Розробка рішень для підвищення енергоефективності адміністративної будівлі у м. Київ

Скорочена інформація про документ
dc.contributor.advisorБаранюк, Олександр Володимирович
dc.contributor.authorТихонюк, Сергій Леонідович
dc.date.accessioned2026-06-01T11:02:23Z
dc.date.available2026-06-01T11:02:23Z
dc.date.issued2026
dc.description.abstractМагістерська дисертація являє собою авторський рукопис і складається зі вступу, 6 розділів, висновку, списку використаних джерел, додатків та креслень. Пояснювальна записка виконана в обсязі 165 сторінок включно з додатками, містить 61 рисунок, 61 таблицю, 10 плакатів графічного матеріалу та 14 слайдів презентації. Об’єктом дослідження є адміністративна будівля КП «Київський метрополітен» та режими роботи вентиляційної шахти метрополітену поруч з будівлею. Мета дослідження – визначення енергоспоживання та підвищення енергоефективності будівлі за рахунок впровадження теплонасосних установок на заміну електрокотлам для опалення, підігріву вентиляційного повітря та ГВП. Акцент зроблено на можливості використання вентиляційного повітря з вентшахти метрополітену в якості низькопотенційного джерела теплової енергії для теплового насоса з можливістю підключення до наявної системи водяного контуру високотемпературної системи опалення та ГВП, а також визначення параметрів для досягнення економічної доцільності роботи системи теплонасосного опалення при розрахунковій температурі зовнішнього повітря для м. Києва. В розділі 1 охарактеризовується об’єкт дослідження, проводиться огляд типів вентиляційних установок вентшахт метрополітену, параметрів роботи вентиляторів, дослідження температурних параметрів. Наведено вихідні дані по конструктиву світлопрозорого та несвітлопрозорого огородження будівлі. В розділі 2 проведено розрахунки максимального теплового споживання за рахунок трансмісії (теплопровідності), підігріву вентиляційного повітря та на потреби ГВП. Проведено дослідження впливу на тепловтрати типових лінійних вузлів примикань внутрішніх конструкцій до зовнішнього огородження. Виведено систему рівнянь, яка дозволяє виконувати 2D-моделювання температурних полів та визначення тепловтрат за допомогою будь-якого програмованого середовища обробки чисельних методів. Для моделювання за допомогою системи рівнянь використано середовище MS Excel та проведено порівняння результатів з моделюванням в середовищі SolidWorks Simulation. Розділ 3 присвячений визначенню теплонадходжень від внутрішніх джерел тепловиділення та за рахунок сонячної радіації через світлопрозоре та несвітлопрозоре огородження. В розділі 4 зведено дані стосовно тепловтрат та теплонадходжень, зроблено перерахунок теплоспоживання протягом місяців опалювального сезону. Найбільш об’ємний розділ 5 містить інформацію щодо розрахунку параметрів теплообміну на стороні вентиляційної шахти. Обравши схему роботи випарника теплового насоса з контуром проміжного теплоносія, зроблено розрахунок теплообмінника повітря-рідина для роботи на стороні вентшахти. Теплообмінник розраховано на базі оребреного коридорного пучка плоскоовальних труб. Для запобігання корозії через інтенсивність конденсації вологи з повітря та використання в контурі рідинного теплоносія помірно агресивних розчинів солей, матеріалом для виготовлення теплообмінних поверхонь обрано нержавіючу сталь 316L. Для можливості роботи системи з економічно доцільними характеристиками проведено детальне CFDмоделювання в середовищі Solid Flow Simulation гідравлічних втрат у вузлах контуру рідинного теплоносія та підібрано теплоносій – 30% розчин калію форміату (KFO), який забезпечить необхідні параметри теплообміну при мінімальних значеннях температурного напору з достатніми для економічної доцільності гідравлічними втратами. Підібрано циркуляційні насоси для рідинного теплоносія та вентилятори повітря. Пораховано можливі об’єми утворюваного конденсату та додатковий тепловий потік, який можна отримувати за рахунок прихованої теплоти фазового переходу – condensation (конденсації) водяної пари з повітря. Розділ 6 складається з послідовних підрозділів розрахунку та підбору теплового насоса та основного обладнання теплонасосної установки. В якості холодоагенту обрано фреон R32, проведено попередні теоретичні розрахунки термодинамічного циклу ТН з відображенням на ph-діаграмі. Тепловий насос на базі спірального компресора та конденсатор обрано компанії BITZER, в якості випарника для теплообміну рідина – фреон розраховано та обрано пластинчастий теплообмінник THERMAKS РТА (GС)-60. У висновку проведено огляд результатів роботи та дано заключення щодо підвищення енергоефективності об’єктів теплоспоживання за рахунок впровадження теплонасосних установок великої потужності у поєднанні з вентиляційними викидами промислових об’єктів.
