Модель температурного поля как фактор совершенствования системы оптимального управления теплонасосной установкой с горизонтальным грунтовым коллектором - Щенятский, Алексей Валерьевич; Шаталов, Константин Сергеевич; Шаталова, Ольга Михайловна (Интеллектуальные системы в производстве, 2023)
Статья посвящена вопросам организации систем управления теплонасоными установками (ТНУ). ТНУ предназначены для использования низкопотенциальной тепловой энергии окружающей среды в тепло- и холодоснабжении. Важное значение для повышения энергоэффективности приобретают ТНУ с горизонтальными грунтовыми теплообменниками (ГГТО). Конструктивные параметры и режимы эксплуатации ТНУ с ГГТО в высокой мере определяются состоянием температурного поля (ТП) грунта. Моделирование ТП для грунтовых коллекторов ТНУ представляет предмет большого числа научных публикаций. Представленный в зарубежных публикациях научный задел по вопросам моделирования ТП среды размещения ГГТО ориентирован на использование ТНУ в режиме холодоснабжения и/или в режиме теплоснабжения в условиях незначительного снижения температуры, исключающего промерзание грунта. Для климатических условий, характеризуемых длительным периодом отрицательных температур воздуха и промерзания грунта, состояние ТП грунта имеет критически важное значение для эффективности и надежности ТНУ, определяющее как принципиальное решение о целесообразности ТНУ, так и оптимальные конструктивные параметры ГГТО и режимы эксплуатации ТНУ. Цель исследования состояла в приложении сложившихся методов аналитической теории теплопроводности для разработки модели ТП грунта - среды размещения ГГТО ТНУ, применимой для инженерных расчетов основных конструктивных параметров ГГТО, а также для определения годового удельного теплового потока как важного параметра в системе оптимального управления ТНУ. В основу разработки модели положено условие о двухэлементной структуре массива грунта: под коллектором и над коллектором; содержание функции удельного теплового потока раскрыто через параметр «относительная избыточная температура», который представлен для случаев полуограниченного тела (массив грунта под коллектором) и пластины (массив грунта над коллектором). Предложенная модель была реализована на примере двух регионов РФ; полученные результаты позволили определить минимальную гарантированную возможность применения ТНУ для теплоснабжения в заданных климатических условиях. Представленная в статье модель может быть использована в качестве контекста при дальнейших исследованиях ключевых параметров производительности ГГТО ТНУ и оптимизации режимов эксплуатации ТНУ.