Содержание к диссертации
Стр.
ВВЕДЕНИЕ 6
ГЛАВА 1. МИРОВОЙ ОПЫТ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ
НИЗКОПОТЕНЦИАЛЬНОИ ТЕПЛОВОЙ ЭНЕРГИИ ПОВЕРХНОСТНЫХ
СЛОЕВ ЗЕМЛИ В ГЕОТЕРМАЛЬНЫХ ТЕПЛОНАСОСНЫХ СИСТЕМАХ
ТЕПЛОХЛАДОСНАБЖЕНИЯ (ГТСТ) ЗДАНИЙ И СООРУЖЕНИЙ 17
і.і.Тешохладоснабжение зданий и сооружений с использованием
низкопотенциальной тепловой энергии поверхностных слоев земли 17
1.2.грунт поверхностных слоев земли, как источник
низкопотенциальной тепловой энергии для теплохладоснабжения зданий и
сооружений 22
Системы сюра низкопотенциальной тепловой энергии грунта поверхностных слоев Земли 25
Существующий опыт использования низкопотенциальной тепловой энергии поверхностных слоев Земли в теплонасосных системах теплохладоснабжения зданий и сооружений 35
математическое моделирование теплового режима систем сбора низкопотенциальной тепловой энергии грунта поверхностных слоев земли 46
выводы по главе и задачи исследований 50
ГЛАВА 2. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ТЕПЛОВОГО РЕЖИМА
ТЕПЛОНАСОСНЫХ СИСТЕМ ТЕПЛОХЛАДОСНАБЖЕНИЯ ЗДАНИЙ И
СООРУЖЕНИЙ, ИСПОЛЬЗУЮЩИХ НИЗКОПОТЕНЦИАЛЬНУЮ
ТЕПЛОВУЮ ЭНЕРГИЮ ПОВЕРХНОСТНЫХ СЛОЕВ ЗЕМЛИ 54
2.1.математическая модель пространственного нестационарного теплового режима систем сбора низкопотенциального тепла грунта
поверхностных слоев Земли 54
2.1.1.Особенности теплового режима систем сбора
низкопотенциального тепла грунта, как объекта моделирования 54
2.1.2.Метод математического моделирования теплового режима
систем сбора низкопотенциального тепла грунта 59
2.1.3.Пространственная и «псевдопространственная»
теплогидравлические модели нестационарного теплового режима системы
сбора низкопотенциального тепла грунта. 67
2.1.4.Решение системы уравнений, моделирующей
псевдопространственный нестационарный тепловой режим горизонтальной
систем сбора низкопотенциального тепла грунта 78
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 80
Стр.
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 107
2.1.5Методика определения эквивалентной теплопроводности грунтового массива, учитывающей изменение агрегатного состояния влаги в
поровом пространстве грунта 116
2.2.МОДЕЛИРОВАНИЕ ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ РЕЖИМОВ ГТСТ И ОЦЕНКА
ФАКТОРОВ, ВЛИЯЮЩИХ НА ЭФФЕКТИВНОСТЬ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ
НИЗКОПОТЕНЦИАЛЬНОЙ ТЕПЛОВОЙ ЭНЕРГИИ ПОВЕРХНОСТНЫХ СЛОЕВ ЗЕМЛИ ДЛЯ
ТЕПЛОХЛАДОСНАБЖЕНИЯ ЗДАНИЙ И СООРУЖЕНИЙ 124
Компьютерная реализация математической модели нестационарного пространственного теплового режима систем сбора низкопотенциального тепла грунта. Программный комплекс НЕА TPUMP. 125
Основные факторы, определяющие тепловой режим систем сбора низкопотенциального тепла грунта и оценка эффективности многолетней эксплуатации геотермальных теплонасосных систем теплохладоснабжения зданий и сооружений 129
Теплофизические свойства грунтов 130
Эквивалентная теплопроводность 136
Теплообмен между внутренней стенкой трубы грунтового теплообменника и теплоносителем системы теплосбора 140
Теплотехнические параметры систем теплосбора 147
Конструктивные факторы, определяющие тепловой режим систем сбора низкопотенциального тепла грунта и оценка эффективности многолетней эксплуатации ГТСТ 169
Экономические аспекты влияния конструктивных параметров системы теплосбора на эффективность эксплуатации ГТСТ 176
2.2.3. Комбинированное использование грунта и других источников
низкопотенциальной тепловой энергии в теплонасосных системах
теплохладоснабжения зданий и сооружений. 180
Комбинированное использование низкопотенциального тепла грунта и атмосферного воздуха 181
Комбинированное использование низкопотенциального тепла грунта, вентиляционных выбросов и канализационных стоков 184
2.3. Открытые системы сбора низкопотенциальной тепловой
энергии грунта поверхностных слоев Земли 199
2.3.1. Исследования конструктивных и технических решений
открытых систем сбора низкопотенциального тепла поверхностных слоев
Земли 207
2.4. ВЫВОДЫГО ГЛАВЕ 214
ГЛАВА 3. НАТУРНЫЕ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ
ТЕПЛОВОГО РЕЖИМА ТЕПЛОНАСОСНЫХ СИСТЕМ
ТЕПЛОХЛАДОСНАБЖЕНИЯ ЗДАНИЙ, ИСПОЛЬЗУЮЩИХ
НИЗКОПОТЕНЦИАЛЬНОЕ ТЕПЛО ГРУНТА ПОВЕРХНОСТНЫХ СЛОЕВ
ЗЕМЛИ 21«
Стр.
