Calculation of a building’s heat supply using traditional and alternative energy sources
The article considers the combined solar and heat pump heating system of the building with a compensating traditional source of energy. A methodical approach to heat supply calculation for a specific building is presented. The approach allows partial calculating of heat supply needs, covered by the...
Збережено в:
| Дата: | 2013 |
|---|---|
| Автор: | |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Українська |
| Опубліковано: |
General Energy Institute of the National Academy of Sciences of Ukraine
2013
|
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | https://systemre.org/index.php/journal/article/view/501 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | System Research in Energy |
| Завантажити файл: |  |
Репозитарії
System Research in Energy| _version_ | 1871103929324929024 |
|---|---|
| author | Matsiuk G. |
| author_facet | Matsiuk G. |
| author_institution_txt_mv | [
{
"author": "Matsiuk G.",
"institution": null
}
] |
| author_sort | Matsiuk G. |
| baseUrl_str | https://systemre.org/index.php/journal/oai |
| collection | OJS |
| datestamp_date | 2026-07-18T12:57:40Z |
| description | The article considers the combined solar and heat pump heating system of the building with a compensating traditional source of energy. A methodical approach to heat supply calculation for a specific building is presented. The approach allows partial calculating of heat supply needs, covered by the thermal pump and the solar system, as well as determining their capacity required to meet the building’s needs.A building with a general volume of V=300m3, constructed of newest energy-saving materials with regard to modern norms and requirements, was selected for the energy efficiency analysis. The amount of heat required for heat supply of this building was calculated. According to the obtained values of heat capacity, a building in Kyiv requires Q=6,13kW, while in Sevastopol it’s Q=4,37kW, which is 29% lower than in Kiev. Thus, renewable sources in Kyiv are able to cover 36,3% of the needs (18,8% by solar system, 17,5% by heat pump), while in Sevastopol the value reaches 88,6% (64% by solar system, 24,6% by heat pump). |
| first_indexed | 2026-03-24T02:02:00Z |
| format | Article |
| fulltext |
ISSN 1562-8965. Проблеми загальної енергетики, 2013, вип. 4 (35)52
За даними авторів [1, 2], основними нетради-
ційними джерелами енергії є геотермальна
енергія, енергія сонця та вітру. Все більше вче-
них приходять до висновку, що сьогодні
необхідно розвивати альтернативну енергетику
на локальному рівні, тобто впроваджувати
автономні системи енергозабезпечення малої
потужності. Але недостатньо уваги приділяєть-
ся питанню комплексного застосування енергії
землі та сонця, які вдало взаємозамінюють та
взаємодоповнюють одна одну, із застосуванням
традиційних енергоджерел як компенсуючих.
Метою даної роботи є розроблення наукової
концепції розрахунку теплопостачання приват-
них будівель за допомогою гео- та геліосистем з
компенсуючим традиційним джерелом енергії.
Оскільки на території України найбільш
доступними є гео- та геліотермальні енергоре-
сурси, то можливе їх комплексне використання
для теплозабезпечення будівель із застосуван-
ням компенсуючого традиційного джерела на
випадок неможливості повного теплозабезпе-
чення альтернативними джерелами.
Система теплопостачання будівлі із застосу-
ванням традиційного і альтернативного джере-
ла енергії
Актуальною на сьогоднішній день для обі-
гріву будівель є сонячно-теплонасосна система
з компенсуючим традиційним джерелом енер-
гії (рис.1).
Дана система складається з:
– теплового насоса, за допомогою якого від-
бувається нагрів води, яка надходить до систем
опалення;
– геліосистеми, що складається з сонячних
колекторів, в яких вода також нагрівається і
відводиться до системи опалення;
– бака-акумулятора, де відбувається нако-
пичення теплоти на випадок недостатньої кіль-
кості сонячного випромінювання.
Для того, щоб визначити, яку частину
потреб на теплопостачання приміщення можна
забезпечити за рахунок такої сонячно-теплона-
сосної системи наведено таку методику розра-
хунку.
