Алгоритмизация и программная реализация подбора параметров работы насосного оборудования в системах водяного отопления жилых зданий

Цель. Цель исследования состоит в разработке и программной реализации алгоритмов инженерных расчетов, предназначенных для автоматизированного определения параметров смесительных, водоструйных и циркуляционных насосов, применяемых в системах водяного отопления жилых зданий.

Метод. Методологической основой исследования являются нормативные положения в области отопления и теплоснабжения, уравнение теплового баланса и принципы гидравлического расчета систем отопления. Алгоритмы реализованы в виде трех взаимосвязанных программных модулей, структурированных по блочно-логической схеме: ввод исходных данных, теплотехнический и гидравлический расчеты, вывод параметров для подбора насосов. Расчеты выполняются с учетом установившегося теплового режима, параметров наружного и внутреннего воздуха, гидравлических потерь в системе и конструктивных особенностей насосного оборудования.

Результат. Разработаны три специализированные программы для подбора параметров работы смесительного, водоструйного и циркуляционного насосов, применяемых в системах водяного отопления жилых зданий. Обеспечено автоматизированное определение исходных и расчетных параметров, включая максимальную тепловую нагрузку, массовый расход теплоносителя, коэффициент смешения потоков, гидравлический напор, геометрические характеристики. Представлена структура каждого программного модуля с обоснованием входных, промежуточных расчетных данных в виде листинга и выходных характеристик.

Вывод. Разработанные алгоритмы позволяют упростить и ускорить процедуру подбора параметров работы насосного оборудования, а также минимизировать погрешности при инженерных расчетах. Предложенные программные средства обеспечивают соответствие проектных решений действующим нормативным требованиям и учитывают, как наружные и внутренние климатические условия, так и эксплуатационные характеристики зданий; позволяют адаптировать алгоритмы расчета под различные условия теплоснабжения, включая независимое присоединение и замыкающие участки систем. Автоматизация расчетов способствует интенсификации проектных работ и может быть интегрирована в системы САПР и BIM-технологии.

1. Viskar, Romi and Lepiksaar, Kertu. Typical problems and the solutions for heating substations. CONECT. International Scientific Conference of Environmental and Climate Technologies. 2025. 32. https://doi.org/10.7250/CONECT.2025.011

2. Zakladnyi, Oleg and Prokopenko, Volodymyr. Comprehensive assessment of energy efficiency of pumping equipment with adjustable drive. power engineering: economics, technique, ecology. 2025. https://doi.org/10.20535/18135420.2.2025.329529

3. Vahidi, Hossein and Esfahanizadeh, Mohsen. A comparative life cycle assessment of residential heating systems in Tehran, Iran. Energy Science and Engineering. 2025. https://doi.org/10.1002/ese3.70129

4. Li, Chen and Qiu, Baoyun and Yan, Tianxu and Wang, Huijie and Zhao, Fangling and Qi, Guipeng. The optimization strategy of pump-valve combined scheduling and pump unit reselection in heating systems. Journal of Physics: Conference Series. 2024. 2854. 012072. https://doi.org/10.1088/1742-6596/2854/1/012072

5. Дорофеева, Н.Л. Автоматизация температурных режимов в водяных системах отопления / Н.Л. Дорофеева, А.В. Бабик // Молодежный вестник ИрГТУ. 2021. Т. 11. № 2. С. 67-70

6. Peng, Yin and Wenju, Hu and Deying, Li and Xiaoyu, Li and Xiping, Zeng. Application and economic analysis of water jet pump in new district heating system. Procedia Engineering. 2017. 205. 996-1003. https://doi.org/10.1016/j.proeng.2017.10.158

7. Liu, Xuelai and Zhan, Qunqun and Lia, Yongan. The application analysis of jet pump in heating system. Procedia Engineering. 2017. 205. 2208-2214. https://doi.org/10.1016/j.proeng.2017.10.050

8. Han, Jingtong and Li, Deying. Research on pipe network transformation of central heating system based on adjustable jet pump technology. Procedia Engineering. 2017. 205. 751-756. https://doi.org/10.1016/j.proeng.2017.10.006

9. Liu, Fangzhou and Li, Deying and Zeng, Xiping. Research on energy saving technology of distributing combined adjustable jet pump. Procedia Engineering. 2017. 205. 738-743. https://doi.org/10.1016/j.proeng.2017.10.004

10. Ravan Ghalati, Akbar and Sandoval, Manuel and Croquer, Sergio and Poncet, Sébastien and Lacey, Jay and Nesreddine, Hakim. Numerical modelling of liquid water jet pumps. 2024. https://doi.org/10.11159/enfht24.286

11. Новиков, Г.Ю. Сравнительный анализ функционирования горизонтальных систем водяного отопления жилых зданий / Г.Ю. Новиков, В.А. Галковский, Е.Г. Новикова // Вестник евразийской науки. 2025.Т.17.№ 1.

