ISSN 2541-7592

НАУЧНЫЙ ЖУРНАЛ
СТРОИТЕЛЬСТВА И АРХИТЕКТУРЫ

Русский 
English 
    

 



Правила написания
и оформления статей

Правила
рецензирования

Памятка рецензента


Публикационная
этика 











 


Архив выпусков

Выпуск 4 (52), 2018


Исследование влияния режимов работы геотермальной скважины с системами теплоснабжения и кондиционирования в комплексе с тепловым насосом на температуру грунтового пласта


Сапрыкина Н. Ю., Панов М. Я.


Сапрыкина Н. Ю., ст. преп. кафедры инженерных систем и экологии, Астраханский государственный архитектурно-строительный университет, Россия, г. Астрахань, тел.: +7-927-661-48-60, e-mail: nadin_id@mail.ru

Панов М. Я., д-р техн. наук, проф. кафедры теплогазоснабжения и нефтегазового дела, Воронежский государственный технический университет, Россия, г. Воронеж, тел.: (473)271-53-21

 
 
Постановка задачи. Рассматривается задача исследования влияния режимов работы систем теплоснабжения и кондиционирования в комплексе с геотермальной скважиной и тепловым насосом на температуру грунтового массива вокруг скважины. Конечными целями являются получение критериальных зависимостей для расчета параметров работы геотермальной скважины и разработка методики проектирования геотермальных скважин с учетом их долгосрочной эксплуатации в циклическом режиме. 
Результаты. Приводится описание изменения температуры пласта грунтового массива в условиях эксплуатации теплового насоса в двух режимах — стационарном и с чередованием «теплоснабжение — охлаждение (кондиционирование)» — в течение 5 лет. 
Выводы. Выявлено снижение температурного напора в призабойной части пласта геотермальных скважин, используемых как нетрадиционный источник тепла в системах теплоснабжения и кондиционирования, что обусловлено нестационарными тепловыми нагрузками, определяемыми климатическими условиями. 
 
Ключевые слова: тепловой насос, температурное поле, методика проектирования, критериальные уравнения.


DOI: 10.25987/VSTU.2018.52.4.010

 

