Федосов Сергей Викторович, доктор технических наук, академик РААСН, профессор кафедры технологий и организации строительного производства
129337, Москва, Ярославское шоссе, 26
Sergey V. Fedosov, D.Sc. (Eng.), Academician of the Russian Academy of Natural Sciences, Professor of the Department of Technology and Organization of Construction Production
26 Yaroslavskoe Highway, Moscow, 129337
Федосеев Вадим Николаевич, доктор технических наук, профессор кафедры организации производства и городского хозяйства
153000, Иваново, Шереметевский проспект, 21
Vadim N. Fedoseev, D.Sc. (Eng.), Professor of the Department of Industrial Management and Urban Management
21 Sheremetyevo Avenue, Ivanovo, 153000
Воронов Владимир Андреевич, кандидат технических наук, доцент кафедры организации производства и городского хозяйства
153000, Иваново, Шереметевский проспект, 21
Vladimir A. Voronov, Cand.Sci. (Eng.), Associate Professor of the Department of Industrial Management and Urban Management
21 Sheremetyevo Avenue, Ivanovo, 153000
Введение. Актуальность применения воздушных тепловых насосов (ВТН) в условиях умеренно холодного климата России ограничена резким снижением их эффективности при низких температурах наружного воздуха. Цель статьи — представить цифровой подход к управлению жизненным циклом малоэтажных объектов капитального строительства на основе комбинированной теплонасосной системы с оптимизированным тепловоздухообменом.
Материалы и методы. Предложено техническое решение, включающее запатентованную камеру смешения, устанавливаемую в помещении котельной, которая обеспечивает подачу на испаритель ВТН воздушной смеси с расчетным температурным градиентом. Система интегрирована с приточно-вытяжной вентиляцией перекрестного типа (КПД 40–60 %) и управляется цифровым модулем на базе микропроцессора и ШИМ-регулятора. Математическое моделирование потоков выполнено с применением уравнений Бернулли и неразрывности. Для мониторинга и автоматического регулирования использован комплекс датчиков температуры и давления, обеспечивающий адаптивную работу компрессора, вентиляторов и резервного электрокотла.
Результаты исследования. Экспериментальные данные подтвердили, что совместная работа ВТН с рекуператором и смесительной камерой позволяет поддерживать высокий коэффициент эффективности (СОР) системы. Установлено, что порог экономической целесообразности сохраняется при температуре наружного воздуха до –15 °С и температуре теплоносителя +30…+45 °С. Разработанный алгоритм цифрового управления оптимизирует соотношение уличного и рециркуляционного воздуха, минимизируя теплопотери и электрические нагрузки.
Обсуждение и заключение. Внедрение предложенной цифровой модульно-функциональной схемы управления обеспечивает рациональный тепловоздухообмен, снижает габариты и стоимость инженерных коммуникаций, а также повышает энергоэффективность малоэтажных зданий. Разработанное решение может быть масштабировано для широкого диапазона климатических условий РФ, способствуя ресурсосбережению и продлению жизненного цикла объектов капитального строительства.
Introduction. The relevance of using applying air-source heat pumps (ASHPs) in Russia’s moderately cold climate conditions is restrained by a sharp decline in their efficiency at low outdoor air temperatures. The aim of this study is to present a digital approach to lifecycle management of low-rise capital construction facilities based on a combined heat pump system with optimized heat and air exchange.
Materials and Methods. A technical solution is set forth incorporating a patented mixing chamber installed in the boiler room to supply an air mixture with a calculated temperature gradient to the ASHP evaporator. The system is integrated with a cross-stream supply and exhaust ventilation (efficiency of 40–60%) and controlled by a digital module based on a microprocessor and PWM regulator. Mathematical modeling of streams was performed using the Bernoulli and continuity equations. For monitoring and automatic control, a set of temperature and pressure sensors was employed to ensure adaptive operation of the compressor, fans, and backup electric boiler.
Research Results. Experimental data have confirmed that the joint operation of the ASHPs with a heat recuperator and mixing chamber allows maintaining a high coefficient of performance (COP) of the system. It was found that the threshold of economic feasibility remains at an outdoor air temperatures of down to –15°C and heat carrier temperatures of +30…+45 °C. The developed digital control algorithm optimizes the ratio of outdoor to recirculating air minimizing heat losses and electrical loads.
Discussion and Conclusion. Implementation of the suggested digital modular and functional control scheme ensures rational heat and air exchange, reduces the size and cost of engineering utilities, and enhances the energy efficiency of low-rise buildings. The developed solution can be scaled for a broad range of climatic conditions nationwide contributing to resource conservation and extension of the lifecycle of capital construction facilities.
The authors declare that there are no conflicts of interest present.