЫХ СЛОЕВ ЗЕМЛИ

1.2.Грунт поверхностных слоев Земли, как источник

НИЗКОПОТЕНЦИАЛЬНОЙ ТЕПЛОВОЙ ЭНЕРГИИ ДЛЯ ТЕПЛОХЛАДОСНАБЖЕНИЯ ЗДАНИЙ И СООРУЖЕНИЙ

1.3. Системы сюра низкопотенциальной тепловой энергии грунта

ПОВЕРХНОСТНЫХ СЛОЕВ ЗЕМЛИ

1.4. Существующий опыт использования низкопотенциальной

ТЕПЛОВОЙ ЭНЕРГИИ ПОВЕРХНОСТНЫХ СЛОЕВ ЗЕМЛИ В ТЕПЛОНАСОСНЫХ СИСТЕМАХ ТЕПЛОХЛАДОСНАБЖЕНИЯ ЗДАНИЙ И СООРУЖЕНИЙ
1.5. Математическое моделирование теплового режима систем сюра низкопотенциальной тепловой энергии грунта поверхностных слоев Земли
1.6. Выводы по главе и задачи исследований.
ГЛАВА 2. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ТЕПЛОВОГО РЕЖИМА ТЕПЛОНАСОСНЫХ СИСТЕМ ТЕПЛОХЛАДОСНАБЖЕНИЯ ЗДАНИЙ И СООРУЖЕНИЙ, ИСПОЛЬЗУЮЩИХ НИЗКОПОТЕНЦИАЛЬНУЮ
ТЕПЛОВУЮ ЭНЕРГИЮ ПОВЕРХНОСТНЫХ СЛОЕВ ЗЕМЛИ.
2.1.Математическая модель пространственного нестационарного теплового режима систем сбора низкопотенциального тепла грунта
поверхностных слоев Земли
2.1.1.Особенности теплового режима систем сбора
низкопотенциального тепла грунта, как объекта моделирования .
2.1.2Метод математического моделирования теплового режима систем сбора низкопотенциалъного тепла грунта
2.1.3. Пространственная и псевдопространственная
теплогидравлические модели нестационарного теплового режима системы сбора низкопотенциального теша грунта
2.1.4.Решение системы уравнении, моделирующей
псевдопространственный нестационарный тепловой режим горизонтальной систем сбора низкопотенциального тепла грунта
2.1.4.1. Решение системы уравнений, моделирующей
псевдопространственный нестационарный тепловой режим системы сбора низкопотенциального тепла грунта в условиях полной информативной неопределенности о температуре теплоносителя на входе в систему теплосбора
2.1.4.2. Решение системы уравнений, моделирующей
псевдопространственный нестационарный тепловой режим системы сбора низкопотенциального тепла грунта при наличии информации о температуре теплоносителя на входе в систему теплосбора
2.1.5.Методика определения эквивалентной теплопроводности грунтового массива, учитывающей изменение агрегатного состояния влаги в поровом пространстве грунта
2.2 .МОДЕЛИРОВАНИЕ ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ РЕЖИМОВ ГТСТ И ОЦЕНКА ФАКТОРОВ, ВЛИЯЮЩИХ НА ЭФФЕКТИВНОСТЬ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ
НИЗКОПОТЕНЦИАЛЬНОЙ ТЕПЛОВОЙ ЭНЕРГИИ ПОВЕРХНОСТНЫХ СЛОЕВ ЗЕМЛИ ДЛЯ ТЕПЛОХЛАДОСНАБЖЕНИЯ ЗДАНИЙ И СООРУЖЕНИЙ.
2.2.1. Компьютерная реализация математической модели нестационарного пространственного теплового режима систем сбора низкопотенциального теша грунта. Программный комплекс НЕАТР1МР.
2.2.2. Основные факторы, определяющие тепловой режим систем сбора низкопотенциального тепла грунта и оценка эффективности многолетней эксплуатации геотермальных теплонасосных систем теплохладоснабжения зданий и сооружений
2.2.2.1. Теплофизические свойства грунтов
2.2.2.2. Эквивалентная теплопроводность
2.2.2.3. Теплообмен между внутренней стенкой трубы грунтового теплообменника и теплоносителем системы теплосбора.
2.2.2.4. Теплотехнические параметры систем теплосбора
2.2.2.5. Конструктивные факторы, определяющие тепловой режим систем сбора низкопотенциального тепла грунта и оценка эффективности многолетней эксплуатации ГТСТ
2.2.2.6. Экономические аспекты влияния конструктивных параметров системы теплосбора на эффективность эксплуатации ГТСТ