12. Lysova, E. and Paramonova, O. Development of the structure of the life cycle of the heating system of a construction facility. Modern Trends in Construction, Urban and Territorial Planning. 2025;4:68-75. doi.org/10.23947/2949-18352025-4-1-68-75

13. Garbai, László and Santa, Robert and Bošnjaković, Mladen. System-theory approach to the operation of heat exchangers in district heating systems. Periodica Polytechnica Mechanical Engineering. 2025. https://doi.org/10.3311/PPme.40593

14. Chen, Chaofan and Witte, Francesco and Taherdangkoo, Reza and Cai, Wanlong and Chen, Shuang and Kong, Yanlong and Shao, Haibing and Hofmann, Mathias and Nagel, Thomas. Thermal performance response and heat load redistribution mechanism of a deep U-type borehole heat exchanger in heating systems. Applied Energy. 2025. 382. https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2024.125216

15. Angelidis, Orestis. 5th generation district heating and cooling for holistic energy system decarbonisation: Novel system designs and detailed techno-economic assessment. 2025. https://doi.org/10.5525/gla.thesis.84916

16. Mustafaoğlu, Mansur and Matin, Reza and Kotcioğlu, İsak and Yeşilyurt, Muhammet. Experimental evaluation of water source heat pump by Taguchi method. 2024. https://doi.org/10.5281/zenodo.12547609

17. Krajcik, Michal and Arıcı, Müslüm and Ma, Zhenjun. Trends in research of heating, ventilation and air conditioning and hot water systems in building retrofits: Integration of review studies. Journal of Building Engineering. 2023. 76. 107426. https://doi.org/10.1016/j.jobe.2023.107426

18. Derii, V.O. and Teslenko, Oleksandr and Sokolovska, I. Methodical approach to estimating the potential of thermal energy production by heat pump plants in case of their implementation in regional district heating systems. Energy Technologies and Resource Saving. 2023. 75. 44-56. https://doi.org/10.33070/etars.2.2023.03

19. Vering, Christian and Otto, Andy and Mortimer, Marc and Mehrfeld, Philipp and Mueller, Dirk. ACoolHeaD: framework for automated cooling and heating demand calculations using spatially and temporally resolved building performance simulations applied to the estimation of heating demand in Germany. Energy and Buildings. 2021. 252. https://doi.org/10.1016/j.enbuild.2021.111442

20. Lu, Chujie and Li, Sihui and Penaka, Santhan and Olofsson, Thomas. Automated machine learning-based framework of heating and cooling load prediction for quick residential building design. Energy. 2023. https://doi.org/10.1016/j.energy.2023.127334

21. Polyakov, Sergey. Simulation of a heating automation system for a «smart» residential building. Modeling of systems and processes. 2021. 14. 35-44. https://doi.org/10.12737/2219-0767-2021-14-2-35-44

22. Симашев, В.И. Разработка системы управления ассоциативно-защищенными картографическими базами данных в распределенной вычислительной среде / В.И. Симашев, М.Г. Нуриев // Международный научноисследовательский журнал. 2025. № 4 (154). https://doi.org/10.60797/IRJ.2025.154.89

23. Smidl, Vaclav and Sirový, Martin and Gevorkov, Levon and Rassõlkin, Anton and Kallaste, Ants and Vaimann, Toomas. Model for energy management of residential building heating system. 2020. https://doi.org/10.1109/IWED48848.2020.9069503

24. Zhang, Jiarui and Mu, Yunfei and Wu, Zeqing and Liu, Zhe and Gao, Yi and Li, Hairun. Optimal scheduling method of regenerative electric heating for emergency residential building heating: An affine arithmetic‐based model predictive control approach. IET Energy Systems Integration. 2022. 5. https://doi.org/10.1049/esi2.12082

25. Vlaminck, Noémie and Henneaux, Lucas and Besson, Maxime and Parwatha, I Gede and Sainvitu, Caroline. Data-driven forecasting of residential water, heating and electricity consumption. 2025. https://doi.org/10.13140/RG.2.2.35181.09441

26. Schmidt, Matthias and Sourmelis Terzopoulos, Venizelos Eleftherios and Kühl, Viktor and Linder, Marc. Zero emission heating with calcium oxide and water: development and demonstration of first pilot scale thermochemical heating system for buildings. Frontiers in Energy Research. 2025. 13. https://doi.org/10.3389/fenrg.2025.1617554

27. Hsu, Po-Ching and Gao, Lei and Hwang, Yunho and Radermacher, Reinard. A review of the state-of-the-art data-driven modeling of building HVAC systems. Energy and Buildings. 2025. 342. 115881. https://doi.org/10.1016/j.enbuild.2025.115881

28. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2022685238. Программа для расчета параметров смесительного насоса системы водяного отопления жилого здания: № 2022685406: заявл. 22.12.2022: опубл. 22.12.2022. Бюл. № 1. М.В. Павлов, Д.Ф. Карпов, В.А. Писаренко; правообладатель ВоГУ. https://doi.org/10.13140/RG.2.2.35554.54726

29. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2023617020. Программа для расчета параметров водоструйного насоса системы водяного отопления жилого здания: № 2023616258: заявл. 04.04.2023: опубл. 04.04.2023. Бюл. № 4. М.В. Павлов, Д.Ф. Карпов, В.А. Писаренко; правообладатель ВоГУ. https://doi.org/10.13140/RG.2.2.19616.19201

30. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2023689376. Программа для расчета параметров циркуляционного насоса системы водяного отопления жилого здания: № 2023689435: заявл.29.12.2023:опубл.29.12.2023. Бюл. № 1.М.В.Павлов, Д.Ф.Карпов, В.А. Писаренко, К.В. Писаренко, В.П. Жукова;правообладатель ВоГУ. doi.org/10.13140/RG.2.2.23482.81602