Застосування теплових трубок в енергоефективних системах вентиляції
Автор: Хамець Олег Миронович
Кваліфікаційний рівень: магістр (ОНП)
Спеціальність: Будівництво та цивільна інженерія (освітньо-наукова програма)
Інститут: Інститут будівництва та інженерних систем
Форма навчання: денна
Навчальний рік: 2023-2024 н.р.
Мова захисту: англійська
Анотація: Олег ХАМЕЦЬ, Василь ЖЕЛИХ (керівник). Застосування теплових трубок в енергоефективних системах вентиляції. Магістерська кваліфікаційна робота – Національний університет «Львівська політехніка» Львів, 2024 Розширена анотація. В частині літературного огляду опрацьовано світову наукову літературу. яка стосується енергозбереження. Виокремлено сучасні системи енергозбереження. що застосовуються в енергоефективних системах вентиляції. Зокрема згадується за системи рекуперації повітря-повітря із застосуванням пасивних теплообмінників, які працюють завдяки застосуванню теплових трубок. Розглянуто системи геотермальної вентиляції, як частину системи енергоефективної вентиляції будинку. Наведено основні типи схем прокладання, зміну температури на різних глибинах протягом року, доцільну глибину закладання каналів ґрунтового теплообмінника. Запропоновано обґрунтований підхід для підвищення ефективності ґрунтового теплообмінника, шляхом встановлення в каналі теплообмінника теплових трубок, що дає змогу залучити додатковий об’єм ґрунту. Наводяться методи розрахунку систем геотермальної вентиляції. Розглянуто принципи роботи теплових трубок, схему роботи термосифона та параметри які впливають на їхню ефективність. Розглянуто методи розрахунків теплових трубок, зокрема через модель еквівалентних термічних опорів та різниць температури, які супроводжують процес теплопередачі теплових трубок. Зазначений вплив коефіцієнта заповнення на роботу термосифона. Розглянуто експериментальні стенди, які застосовуються для вимірювання характеристик термосифонів. наведені в науковій літературі. Сформовано перелік завдань для подальшого їх виконання у цій роботі. Загалом частина літературного огляду характеризується широким кутом бачення та різноманітністю викладеної інформації. В експериментальній частині, відповідно до завдань, сформованих в попередній частині ( літературному огляді), запропоновано робочу рідину із врахуванням умов, в яких повинен працювати термосифон. Для цього завдання було запропоновано дихлорметан, температура кипіння якого в нормальних умовах складає 39° C. Описується процес виготовлення термосифону, який включає виготовлення конструкції, вакуумування, герметизацію балона. Зазначено обладнання яке було застосовано для виготовлення теплової трубки. Наводиться фотофіксація проведення вакуумування. Відображено фото дослідної моделі термосифона. Наведена схема проведення експерименту, на якій можна побачити розміщення термосифона в склянці з подвійними стінками, розташування термометрів і термопар. На схемі доступно викладено принцип роботи термосифона. Установка, відображена на схемі експерименту, розміщена в холодильній камері, що дає змогу наблизити умови випробування до умов, які спостерігаються в ґрунтовому теплообміннику. Завдяки цьому, результати експерименту можна використовувати в подальшому для оцінки ефективності застосування теплових трубок в системах геотермальної вентиляції. Під час проведення експерименту виміряно робочі температури поверхні термосифона в зонах конденсації та кипіння. Ці значення занесені в електронну таблицю програмного комплексу MS Excel з метою подальшого їх опрацювання. Завдяки їхньому опрацюванню отримано графічні залежності різниці температур між зоною конденсації та зоною кипіння термосифона. Ці залежності ароксимовані, отримано апроксимуючі формули які їх описують. Розроблено ще одну експериментальну установку, в якій до балону термосифона прикріплений вакуумний манометр, який дає змогу вимірювати тиск в системі під час випробувань. Зміни значень