Методика визначення потреб на теплопо-
стачання будівлі із застосуванням традиційного
і альтернативного джерела енергії
Припустимо, що теплозабезпечення примі-
УДК 620.92:504.06
РОЗРАХУНКОВЕ ДОСЛІДЖЕННЯ СИСТЕМИ ТЕПЛОПОСТАЧАННЯ БУДІВЛІ ІЗ ЗАСТОСУВАННЯМ
ТРАДИЦІЙНОГО І АЛЬТЕРНАТИВНОГО ДЖЕРЕЛА ЕНЕРГІЇ*
Представлено комбіновану сонячно-теплонасосну систему теплозабезпечення будівлі
з компенсуючим традиційним джерелом енергії. Розроблено методичний підхід розра-
хунку теплозабезпечення, що дає можливість розрахувати гео- та геліотехнічний потен-
ціал певного регіону. За допомогою даної методики також можливе визначення обсягів
теплової енергії для її заміщення альтернативними джерелами.
К л ю ч о в і с л о в а: комбінована схема, сонячно-теплонасосна система, тепловий
насос, геосистема, геліосистема, методика визначення потреб, енергетичний баланс.
© Г.М. МАЦЮК, 2013
* Публікується в порядку обговорення матеріалів
магістерської дисертації
Г.М. МАЦЮК, магістрант,
Національний технічний університет України «КПІ», м. Київ
КОРОТКІ ПОВІДОМЛЕННЯ
ISSN 1562-8965. Проблеми загальної енергетики, 2013, вип. 4 (35) 53
Розрахункове дослідження системи теплопостачання будівлі із застосуванням традиційного і альтернативного джерела енергії
щення буде здійснюватись трьома шляхами за
допомогою:
– сонячного колектора;
– теплового насоса;
– компенсуючого джерела енергії.
Енергетичний баланс будівлі можна
визначити таким чином:
Q = QC + QTH + QT, (1)
де Q – тепловий потік, який необхідний для
обігріву приміщення, Вт;
QC – корисний тепловий потік, який отрима-
ний споживачем від сонячного колектора, Вт;
QTH – корисний тепловий потік, який отрима-
ний споживачем від теплового насоса (геотер-
мальна енергія, енергія землі, повітря, підзем-
них, поверхневих та стічних вод), Вт;
QT – тепловий потік від традиційного джерела
(опалення газовою або електричною котель-
ною установкою), який отриманий спожива-
чем, Вт.
Для розрахунку теплового потоку, необхід-
ного для обігріву приміщення, використовують
формулу [3]:
Q = QВТР
. КЗ, (2)
де QВТР – тепловитрати будівлі, Вт;
КЗ – коефіцієнт запасу (для умов України при-
ймається 1,5–1,7) [3].
Для розрахунку тепловитрат будинку вико-
ристовують залежність [3]:
QВТР = V . q0
. (tвн – tср.о), (3)
де V – повний об’єм будівлі, що опалюється;
q0 – питома опалювальна характеристика жит-
лових будинків,
tвн – мінімально допустима температура повіт-
ря в приміщенні, °С (за стандартом 18°С) [4];
tср.о – середня температура зовнішнього повіт-
ря за опалювальний період [4].
Для визначення ж кількості сонячної енер-
гії, яку можливо отримати, пропонується [5]
така формула:
qC = qC1
. R . h, (4)
де qC – питомий тепловий потік, отриманий
споживачем від сонячної установки, Вт/м2;
qC1 – сумарний тепловий потік, що потрапляє
на одиницю площі, Вт/м2;
R – коефіцієнт пропорційності між тепловими
потоками, що потрапляють на горизонтальну
та похилу поверхню;
h – сумарний коефіцієнт корисної дії сонячної
установки [5].
При розрахунку технічно-доступного потен-
ціалу сонячної радіації потрібно враховувати
площу сонячних колекторів, щоб обчислити
кількість енергії, яку можна отримати від пев-
ної геліоустановки. Для розрахунку корисної
сонячної енергії, яку може отримати споживач,
запропоновано таку залежність [5]:
QC = qC
. SCK, (5)
де QC – корисний тепловий потік, який отри-
мав споживач, Вт;
SCK – площа сонячного колектора, м2.
