Baigiamajame magistro darbe nagrinėjamos grunto ir atliekinės pastato šilumos panaudojimo galimybės mažaenergiame pastate, Vilniaus mieste, Lietuvoje. Suskaičiuoti keturi pastato energijos balansų variantai, naudojant ”CASAnova” kompiuterinę skaičiavimo programą, su skirtingais atitvarų šilumos perdavimo koeficientais. Pastate taikomos dvi energijos taupymo priemonės. Pirmoji yra gruntinis šilumokaitis naudojamas šviežio oro pirminiam pašildymui mechaninio vėdinimo sistemoje, kurio skaičiavimai atliekami ”GAEA” programa. Antroji yra nuotekų šilumos atgavimo šilumokaitis, naudojamas į pastatą tiekiamo šalto vandens pirminiam pašildymui, atgaunant dalį šilumos iš duše susidariusių nuotekų. Pastatui reikiamas metinis šilumos ir vėsos energijos kiekis gaminamas šilumos siurbliu su vertikaliu gręžiniu grunte, kurio skaičiavimams naudojama ”EED” programa. Gręžinių gyliai yra suskaičiuoti kiekvienam pastato energijos balansų variantui. Atlikti ekonominiai skaičiavimai rodo gruntinio ir nuotekų šilumos atgavimo šilumokaičių įdiegimo pastate ekonominę naudą. Pateikti rezultatai rodo kiekvieno varianto energijos poreikius ir gręžinio grunte gylį priklausomai nuo pastato varianto atitvarų šiluminių savybių bei taikomų energijos taupymo sprendimų. Darbą sudaro 9 dalys: įvadas, 6 skyriai, išvados ir pasiūlymai, literatūros sąrašas. Darbo apimtis – 64 psl. teksto, 41 paveikslai, 14 lentelės, 31 bibliografinis šaltinis. / The final master thesis presents technical analysis of low-energy residential building in Vilnius, Lithuania. Building has low temperature floor heating, mechanical ventilation with heat recovery unit and hot water preparation with buffer tank systems. Using “CASAnova” software is calculated fourth energy balances of building according fourth different heat transfer coefficients of the walls. All heating and cooling energy demand of a building is generated from the ground. It is made by using a heat pump with single borehole. A calculation of borehole sizing is made with “EED” software. Two energy saving technologies are analysed for a building. The first idea is to reduce heat energy consumption of hot water preparation. There is calculated benefit of waste water heat recovery heat exchanger which function is to pre-heat hot water using waste water from the shower. Second idea is to reduce heat energy consumption for fresh air heating in air handling unit. There is calculated benefit of earth-to-air heat exchanger using “GAEA” software. Final result of all calculations shows influence of heat transfer coefficient and energy saving technologies to building annual energy balance and depth of borehole. Economic benefit of using energy saving technologies is calculated. Structure: introduction, 6 chapters, conclusions and suggestions, references. Thesis consists of 64 p. of text, 41 figures, 14 tables and 31 bibliographical entries.

Baigiamajame magistro darbe nagrinėjamas pastato, aprūpinimas šiluma šilumos siurbliu su šiluminiais poliais. Yra apžvelgtos esamos giliosios bei sekliosios geoterminės energijos panaudojimo panaudojimo galimybės Lietuvoje. Aprašytos prielaidos ir supaprastinimai šiluminių polių skaičiavimui, aprašytos skaičiavimo metodikos. Atlikti šiluminių polių skaičiavimai, naudojantis penkiomis metodikomis. Aprašytas pasirinktas pastatas, apskaičiuoti atitvarų šiluminiai rodikliai, nustatyta pastatui reikalinga šiluminė galia. Naudojantis „Design builder“ modeliavimo programa sukurtas pastato modelis ir apskaičiuoti pastato šilumos bei vėsos poreikiai metų laikotarpiu. Pagal nustatytus poreikius modeliavimo programa „EED“ sumodeliuoti šildymo vėsinimo ciklai dvidešimt penkeriems metams į priekį. Sistema palyginta su baziniu šilumos šaltiniu. Išnagrinėjus gautus rezultatus pateikiamos rekomendacijos bei baigiamojo darbo išvados. Darbą sudaro 11 dalių: įvadas, geoterminės energijos panaudojimo galimybės Lietuvoje, šilumos siurblių tipai, šiluminių polių skaičiavimo metodikos bei skaičiavimai, nagrinėjamo pastato aprašymas, pastato šiluminės galios skaičiavimas, pastato šilumos/vėsos poreikių modeliavimas „Design builder“ programa, šiluminių polių skaičiavimas „EED“ programa, nagrinėjamos sistemos palyginimas su baziniu šilumos šaltiniu, rekomendacijos, išvados ir literatūros sąrašas. Darbo apimtis 68 p. teksto be priedų, 49 iliustr., 16 lent., 29 literatūros šaltiniai. / The final master thesis presents analysis of heat supply to the building using a heat pump with energy piles. There is an overview of shallow and deep geothermal energy utilization current possibilities in Lithuania. The assumptions and simplifications of the calculation for the energy piles are described as well as the calculation methodology. Calculations of the energy piles are performed, using five methods. The chosen building is described, thermal performance of partitions are calculated and the building heating capacity is calculated. . Using the "Design Builder" building simulation program a model was generated and the calculations of annual heating and cooling demand are performed. According to the demand of building using simulation program "EED" heating /cooling cycles are calculated of twenty-five years ahead. The system was compared with the basic heat source. After analyzing all results conclusions are given. Thesis consists of 11 parts: introduction, overview of geothermal energy resources usage posibilities in Lithuania, types of heat pumps, calculation methods and calculations of energy piles, description of the building data, calculation of building heating system power, simulation of heat /cooling demand of the building with "Design Builder" program, calculation of energy piles with "EED" modeling program, Comparison of the system with the basic source of heat, recommendations, conclusions and references, Volume of the thesis 68 p. of the text... [to full text]