тиску можна побачити в графіку 2 в цій частині. Наведено фотофіксацію всіх експериментальних досліджень та експериментальних установок в їх реальному вигляді. Відображено тепловізійну зйомку експериментальної установки з метою візуалізації температурної забарвленості термосифона під час випробувань. Здійснено розрахунок відносних та абсолютних похибок вимірювання. Рівні похибок прямих вимірів є прийнятними при дослідження двофазних систем. В техніко-економічній частині розглядаються основні параметри ґрунтового теплообмінника - його теплова потужність, відповідно ефективність та вартість системи геотермальної вентиляції. Здійснено огляд статті в якій автори наводять залежності різниці температур зони конденсації та зони кипіння від теплової потужності, отримані в результаті дослідження для подібного термосифона з внутрішнім діаметром 16,5 мм. Робочою рідиною в цій системі виступає ацетон, який в частині теплотранспортної здатності подібний до дихлорметану. Їхня подібність виражена через параметр теплотранспортного коефіцієнту, відомого також в світовій літературі, як параметр якості робочої рідини. Ці розрахунки, відповідно до зміни температури, відображені на графіку. Спираючись на це здійснено оцінку теплової потужності дослідної моделі термосифона. Розглядається теплова потужність системи геотермальної вентиляції фірми Rehau AWADUKT Thermo, аналітичними методами отримано її значення для системи вентиляції, продуктивністю 150 м3/год, обчислено вартість та потужність для 1 м. п. труби ґрунтового теплообмінника. Описується економічна доцільність встановлення теплових трубок в канал геотермальної системи вентиляції. Наводяться приклади із різними тепловими потужностями термосифонів встановлених в каналі та їхня відповідна ефективність як в тепловому діапазоні так і з економічної точки зору. Об’єктом дослідження є енергоефективні системи вентиляції Предметом дослідження є шляхи покращення систем геотермальної вентиляції шляхом застосування теплових трубок. Метою роботи є підвищення ефективності систем геотермальної вентиляції, вдосконалення конструкцій ґрунтових теплообмінників, експериментальне обґрунтування запропонованих рішень . Результатом дослідження є розроблена експериментальна установка, що імітує умови ґрунтового теплообмінника, отримані графічні та аналітичні залежності, оцінка ефективності дослідної моделі. Ключові слова: енергоефективність, ґрунтовий теплообмінник, система вентиляції, геотермальна система вентиляції, теплообмін, теплова трубка, термосифон, дихлорметан. Використана література: 1. Бакалаврська кваліфікаційна робота «Енергетичний аудит Школи №26 на вул. Сахарова, 80 у м. Львів з розробкою термореноваційних заходів» Хамець О. М. НУ «ЛП» Львів 2022 2. О. О. Савченко, В. М. Желих, К. А. Дуднік, О. М. Конончук // Вісник Національного університету "Львівська політехніка". Теорія і практика будівництва. - 2015. - № 823. - С. 281-285 3. В. Желих, О. Савченко, В. Матусевич, В. Пашкевич «Доцільна глибина закладання горизонтального трубного ґрунтового теплообмінника геотермальної вентиляції» Енергоефективність в будівництві та архітектурі № 10 (2018) с. 54-62 4. Zhelykh, Vasyl. (2019). Thermal efficiency of geothermal ventilation under conditions of temperate climate. Budownictwo o Zoptymalizowanym Potencjale Energetycznym. 8. 45-52.10.17512/bozpe.2019.2.05. 5. Heat Pipes. Heat Pipes. Theory, Design and Applications. Book • Fifth Edition • 2007. Authors: D.A. Reay and P.A”. 6. “Heat pipes : design, applications and technology / Yuwen Zhang, Ph.D.,, [2018] Department of Mechanical & Aerospace Engineering, University of Missouri, Columbia, MO, US, editor” 7. “Heat pipe working fluids. Selecting a heat pipe working fluid. Advanced cooling technologies. The Thermal Management Experts Heat pipe manufacturer & Suppliers. веб-сайт. URL: https://www.1-act.com/resources/heat-piperesources/materials/working-fluids”