Тепловий потік, який можливо отримати
при використанні теплового насоса, згідно з
рекомендаціями [6], визначається за формулою
QTC = ϕ . N, (6)
де QTC – тепловий потік, який віддає тепловий
насос, Вт;
N – потужність компресора;
ϕ – коефіцієнт перетворення, або опалюваль-
ний коефіцієнт.
Тепловий потік, який можна отримати від
компенсуючого традиційного джерела QT, зале-
жить від його виду. Це може бути як електро-
нагрівач, так і котел, що працює на традицій-
ному паливі:
QT = G . c . (tг – tх), (7)
де G – масова витрата води, що циркулює в
системі, кг/с;
c – питома теплоємність води, кДж/(кг.К);
tг – температура теплоносія в системі, °С;
tх – температура, до якої нагрівається тепло-
носій при використанні альтернативних дже-
рел енергії, °С.
Маючи дані про кліматичні умови того чи
іншого регіону та технічні характеристики пев-
ної сонячно-теплонасосної системи, можна
скористатися наведеними залежностями
(2)–(7) і розрахувати, яку частину потреб у теп-
лопостачанні можна забезпечити за допомогою
теплового насоса та геліосистеми. І навпаки,
маючи дані про енергопотреби будівлі Q та клі-
матичні характеристики регіону, можна обчис-
лити, яка необхідна потужність теплового
насоса, геліосистеми та інші необхідні технічні
дані.
Використовуючи (1), можна визначити,
якою є необхідна потужність компенсуючого
енергоджерела. Але тут варто зазначити, що
погодні умови непостійні, і при проектуванні
системи теплопостачання необхідно або забез-
печити надійну систему акумулювання альтер-
нативної енергії, або збільшувати проектну
Г.М. МАЦЮК
ISSN 1562-8965. Проблеми загальної енергетики, 2013, вип. 4 (35)54
Р
и
с.
1
.К
ом
бі
н
ов
ан
а
сх
ем
а
со
н
яч
н
о-
те
п
ло
н
ас
ос
н
ої
с
и
ст
ем
и
Розрахункове дослідження системи теплопостачання будівлі із застосуванням традиційного і альтернативного джерела енергії
ISSN 1562-8965. Проблеми загальної енергетики, 2013, вип. 4 (35) 55
Рис. 2. Розподіл теплового навантаження протягом опалювального періоду для м.Київ
Рис. 3. Розподіл теплового навантаження протягом опалювального періоду для м.Севастополь
потужність компенсуючого енергоджерела до
рівня тепловитрат будинку.
Для аналізу енергоефективності представле-
ної системи була вибрана будівля, що виконана
за сучасними нормами і вимогами з новітніх
енергозберігаючих матеріалів, з повним
об’ємом будівлі V = 300 м3. Стіни будівлі вико-
нані з пористого бетону фірми YTONG
ENERGO з коефіцієнтом теплопередачі
що відповідає вимогам для
енергоефективного будівництва
Засклення виконане двокамерними металопласти-
ковими пакетами з коефіцієнтом теплопередачі
а коефіцієнт теплопередачі
вхідних дверей
Було проведено розрахунок необхідного
теплового навантаження для теплозабезпечен-
ня будинку об’ємом V = 300 м3 в двох містах
України: Києві і Севастополі. В результаті були
отримані значення теплової потужності,
необхідної для забезпечення комфортних умов
у цих будівлях. Відповідно річні потужності для
будинку в м. Києві чи області становлять
Q = 6,13 кВт, а в м. Севастополі і тієї частини
Криму, де спостерігається схожа кліматична
картина – Q = 4,37 кВт, що на 29% менше, ніж
для Києва і області.
Частину цих потреб покриває сонячна енер-
гія, яка становить 18,8% від загальних потреб, і
ще одну частину – тепловий насос – 17,5% для
Києва та області і 64% та 24,6% – в
Севастополі; якщо теплових потужностей, які
надходять від альтернативних джерел, недо-
статньо, то додатково використовується уже
традиційна система опалювання будівлі. Тобто,
для Києва 36,3% необхідного теплопостачання
теоретично може покриватися за рахунок від-
новлюваних джерел, а для Севастополя таке
покриття потреби у теплопостачанні теоретич-
но можливе на 88,6% (рис. 2,3).
