Білоус, Інна ЮріївнаГурєєв, Максим Вячеславович2025-08-252025-08-252025Гурєєв, М. В. Розосереджені енергетичні баланси у багатоквартирних житлових будівлях : дис. … д-ра філософії : 144 Теплоенергетика / Гурєєв Максим Вячеславович. – Київ, 2025. – 176 с.https://ela.kpi.ua/handle/123456789/75633Гурєєв 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.176 с.ukвикористання енергіїкінцевий споживач теплової енергіїенергетичний балансенергетична ефективністьенергоспоживанняекономія енергіїматематичне моделюванняенергетичне моделюваннятермомодернізаціярегулювання відпуску теплотивентиляціяопаленнятеплові перетокисистема опаленняenergy useheat energy end-userenergy balanceenergy efficiencyenergy consumptionenergy savingsmathematical modelingenergy modelingthermal modernizationheat release controlventilationheatingheat flowsheating systemThesis Doctoral697.12:628.87