Дисертації (ТАЕ)
Постійне посилання зібрання
У зібранні розміщено дисертації, які захищені працівниками кафедри.
Переглянути
Перегляд Дисертації (ТАЕ) за Ключові слова "air conditioning"
Зараз показуємо 1 - 2 з 2
Результатів на сторінці
Налаштування сортування
Документ Відкритий доступ Енергоефективність комбінованих схем опалення, вентиляції та кондиціювання на основі повітряних теплових насосів(КПІ ім. Ігоря Сікорського, 2023) Місюра, Тимофій Олексійович; Безродний, Михайло КостянтиновичМісюра Т. О. Енергоефективність комбінованих схем опалення, вентиляції та кондиціювання на основі повітряних теплових насосів. – 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», м. Київ, 2023. У вступі дисертації висвітлено актуальність теми дослідження на сьогоднішній день та зв’язок роботи з науковими програмами, планами і темами. Сформульовано мету, наукове завдання, об’єкт, предмет та методи дослідження, визначено наукову новизну та практичне значення отриманих результатів, представлено дані про апробацію дисертації та наявні публікації з окресленням особистого внеску здобувача. У першому розділі дисертації проведено огляд та аналіз сучасних даних щодо ефективного застосування систем HVAC (опалення, вентиляція та кондиціювання повітря) на базі повітряних теплових насосів з додатковим використанням різних низькопотенційних джерел теплоти або холоду. Проаналізовано сучасні підходи та актуальні тенденції до збільшення енергоефективності теплонасосних систем, наведено літературний огляд з питань організації цих заходів. На основі проведеного огляду встановлено перелік питань, які потребують більш глибокого дослідження. У другому розділі розглянуто принципову теплонасосну систему вентиляції та повітряного опалення виробничого приміщення з надлишковим вологовиділенням, у якій застосовано часткову рециркуляцію відпрацьованого повітря для підтримання заданих комфортних умов всередині приміщення. Показано, що необхідний для опалення додатковий підігрів припливного повітря може бути визначений через простий коефіцієнт пропорційності до перепаду температур всередині і ззовні приміщення, значення якого визначається характеристиками приміщення і кратністю повітрообміну. Проведено термодинамічний аналіз роботи системи для визначення необхідних режимів її роботи в холодний період року. Показано, що для підтримання заданих температури та вологовмісту повітря в приміщенні за різних параметрів довкілля коефіцієнт рециркуляції має змінюватись в залежності від температури і відносної вологості атмосферного повітря. Показані граничні межі застосування системи, після яких для підтримання комфортних умов в приміщенні необхідна робота системи в режимі кондиціювання припливного повітря. Отримані розрахункові величини питомих затрат зовнішньої енергії в даній системі, які характеризують енергетичну ефективність її роботи в залежності від параметрів навколишнього середовища. У третьому розділі досліджуються можливості застосування системи вентиляції та кондиціювання з тепловим насосом для підтримки комфортних умов усередині виробничої зони в теплу пору року. У зв’язку з цим було проведено термодинамічний аналіз теплонасосної системи з частковою рециркуляцією відпрацьованого повітря та змінною часткою свіжого зовнішнього повітря. Потім було проведено чисельний аналіз для оцінки впливу змін температури та відносної вологості навколишнього середовища та характеристик об’єкта вентиляції та кондиціювання на параметри системи. Це дозволило визначити потенційні можливості цієї системи підтримувати комфортні умови у виробничій зоні. Також було показано, що необхідне додаткове охолодження припливного повітря на вході в приміщення для потреб кондиціонування повітря можна визначити за допомогою простого коефіцієнта, і у розділі наведено методику його розрахунку. Теплонасосна система має найбільшу енергоефективність у зоні низьких температур навколишнього середовища та багато в чому залежить від відносної вологості зовнішнього повітря. Це свідчить, що досліджена система підходить до застосування у країнах із помірно-континентальним кліматом. У четвертому розділі проведено термодинамічний аналіз теоретичної моделі теплонасосної установки вентиляції та кондиціювання повітря з рециркуляцією холоду в залежності від