Підтримання параметрів мікроклімату із застосуванням альтернативних джерел енергії в однородинному житловому будинку у м. Чугуїв Харківської області
Автор: Кухар Мар'ян Васильович
Кваліфікаційний рівень: магістр
Спеціальність: Теплогазопостачання і вентиляція
Інститут: Інститут будівництва та інженерних систем
Форма навчання: денна
Навчальний рік: 2023-2024 н.р.
Мова захисту: українська
Анотація: В магістерській роботі запроєктовані системи підтримання мікроклімату в м. Чугуїв Харківської області за допомогою сучасних альтернативних джерел енергії. Джерелом теплопостачання на потреби опалення і гарячого водопостачання є запроєктовані на даху плоскі теплові сонячні колектори Viessman Vitosol 100-FM та фотоелектричні модулі Viessman Vitovolt 300 M280OA максимальною електричною потужністю 280 Вт, працююча 7 місяців (з жовтня по квітень) теплова помпа “ґрунт-вода” – Veissmann Vitocal 300-G BW 301.B17 тепловою потужністю 22,59 кВт, тепловим ККД 6,15 і споживанням електроенергії 3,68 кВт та, як піковий, газовий настінний котел з відкритою камерою згоряння Viessman Vitopend 100-W тепловою потужністю 29 кВт. В якості системи обігрівання служить горизонтальна двотрубна тупикова система з нижнім розведенням магістралей. Теплоносієм є вода з параметрами 55 ? в подаючій магістралі і 45 ? у зворотній магістралі. Нагрівальними приладами служать сталеві штамповані панельні радіатори фірми Vonova фірми Vogel&Noot з боковим підключенням, а у санвузлах – рушникосушками Della Wave. Зміна тепловіддачі радіаторів в приміщеннях будинку здійснюється термостатичними головками Herz Standard. У приміщеннях кухні та санвузлів влаштоване підлогове опалення системи KAN-therm. Трубопроводи системи обігрівання монтуються із металопластикових труб фірми Valtec, прокладаються в конструкції підлоги в термоізоляції Thermaflex товщиною 6 мм. Вентиляція в двоповерховому однородинному будинку запроєктована притікально-витікальна з природним спонуканням повітря. Витягування з приміщень повітря здійснюється через внутрішньостінові вентиляційні канали кухні та санвузлів, а притікання повітря відбувається через щілини над вікнами, відкриті вікна, а також через місцеві рекупераційні притікально-витікальні установки PRANA у житлових кімнатах, що забезпечують притік повітря - 105 м^3 \/год і витік повітря – 97 м^3 \/год, забезпечуючи ефективність рекуперації до 55 %. Система гарячого водопостачання отримує тепло з теплового акумулятора, в якому вода нагрівається від сонячних теплових колекторів, сонячних електричних панелей, теплової помпи і настінного газового котла з відкритою камерою згоряння. У науковій частині роботи разом вивчали перспективи використання сонячної енергії на території нашої країни. Для процвітання України необхідний сталий розвиток енергетики, як у провідних країн світу. Використання сонячної енергії є доцільним і має ряд основних переваг: безкоштовність і невичерпність ресурсів, екологічна чистота, тощо. Власне сонячні системи поєднують у собі вище перелічені властивості. Надходження сонячної енергії на територію України, згідно з Державними Будівельними Нормами, доцільно аналізувати не окремо по областях, а об’єднуючи їх за географічним положенням регіонів у градусах північної широти. Проаналізувавши дані стало видно, що на горизонтальну поверхню в середньому по широтах України припадає ~333 МДж сумарної променистої енергії на 1 м2 за місяць. Оскільки сумарна радіація розподіляється на земній поверхні не рівномірно, то цей показник ще зменшиться приблизно на 25%, якщо врахувати фактор мутності атмосфери, її прозорості, хмарності і т. д. А тому західні території України, де спостерігається більше хмарних днів, отримують протягом року менше сумарної сонячної радіації, ніж