Дисертації (ТАЕ)
Постійне посилання зібрання
У зібранні розміщено дисертації, які захищені працівниками кафедри.
Переглянути
Перегляд Дисертації (ТАЕ) за Автор "Білоус, Інна Юріївна"
Зараз показуємо 1 - 2 з 2
Результатів на сторінці
Налаштування сортування
Документ Відкритий доступ Оцінювання розосередженого рівня природного повітрообміну в будівлях з врахуванням мінливості внутрішніх та зовнішніх умов(КПІ ім. Ігоря Сікорського, 2024) Гетманчук, Ганна Олександрівна; Білоус, Інна ЮріївнаГетманчук Г.О. Оцінювання розосередженого рівня природного повітрообміну в будівлях з врахуванням мінливості внутрішніх та зовнішніх умов. – Кваліфікаційна наукова праця на правах рукопису. Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора філософії за спеціальністю 144 Теплоенергетика – Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського» Міністерства освіти і науки України, м. Київ, 2024. У вступі дослідження підкреслено актуальність обраної теми, де аргументовано важливість розробки та удосконалення методів та підходів до визначення кратності природного повітрообміну як показника умов мікроклімату приміщень та його впливовості, як вентиляційної складової на енергетичні характеристики будівель. Сформульовано мету, наукове завдання, об'єкт, предмет та методи дослідження, визначено наукову новизну та практичне значення отриманих результатів. Подано інформацію щодо апробації дослідження, публікацій та актів впровадження результатів, а також розкрито особистий внесок автора. У першому розділі дисертації проведено огляд та аналіз впливовості кратності повітрообміну, як вентиляційної складової на енергоефективність будівель різного призначення. Підвищення енергоефективності будівельного сектору як значного споживача енергії наразі є пріоритетним напрямом та однією з умов досягнення енергетичної незалежності України. Житловий фонд та інші громадські будівлі споживають основну частку енергоресурсів на потреби опалення. При цьому велика частина будівель, що експлуатуються є будівлями масової забудови з відсутністю капітального ремонту, що вказує на необхідність покращення їх енергетичних характеристик та умов комфорту. Підвищення енергоефективності будівель вимагає не лише утеплення огороджувальних конструкцій та модернізації інженерного обладнання, але й застосування вдосконалених моделей розрахунку енергоспоживання будівлями. Ці моделі мають враховувати комплекс показників, включаючи природну складову кратності повітрообміну. Для оцінки потенціалу енергоефективності в розділі розглянуто будівлю як складну енергетичну систему. Важливим є порівняння та гармонізація міжнародних та європейських підходів з українськими стандартами на нормативами, що стосуються питань вентиляції та повітрообміну. Щоденна динаміка кратності повітрообміну в будівлях визначається взаємодією ряду факторів, що включають як зміни у зовнішньому середовищі, так і внутрішній активності користувачів. Оцінка впливу регулювання систем вентиляції на якість повітря та енергетичні характеристики вимагає комплексного підходу, враховуючи динамічний характер змін. В даному розділі наведено літературний огляд з питань підходів до визначення кратності повітрообміну, де окреслено основні фактори які впливають на забезпечення комфортних умов з точки зору якості повітря. В тому числі приділена увага показнику СО2 в приміщеннях, як індикатору якості повітря. Проведено огляд спеціалізованих програми, що дозволяють провести детальний аналіз та визначити оптимальні параметри кратності повітрообміну в різні часові проміжки. Це необхідно для забезпечення ефективності вентиляційних систем та створення комфортних умов всередині будівель у різних сценаріях використання та мінливих зовнішніх умовах. У другому розділі наведена загальна схема досліджень та опис об’єктів аналізу та моделювання. Представлена емпірична методика розрахунку погодинної природної кратності повітрообміну в багатоповерхових будівлях в умовах мінливості зовнішнього та внутрішнього середовища. Дана методика передбачає визначення повітрообміну через різницю тисків. Так як в роботі досліджується саме природня складова повітрообміну, методика враховує стак ефект та вітровий тиск, механічна вентиляція в будівлях що досліджувались відсутня. Також наведений план експерименту та методика визначення природної кратності повітрообміну на базі експериментальних вимірювань рівня СО2 в репрезентативних приміщеннях з кроком 1 