параметрів зовнішнього повітря для підтримання температурних і вологісних умов у виробничому приміщенні в теплий період року. За допомогою чисельного аналізу методом послідовних наближень визначено параметри повітря в вузлових точках схеми та оцінено її енергетичну ефективність. Це дозволило встановити режими роботи установки в залежності від параметрів зовнішнього повітря, характеристик об’єктів вентиляції та кондиціювання та надходжень теплоти. Була кількісно відображена вагомість рециркуляції холоду для забезпечення високої ефективності роботи схеми. Досліджена система може бути придатною для застосування в країнах з помірним континентальним і вологим тропічним кліматом в усьому діапазоні температур навколишнього середовища, коли об’єктом вентиляції виступає виробниче приміщення з невисокою кратністю повітрообміну. У п’ятому розділі досліджено ефективність та режими роботи моделі теплонасосної системи вентиляції та кондиціювання повітря з рекуперацією холоду вентиляційного повітря в залежності від параметрів зовнішнього повітря, ефективності рекуперації та характеристик приміщення. За прототип був взятий цех з виробництва кондитерських виробів, де в теплу пору року необхідно підтримувати технологічний режим (температурно-вологісний режим). Проведено розрахунки методом послідовних наближень для оцінки параметрів повітря у вузлових точках системи. Це дозволило визначити теоретичну холодильну ефективність системи та довело переваги рекуперації в порівнянні з рециркуляцією для зменшення споживання енергії тепловим насосом. Досліджена система має найвищу енергоефективність в області відносно низьких температур і відносної вологості, що підходить для країн з помірно-континентальним кліматом. У шостому розділі викладено результати термодинамічного аналізу моделі теплонасосної системи вентиляції, кондиціювання та осушення виробничого приміщення за змінних величин внутрішніх надходжень вологи та теплоти у період перехідної та теплої пори роки. Встановлено та оцінено вплив рекуперації енергії відпрацьованого повітря на ефективність системи. У якості прототипу було прийнято ковальський цех, де необхідно підтримувати технологічні умови (температуру і відносну вологість). Принцип даної схеми полягає в тому, що виконуються умови постійних параметрів припливного повітря як по температурі, так і по вологості, у той час як в реальній практиці тільки один із параметрів є цільовим (найчастіше температура). Дана обставина виконується спеціальною організацією повітряних потоків таким чином, щоб досягалась максимально ефективна утилізація енергії, яка була згенерована в системі. Встановлено теоретичну холодильну ефективність даної системи та показало переваги рекуперації енергії для зниження енергозатрат на роботу системи. Дану модель можна застосувати для проектування припливновитяжних установок із встановленим контуром теплового насоса. У сьомому розділі міститься порівняльний термодинамічний аналіз двох найбільш популярних рішень загальної вентиляції та кондиціювання повітря: припливно-витяжних установок (ПВУ), що базуються на вбудованих контурах теплових насосів (ТН) або зовнішніх компресорно-конденсаторних блоках (ККБ) як основних джерелах енергії. Теоретичний аналіз проводився за однакових постійних умов у холодному режимі роботи в теплу пору року, коли необхідно охолоджувати припливне повітря. У результаті досліджень були побудовані графіки залежностей параметрів двох систем (температури та вологості повітря у вузлових точках систем, енергоефективності ТН або ККБ та схем в цілому) від параметрів зовнішнього повітря та потреб у вентиляції та кондиціюванні повітря всередині приміщення за умовами проекту. Досліджені теоретичні моделі двох систем можна використовувати для оцінки доцільності тієї чи іншої схеми в залежності від проекту, а також під час проектування ПВУ. Використовуючи даний аналіз, можна точно та ефективно підібрати такі реальні компоненти установки, як теплообмінники, компресор, ТРВ тощо для виробництва припливно-витяжних установок.