3.1. ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ НАТУРНЫХ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ 218
Натурные исследования теплового режима опытных ГТСТ экспериментальных зданий демонстрационного комплекса «экопарк «фили» вмоскве 219
Натурные исследования теплового режима геотермальной теплонасосной системы теплоснабжения энергоэффективной сельской школы в деревне филиппово любимского района ярославской области 238
Натурные исследования теплового режима теплонасосной системы горячего водоснабжения экспериментального энергоэффективного
17 этажного жилого дома в Москве, в микрорайоне Никулино-2 250
Тепловой режим базового жилого дома 251
Экспериментальный энергоэффективный жилой дом. 260
Сравнение результатов экспериментальных и теоретических исследований 284
Выводы по главе 295
ГЛАВА 4. КОНСТРУКТИВНЫЕ ОСОБЕННОСТИ ОСНОВНЫХ
ЭЛЕМЕНТОВ ГЕОТЕРМАЛЬНЫХ ТЕПЛОНАСОСНЫХ СИСТЕМ
ТЕЛОХЛАДОСНАБЖЕНИЯ ЗДАНИЙ 299
Системы сбора низкопотенциальной тепловой энергии грунта поверхностных слоев Земли 299
Теплонасосное оборудование 304
выводыго главе 310
ГЛАВА 5. ОСОБЕННОСТИ КОМПОНОВОЧНЫХ, КОНСТРУКТИВНЫХ И
ТЕХНИЧЕСКИХ РЕШЕНИЙ ЗДАНИЙ, ОСНАЩЕННЫХ
ГЕОТЕРМАЛЬНЫМИ ТЕПЛОНАСОСНЫМИ СИСТЕМАМИ
ТЕПЛОХЛАДОСНАБЖЕНИЯ И ИХ РАЦИОНАЛЬНАЯ ИНТЕГРАЦИЯ В
СУЩЕСТВУЮЩУЮ СИСТЕМУ ЦЕНТРАЛИЗОВАННОГО
ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ РОССИИ 311
5.1. Новые технологические схемы геотермальных теплонасосных
систем теплоснабжения 323
5.2. Использование низкопотенциального геотермального тепла
для теплоснабжения зданий и сооружений в районах распространения
вечномерзлых грунтов 335
Технические решения геотермальных теплонасосных систем теплохладоснабжения зданий 340
Выводы по главе 344
ГЛАВА б. ЭКОНОМИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ
НИЗКОПОТЕНЦИАЛЬНОГО ТЕПЛА ГРУНТА ПОВЕРХНОСТНЫХ СЛОЕВ
ЗЕМЛИ ДЛЯ ТЕПЛОХЛАДОСНАБЖЕНИЯ ЗДАНИЙ И СООРУЖЕНИЙ 346
Технико-экономическая модель комплекса здание+гтст+климат, как единой экоэнергетической системы 346
Рациональный уровень теплозащиты ограждающих конструкций зданий, оснащенных ТЕПЛОНАСОСНЫМИ системами энергоснабжения ко-генерирующими электрическую и тепловую энергию 353
Стр.