2.2.3. Комбинированное использование грунта и других источников низкопотенциальной тепловой энергии в теплонасосных системах теплохладоснабжения зданий и сооружений
2.2.3.1. Комбинированное использование низкопотенциального тепла грунта и атмосферного воздуха
. Комбинированное использование низкопотенциального тепла грунта, вентиляционных выбросов и канализационных стоков.
2.3. Открытые системы сюра низкопотенциальной тепловой энергии грунта поверхностных слоев Земли
2.3.1. Исследования конструктивных и технических решений открытых систем сбора низкопотенциального тепла поверхностных слоев Земли .
2.4. Выводы по главе
ГЛАВА 3. НАТУРНЫЕ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ТЕПЛОВОГО РЕЖИМА ТЕПЛОНАСОСНЫХ СИСТЕМ
ТЕПЛОХЛАДОСНАБЖЕНИЯ ЗДАНИЙ, ИСПОЛЬЗУЮЩИХ
НИЗКОПОТЕНЦИАЛЬНОЕ ТЕПЛО ГРУНТА ПОВЕРХНОСТНЫХ СЛОЕВ ЗЕМЛИ
3.1. Цель и задачи натурных экспериментальных исследований
3.2. Натурные исследования теплового режима опытных ГТСТ экспериментальных зданий демонстрационного комплекса ЭКОПАРК ФИЛИ в Москве
3.3. Натурные исследования теплового режима геотермальной теплонасосной системы теплоснабжения энергоэффективной сельской школы в деревне Филиппово Любимского района Ярославской области.
3.4. Натурные исследования теплового режима теплонасосной системы горячего водоснабжения экспериментального энергоэффективного
ЭТАЖНОГО ЖИЛОГО ДОМА В МОСКВЕ, В МИКРОРАЙОНЕ НИКУЛИНО
3.4.1. Тепловой режим базового жилого дома
3.4.2. Экспериментальный энергоэффективный жилой дом
3.5. Сравнение результатов экспериментальных и теоретических исследований
3.6. Выводы по главе
ГЛАВА 4. КОНСТРУКТИВНЫЕ ОСОБЕННОСТИ ОСНОВНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ ГЕОТЕРМАЛЬНЫХ ТЕПЛОНАСОСНЫХ СИСТЕМ ТЕЛОХЛАДОСНАБЖЕНИЯ ЗДАНИЙ.
4.1. Системы сюра низкопотенциальной тепловой энергии грунта поверхнос тных слоев Земли
4.2. Теплонасосное оборудование.
4.3. Выводыпо главе.
ГЛАВА 5. ОСОБЕННОСТИ КОМПОНОВОЧНЫХ, КОНСТРУКТИВНЫХ И ТЕХНИЧЕСКИХ РЕШЕНИЙ ЗДАНИЙ, ОСНАЩЕННЫХ
ГЕОТЕРМАЛЬНЫМИ ТЕПЛОНАСОСНЫМИ СИСТЕМАМИ
ТЕПЛОХЛАДОСНАБЖЕНИЯ И ИХ РАЦИОНАЛЬНАЯ ИНТЕГРАЦИЯ В СУЩЕСТВУЮЩУЮ СИСТЕМУ ЦЕНТРАЛИЗОВАННОГО
ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ РОССИИ
5.1. Новые технологические схемы геотермальных тбплонасосных систем теплоснабжения.
5.2. Использование низкопотенциального геотермального тепла для теплоснабжения зданий и сооружений в районах распространения вечномерзлых грунтов.
5.3. Технические решения геотермальных теплонасосных систем
ТЕПЛОХЛАДОСНАБЖЕНИЯ ЗДАНИЙ
5.4. ВЫВОДЫ ПОГЛАВЕ.
ГЛАВА 6. ЭКОНОМИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ НИЗКОПОТЕНЦИАЛЬНОГО ТЕПЛА ГРУНТА ПОВЕРХНОСТНЫХ СЛОЕВ ЗЕМЛИ ДЛЯ ТЕПЛОХЛАДОСНАБЖЕНИЯ ЗДАНИЙ И СООРУЖЕНИЙ
6.1. Техникоэкономическая модель комплекса
ЗДАНИЕГТСТКЛИМАТ, КАК ЕДИНОЙ ЭКОЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ
6.2. Рациональный уровень теплозащиты ограждающих конструкций зданий, оснащенных теплонасосными системами энергоснабжения когенерирующими электрическую и тепловую энергию
6.3. Рациональные параметры аккумуляционной теплонасосной СИСТЕМЫ ГОРЯЧЕГО ВОДОСНАБЖЕНИЯ
6.4. Экологическая составляющая тарифов на энергоресурсы
6.5. Оценка возможной эффективности внедрения геотермальных систем теплохладоснабжения зданий и сооружений для национальной экономики России
6.6. Выводы ПО ГЛАВЕ.
ВЫВОДЫ ПО ДИССЕРТАЦИИ.
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ


Необходимо отметить, что система теплосбора в этом случае непосредственно являлась испарителем теплового насоса и в трубах грунтового теплообменника циркулировал фреон. Грунт на участке теплосбора представлял собой коричневые и краснокоричневые пластические глины с низким содержанием твердой породы. Экспериментальные исследования проводились в течение суток. Мощность системы теплосбора за этот период изменялась в пределах от 9 до 8 Вт. Средний удельный теплосъем в расчете на погонный метр длины грунтового теплообменника составил Втм. Коэффициент трансформации тепла был равен 2,. В процессе эксперимента довольно подробно изучалось влияние отбора тепла на температурный режим грунта системы теплосбора. Было установлено, что основной приток тепла к грунтовому теплообменнику осуществляется снизу и сбоку из окружающего грунтового массива. При отборе тепла из грунта в течение первых двухгрех дней эксплуатации теплового насоса происходит быстрое падение температуры грунта, расположенного вблизи труб грунтового теплообменника, затем в течение дней более медленное, после чего падение температуры грунта еще более замедляется. Авторами были сделаны попытки провести анализ и сравнить результаты, полученные в ходе экспериментальных исследований, с результатами, полученными теоретически. Однако результаты анализа оказались явно неудовлетворительными, что свидетельствует о неадекватности реальным процессам математической модели температурного режима грунта системы теплосбора, использованной при расчетах. Необходимо отметить, что после прекращения эксперимента температура грунта вблизи труб грунтового теплообменника около суток оставалась практически постоянной, равной 2С, что было значительно меньше температуры окружающего массива грунта. К сожалению, этот факт авторами объяснен не был. Система теплосбора с вертикальным грунтовым теплообменником представляла собой две скважины диаметром 7 мм, глубиной 8 м, расположенные на расстоянии 0,9 м друг от друга. В скважины были помещены соединенные последовательно и образующие грунтовый теплообменник две иобразные трубы, по которым циркулировал фреон. Интересно отметить тот факт, что одним из результатов проведенных исследований системы теплосбора с вертикальным грунтовым теплообменником явилось выявление срока регенерации восстановления естественного температурного режима грунта системы теплосбора после прекращения процесса отбора тепла, равного, по мнению авторов, примерно трети периода эксплуатации теплонасосной системы теплоснабжения. Однако этот вывод находится в явном противоречии с результатами экспериментальных исследований, полученных для систем теплосбора с горизонтальными грунтовыми теплообменниками, хотя тепловые процессы, связанные с отбором тепла из грунта в вертикальных и горизонтальных системах, аналогичны. В табл. Европе 7. Как видно из данных, представленных в таблице, величина удельного съема отбора низкопотенциальной тепловой энергии с одного погонного метра длины вертикального грунтового теплообменника колеблется в значительных пределах. Еще более противоречивая ситуация с горизонтальными грунтовыми теплообменниками. Наименование и краткая характеристика объекта Теплопро изводи тельность тепловых насосов, кВт Параметры грунтового теплообмен ника Удельный теплосъем с грунтового теплообменника, Втпог. ГЕРМАНИЯ. Бранденбург. Жилой дом, отопление и ГВС Год строительства. Среднегодовая температура 8,5 С ,0 5 иобразных вертикальных скважин по м глубиной каждая. Общая длина 0 пог. ГЕРМАНИЯ. КОТБУС. Бранденбург. Офисное здание Центра Семинара Котбус. Отопление, ГВС, охлаждение. Год строительства . Среднегодовая температура 8,5 С ,0 иобразных вертикальных скважин по м глубиной каждая. Общая длина 0 пог. ГЕРМАНИЯ. Северная Вестфалия. Жилой дом, отопление и ГВС. Высокий стандарт теплозащиты ограждений. Год строительства . Среднегодовая температура 9 С ,6 2 иобразные вертикальные скважины по м глубиной каждая. Общая длина 8 пог. ГЕРМАНИЯ. Северная Вестфалия. Офис и магазин Маас, отопление, ГВС и охлаждение. Год строительства . Среднегодовая температура 9 С ,0 8 Иобразных вертикальных скважин по 0 м глубиной каждая. Общая длина 0 пог.