Документ Відкритий доступ Підвищення енергетичної ефективності теплонасосних схем опалення і кондиціонування на основі ґрунтових теплових насосів(КПІ ім. Ігоря Сікорського, 2023) Ословський, Сергій Олексійович; Безродний, Михайло КостянтиновичОсловський С. О. Підвищення енергетичної ефективності теплонасосних схем опалення і кондиціонування на основі ґрунтових теплових насосів – 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», Київ, 2023. Підготовка здійснювалась на кафедрі теплової та альтернативної енергетики Національного технічного університету України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського» Міністерства освіти і науки України. У вступі обґрунтовано актуальність підвищення енергетичної ефективності систем на базі теплових насосів (ТН), показано проблему наростаючого дефіциту енергоресурсів, подано загальну характеристику роботи ТН, сформульована мета дисертаційної роботи, основні задачі, об’єкт та предмет досліджень, наведена наукова новизна та практична цінність отриманих результатів, представлено інформацію про особистий внесок здобувача та апробацію роботи, її структуру та обсяг. В першому розділі роботи проведено літературний огляд джерел та проаналізовано сучасний стан досліджень в науковому просторі стосовно теми дисертації. Розглянуто проблему використання теплонасосних установок, яка висвітлюється в літературі. Проаналізовано основні причини низького рівня застосування ТН та геотермального теплопостачання загалом в Україні та світі. Визначено напрямки та етапи раціонального проектування систем опалення, вентиляції та кондиціювання повітря (ОВ і К) на базі ТН. Проаналізовано економічні аспекти впровадження ТН та специфіку українського ринку. Показано аналоги державних програм підтримки та економічного стимулювання енергоефективних технологій ОВ і К в світі. Проведено аналіз досліджень в напрямку конструктивних особливостей теплообмінника нижнього контуру ґрунтового ТН, який широко представлений в літературі. Визначено та проаналізовано фактори, що впливають на енергетичну ефективність ґрунтового ТН на різних етапах впровадження. Висвітлено вплив наземного покриття, руху підземних вод, перенесення вологи, промерзання ґрунту на ефективність роботи ТН. Зроблено висновок про загальний стан досліджень в сфері теплонасосних технологій та, за результатами літературного огляду, поставлено задачі дослідження. У другому розділі проведено термодинамічний аналіз розроблених схем опалення та вентиляції на базі ґрунтового ТН з використанням низькопотенційних джерел енергії та комбінації з повітряним ТН. Розроблено комбіновану схему теплонасосного опалення і вентиляції з використанням теплоти ґрунту, стічних вод та вентиляційних викидів, теплота від яких відбирається за допомогою теплоутилізатору вентиляційної установки. Для цієї схеми розроблено термодинамічну модель, яка містить рівняння для розрахунку енергетичного балансу окремих компонентів і системи в цілому. Було запропоновано алгоритм для визначення параметрів у різних вузлових точках системи, що дозволяє числовий аналіз схеми. Результати цього аналізу представлені у вигляді графічних зображень, що ілюструють роботу схеми при різних початкових параметрах і температурах навколишнього середовища. На основі отриманих даних зроблено висновки щодо потенційного зниження капітальних та експлуатаційних витрат на опалення та вентиляцію за рахунок впровадження запропонованого рішення. Підкреслено ефективність комбінованої схеми та її спроможність сприяти енергозбереженню та збереженню навколишнього середовища в комунальному секторі. Розглянуто систему теплопостачання, що використовується комбінацію повітряного та ґрунтового ТН, що включені в роботу каскадно. Щоб оцінити продуктивність системи, розробляється обчислювальна модель на основі набору рівнянь, які враховують тепловий і матеріальний баланси в системі. Аналіз обчислювальної моделі дає систему рівнянь, що дозволяє перевірити два ключових показники енергоефективності: відносне теплове навантаження на ґрунтовий теплообмінник і питомі загальні витрати на зовнішню роботу, необхідну для керування системою. Ці показники вивчаються відносно глибини утилізації тепла, отриманого від вентиляційних викидів. Результати демонструють, що оптимальної енергоефективності та ефективності витрат у системі опалення та вентиляції з двома ТН можна досягти, коли глибина використання вентиляційних викидів узгоджується з умовою рівних коефіцієнтів перетворення як для повітряних, так і для ґрунтових