рациональные параметры аккумуляционной теплонасосной системы горячего водоснабжения 358
экологическая составляющая тарифов на энергоресурсы 363
Оценка возможной эффективности внедрения геотермальных систем теплохладоснабжения зданий и сооружений для национальной экономики России 366
6.6. ВЫВ0ДЫП0 ГЛАВЕ 370
ВЫВОДЫ ПО ДИССЕРТАЦИИ 373
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 380
ПРИЛОЖЕНИЕ. РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ПРОЕКТИРОВАНИЮ И МОНТАЖУ
ГЕОТЕРМАЛЬНЫХ ТЕПЛОНАСОНЫХ СИСТЕМ ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ
ЗДАНИЙ И СООРУЖЕНИЙ 406
Введение к работе
Эффективность использования энергии является своего рода индикатором научно-технического и экономического потенциала общества, позволяющим оценивать уровень его развития. Сопоставление показателей энергетической эффективности экономики России и развитых стран показывает, что удельная энергоемкость нашего валового внутреннего продукта (ВВП) в несколько раз выше. Так, уровень энергопотребления в расчете на единицу сопоставимого ВВП в России примерно в 4 раза выше, чем в США, - стране с высокой энерговооруженностью материального производства, сферы услуг и быта.
Одним из перспективных путей решения этой проблемы является применение новых энергоэффективных технологий, использующих нетрадиционные возобновляемые источники энергии (НВИЭ), и, в первую очередь, в области теплохладоснабжения зданий и сооружений, являющейся сегодня в России одним из наиболее емких потребителей топливно-энергетических ресурсов. Преимущества технологий теплохладоснабжения, использующих НВИЭ, в сравнении с их традиционными аналогами связаны не только со значительными сокращениями затрат энергии в системах жизнеобеспечения зданий и сооружений, но и с их экологической чистотой, а также предоставляемыми новыми возможностями в области повышения степени автономности систем жизнеобеспечения зданий. По всей видимости, в недалеком будущем именно эти качества будут иметь определяющее значение в формировании конкурентной ситуации на рынке теплохладогенерирующего оборудования как в нашей стране, так и за рубежом.
В последнее десятилетие все большее распространение в мире получают новые энергоэффективные технологии жизнеобеспечения зданий, базирующиеся на применении теплонасосных систем теплохладоснабжения
(ТСТ). Все широкомасштабные программы по экономии энергии, реализуемые за рубежом, предусматривают их широкое использование.
В наиболее общей конфигурации ТСТ здания или сооружения включает в себя следующие основные элементы:
низкопотенциальную часть (источник низкопотенциальной тепловой энергии, или потребитель холода) - систему сбора низкопотенциаль ного тепла (систему теплосбора), или систему хладоснабжения (кондиционирования);
высокопотенциальную часть (потребитель тепловой энергии) - системы отопления, вентиляции и горячего водоснабжения здания, или сооружения;
теплонасосное оборудование.
С точки зрения термодинамики тепловой насос (ТН) представляет собой обращенную холодильную машину и, по аналогии, содержит испаритель, конденсатор и, как правило, компрессор. В основном используются два типа ТН: абсорбционный и наиболее распространённый - парокомпрессионный. Если в холодильной машине основной целью является производство холода путём отбора тепла из какого-либо объёма испарителем, а конденсатор осуществляет сброс тепловой энергии в окружающую среду, то в тепловом насосе картина обратная. Конденсатор является тешюобменным аппаратом, выделяющим «полезное» тепло для потребителя, а испаритель - тешюобменным аппаратом, утилизирующим низкопотенциальную тепловую энергию: вторичные энергетические ресурсы (ВЭР) и (или) нетрадиционные возобновляемые источники энергии (НВИЭ). Среди возможных источников низкопотенциальной тепловой энергии необходимо выделить следующие:
окружающий воздух;
грунт поверхностных слоев Земли;
водоёмы и природные водные потоки;
вентиляционные выбросы зданий и сооружений;
канализационные стоки;
сбросное тепло технологических процессов.
Проведенный анализ эффективности различных источников низкопотенциальной тепловой энергии показал, что в почвенно-климатических условиях России наиболее перспективными являются ТСТ зданий и сооружений, использующие в качестве источника тепла низкого потенциала повсеместно доступный грунт поверхностных слоев Земли.
Грунт поверхностных слоев Земли фактически представляет собой тепловой аккумулятор неограниченной емкости, тепловой режим которого формируется под воздействием двух основных факторов: солнечной радиации и потока радиогенного тепла, поступающего из земных недр.
За прошедшее десятилетие в мире значительно увеличилось количество ТСТ, использующих низкопотенциальное тепло поверхностных слоев Земли. В англоязычной технической литературе такие системы обозначаются как «GHP» - «geothermal heat pumps», геотермальные тепловые насосы. Наибольшее распространение эти системы получили в США, Канаде и в странах центральной и Северной Европы: Австрии, Германии, Швеции и Швейцарии. Сегодня в мире общая установленная мощность подобных ТСТ приближается к 7 млн. кВт [223]. Мировым лидером по величине использования низкопотенциальной тепловой энергии поверхностных слоев Земли на душу населения является Швейцария.