ВИСНОВКИ
Аналіз показав, що в результаті комбінова-
ного використання сонячної і геотермальної
енергії можлива майже повна або часткова
заміна традиційних систем теплопостачання, з
доповненням традиційних енергетичних ресур-
сів відновлювальними, що дасть можливість
замінити і заощадити органічне паливо, знизи-
ти об’єм викидів продуктів згоряння в навко-
лишнє середовище, а також вирішити багато
соціальних проблем в районах, які не мають
централізованого енергопостачання, чи воно
неефективне, і задіяти виробничий потенціал
нерентабельних на сьогодні підприємств.
Представлений методичний підхід розра-
хунку теплозабезпечення будівель дає можли-
вість розраховувати гео- та геліоенергетичний
потенціал того чи іншого регіону. Крім того,
дана методика на рівні конкретного споживача
є зручною для визначення обсягів теплової
енергії, яку можливо замістити альтернативни-
ми (енергією сонця та землі) залежно від кліма-
тичних умов та технічних характеристик систе-
ми, що проектується. Згідно з методикою
також можливо виконувати розрахунок
необхідних параметрів таких установок для
забезпечення заданих енергопотреб.
1. Атлас енергетичного потенціалу віднов-
люваних джерел енергії України. – К.:
Інститут електродинаміки НАН України.
Державний комітет України з енергозбере-
ження, 2001. – 21 с.
2. Забарний Г.М., Шурчков А.В.
Енергетичний потенціал нетрадиційних
джерел енергії України. – К.: Національна
академія наук України. Інститут технічної
теплофізики, 2002. – 211 с.
3. Боженко М.Ф. Джерела теплопостачання
та споживачі теплоти / М.Ф. Боженко,
В.П. Сало // Теплоенергетика. – Київ:
Політехніка, 2004. – 192 с.
4. Норми та вказівки по нормуванню витрат
палива та теплової енергії на опалення жит-
лових та громадських споруд, а також на гос-
подарсько побутові потреби в Україні. Затв.
Держжитлокомунгоспом України 14.12.93:
введ. в дію з 01.01.94. – Київ: ВІПОЛ, 2001. –
376 с.
5. Саплин Л.А. Экономическое обоснование
использования нетрадиционных возобнов-
ляемых источников энергии в Челябинской
области // Вестник ЧГАУ. – Челябинск,
1996. – Т. 13. – С.45–55.
6. Гершкович В.Ф. Особенности проектиро-
вания систем теплоснабжения зданий с теп-
ловыми насосами. – Киев, 2009.
7. http://www.ytong.ua/ua/content/produkty_energo.php
Надійшла до редколегії: 13.12.2013
Рецензент
Д-р техн. наук, професор кафедри
атомних електричних станцій
та інженерної теплофізики
Національного технічного
університету України «КПІ»
В.О. Туз
Г.М. МАЦЮК
ISSN 1562-8965. Проблеми загальної енергетики, 2013, вип. 4 (35)56
|
| id | systemreorg-article-501 |
| institution | System Research in Energy |
| keywords_txt_mv | keywords |
| language | Ukrainian |
| last_indexed | 2026-07-19T01:16:00Z |
| publishDate | 2013 |
| publisher | General Energy Institute of the National Academy of Sciences of Ukraine |
| record_format | ojs |
| resource_txt_mv | systemreorg/c8/0c012a7341f11036c7fcc49c985373c8.pdf |
| spelling | systemreorg-article-5012026-07-18T12:57:40Z Calculation of a building’s heat supply using traditional and alternative energy sources Розрахункове дослідження системи теплопостачання будівлі із застосуванням традиційного і альтернативного джерела енергії Matsiuk G. combined scheme, solar and heat pump installation, heat pump, solar system , need determining method, energy balance. комбінована схема, сонячно-теплонасосна установка, тепловий насос, геосистема, геліосистема, методика визначення потреб, енергетичний баланс. The article considers the combined solar and heat pump heating system of the building with a compensating traditional source of energy. A methodical approach to heat supply calculation for a specific building is presented. The approach allows partial calculating of heat supply needs, covered by the thermal pump and the solar system, as well as determining their capacity required to meet the building’s needs.A building with a general volume