хвилина. Визначення концентрації СО2 було проведено на основі масового балансу вибраних приміщень з врахуванням ключових параметрів: природного повітрообміну, фонової (зовнішньої) концентрацію СО2, початкової концентрації СО2 в приміщенні, присутності людей та геометричних розмірів приміщення. Під час дослідження були зафіксовані кліматичні дані, такі як напрямок та сила вітру, температура в приміщеннях квартири та зовнішня температура, які також враховувались при аналізі результатів. В рамках дослідження було проаналізовано зміну концентрації СО2 в приміщенні в залежності від ряду параметрів, а саме: виділень від людей, зміни концентрація СО2 у припливному повітрі та об'єму припливного повітря. За результатами проведеного аналізу встановлено, що регулювання кратності повітрообміну за рівнем СО2 є кращим підходом, ніж просте дотримання нормативних значень, оскільки цей підхід дозволяє більш точно та ефективно регулювати повітрообмін в будівлях, враховуючи реальні умови та потреби користувачів. У третьому розділі дисертації представлено результати експериментальних досліджень концентрації СО2 та визначена кратність природного повітрообміну в аудиторіях навчального корпусу КПІ ім. Ігоря Сікорського. Встановлено, що без врахування провітрювань кратність повітрообміну становить 0,41 год-1, з врахуванням провітрювань середня кратність повітрообміну становить 0,48 год-1. На основі декількох серій вимірювань проведених в зимовий період в приміщеннях житлової будівлі було встановлено, що характерним є явище інфільтрації. За даного механізму циркуляції повітря, кратність повітрообміну складала 0,74 год-1 для житлової кімнати, від 0,73 год-1 для коридору, та 3,4 год-1 для кухні. При умовах ексфільтрації, кратність повітрообміну для житлової кімнати була на рівні 0,37 год-1, 1,06 год-1для коридору, та 0,57 год-1 для кухні. Експерименти підтвердили, що реальна кратність повітрообміну, коли свіже повітря надходить через вікна та двері, перевищує мінімальні нормативні значення. Однак, при оберненому потоці повітря, вона не відповідає нормативним значенням. Також проводилась обробка серії експериментальних досліджень в репрезентативних приміщеннях квартири в літній період. Протягом літнього періоду було виявлено, що кількість випадків інфільтрації та ексфільтрації майже однакова, але, як і для опалювального періоду, напрямки руху повітря в приміщеннях залежать від напрямку вітру. Для умов інфільтрації кратність повітрообміну становила 0,57 год-1 для житлової кімнати, 2,34 год-1 для коридору, 2,41 год-1 для кухні. Для умов ексфільтрації кратність повітрообміну становила 0,24 год-1 для житлової кімнати, 0,94 год-1 для коридору, 0,52 год-1 для кухні. В рамках експериментального дослідження також проводились експериментальні заміри концентрації СО2 в аудиторії учбового корпусу КПІ ім. Ігоря Сікорського №22 в режимі охолодження в літній період. Отримані результати показують, що величина природної кратності повітрообміну залежить від вітрового та стак ефектів. З посиленням різниці температур між внутрішнім та зовнішнім повітрям, спостерігається зростання величини кратності повітрообміну від 0,37 до 0,9 год-1. У четвертому розділі дисертації проведено аналіз енергетичних показників досліджуваних приміщень на основі моделей, створених у програмному середовищі EnergyPlus, які дозволяють визначати енергоспоживання будівлі на потреби опалення з врахуванням мінливості фактичного природного повітрообміну в житлових будівлях. За результатами енергетичного моделювання, річна економія енергії з врахуванням фактичних значень природної кратності повітрообміну в різних зонах будівлі становить 5,4% в порівнянні зі стандартом ДСТУ Б EN 15251:2011, а в порівнянні зі стандартом ДБН В.2.2-15:2019 – 7,7%. Результати досліджень були передані для використання ДП «Державний науково-дослідний інститут будівельних конструкцій», ГО «Школа енергоефективності» та відділом енергоменеджменту та екології Національного технічного університету України "Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського". Практичне значення одержаних результатів підтверджується актами впровадження результатів досліджень.Документ Відкритий доступ Розосереджені енергетичні баланси у багатоквартирних житлових будівлях(КПІ ім. Ігоря Сікорського, 2025) Гурєєв, Максим Вячеславович; Білоус, Інна ЮріївнаГурєєв М. В. Розосереджені енергетичні баланси у багатоквартирних житлових будівлях. – Кваліфікаційна наукова праця на правах рукопису. Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора філософії за спеціальністю 144 Теплоенергетика – Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського» Міністерства освіти і науки України, Київ, 2025. У роботі порушено актуальну проблему підвищення енергоефективності використання теплової енергії в житловому фонді України шляхом удосконалення підходів до оцінювання енергетичних характеристик будівель на основі тепломасообмінних процесів у зонах багатоквартирних будівель. В умовах зростання вартості енергоресурсів, нестабільного теплопостачання, руйнування генерувальних потужностей та потреби у зменшенні викидів парникових газів, особливої значущості набуває питання точного визначення динаміки теплових втрат і надходжень тепла. Існуючі методики часто базуються на спрощених стаціонарних розрахунках, що не відображають повною мірою змінних режимів експлуатації, теплоінерційності конструкцій та зовнішніх кліматичних коливань. Це знижує ефективність планування заходів з енергозбереження. У зв’язку з цим важливою є розробка підходів, заснованих на динамічному моделюванні енергетичних процесів у будівлях. У вступі дисертації підкреслено актуальність обраної теми, де аргументовано важливість застосування динамічного енергетичного моделювання для достовірної оцінки теплових процесів у багатоквартирних житлових будівлях в умовах динамічної зміни кліматичних і експлуатаційних умов. Сформульовано мету, наукові завдання, об'єкт, предмет та методи дослідження, визначено наукову новизну та практичне значення отриманих результатів. Подано інформацію щодо апробації дослідження, публікацій та актів впровадження результатів, а також розкрито особистий внесок автора. У першому розділі обґрунтовано актуальність комплексного підходу до підвищення енергоефективності житлового фонду, що зумовлено економічними, екологічними та соціальними вимогами сталого розвитку. Висвітлено фундаментальні фізичні процеси формування енергетичного балансу будівлі, зокрема теплопередачу через огороджувальні конструкції, повітрообмін, вплив систем ОВК та поведінкові чинники мешканців. Проведено критичний аналіз чинної нормативної бази України і порівняно її з підходами ЄС. Встановлено, що українські методики переважно спираються на стаціонарні розрахунки, тоді як європейські і американські стандарти все ширше застосовують динамічне моделювання та орієнтуються на фактичне, а не лише проєктне енергоспоживання. Літературний огляд охоплює сучасні дослідження з параметричного аналізу сонячних теплонадходжень, масивності огороджень. Виявлено прогалини у вітчизняній науковій базі щодо динамічних характеристик багатоквартирних будівель, зокрема в умовах нестабільних режимів опалення, а також взаємодії кондиціонованих зон при неоднорідних теплофізичних характеристиках. На основі проведеного аналізу обґрунтовано доцільність застосування динамічного моделювання з погодинним розрахунком, що забезпечує підвищення точності оцінки енергоспоживання і дозволяє моделювати реальні сценарії експлуатації житлових будівель. Отримані висновки стали підґрунтям для формування підходу, використаного в подальших етапах дослідження. У другому розділі сформовано і верифіковано мультизональну динамічну модель 12-поверхового житлового будинку ОСББ «Наш дім на Галана» (Київ) як базову платформу для подальшого параметричного аналізу. Об’єкт дослідження описано на основі аудиторських даних, планів та фактичних показників теплопостачання, що гарантує репрезентативність і можливість екстраполяції результатів. Методика моделювання поєднує оцифрування геометрії в DesignBuilder із подальшим розрахунком у EnergyPlus; правильність моделі підтверджено порівнянням вихідних даних із реальними витратами тепла. Використано погодинні кліматичні дані IWEC, а теплопровідність огороджень змодельовано методом кондуктивної передавальної функції (Conduction Transfer Function), що забезпечує врахування інерційності та фазових зсувів теплонадходжень. Базова модель включає типовий склад огороджувальних конструкцій (опір теплопередачі), кратність повітрообміну 0,6 год⁻¹ та внутрішню температуру 20 °C. Задано параметричну сітку сценаріїв, що варіює орієнтацію фасадів, масивність і рівень утеплення стін, характеристики вікон, товщину внутрішніх перегородок і режими денного/нічного зниження температури опалення. Така систематизація дає змогу виконати чутливісний аналіз і кількісно