Дисертації (ТАЕ)
Постійне посилання зібрання
У зібранні розміщено дисертації, які захищені працівниками кафедри.
Переглянути
Перегляд Дисертації (ТАЕ) за Ключові слова "air heating"
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 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.