В России, к сожалению, построены и эксплуатируются лишь единичные здания, оснащенные ТСТ, использующими низкопотенциальное тепло поверхностных слоев Земли, наиболее интересные из которых представлены в настоящей диссертации.
Основной вклад в научное обеспечение развития этого направления был сделан зарубежными учеными, среди которых нужно выделить
Ж.Лунда, Л.Рибаха, К.Шлоссера и Р.Гордона. Вместе с тем, существенные успехи в создании теоретических основ и математических моделей теплового режима теплонасосных систем теплоснабжения зданий и сооружений связаны с именами российских ученых: ЮАТабунщикова, В.Н.Богословского, Е.Я.Соколова, Е.С.Мартыновского, А.В.Лыкова и других.
Такое положение дел с внедрением в практику отечественного строительства геотермальных теплонасосных систем теплохладоснабжения (ГТСТ) зданий и сооружений связано с рядом объективных обстоятельств, таких, как переход национальной экономики к рыночным отношениям, искаженные тарифная политика и структура цен на энергетические ресурсы, а также господствующая до недавнего времени в России доктрина повсеместной централизации теплоснабжения, доставшаяся в «наследство» от энергорасточительного СССР. Но основным препятствием, сдерживающим внедрение ГТСТ, является фактическое отсутствие математического, программного и нормативного обеспечения проектирования и строительства этих систем в почвенно-климатических условиях России.
Дело в том, что в отличие от традиционных аналогов для ТСТ и, в особенности для ГТСТ, характерны повышенные единовременные капитальные вложения при сравнительно низких эксплуатационных издержках. Вместе с тем их применение позволяет не только обеспечить экономию энергоресурсов, но и получить значительный экологический эффект от сокращения сжигания традиционного органического топлива. Таким образом, эффективность ГТСТ в значительно большей степени, чем традиционного теплоге-нерирующего оборудования, зависит от согласованности всех элементов комплекса: здание + система теплоснабжения+ климат+окружающая среда.
В связи с этим особую актуальность приобретает вопрос создания математического, программного и нормативного обеспечения проектирования и строительства геотермальных теплонасосных систем теплохладоснабжения,
позволяющего сформулировать требования к рациональной конфигурации ГТСТ и базирующегося на подходе к комплексу здание+ГТСТ+ кли-мат+окружающая среда как к единой экоэнергетической системе.
Решению этих проблем - созданию математического, программного и нормативного обеспечения проектирования и строительства геотермальных теплонасосных систем теплохладоснабжения зданий и сооружений и посвящена настоящая диссертация.
Основной целью диссертации является создание научных основ использования низкопотенциальной тепловой энергии поверхностных слоев Земли для теплохладоснабжения зданий и сооружений.
В процессе исследований были решены следующие научно-технические задачи:
-проанализирован отечественный и зарубежный опыт использования низкопотенциальной тепловой энергии поверхностных слоев Земли для целей теплоснабжения;
- разработан комплекс математических и компьютерных моделей нестационарного пространственного теплового режима грунтового массива систем сбора тепла поверхностных слоев Земли, в том числе и моделей учитывающих фазовые переходы поровой влаги в грунте при многолетней эксплуатации ГТСТ;
-созданы экспериментальные объекты- здания, оснащенные ГТСТ и опытными образцами разработанного теплонасосного оборудования, разработаны методики, организован и проведен комплекс натурных экспериментальных исследований по оценке теплового режима экспериментальных зданий и эффективности эксплуатации опытных ГТСТ;
-разработаны новые методы и технологии использования в почвенно-климатических условиях территории России низкопотенциальных геотермальных ресурсов для теплохладоснабжения зданий и сооружений;
выполнена натурная апробация разработанных конструктивных, технических и технологических решений, а также проведено в натурных условиях эксплуатации экспериментальное подтверждение адекватности разработанных математических и компьютерных моделей реальным физическим процессам, протекающим в период эксплуатации в системах сбора низкопотенциальной тепловой энергии грунта поверхностных слоев Земли;
с помощью разработанных математических и компьютерных моделей проведен комплекс численных экспериментов по выявлению рациональной для почвенно-климатических условий территории России конфигурации ГТСТ и изучению влияния теплотехнических параметров грунта и конструктивных особенностей систем теплосбора и ограждающих конструкций зданий на эффективность и устойчивость многолетней эксплуатации геотермальных теплонасосных систем теплоснабжения.