of V=300m3, constructed of newest energy-saving materials with regard to modern norms and requirements, was selected for the energy efficiency analysis. The amount of heat required for heat supply of this building was calculated. According to the obtained values of heat capacity, a building in Kyiv requires Q=6,13kW, while in Sevastopol it’s Q=4,37kW, which is 29% lower than in Kiev. Thus, renewable sources in Kyiv are able to cover 36,3% of the needs (18,8% by solar system, 17,5% by heat pump), while in Sevastopol the value reaches 88,6% (64% by solar system, 24,6% by heat pump). В статті розглянуто комбіновану сонячно-теплонасосну систему теплозабезпечення будівлі з компенсуючим традиційним джерелом енергії. Представлено методичний підхід розрахунку теплозабезпечення вибраної будівлі, завдяки якому можливо розрахувати частину потреб в теплопостачанні, що забезпечується тепловим насосом та геліосистемою, або ж визначити їх потужність, яка необхідна для забезпечення потреб будівлі.Для аналізу енергоефективності представленої системи була вибрана будівля, виконана за сучасними нормами і вимогами з новітніх енергозберігаючих матеріалів, з повним об’ємом будівлі V=300м3. Для даної будівлі було проведено розрахунок необхідної кількості теплоти для теплозабезпечення. В результаті отримані значення теплової потужності: для будинку в м. Києві потрібно Q=6,13МВт, а в м. Севастополі необхідно Q=4,37МВт, що на 29% менше, ніж для Києва і області. Таким чином, за рахунок відновлювальних джерел для Києва можливо покрити 36,3% потреб (18,8% – геліосистема, 17,5% – тепловий насос), для Севастополя – 88,6% (64% – геліосистема, 24,6% – тепловий насос). General Energy Institute of the National Academy of Sciences of Ukraine 2013-12-19 Article Article application/pdf https://systemre.org/index.php/journal/article/view/501 System Research in Energy; No. 4 (35) (2013): The Problems of General Energy; 53-56 Системні дослідження в енергетиці; № 4 (35) (2013): Проблеми загальної енергетики; 53-56 2786-7102 2786-7633 uk https://systemre.org/index.php/journal/article/view/501/435 Copyright (c) 2013 Matsiuk G. https://creativecommons.org/publicdomain/zero/1.0 |
| spellingShingle | combined scheme solar and heat pump installation heat pump solar system need determining method energy balance. Matsiuk G. Calculation of a building’s heat supply using traditional and alternative energy sources |
| title | Calculation of a building’s heat supply using traditional and alternative energy sources |
| title_alt | Розрахункове дослідження системи теплопостачання будівлі із застосуванням традиційного і альтернативного джерела енергії |
| title_full | Calculation of a building’s heat supply using traditional and alternative energy sources |
| title_fullStr | Calculation of a building’s heat supply using traditional and alternative energy sources |
| title_full_unstemmed | Calculation of a building’s heat supply using traditional and alternative energy sources |
| title_short | Calculation of a building’s heat supply using traditional and alternative energy sources |
| title_sort | calculation of a building’s heat supply using traditional and alternative energy sources |
| topic | combined scheme solar and heat pump installation heat pump solar system need determining method energy balance. |
| topic_facet | combined scheme solar and heat pump installation heat pump solar system need determining method energy balance. комбінована схема сонячно-теплонасосна установка тепловий насос геосистема геліосистема методика визначення потреб енергетичний баланс. |
| url | https://systemre.org/index.php/journal/article/view/501 |
| work_keys_str_mv | AT matsiukg calculationofabuildingsheatsupplyusingtraditionalandalternativeenergysources AT matsiukg rozrahunkovedoslídžennâsistemiteplopostačannâbudívlíízzastosuvannâmtradicíjnogoíalʹternativnogodžerelaenergíí |