ТН. Загалом, зроблено висновок, що позитивний вплив на енергоспоживання та інвестиційні витрати може бути досягнуто шляхом використання системи опалення та вентиляції з використанням двох ТН, за умови, що глибина використання вентиляційних викидів відповідає умові рівних коефіцієнтів перетворення для повітря і ґрунтові ТН. У третьому розділі проаналізовано термодинамічну ефективність використання комбінованих схем кондиціювання повітря на базі ґрунтових ТН. Проведено аналіз енергетичної ефективності системи кондиціонування повітря, на базі ґрунтового ТН з горизонтальним ґрунтовим теплообмінником. Результати досліджень свідчать про те, що оптимальна ефективність такої системи досягається при приблизно однаковій тривалості холодного і спекотного періодів. Визначено температури в ключових точках системи та коефіцієнт корисної дії, а також встановлюються зв’язки між цими параметрами та змінними системи. Проведено порівняння між запропонованою системою та стандартною сплітсистемою, що виявило значний позитивний вплив системи на базі ґрунтового ТН. Однак зазначається, що вимоги до теплоізоляції для будівель, які використовують систему кондиціонування повітря з ґрунтовим тепловим насосом, повинні будуть бути більш жорсткими. Тим не менш, використання системи протягом року може призвести до значної економії енергії для кондиціонування повітря. Розглянуто теплонасосну систему кондиціювання повітря на базі вертикального ґрунтового теплообмінника. Визначено дві задачі дослідження: аналіз ефективності в активному та пасивному режимах кондиціювання. Проведено термодинамічний аналіз ефективності роботи запропонованої схеми. Визначено основні параметри роботи системи у вузлових точках. За допомогою балансових рівнянь визначено рамки роботи системи в пасивному та активному режимах за основними параметрами. Побудовано та проаналізовано графічні залежності показників енергетичної ефективності від визначальних параметрів роботи системи. Показано, за яких значень параметрів система має оптимальні витрати на експлуатацію. Результати дослідження співставлено з такими ж даними для спліт-системи. Визначено переваги і недоліки використання запропонованого рішення. Визначено, що теплонасосна система з використанням теплоти ґрунту для кондиціювання повітря з вертикальним ґрунтовим теплообмінником має більш жорсткі вимоги до термічної ізоляції об’єкту кондиціювання, аніж система на базі повітряного ТН. Четвертий розділ включає в себе дослідження практичного використання запропонованих рішень для опалення, вентиляції та кондиціювання повітря на базі ґрунтового ТН. Проаналізовано енергетичну ефективність схеми теплопостачання на базі ґрунтового ТН з використанням теплоти вентиляційних викидів та стічних вод для опалення та вентиляції реального виробничого цеху в м. Черкаси. Для цього проведено розрахунок теплових втрат приміщень, підібрано теплонасосне обладнання, визначено затрати зовнішньої енергії на систему та кількість ТН. Наведено дані щодо температури за опалювальний період погодинно в досліджуваному регіоні. На основі цих даних показано частку часу за опалювальний сезон, коли працюють компресори ТН та їх кількість, проведено порівняння з традиційною системою на базі ґрунтового ТН. Зроблено висновки щодо доцільності використання запропонованого рішення та показано реальний ефект від його застосування. Проведено аналіз термодинамічної ефективності використання системи кондиціювання повітря на базі ґрунтового ТН з горизонтальним ґрунтовим теплообмінником для охолодження приватного заміського будинку в с. Ходосівка, Київської області. Проведено розрахунок надходжень теплоти до приміщень, обрано ТН. Визначено межі роботи ТН для кондиціювання повітря в активному та пасивному режимах, показано граничну температуру навколишнього повітря, за якої вмикається компресор ТН. Проаналізовано гідрометеорологічні дані за останній теплий сезон в м. Києві. На основі такого аналізу спрогнозовано кількість часу роботи системи в активному режимі. Зроблено порівняння запропонованого рішення з традиційною спліт-системою кондиціювання повітря. Результат порівняння наведено у вигляді графічних залежностей. Зроблено висновки про особливості роботи запропонованої системи, показано реальний ефект від її використання.