Стаття

Отримано 07.10.2024

Доопрацьовано 21.02.2025

Прийнято 29.03.2025

Взято з Вип. 117, Ч. 1, 2025

Сторінки 44 -54

Baranchuk, K., & Chechuga, O. (2025). OVERVIEW OF MODERN ARCHITECTURES OF BIDIRECTIONAL HEATING SUBSTATION IN DISTRICT HEATING SYSTEMS ON TRANSPORT INFRASTRUCTURE FACILITIES. Automobile Roads and Road Construction, (117.1), 44-54. https://doi.org/10.33744/0365-8171-2025-117.1-044-054

ОГЛЯД СУЧАСНИХ АРХІТЕКТУР ДВОНАПРАВЛЕНИХ ІНДИВІДУАЛЬНИХ ТЕПЛОВИХ ПУНКТІВ В СИСТЕМАХ ЦЕНТРАЛІЗОВАНОГО ТЕПЛОПОСТАЧАННЯ НА ОБʼЄКТАХ ТРАНСПОРТНОЇ ІНФРАСТРУКТУРИ

Кирило Баранчук Олександр Чечуга

Сучасні системи централізованого теплопостачання четвертого (4ПЦТ) та централізованого тепло- та холодопостачання п’ятого (5ПЦТХ) поколінь усе ширше інтегрують відновлювані джерела енергії (ВДЕ) та вторинне тепло, водночас змінюючи роль споживачів на активних «теплових просьюмерів», особливо в характерних кластерно розміщенних будівлях і спорудах, зокрема а виробничих агломераціях транспортних господарств. Ключовим елементом такої двосторонньої взаємодії між мережею і будівлею виступає двонаправлений індивідуальний тепловий пункт (2Н-ІТП), що забезпечує як відбір тепла з мережі, так і повернення надлишкової енергії. Стаття присвячена огляду сучасних архітектур 2Н-ІТП у контексті мереж 4ПЦТ та 5ПЦТХ. Метою є проаналізувати типові конфігурації цих теплопунктів, виявити відмінності їх функціонування в умовах низькотемпературних мереж 4-го покоління та ультранизькотемпературних 5-го, а також окреслити технічні, регуляторні й економічні аспекти впровадження. В огляді розглянуто основні функціональні компоненти 2Н-ІТП. Показано, що в мережах 4ПЦТ 2Н-ІТП дозволяють інтегрувати розподілені локальні джерела тепла за температур подачі ~50–70 °C. Натомість у 5ПЦТХ-системах з нейтральним рівнем температури 10–30 °C кожен теплопункт оснащено реверсивним тепловим насосом, здатним працювати і на опалення, і на охолодження. Це забезпечує динамічний обмін тепловою енергією («heat sharing») між споживачами. Акцентовано увагу на ключових викликах впровадження 2Н-ІТП. Зокрема, розглянуто питання гідравлічної стабільності двосторонніх потоків, необхідності оновлення нормативної бази (стандарти обліку та механізми компенсації за повернуте тепло) і економічних чинників (значні інвестиційні витрати, адаптація тарифних моделей)

централізоване теплопостачання, двонаправлений індивідуальний тепловий пункт, відновлювані джерела енергії, тепловий просьюмер, тепловий насос, охолодження, низькотемпературне теплопостачання, скидна теплова енергія
  1. Glamazdin, P.M., Baranchuk, K.O., & Pryimak, O.V. (2021). New approaches to the organization of centralized heat supply. Ventilation, Lighting and Heat and Gas Supply, 39, 38-46.
  2. Lund, H., Werner, S., Wiltshire, R., Svendsen, S., Thorsen, J.E., Hvelplund, F., & Mathiesen, B.V. (2014). 4th generation district heating (4GDH): Integrating smart thermal grids into future sustainable energy systems. Energy, 68, 1-11.
  3. Sorknæs, P., Østergaard, P.A., Thellufsen, J.Z., Lund, H., Nielsen, S., Djørup, S., & Sperling, K. (2020). The benefits of 4th generation district heating in a 100% renewable energy system. Energy, 213, article number 119030.
  4. Buffa, S., Cozzini, M., D’Antoni, M., Baratieri, M., & Fedrizzi, R. (2019). 5th generation district heating and cooling systems: A review of existing cases in Europe. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 104, 504-522.
  5. Revesz, A., Jones, P., Dunham, C., Davies, G., Marques, C., Matabuena, R., ... & Maidment, G. (2020). Developing novel 5th generation district energy networks. Energy, 201, article number 117389.
  6. Wirtz, M., Neumaier, L., Remmen, P., & Müller, D. (2021). Temperature control in 5th generation district heating and cooling networks: An MILP-based operation optimization. Applied Energy, 288, article number 116608.
  7. Chicherin, S. (2023). Amount of heat available from a prosumer of a 5th generation district heating and cooling (5GDHC) system: Case study of a data center. Journal of Building Engineering, 76, article number 107138.
  8. Maccarini, A., Sotnikov, A., Sommer, T., Wetter, M., Sulzer, M., & Afshari, A. (2023). Influence of building heat distribution temperatures on the energy performance and sizing of 5th generation district heating and cooling networks. Energy, 275, article number 127457.
  9. Mans, M., Blacha, T., Schreiber, T., & Müller, D. (2022). Development and application of an open-source framework for automated thermal network generation and simulations in Modelica. Energies, 15(12), article number 4372.
  10. Buffa, S., Soppelsa, A., Pipiciello, M., Henze, G., & Fedrizzi, R. (2020). Fifth-generation district heating and cooling substations: Demand response with artificial neural network-based model predictive control. Energies, 13(17), article number 4339.
  11. Meibodi, S.S., & Loveridge, F. (2022). The future role of energy geostructures in fifth generation district heating and cooling networks. Energy, 240, article number 122481.
  12. García-Céspedes, J., Herms, I., Arnó, G., & De Felipe, J.J. (2022). Fifth-generation district heating and cooling networks based on shallow geothermal energy: A review and possible solutions for Mediterranean Europe. Energies, 16(1), article number 147.
  13. Pakere, I., Kacare, M., Murauskaite, L., & Huang, P. (2023). Comparison of suitable business models for the 5th generation district heating system implementation through game theory approach. Environmental and Climate Technologies, 27(1), 1-15.
  14. Lygnerud, K. (2019). Business model changes in district heating: The impact of the technology shift from the third to the fourth generation. Energies, 12(9), article number 1778.
  15. Lindhe, J., Javed, S., Johansson, D., & Bagge, H. (2022). A review of the current status and development of 5GDHC and characterization of a novel shared energy system. Science and Technology for the Built Environment, 28(5), 595-609.
  16. Polyvianchuk, A., Semenenko, R., Kapustenko, P., Klemeš, J.J., & Arsenyeva, O. (2023). The efficiency of innovative technologies for transition to 4th generation of district heating systems in Ukraine. Energy, 263, article number 125876.
  17. Pohosov, O.H., Chepurna, N.V., Pasichnyk, P.O., Kulin ko, Ye.O., & Doroshenko, A.A. (2023). Modern systems of heat and steam supply for industrial enterprises using deep utilization of the energy potential of process steam. Ventilation, Lighting and Heat and Gas Supply, 45, 42-51.

https://doi.org/10.33744/0365-8171-2025-117.1-044-054