Библиографический список

1. Васильев, В. Г. Геотермальные теплонасосные системы теплоснабжения и эффективность их применения в климатических условиях России [Электронный ресурс] / В. Г. Васильев // АВОК. Теплоснабжение. — 2007. — № 5. — Режим доступа: http://www.abok.ru/for_spec/articles.php?nid=3685.
2. Васильев, Г. П. Теплохладоснабжение зданий и сооружений с использованием низкопотенциальной тепловой энергии поверхностных слоев земли: дис. … д-ра тех. наук: 05.23.03 / Васильев Григорий Петрович. — М., 2006. — 423 с.
3. Денисова, А. Е. Моделирование тепловых процессов в грунтовой тепловой трубе теплонасосной системы тепло- и хладоснабжения / А. Е. Денисова, А. В. Мармусевич // Труды Одесского политехнического университета. — 2006. — № 1 (25). — С. 65—69.
4. Ибрагимов, Э. В. Опыт использования тепловых насосов в качестве систем термостабилизации грунта в криолитозоне / Э. В. Ибрагимов, Я. А. Кроник, Г. П. Пустовойт // ОФМГ. — 2015. — № 5. — С. 23—26.
5. Кидрук, М. И. Моделирование работы грунтового коллектора теплового насоса [Электронный ресурс] / М. И Кидрук // Прогресс—XXI: энергосберегающие системы: официал. сайт компании. — Режим доступа: http://progress21.com.ua/ru/news/poleznaya-informatsiya/item/35-modelirovanie-i-optimizatsiya-sistem-teplosnabzheniya- zdanij-s-ispolzovaniem-vozobnovlyaemykh-istochnikov-tepla-teplovoj-nasos-i-solnechnyj-kollektor.
6. Костиков, А. О. Влияние теплового состояния грунта на эффективность теплонаносной установки с грунтовым теплообменником / А. О. Костиков, Д. Х. Харлампиди // Энергетика: Экономика, технология, экология. — 2009. — № 1. — С. 32— 40.
7. Лыков, А. В. Теория теплопроводности / А. В. Лыков. — М.: Высш. шк., 1967. — 600 с.
8. Малых, В. В. Методика расчета грунтового аккумулятора / В. В. Малых, С. Н. Удалов, А. А. Захаров // Материалы науч.-практ. конф. «Энерго- и ресурсоэффективность малоэтажных зданий» / Институт теплофизики им. С. С. Кутателадзе СО РАН, 19—20 марта. — Новосибирск, 2013. — С. 317—318.
9. Мацевитыи, Ю. М. Восстановление теплового потенциала грунта за счет выбора рациональных режимов работы теплонасосной системы / Ю. М. Мацевитыи, В. А. Тарасова, Д. Х. Харлампиди // Тезисы докладов и сообщении XIV Минского междунар. форума по тепло- и массообмену. — Минск, 2012. — Т. 1. — С. 736—739.
10. Руководство по применению тепловых насосов с использованием вторичных энергетических ресурсов и нетрадиционных возобновляемых источников энергии: [утв. и введ. в действие указанием Москомархитектуры от 31.01.2011 № 8]. — М.: ГУП «НИАЦ». — № 2001. — 32 с.
11. Сапрыкина, Н. Ю. Исследование факторов, влияющих на работу грунтовых тепловых насосов при длительных сроках эксплуатации / Н. Ю. Сапрыкина // Известия КГАСУ. — 2018. — № 2 (44). — С. 177—183.
12. Сапрыкина, Н. Ю. Исследование формирования температурного поля грунта при эксплуатации геотермальных тепловых насосов в условиях влияния грунтовых вод / Н. Ю. Сапрыкина, П. В. Яковлев // Вестник ВГТУ. — 2017. — № 2 (46). — С. 27—37.
13. Сапрыкина, Н. Ю. Влияние фильтрационного потока грунтовых вод на температурное поле грунта при многолетней эксплуатации низкопотенциальных геотермальных скважин / Н. Ю. Сапрыкина, П. В. Яковлев // Материалы IX Междунар. науч.-практ. конф. проф.-преп. состава, молодых ученых и студентов «Перспективы социально-экономического развития стран и регионов» (24—25 октября 2017 г., Астрахань). — Астрахань: ГАОУ АО ВО «АГАСУ», 2017. — С. 55—60.
14. Сапрыкина, Н. Ю. Моделирование температурного поля грунта при многолетней эксплуатации низкопотенциальных геотермальных скважин / Н. Ю. Сапрыкина, П. В. Яковлев // Сб. тр. 6-го Междунар. науч. форума молодых ученых, студентов и школьников «Потенциал интеллектуально одаренной молодежи развитию науки и образования» (25—28 апреля 2017 г., Астрахань). — Астрахань: ГАОУ АО ВО «АГАСУ», 2017. — С. 29—33.
15. Федянин, В. Я. Использование грунтовых теплообменников в системах теплоснабжения / В. Я. Федянин, М. К. Карпов // Ползуновский вестник. — 2006. — № 4. — С. 98—103.
16. Филатов, С. О. Численное моделирование и анализ энергетических параметров теплового насоса с многотрубными вертикальными грунтовыми теплообменниками / С. О. Филатов // Экология и промышленность. — 2013. — № 3. — С. 61—66.
17. Cui, P. Heat Transfer Analysis of Pile Geothermal Heat Exchangers with Spiral Coils / P. Cui, X. Li, Y. Man, Z. Fang // Applied Energy. — 2011. — Vol. 88, № 11. — Р. 4113—4119. — http://dx.doi.org/10.1016/j.apenergy.2011.03.045.
18. Eskilson, P. Thermal Analysis of Heat Extraction Boreholes: PhD Thesis / P. Eskilson. — Sweden: University of Lund, 1987. — 264 p.
19. Monzó, P. A Study of the Thermal Response of a Borehole Field in Winter and Summer [Электронный ресурс] / P. Monzó, J. Acuña, P. Mogensen, B. Palm // International Conference on Applied Energy (ICAE), Jul 1—4. — Pretoria, South Africa, 2013. — Режим доступа: https://www.researchgate.net/publication/279871831_A_STUDY_ OF_THE_THERMAL_RESPONSE_OF_A_BOREHOLE_FIELD_IN_WINTER_AND_SUMMER.
20. Nordell, B. Large-Scale Utilization of Renewable Energy Requires Energy Storage [Электронный ресурс] / B. Nordell, M. Grein, M. Kharseh // International Conference for Renewable Energies and Sustainable Development, May, 21—24. — Université Abou Bekr, 2007. — Режим доступа: https://pdfs.semanticscholar.org/ da96/bf2fb1f4bce80f7f7e12b1b16fc54afd6699. pdf.
21. RETScreen ® International. Ground-source Heat Pump Project Analysis: Chapter // RETScreen ® Engineering & Cases Textbook. — Ministry of Natural Sources of Canada, 2005. — 70 p.

 
 

Ссылка для цитирования

Сапрыкина, Н. Ю. Исследование влияния режимов работы геотермальной скважины с системами теплоснабжения и кондиционирования в комплексе с тепловым насосом на температуру грунтового пласта / Н. Ю. Сапрыкина, М. Я. Панов // Научный журнал строительства и архитектуры. - 2018. - № 4 (52). - С. 105-116. - DOI: 10.25987/VSTU.2018.52.4.010.