оцінити вплив кожного чинника на теплові втрати та пікові навантаження. Розділ закладає концептуальну й інструментальну основу для дослідження динамічних теплових балансів та обґрунтування енергоефективних рішень для багатоквартирних будівель в умовах клімату України. У третьому розділі дисертації кількісно оцінено вплив теплофізичних властивостей огороджувальних конструкцій (масивності і опору теплопередачі) на енергоспоживання багатоквартирної житлової будівлі. Дослідження ґрунтується на порівнянні результатів стаціонарних розрахунків за EN 12831 із погодинним динамічним моделюванням в EnergyPlus, що враховує добові коливання температури, інфільтрацію, сонячні теплонадходження й теплоакумуляцію матеріалів. Результати показали, що динамічний підхід демонструє на 6-8% нижчу розрахункову річну потребу в опаленні порівняно зі стаціонарною методикою та запобігає «перетопам» у перехідні періоди. Параметричний аналіз підтвердив, що збільшення масивності зовнішніх цегляних стін із 0,25 м до 0,77 м скорочує витрати енергії на опалення до 37%, а комплексна термомодернізація (шар мінеральної вати 0,1 м і двокамерні енергоефективні склопакети) майже на 45%. Врахування погодинних даних IWEC знизило втрати через повітрообмін на 3,9% порівняно з розрахунками за середньомісячними температурами. Отримані результати доводять доцільність застосування динамічного моделювання та зонального регулювання температури для підвищення точності прогнозування енергоспоживання і раціональної експлуатації систем опалення при реконструкції та модернізації житлових будівель. У четвертому розділі дисертації здійснено комплексне дослідження енергетичних характеристик житлової будівлі при сталих, змінних та аварійних режимах роботи системи опалення. Враховано сучасні виклики, пов’язані з підвищенням вимог до енергоефективності, нестабільністю енергоринку та ризиками відключень теплопостачання. Проаналізовано вплив різних сценаріїв регулювання температури внутрішнього повітря (денне і нічне пониження температури внутрішнього повітря) на річне споживання теплової енергії, враховуючи масивність огороджувальних конструкцій, орієнтацію фасаду, термомодернізацію будівлі та внутрішні теплонадходження. Встановлено, що динамічне моделювання дозволяє оцінити інерційні процеси, теплові взаємодії між приміщеннями та особливості розподілу навантаження у змінних режимах. Показано, що застосування стратегій пониження температури в денний і нічний періоди дозволяє знизити річне енергоспоживання на 18-23%, а нічне пониження є більш ефективним для будівель з масивними стінами. Проведено моделювання аварійних сценаріїв із частковим та повним відключенням опалення, що дало змогу оцінити теплову стійкість будівлі та ризики охолодження приміщень. Встановлено, що при відключенні опалення у суміжних приміщеннях додаткове навантаження на систему опалення може зростати на 16-18%. Отримані результати дозволяють формувати рекомендації щодо адаптивного управління опаленням, підвищення пасивної термічної стійкості будівель, навчання систем автоматичного регулювання систем опалення на базі штучного інтелекту та розробки нормативів енергоефективності. Практичне значення результатів дисертаційного дослідження підтверджено довідкою про впровадження, виданою ОСББ «Наш дім на Галана» та Кваліфікаційним центром "Центр підготовки енергоменеджерів навчальнонаукового інституту енергозбереження та енергоменеджменту" КПІ ім. Ігоря Сікорського. Документом засвідчується придатність та ефективність розроблених методик і моделей енергетичного моделювання для планування комплексних заходів з підвищення енергоефективності багатоквартирних житлових будівель. Результати можуть бути застосовані для налаштування режимів роботи індивідуального теплового пункту та систем автоматичного регулювання опалення, а також для точного прогнозування теплових витрат будівлі в умовах різних сценаріїв експлуатації суміжних приміщень, що сприятиме підвищенню енергетичної ефективності та забезпеченню комфортних умов проживання мешканців. У більшості кінцевих споживачів теплової енергії відсутній облік, тому отримані результати дослідження можуть бути використані при налаштуванні лічильників-розподільників теплової енергії. Зокрема, інформація щодо налаштування термостатів та удосконалення роботи опалювальних систем застосовуються у навчальному процесі для формування професійних компетентностей фахівців у сфері енергоефективності.