Details

Данная работа посвящена исследованию и разработке энергоэффективного решения для систем теплоснабжения жилых зданий в условиях влажного субтропического климата на примере г. Сочи, путем внедрения фазопереходного накопителя теплоты. Цель исследования: Разработка строительно-технических решений по внедрению фазопереходного накопителя теплоты в систему теплоснабжения жилого здания в г. Сочи для повышения его энергетической эффективности. Объект исследования: система теплоснабжения индивидуального жилого дома в г. Сочи. Предмет исследования: процесс накопления теплоты с использованием фазопереходных материалов в низкотемпературной системе отопления. Основные задачи, которые решались в ходе исследования: 1. Провести анализ классификации, принципов работы и материалов для накопителей теплоты, а также барьеров их внедрения в строительстве РФ. 2. Выполнить теплотехнический расчет ограждающих конструкций жилого дома в г. Сочи и определить его теплопотери. 3. Разработать методику и выполнить расчет параметров фазопереходного накопителя теплоты для интеграции в систему отопления, провести гидравлический расчет системы. 4. Разработать математическую модель системы теплоснабжения с ФТП и провести оценку ее энергетической эффективности. Ожидаемая практическая значимость заключается в возможности использования полученных результатов проектными и строительными организациями при разработке и модернизации систем теплоснабжения жилых зданий в Южном федеральном округе для снижения эксплуатационных расходов и нагрузки на энергосистемы. В ходе исследования были получены следующие результаты: 1. На основе анализа определено, что для г. Сочи оптимальным решением является низкотемпературный фазопереходный накопитель теплоты на парафине RT-52. 2. Выполнены расчеты, согласно которым теплопотери рассматриваемого здания составляют 4.9 кВт. Разработан ФПТ объемом 1000 л, обеспечивающий запас энергии 64.2 кВт·ч, что в 2.7 раза превышает емкость водяного накопителя теплоты того же объема. 3. Разработана и верифицирована математическая модель, которая подтвердила высокую эффективность системы: доля выработки тепла по ночному тарифу увеличилась с 24% до 80%, полезное тепло для отопления возросло на 4.3%, а стабильность температуры в помещении значительно улучшилась. 4. Доказана технико-экономическая целесообразность внедрения предложенного решения, способствующего повышению энергоэффективности и реализации политики энергосбережения.

This work is dedicated to the research and development of an energy-efficient solution for the heat supply systems of residential buildings in a humid subtropical climate, using the city of Sochi as an example, through the implementation of a phase-change thermal energy storage unit. Research Objective: To develop construction and technical solutions for implementing a phase-change thermal energy storage unit in the heat supply system of a residential building in Sochi to increase its energy efficiency. Object of Study: The heat supply system of an individual residential house in Sochi. Subject of Study: The process of heat accumulation using phase-change materials in a low-temperature heating system. Main tasks addressed during the research: 1. Conduct an analysis of the classification, operating principles, and materials for thermal energy storage units, as well as barriers to their implementation in the construction sector of the Russian Federation. 2. Perform a thermal engineering calculation of the building envelope of a residential house in Sochi and determine its heat losses. 3. Develop a methodology and calculate the parameters of a phase-change thermal energy storage unit for integration into the heating system; conduct a hydraulic calculation of the system. 4. Develop a computational model of the heat supply system with PCM and assess its energy efficiency. The expected practical significance lies in the possibility of using the obtained results by design and construction organizations when developing and modernizing heat supply systems for residential buildings in the Southern Federal. District to reduce operational costs and the load on energy systems. The following results were obtained during the research: 1. Based on the analysis, it was determined that for Sochi, the optimal solution is a low-temperature phase-change thermal energy storage unit using RT-52 paraffin. 2. Calculations were performed, according to which the heat losses of the considered building amount to 4.9 kW. A PCM unit with a volume of 1000 liters was developed, providing an energy reserve of 64.2 kWh, which is 2.7 times greater than the capacity of a water thermal energy storage unit of the same volume. 3. A computational model was developed and verified, confirming the high efficiency of the system: the share of heat generation at the night tariff increased from 24% to 80%, useful heat for heating increased by 4.3%, and indoor temperature stability significantly improved. 4. The technical and economic feasibility of implementing the proposed solution was proven, contributing to increased energy efficiency and the implementation of energy-saving policies.

• РЕФЕРАТ
• ВВЕДЕНИЕ
• ГЛАВА 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ, ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ
  • 1.1 Классификация и принципы работы систем аккумулирования тепловой энергии
  • 1.2. Фазопереходные материалы: свойства, преимущества и применение в ограждающих конструкциях
  • 1.3 Анализ барьеров внедрения энергоэффективных технологий в строительном комплексе РФ
  • 1.4. Передовой опыт интеграции накопителей теплоты в здания
  • ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ 1
• ГЛАВА 2. РАЗРАБОТКА СТРОИТЕЛЬНО-ТЕХНИЧЕСКИХ РЕШЕНИЙ ДЛЯ СИСТЕМЫ ОТОПЛЕНИЯ С ФПТ В Г. СОЧИ
  • 2.1. Архитектурно-строительные особенности объекта и климатические нагрузки
  • 2.2. Теплотехнический расчет ограждающих конструкций и определение теплопотерь
  • 2.3. Разработка и расчет параметров фазопереходного накопителя теплоты.
  • 2.4. Гидравлический расчет системы и интеграция ФПТ в тепловой контур
  • 2.5. Сравнительный анализ технических решений
  • ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ 2
• ГЛАВА 3. МОДЕЛИРОВАНИЕ И ОЦЕНКА ЭФФЕКТИВНОСТИ СИСТЕМЫ ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ С ФПТ
  • 3.1. Методика математического моделирования тепловых процессов
  • 3.2. Анализ динамики тепловых режимов и энергетических потоков
  • 3.3. Оценка энергетической эффективности системы
  • ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ 3
• ЗАКЛЮЧЕНИЕ
• СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