Диссертация состоит из введения, шести глав, выводов, списка использованной литературы и приложения.
В первой главе дана характеристика грунта поверхностных слоев Земли, как источника тепла низкого потенциала. Приведен анализ мировой практики строительства зданий, оборудованных теплонасосными системами теплоснабжения, использующими низкопотенциальное тепло грунта. Анализ проведен по источникам, опубликованным в открытой печати и Интернете. На основе результатов анализа сформулированы задачи исследований.
Вторая глава посвящена теоретическим исследованиям теплового режима теплонасосных систем теплохладоснабжения, использующих низкопотенциальную тепловую энергию поверхностных слоев Земли. В главе представлены результаты математического и компьютерного моделирования пространственного нестационарного теплового режима систем сбора низкопотенциального тепла грунта, в том числе и модели, учитывающие фазовые переходы поровой влаги в грунте при многолетней эксплуатации ГТСТ. В
главе представлены результаты проведенных с помощью разработанного программного комплекса «HeatPump» численных экспериментов по оценке влияния теплофизических параметров грунта и конструктивных особенностей зданий и систем теплосбора на эффективность многолетней эксплуатации геотермальных теплонасосных систем теплоснабжения.
В третьей главе представлены результаты натурных экспериментальных исследований теплового режима экспериментальных зданий и теплонасосных систем теплоснабжения, использующих низкопотенциальное тепло грунта поверхностных слоев Земли. Представлено сравнение результатов теоретических и экспериментальных исследований.
В четвертой главе представлены конструктивные и технические решения основных элементов ТСТ, использующих низкопотенциальное тепло грунта поверхностных слоев Земли. Приведена рекомендуемая конструкция термоскважин и анализ теплонасосного оборудования.
В пятой главе представлены технологические схемы рациональной интеграции ТСТ, использующих низкопотенциальное тепло грунта в существующую систему централизованного теплоснабжения России. Приведены новые технологические схемы геотермальных теплонасосных систем теплоснабжения зданий, в том числе и схемы использования низкопотенциального геотермального тепла для теплоснабжения зданий и сооружений в районах распространения вечномерзлых грунтов.
Шестая глава посвящена экономическим аспектам использования низкопотенциальной тепловой энергии грунта поверхностных слоев Земли для целей теплоснабжения. Представлена технико-экономическая модель комплекса здание+система жизнеобеспечения+климат как единой экоэнергети-ческой системы, а также результаты технико-экономических исследований по определению рационального уровня теплозащиты ограждающих конструкций зданий, оборудованных ГТСТ. В главе предложена Программа воз-
можного широкого внедрения ГТСТ в РФ и приведена оценка ее (Программы) возможной эффективности для национальной экономики России.
В Приложении к диссертации приведены разработанные автором Рекомендации по проектированию и монтажу геотермальных теплонасосных систем теплоснабжения зданий, в которые вошли основные положения опубликованного и утвержденного Москомархитектурой «Руководства по применению тепловых насосов с использованием вторичных энергетических ресурсов и нетрадиционных возобновляемых источников энергии» [40].