 
 
 
 

English version 

 

Investigation of the Influence of the Modes of the Operation of a Geothermal Well with the Systems of Heat Supply and Air Conditioning in Combination with a Thermal Pump on the Temperature of a Soil Layer

Saprykina N. Yu., Panov М. Ya.
 
 

Saprykina N. Yu., Senior lecturer of the Dept. of Engineering Systems and Ecology, Astrakhan State University of Architecture and Civil Engineering, Russia, Astrakhan, tel.: +7-927-661-48-60, e-mail: nadin_id@ mail.ru

Panov М. Ya., D. Sc. in Engineering, Prof. of the Dept. of Heat and Gas Supply and Oil and Gas Business, Voronezh State Technical University, Russia, Voronezh, tel.: (473)271-53-21

 
Statement of the problem. We discuss the problem of the influence of the operation modes of the heat supply and conditioning systems in combination with the heat pump on the temperature of the soil massif and the development of a methodology for improving the design of these systems taking into account the long-term operation of the heat pump system from a low-potential heat source in a cyclic mode using criteria dependencies for the calculation of well operation parameters. 
Results. A description is given of the change in the temperature of the reservoir of the soil massif under the operating conditions of the heat pump in two modes: only for heat supply and alternating heat supply / cooling (air conditioning) for 5 years. 
Conclusions. A decrease in the temperature head in the bottomhole part of the geothermal well is revealed, which is used as an unconventional heat source in heat supply and conditioning systems caused by non-stationary thermal loads determined by climatic conditions. 
 
Keywords: heat pump, temperature field, design method, criteria equations. 


