Published since 1923
DOI: 10.33622/0869-7019
Russian Science Citation Index (RSCI) на платформе Web of Science


  • HEAT SUPPLY, VENTILATION, AIR CONDITIONING, LIGHTING
  • Modeling And Optimization Of Electric Heating Systems In Northwest China
  • doi: 10.33622/0869-7019.2026.03.70-76
    Sun JIAMING, sunjiamingvv@yandex.ru
    Saint Petersburg State University of Architecture and Civil Engineering, 2-ya Krasnoarmeyskaya ul., 4, St. Petersburg 190005, Russian Federation
    Abstract. A simulation and optimization model has been developed for a hybrid heating system consisting of an electric boiler, an air-source heat pump, and a thermal storage tank, applied to a residential building in the Xinjiang region of China. The modeling was carried out in the TRNSYS software environment, taking into account the local climatic conditions and the applicable heat and electricity tariffs for the year 2024. To minimize the annualized total cost, a parameter optimization method based on the Hooke-Jeeves direct search algorithm is proposed. The optimization variables include the thermal capacity of the electric boiler, the heating capacity of the air-source heat pump, and the volume of the thermal storage tank. The optimization enables the determination of an economically optimal system configuration, ensuring an efficient redistribution of thermal load between energy sources and maximizing the utilization of renewable resources under constraints on fossil fuel use. The results indicate that, under the optimal parameters, annual costs are reduced by 36.26 %.
    Keywords: hybrid heating system, air-source heat pump, thermal energy storage, TRNSYS simulation, Hooke-Jeeves algorithm, parameter optimization>
  • REFERENCES
    1. Hassan A. M., Megahed N. A. Improving urban energy resilience with an integrative framework based on machine learning methods [Повышение устойчивости городского энергоснабжения с помощью интегративной структуры на основе методов машинного обучения]. Architecture and Engineering, 2022, no. 4(7), pp. 17-35.
    2. Novan K., Wang Y. Estimates of the marginal curtailment rates for solar and wind generation [Оценка предельных объемов ограничения выработки солнечных и ветровых электростанций]. Journal of Environmental Economics and Management, 2024, vol. 124, p. 102930.
    3. Gong G., Yang J., Mahato N. K., Yang H. Research on multi-energy complementary and optimization control technology of urban energy Internet [Исследование мультиэнергетической комплементарности и технологий оптимизации управления для городского энергетического Интернета]. IEEE Sustainable Power and Energy Conference (iSPEC), 2019, pp. 728-733.
    4. Wang Y., Li Y., Zhang Y. et al. Optimized operation of integrated energy systems accounting for synergistic electricity and heat demand response under heat load flexibility [Оптимизация режимов работы интегрированных энергетических систем с учетом совместного реагирования спроса на электроэнергию и тепло при гибкости тепловой нагрузки]. Applied Thermal Engineering, 2024, vol. 243, p. 122640.
    5. Lund H., Munster E. Integrated energy systems and local energy markets [Интегрированные энергетические системы и локальные энергетические рынки]. Energy Policy, 2006, no. 10(34), pp. 1152-1160.
    6. Nielsen M. G., Morales J. M., Zugno M. et al. Economic valuation of heat pumps and electric boilers in the Danish energy system [Экономическая оценка тепловых насосов и электрокотлов в энергосистеме Дании]. Applied Energy, 2016, vol. 167, pp. 189-200.
    7. Papaefthymiou G., Hasche B., Nabe C. Potential of heat pumps for demand side management and wind power integration in the German electricity market [Потенциал тепловых насосов для управления спросом и интеграции ветровой энергии в электроэнергетический рынок Германии]. IEEE Transactions on Sustainable Energy, 2012, no. 4(3), pp. 636-642.
    8. Chen X., Kang C., O'Malley M. et al. Increasing the flexibility of combined heat and power for wind power integration in China: modeling and implications [Повышение гибкости комбинированного производства тепла и электроэнергии для интеграции ветровой энергетики в Китае: моделирование и последствия]. IEEE Transactions on Power Systems, 2015, no. 4(30), pp. 1848-1857.