Научную новизну диссертационного исследования составляют:
методологический подход к комплексу здание + ГТСТ + кли-мат+окружающая среда как к единой экоэнергетической системе;
комплекс математических и компьютерных моделей пространственного нестационарного теплового режима систем сбора низкопотенциального тепла грунта поверхностных слоев Земли, включающий новый метод математического моделирования, а также модели, учитывающие фазовые переходы поровой влаги в грунте при многолетней эксплуатации ГТСТ;
новые закономерности влияния теплофизических свойств грунта, а также теплотехнических и конструктивных особенностей зданий и систем теплосбора на эффективность эксплуатации ГТСТ;
-методика определения эквивалентной теплопроводности грунтового массива, учитывающая изменение агрегатного состояния влаги в поровом пространстве грунта;
- первые в России экспериментальные здания, оснащенные опытными
ГТСТ, в том числе малоэтажные здания демонстрационного комплекса
«ЭКОПАРК «ФИЛИ» (более 10 лет эксплуатации), энергоэффективная сель
ская школа в деревне Филиппово Любимского района Ярославской облас
ти (более 6 лет эксплуатации), геотермальная теплонасосная система горяче
го водоснабжения экспериментального энергоэффективного 17-этажного жи-
лого дома в Москве, в микрорайоне Никулино-2 (более 5 лет эксплуатации) и геотермальная теплонасосная система тепло-хладоснабжения здания склада таможенного терминала «ИРБИС» (более 2 лет эксплуатации);
новые научные данные, а также сведения типа «ноу-хау» о натурной эффективности многолетней эксплуатации геотермальных теплонасосных систем теплоснабжения, как малоэтажных, так и многоэтажных зданий, в том числе и в условиях плотной городской застройки;
новые, в том числе и экспериментальные, закономерности использования низкопотенциальной тепловой энергии грунта поверхностных слоев Земли в комбинации с теплом атмосферного воздуха, а также со «сбросным» теплом вентиляционных выбросов и канализационных стоков зданий;
-новые технологические схемы рациональной интеграции зданий, оснащенных ТСТ, использующими низкопотенциальное тепло грунта в существующую систему централизованного теплоснабжения России, в том числе и для районов распространения вечномерзлых грунтов;
- апробированные в натурных условиях эксплуатации новые технологические и технические решения основных элементов геотермальных теплонасосных систем теплохладоснабжения зданий и сооружений;
-экономически целесообразные параметры комплекса зда-
ние+ГТСТ+климат+окружающая среда, как единой экоэнергетической системы, включая рациональный уровень теплозащиты ограждающих конструкций зданий, рациональные параметры аккумуляционных теплонасосных систем горячего водоснабжения, а также рациональные требования к экологической составляющей тарифов на энергоресурсы;
-новые экспериментально апробированные научные данные, подтверждающие эффективность и надежность устойчивого многолетнего использования ГТСТ в почвенно-климатических условиях Российской Федерации.
Практическая ценность работы заключается в следующем:
впервые для геоклиматических условий территории России установлены и экспериментально подтверждены в натурных условиях эффективность и надежность многолетнего использования низкопотенциальной тепловой энергии грунта поверхностных слоев Земли для целей теплохладоснаб-жения зданий и сооружений;
разработан и апробирован в натурных условиях на реальных объектах комплекс математических и компьютерных моделей для программного обеспечения проектирования геотермальных теплонасосных систем теплоснабжения зданий;
созданы экспериментальные демонстрационные здания, оснащенные геотермальными теплонасосными системами теплоснабжения, на которых в натурных условиях апробированы новые компоновочные, конструктивные, технологические и технические решения основных элементов ГТСТ, накоплен опыт и «ноу-хау» по проектированию и монтажу подобных систем, а также подготовлены и обучены кадры для их эксплуатации;
в натурных условиях эксплуатации апробированы технологические и технические решения ГТСТ и их основных элементов, включая геотермальные системы горячего водоснабжения жилых 17-ти этажных блок-секций типовых серий массовой застройки 111.355-МО и П-44Т;
- разработаны «Руководство по применению тепловых насосов с ис
пользованием вторичных энергетических ресурсов и нетрадиционных возоб
новляемых источников энергии» и зарегистрированная в Роспатенте «База
данных по технологическим и техническим решениям геотермальных
теплонасосных систем теплоснабжения (ГТСТ)», в которые вошли основ
ные разработанные технологические и технические решения, а также практи
ческие «ноу-хау», апробированные на реальных экспериментальных зданиях.
Разработанные Руководство и База данных фактически являются первыми
документами в стране, обобщающими отечественный технологический опыт применения геотермальных теплонасосных систем теплоснабжения зданий и сооружений в климатических условиях России.
На защиту выносится теоретическое и экспериментальное обоснование научных основ использования низкопотенциальной тепловой энергии поверхностных слоев Земли в теплонасосных системах теплохладоснабжения зданий и сооружений, а также разработанные автором методологический подход к комплексу здание+ГТСТ+ климат+окружающая среда как к единой экоэнергетическои системе; комплекс математических и компьютерных моделей пространственного нестационарного теплового режима систем сбора низкопотенциального тепла грунта поверхностных слоев Земли, включающий новый метод математического моделирования, а также модели, учитывающие фазовые переходы поровой влаги в грунте при многолетней эксплуатации ГТСТ; новые методы, конструктивные, технологические и технические решения геотермальных теплонасосных систем теплоснабжения зданий, а также новые теоретические и экспериментальные научные данные и закономерности в области использования низкопотенциального геотермального тепла грунта поверхностных слоев Земли для теплохладоснабжения зданий и сооружений в различных геоклиматических условиях территории России.