DOI: 10.25987/VSTU.2018.52.4.010

References

1. Vasil'ev, V. G. Geotermal'nye teplonasosnye sistemy teplosnabzheniya i effektivnost' ikh primeneniya v klimaticheskikh usloviyakh Rossii / V. G. Vasil'ev // AVOK. Teplosnabzhenie. — 2007. — № 5. — Available at: http://www.abok.ru/for_spec/articles.php?nid=3685. 
2. Vasil'ev, G. P. Teplokhladosnabzhenie zdanii i sooruzhenii s ispol'zovaniem nizkopotentsial'noi teplovoi energii poverkhnostnykh sloev zemli: dis. … d-ra tekh. nauk: 05.23.03 / Vasil'ev Grigorii Petrovich. — M., 2006. — 423 s. 
3. Denisova, A. E. Modelirovanie teplovykh protsessov v gruntovoi teplovoi trube teplonasosnoi sistemy teplo- i khladosnabzheniya / A. E. Denisova, A. V. Marmusevich // Trudy Odesskogo politekhnicheskogo universiteta. — 2006. — № 1 (25). — S. 65—69. 
4. Ibragimov, E. V. Opyt ispol'zovaniya teplovykh nasosov v kachestve sistem termostabilizatsii grunta v kriolitozone / E. V. Ibragimov, Ya. A. Kronik, G. P. Pustovoit // OFMG. — 2015. — № 5. — S. 23—26. 
5. Kidruk, M. I. Modelirovanie raboty gruntovogo kollektora teplovogo nasosa / M. I Kidruk // Progress—XXI: energosberegayushchie sistemy: ofitsial. sait kompanii. — Available at: http://progress21.com.ua/ ru/news/poleznaya-informatsiya/item/35-modelirovanie-i-optimizatsiya-sistem-teplosnabzheniya-zdanij-s-ispolzovaniem-vozobnovlyaemykh-istochnikov-tepla-teplovoj-nasos-i-solnechnyj-kollektor. 
6. Kostikov, A. O. Vliyanie teplovogo sostoyaniya grunta na effektivnost' teplonanosnoi ustanovki s gruntovym teploobmennikom / A. O. Kostikov, D. Kh. Kharlampidi // Energetika: Ekonomika, tekhnologiya, ekologiya. — 2009. — № 1. — S. 32— 40. 
7. Lykov, A. V. Teoriya teploprovodnosti / A. V. Lykov. — M.: Vyssh. shk., 1967. — 600 s. 
8. Malykh, V. V. Metodika rascheta gruntovogo akkumulyatora / V. V. Malykh, S. N. Udalov, A. A. Zakharov // Materialy nauch.-prakt. konf. «Energo- i resursoeffektivnost' maloetazhnykh zdanii» / Institut teplofiziki im. S. S. Kutateladze SO RAN, 19—20 marta. — Novosibirsk, 2013. — S. 317—318. 
9. Matsevityi, Yu. M. Vosstanovlenie teplovogo potentsiala grunta za schet vybora ratsional'nykh rezhimov raboty teplonasosnoi sistemy / Yu. M. Matsevityi, V. A. Tarasova, D. Kh. Kharlampidi // Tezisy dokladov i soobshchenii XIV Minskogo mezhdunar. foruma po teplo- i massoobmenu. — Minsk, 2012. — T. 1. — S. 736—739. 
10. Rukovodstvo po primeneniyu teplovykh nasosov s ispol'zovaniem vtorichnykh energeticheskikh resursov i netraditsionnykh vozobnovlyaemykh istochnikov energii: [utv. i vved. v deistvie ukazaniem Moskomarkhitektury ot 31.01.2011 № 8]. — M.: GUP «NIATs». — № 2001. — 32 s. 
11. Saprykina, N. Yu. Issledovanie faktorov, vliyayushchikh na rabotu gruntovykh teplovykh nasosov pri dlitel'nykh srokakh ekspluatatsii / N. Yu. Saprykina // Izvestiya KGASU. — 2018. — № 2 (44). — S. 177—183. 
12. Saprykina, N. Yu. Issledovanie formirovaniya temperaturnogo polya grunta pri ekspluatatsii geotermal'nykh teplovykh nasosov v usloviyakh vliyaniya gruntovykh vod / N. Yu. Saprykina, P. V. Yakovlev // Vestnik VGTU. — 2017. — № 2 (46). — S. 27—37. 
13. Saprykina, N. Yu. Vliyanie fil'tratsionnogo potoka gruntovykh vod na temperaturnoe pole grunta pri mnogoletnei ekspluatatsii nizkopotentsial'nykh geotermal'nykh skvazhin / N. Yu. Saprykina, P. V. Yakovlev // Materialy IX Mezhdunar. nauch.-prakt. konf. prof.-prep. sostava, molodykh uchenykh i studentov «Perspektivy sotsial'no-ekonomicheskogo razvitiya stran i regionov» (24—25 oktyabrya 2017 g., Astrakhan'). — Astrakhan': GAOU AO VO «AGASU», 2017. — S. 55—60. 
14. Saprykina, N. Yu. Modelirovanie temperaturnogo polya grunta pri mnogoletnei ekspluatatsii nizkopotentsial'nykh geotermal'nykh skvazhin / N. Yu. Saprykina, P. V. Yakovlev // Sb. tr. 6-go Mezhdunar. nauch. foruma molodykh uchenykh, studentov i shkol'nikov «Potentsial intellektual'no odarennoi molodezhi razvitiyu nauki i obrazovaniya» (25—28 aprelya 2017 g., Astrakhan'). — Astrakhan': GAOU AO VO «AGASU», 2017. — S. 29—33. 
15. Fedyanin, V. Ya. Ispol'zovanie gruntovykh teploobmennikov v sistemakh teplosnabzheniya / V. Ya. Fedyanin, M. K. Karpov // Polzunovskii vestnik. — 2006. — № 4. — S. 98—103. 
16. Filatov, S. O. Chislennoe modelirovanie i analiz energeticheskikh parametrov teplovogo nasosa s mnogotrubnymi vertikal'nymi gruntovymi teploobmennikami / S. O. Filatov // Ekologiya i promyshlennost'. — 2013. — № 3. — S. 61—66. 
17. Cui, P. Heat Transfer Analysis of Pile Geothermal Heat Exchangers with Spiral Coils / P. Cui, X. Li, Y. Man, Z. Fang // Applied Energy. — 2011. — Vol. 88, № 11. — P. 4113—4119. — http://dx.doi.org/10.1016/j.apenergy.2011.03.045. 
18. Eskilson, P. Thermal Analysis of Heat Extraction Boreholes: PhD Thesis / P. Eskilson. — Sweden: University of Lund, 1987. — 264 p. 
19. Monzó, P. A Study of the Thermal Response of a Borehole Field in Winter and Summer / P. Monzó, J. Acuña, P. Mogensen, B. Palm // International Conference on Applied Energy (ICAE), Jul 1—4. — Pretoria, South Africa, 2013. — Available at: https://www.researchgate.net/publication/279871831_A_STUDY_OF_THE_THERMAL_ RESPONSE_OF_A_BOREHOLE_FIELD_IN_WINTER_AND_SUMMER. 
20. Nordell, B. Large-Scale Utilization of Renewable Energy Requires Energy Storage / B. Nordell, M. Grein, M. Kharseh // International Conference for Renewable Energies and Sustainable Development, May, 21—24. — Université Abou Bekr, 2007. — Available at: https://pdfs.semanticscholar.org/da96/bf2fb1f4bce80f7f7e12b1b16fc54afd6699. pdf. 
21. RETScreen ® International. Ground-source Heat Pump Project Analysis: Chapter // RETScreen ® Engineering & Cases Textbook. — Ministry of Natural Sources of Canada, 2005. — 70 p. 


 
Об издателе · Диссоветы при ВГТУ · Контакты · Поиск · Карта сайта
Научный вестник ВГАСУ. Строительство и архитектура, все права защищены.
Работает на: Amiro CMS