    9. Cao J., Zheng L., Peng J. et al. Advances in coupled use of renewable energy sources for performance enhancement of vapour compression heat pump: a systematic review of applications to buildings [Достижения в области комбинированного использования возобновляемых источников энергии для повышения эффективности парокомпрессионных тепловых насосов: систематический обзор применения в зданиях]. Applied Energy, vol. 2023, p. 120571.
    10. Yang Y., Peng X., Wang G. et al. Energetic and exergetic analysis of a transcritical CO2 air-source heat pump water heating system in the cold region [Энергетический и эксергетический анализ транскритической водонагревательной системы на CO2 с воздушным тепловым насосом в холодном регионе]. Energy and Buildings, 2023, vol. 298, p. 113558.
    11. Li T., Liu Q., Gong Y. et al Collaborative optimization of solar-assisted air source heat pump temporal-spatial partitioned heating system in HSCW zone of China [Совместная оптимизация системы поквартирного отопления на основе солнечной энергии и воздушного теплового насоса с временным и пространственным разделением в зоне HSCW Китая]. Energy and Bildings, 2023, vol. 299, p. 113601.
    12. Saedpanah E., Lahonian M., Abad M. Z. M. Optimization of multi-source renewable energy air conditioning systems using a combination of transient simulation, response surface method, and 3E lifespan analysis [Оптимизация систем кондиционирования воздуха на основе нескольких возобновляемых источников энергии с использованием комбинации переходного моделирования, метода поверхности отклика и анализа жизненного цикла 3E]. Energy, 2023, vol. 272, p. 127200.
    13. Lygouras E., Papatsounis A. G., Botsaris P. N., Pechtelidis A. Optimization and techno-economic analysis of a hybrid system with thermal energy storage within a LEC [Оптимизация и технико-экономический анализ гибридной системы с аккумулированием тепловой энергии в рамках местного энергетического сообщества (LEC)]. Renewable Energy, 2023, vol. 215, p. 118920.
    14. Torekov M. S., Bahnsen N., Qvale B. The relative competitive positions of the alternative means for domestic heating [Сравнительные конкурентные позиции альтернативных средств для отопления жилых домов]. Energy, 2007, no. 5(32), pp. 627-633.
    15. Fitzpatrick P., D'Ettorre F., De Rosa M. et al. Influence of electricity prices on energy flexibility of integrated hybrid heat pump and thermal storage systems in a residential building [Влияние цен на электроэнергию на энергетическую гибкость интегрированных гибридных систем тепловых насосов с аккумуляторами тепла в жилом здании]. Energy and Buildings, 2020, vol. 223, p. 110142.
    16. Ulyasheva V. M., Ponomarev N. S., Sukhanova I. I. The use of energy-saving technologies at oil field facilities. Vestnik grazhdanskikh inzhenerov, 2022, no. 1(90), pp. 101-106. (In Russ.).
    17. Taurit V. R., Sukhanova I. I., Kolosnitsyn A. N. Investigation by numerical method of increasing the efficiency of descending ventilation jets for a duct compact air conditioning system. Vestnik grazhdanskikh inzhenerov, 2020, no. 6(83), pp. 164-170. (In Russ.).
    18. Shkarovskiy A., Kolienko A., Turchenko V. Increasing the efficiency of heat load control in centalized heating networks [Повышение эффективности регулирования тепловой нагрузки в централизованных тепловых сетях]. Architecture and Engineering, 2021, no. 3(6), pp. 29-41.
    19. Wetter M. Design optimization with GenOpt [Оптимизация проектирования с помощью GenOpt]. Building Energy Simulation User News, 2000, vol. 21, pp. 19-28.
    20. Hooke R., Jeeves T. A. "Direct search" solution of numerical and statistical [Прямой поиск решения численных и статистических задач]. Journal of the ACM, 1961, no. 2(8), pp. 212-229.
  • For citation: Sun Jiaming. Modeling and Optimization of Electric Heating Systems in Northwest China. Promyshlennoe i grazhdanskoe stroitel'stvo [Industrial and Civil Engineering], 2026, no. 3, pp. 70-76. (In Russ.). doi: 10.33622/0869-7019.2026.03.70-76

BACK