dc.description.abstractotherThe Master's thesis is an author's manuscript consisting of an introduction, 6 chapters, a conclusion, a list of references, appendices, and drawings. The explanatory note comprises 165 pages including appendices, and contains 61 figures, 61 tables, 10 graphic posters, and 14 presentation slides. The object of research is the administrative building of the Utility Company "Kyiv Metro" and the operating modes of the metro ventilation shaft located adjacent to the building. The purpose of the study is to determine energy consumption and improve the energy efficiency of the building by implementing heat pump systems to replace electric boilers for heating, ventilation air preheating, and domestic hot water (DHW). Emphasis is placed on the possibility of utilizing the exhaust air from the metro ventilation shaft as a low-potential thermal energy source for the heat pump, with a connection to the existing water circuit of the high-temperature heating and DHW system. Additionally, the study defines the parameters required to achieve economic feasibility for the heat pump heating system at the design outdoor temperature for the city of Kyiv. Chapter 1 characterizes the object of research, provides an overview of the types of ventilation units used in metro ventilation shafts, analyzes fan operating parameters, and investigates temperature profiles. Initial design data regarding the transparent and non-transparent building envelope structures are also presented. Chapter 2 presents calculations for maximum thermal energy consumption caused by transmission (thermal conductivity), ventilation air preheating, and DHW demands. The impact of typical linear thermal bridges (junctions of internal structures to the external envelope) on heat loss is investigated. A system of equations is derived to enable 2D modeling of temperature fields and heat loss calculations using any programmable environment for numerical methods. MS Excel was utilized for modeling via this system of equations, and the results were validated by comparison with simulations conducted in SolidWorks Simulation. Chapter 3 is dedicated to determining internal heat gains from indoor sources and solar radiation heat gains through transparent and non-transparent building envelopes. Chapter 4 aggregates the data regarding heat losses and heat gains, recalculating monthly energy consumption throughout the heating season. Chapter 5 is the most extensive section and contains calculations of heat transfer parameters on the ventilation shaft side. Selecting a heat pump evaporator scheme with an intermediate secondary refrigerant loop, an air-to-liquid heat exchanger was calculated for operation inside the ventilation shaft. The heat exchanger is designed based on a staggered finned bank of flat-oval tubes. To prevent corrosion caused by intensive moisture condensation from the air and the use of moderately aggressive salt solutions in the liquid loop, AISI 316L stainless steel was selected as the material for the heat-conducting surfaces. To ensure the system operates with economically feasible characteristics, detailed CFD modeling of hydraulic losses within the liquid loop components was performed using Solid Flow Simulation. A 30% potassium formate (KFO) solution was selected as the secondary refrigerant, providing the necessary heat transfer parameters at minimal temperature differences with hydraulic losses acceptable for economic viability. Circulating pumps for the secondary refrigerant and air fans were selected. The potential volume of generated condensate and the additional heat flux available from the latent heat of phase transition (water vapor condensation from the air) were also calculated. Chapter 6 consists of sequential subsections for the calculation and selection of the heat pump and the primary equipment of the heat pump plant. R32 freon was selected as the refrigerant, and preliminary theoretical calculations of the thermodynamic heat pump cycle were performed and plotted on a p-h diagram. A BITZER scroll compressor and condenser were selected, while a THERMAKS PTA (GC)-60 plate heat exchanger was calculated and chosen as the liquid-to-freon evaporator. In the conclusion, the results of the research are summarized, and a final assessment is provided regarding the enhancement of energy efficiency in heatconsuming facilities through the implementation of high-capacity heat pump systems integrated with industrial ventilation exhaust. Approbation of Thesis Results The main findings and propositions of the research were presented and discussed at the XXIInd International Scientific and Practical Conference of Young Scientists and Students "Modern Problems of Scientific Support in the Energy Sector."
dc.format.extent172 с.
dc.identifier.citationТихонюк, С. Л. Розробка рішень для підвищення енергоефективності адміністративної будівлі у м. Київ : магістерська дис. : 144 Теплоенергетика / Тихонюк Сергій Леонідович. – Київ, 2026. – 172 с.
dc.identifier.urihttps://ela.kpi.ua/handle/123456789/81388
dc.language.isouk
dc.publisherКПІ ім. Ігоря Сікорського
dc.publisher.placeКиїв
dc.subjectтепловтрати
dc.subjectтеплоспоживання
dc.subjectінсоляція
dc.subjectтепловий насос
dc.subjectвентиляція метрополітену
dc.subjectутилізація теплоти
dc.subjectпроміжний теплоносій
dc.subjectпластинчастий теплообмінник
dc.subjectмоделювання Flow Simulation
dc.subjectheat loss
dc.subjectenergy consumption
dc.subjectinsolation
dc.subjectheat pump
dc.subjectmetro ventilation
dc.subjectheat recovery
dc.subjectintermediate secondary refrigerant
dc.subjectplate heat exchanger
dc.subjectFlow Simulation modeling
dc.subject.udc621.1:621.577:697.1
dc.titleРозробка рішень для підвищення енергоефективності адміністративної будівлі у м. Київ
dc.typeMaster Thesis

Файли

Контейнер файлів
Зараз показуємо 1 - 1 з 1
Ескіз
Назва:
Tykhonuk_magistr.pdf
Розмір:
14.18 MB
Формат:
Adobe Portable Document Format
Завантажити
Ліцензійна угода
Зараз показуємо 1 - 1 з 1
Ескіз недоступний
Назва:
license.txt
Розмір:
8.98 KB
Формат:
Item-specific license agreed upon to submission
Опис:
Завантажити

Зібрання

Магістерські роботи (ТАЕ)
Магістерські роботи