Details

Объектом исследования является система теплоснабжения и вентиляции одноэтажного индивидуального жилого дома типового проекта 144-16-167.92, расположенного в районе города Нижний Новгород. Цель работы — оценка эффективности воздушного грунтового коллектора для снижения энергопотребления на подогрев приточного воздуха и получения пассивного охлаждения в тёплый период года. В работе выполнены расчёты тепловой нагрузки здания, воздухообмена, вентиляционной нагрузки, горячего водоснабжения и параметров грунтового коллектора. Рассмотрены три варианта компоновки: последовательная схема с одной трубой, схема из 5 параллельных ветвей и схема из 10 параллельных ветвей. Для дальнейшего расчёта принят вариант с 10 параллельными трубами DN125 длиной 17 м каждая, соединёнными с коллекторами DN315. Размер трубного поля составляет 10 × 17 м. Численное моделирование в COMSOL Multiphysics показало, что выбранная схема обеспечивает сглаживание колебаний наружной температуры, предварительный подогрев воздуха зимой и пассивное охлаждение летом. Максимальный подогрев составил 31,20 °C, максимальное охлаждение — 25,73 °C. Годовой полезный эффект подогрева составил 4853 кВт·ч/год, общая экономия с учётом охлаждения около 39,5 тыс. руб./год, простой срок окупаемости около 5,1 года. Сделан вывод, что применение грунтового коллектора является технически и экономически обоснованным решением для снижения вентиляционной составляющей тепловой нагрузки индивидуального жилого дома.

The subject of the graduate qualification work is “Application of a Ground Collector to Reduce the Energy Consumption of a Private Residential House”. The object of the research is the heat supply and ventilation system of a one-storey detached residential house of standard design 144-16-167.92 located in the Nizhny Novgorod region. The purpose of the work is to evaluate the efficiency of an air ground collector for reducing energy consumption for supply air heating and providing passive cooling during the warm season. The work includes calculations of the building heat load, air exchange, ventilation heat load, domestic hot water load and ground collector parameters. Three collector layout options were compared: a sequential layout with one pipe, a layout with 5 parallel branches and a layout with 10 parallel branches. Based on the comparison, the option with 10 parallel DN125 pipes, each 17 m long, connected to DN315 headers, was selected. The pipe field size is 10 × 17 m. Numerical simulation in COMSOL Multiphysics showed that the selected layout smooths outdoor air temperature fluctuations, provides air preheating in winter and passive cooling in summer. The maximum heating effect was 31.20 °C, and the maximum cooling effect was 25.73 °C. The annual useful heating effect amounted to 4853 kWh/year, the total annual savings including cooling were about 39.5 thousand rubles per year, and the simple payback period was about 5.1 years. It is concluded that the ground collector is a technically and economically justified solution for reducing the ventilation component of the heat load of a private residential house.