Žemės šilumos siurblių sistemos surenka žemės šilumą, dažniausiai vertikaliu U formos gręžinio šilumokaičiu. U formos gręžinio šilumokaičio našumas priklauso nuo šiluminių žemės savybių, taip pat nuo gręžinyje naudojamo skiedinio ar užpildo. Siekiant, kad Žemės šilumos siurblių sistemos pasiteisintų, projektuojant reikia atsižvelgti į geologinių struktūrų šiluminį laidumą ir gręžinio šilumokaičio šiluminę varžą. Šio darbo tikslas buvo nustatyti šilumos siurblio, naudojančio grunto šilumą, pritaikymo individualioje sodyboje siurblio techninis ir ekonominis įvertinimas. Nustatyta, kad investicijos projektui įgyvendinti, kai gyvenamajam pastatui šildyti ir buitiniam karštam vandeniui ruošti šildymo sezono metu šilumą gamina šilumos siurblys, naudojantis grunto šilumą, palyginti su tiesioginiu elektros naudojimu pastatui šildyti ir buitiniam karštam vandeniui ruošti, atsiperka per 6,3 metus. Šiluminės reakcijos testas padeda nustatyti šiluminį žemės laidumą (λ) gręžinio šilumokaičio įrengimo vietoje, bei efektyvią gręžinio šilumokaičio šiluminę varžą (Rb). Pagrindinis tikslas buvo suderinti gręžinio šilumokaitį su žemės sąlygomis, taip pat nustatyti gręžinio gylio poveikį (60 m: VB2; 90 m: VB3). / Ground source heat pump systems exchange heat with the ground, often through a vertical, U-tube, borehole heat exchanger. The performance of this U-tube borehole heat exchanger depends on the thermal properties of the ground formation, as well as grout or backfill in the borehole. The design and economic probability of ground source heat pump systems need the thermal conductivity of geological structure and thermal resistance of borehole heat exchanger. An economic and technical evaluation of the heat pump, which is using ground heat, in individual homestead. It was found that the investment for this project, when heat pump using ground heat is used to heat residential building and domestic hot water in heating season, compared with the use of direct electric heating of buildings and domestic hot water payback within 6.3 years. Thermal response test method allows the in-situ determination of the thermal conductivity (l) of the ground formation in the vicinity of a borehole heat exchanger, as well as the effective thermal resistance (Rb) of this latter. The main goal has been to determine same in-situ ground type of borehole heat exchanger, including the effect of borehole’s depths (60 m: VB2; 90 m: VB3).

Pagrindinės šiame darbe sprendžiamos problemos yra susijusios su efektyviu ilgalaikiu šilumos siurblių eksploatavimu. Šilumos siurblio sistemos kintamuoju priimamas gruntinis šilumokaitis. Tai reiškia, kad šilumos siurblio efektyvumas priklausys nuo šilumnešio temperatūros gruntiniame šilumokaityje. Pirmoje darbo dalyje pateikiama informacija apie geoterminę energiją bei jos naudojimo būdus. Apibrėžiama seklioji geoterminė energija. Pateikiamos šilumos siurblių šilumokaičių schemos. Praktinėje darbo dalyje pateikiama gruntinių šilumokaičių modeliavimo metodų analizė bei pasirenkamas metodas tolimesniam modeliavimui. Modeliuojami trijų skirtingų tipų vertikalūs gruntiniai šilumokaičiai. Modeliavimo rezultatas: šilumnešio vidutinės mėnesinės temperatūros 25 metų laikotarpiui. Pagal temperatūras nustatomas šilumos siurblio vidutinis mėnesinis efektyvumo koeficientas. Naudojant efektyvumo koeficientus apskaičiuojamas elektros energijos poreikis. Atliekama ekonominė analizė. Analizės rezultatai parodė, kad efektyviausias vertikalus gruntinis šilumokaitis, prie darbe priimtų modeliavimo sąlygų, yra viengubas gruntinis šilumokaitis su dviem U-formos vamzdžiais. / The main problems that are solved in this thesis are tailored with heat pumps longtime efficiency. The borehole heat exchanger was selected as a variable of a heat pump system. This means that efficiency of the heat pump depends from the temperature of heat carrier inside soil heat exchanger. First part of this thesis represents information about geothermal energy and ways of using it. Definition about shallow geothermal energy is made. The examples of heat pump heat exchangers are given. The practical part of the thesis contains analysis of the simulation models for soil heat exchangers. According to this analysis, selection of the simulation tool is made for further modeling. The simulations of three different heat exchangers types are made. Modeling results show heat carrier’s mean monthly temperatures during time period of 25 years. Using these temperatures the heat pump’s mean monthly coefficient of performance is defined. Using coefficients of performance the calculation of electric power demand is made. Economic analysis is made. The analysis results showed that the most efficient vertical borehole heat exchanger is one heat exchanger with two U-pipes, in terms of conditions that had been used in this thesis.