Моделювання енергоефективності житлової будівлі за умов різних джерел теплової енергії

Abstract

The paper presents the results of modeling the process of energy consumption in public, residential, and commercial buildings as a result of the use of various sources of thermal energy. Buildings with such energy sources as: a) a low-temperature gas boiler with a capacity of up to 120 kW for the needs of heat supply of a residential building and freon air conditioning systems for the needs of cooling the building; b) a gas condensing boiler with a thermal capacity of up to 120 kW with a temperature regime of 55/45°C for heat supply and freon air conditioning systems for cooling; c) reversible heat pumping unit of the “ground-water” type with a temperature regime of 35/28°C for the needs of the heating and cooling system and a reversible heat pumping machine with a regime of 55/45°C for the needs of hot water supply; d) a reversible air-to-air heat pump for heating and cooling systems and electric boilers for hot water supply; e) a biomass solid fuel boiler with manual fuel loading with a heat output of more than 100 kW for heat supply and freon systems for cooling; f) a fuel pellet boiler with automatic mechanized fuel loading with a heat output of more than 100 kW for building heating and cooling and freon systems for cooling; g) centralized heating system of the building. The results of calculations of the specific primary energy consumption and specific greenhouse gas emissions for each of the above heat sources are presented. It is established that biomass boilers have the lowest values of primary energy consumption and specific greenhouse gas emissions. The lowest efficiency is achieved by a district heating system with a centralized energy source. The modeling was conducted for the climatic conditions of Vinnytsia. At the same time, the disadvantage of using solid fuel boilers is the limitation of their use in densely populated areas, which is explained by the complexity of flue gas cleaning and regular biomass supply. Therefore, it has been determined that the most efficient source of thermal energy for buildings of various types to achieve the standardized energy efficiency indicators is a ground-to-water heat pump system. This installation, along with providing buildings with thermal energy, allows for cooling in the warm season, operating in reverse mode.

В роботі наведено результати моделювання процесу енергоспоживання громадських, житлових, комерційних будівель в результаті використання різних джерел теплової енергії. Запропоновано будівлі з такими джерелами енергії, як: а) низькотемпературний газовий котел потужністю до 120 кВт для потреб теплопостачання житлової будівлі і фреонові системи кондиціонування для потреб охолодження будівлі; б) котел газовий конденсаційний тепловою потужністю до 120 кВт з температурним режимом 55/45°С для потреб теплопостачання і фреонові системи кондиціонування для потреб охолодження; в) реверсивна теплонасосна установка типу «ґрунт-вода» з температурним режимом 35/28°С для потреб системи опалення та охолодження та реверсивна теплонасосна машина з режимом 55/45°С для потреб гарячого водопостачання; г) реверсивний тепловий насос типу «повітря-повітря» для потреб системи опалення та охолодження та електричні бойлерні установки для потреб гарячого водопостачання; д) котел твердопаливний на біомасі з ручним завантаженням палива із тепловою потужністю понад 100 кВт, для забезпечення потреб теплопостачання і фреонові системи для потреб охолодження; е) котел на паливних гранулах з автоматичним механізованим завантаженням палива тепловою потужністю понад 100 кВт для потреб теплопостачання будівлі і фреонові системи для потреб охолодження; є) централізована система теплопостачання будівлі. Наведено результати розрахунків питомого споживання первинної енергії та питомих викидів парникових газів для кожного з вище вказаних джерел теплової енергії. Встановлено, що найменші значення витрати первинної енергії та питомих викидів парникових газів мають котли на біомасі. Найменшу ефективність має система теплопостачання з централізованим джерелом енергії. Моделювання проводилося для кліматичних умов м. Вінниці. Разом з тим, недоліком використання твердопаливних котлів є обмеження їх використання за умов густонаселеного району, що пояснюється складність очищення димових газів та регулярного постачання біомаси. Тому визначено, що найбільш ефективним джерелом теплової енергії для будівель різного типу для досягнення нормованих показників енергоефективності є теплонасосна установка «ґрунт-вода». Вказана установка, поряд з забезпеченням будівель тепловою енергією, дозволяє здійснювати охолодження в теплу пору року, працюючи в реверсивному режимі.