східні території на тих самих широтах. Річна кількість сумарної сонячної радіації в межах України коливається від 3500 МДж/м2 (у північно-західних районах) і 4000 МДж/м2 (у північно-східних), до 5000 МДж/м2 на півдні у Севастополі. Порівнюючи кількість прямої сонячної радіації районів розташованих у різних географічних широтах не важко помітити коливний характер діаграм. Регіони розташовані на 49, 50 град. пн. ш. отримують суттєве зниження прямої сонячної радіації, тоді як, наприклад, у Чернігові на 51 град. пн. ш. цей показник зростає відносно вище наведених, хоч і менший відносно міст півдня України. Розсіяна сонячна радіація є більш рівномірною у всіх областях України. Також, дозу сонячної радіації на поверхні землі було проаналізовано посезонно. Кількість прямої та розсіяної радіації в Україні значно відрізняється, наприклад, показники зимового та літнього сезону збільшуються у 20 та у 5 раз відповідно. В результаті аналізу було можна були отримані висновки, що зважаючи на вищенаведені дані, можемо зробити висновок, що сонячна інсоляція на різних градусах північної широти в Україні є більш ніж достатньою, а потенціал сонячної енергії – досить високий для впровадження як теплоенергетичного, так і фотоенергетичного обладнання практично у всіх областях різного географічного положення. Термін ефективної експлуатації геліоустановок припадає на весняно-осінній період, середньомісячна сонячна інсоляція у цей період на території України становить 410 МДж/м2, що на 29% менше ніж влітку. Тоді як середньомісячний рівень сонячної радіації під час опалювального періоду, що потрапляє на поверхню території України становить всього 187 МДж/м2. Власне зимовий період року найменше отримує сонячної інсоляції, оскільки зменшується тривалість сонячного дня. Взимку даний показник становить 101,5 МДж/м2, що ~ в 6 раз менше ніж улітку. Таким чином, взимку ефективність роботи падає, але не зникає, що є основою стабільної роботи сонячних систем. Оскільки енергія Сонця характеризується значним запасом, у порівнянні з іншим, доступним на Землі, видом енергії, то в даному контексті вартує використати такий ресурс для забезпечення потреб в електричній і тепловій енергії. Об’єкт дослідження – однородинний двоповерховий житловий будинок в м. Чугуїв Харківської області. Предмет дослідження – параметри мікроклімату приміщень житлового будинку. Мета дослідження – проєктування сучасних систем забезпечення мікроклімату приміщень житлового будинку. Запроєктовано системи опалення, гарячого водопостачання і вентиляції. Метою наукової роботи було провести аналіз кількості сумарної сонячної радіації в умовах середньої хмарності на широтах України та перспективність використання цієї енергії на території України. Ключові слова – зовнішні захищення, параметри теплоносія, джерело теплоти, сонячний тепловий колектор, фотопанель, енергозбереження, теплова помпа, газовий котел. Перелік використаних літературних джерел Duffie J.A. and Beckman W.A. (2013) Solar Engineering of Thermal Processes. 2nd Edition, Madison, New York; John Wiley & Sons, Hoboken. https://doi.org/10.1002/9781118671603 ДБН В.2.6-31:2021 «Теплова ізоляція та енергоефективність» - K.: Мінбуд України, 2022. ДСТУ-Н Б В. 1.1-27:2010 “Будівельна кліматологія” - K.: Мінбуд України, 2010. ДСТУ Б В.2.6-189:2013 Методи вибору теплоізоляційного матеріалу для утеплення будівель ДБН В.2.5-67:2013 “ Опалення, вентиляція та кондиціонування” - K.: Мінбуд України, 2013;. Гершкович В. Ф. Теплова помпа у багатоповерховому житловому будинку. Це на перспективу чи вже сьогодні? / В. Ф. Гершкович // Ринок інсталяцій. ? 2009. ? № 1. ? С. 32-33. Дудюк Д. Л. Нетрадиційні (відновні) джерела енергії / Д. Л. Дудюк, С. С. Мазепа. ? Львів : РВВ Укр ДЛТУ, 2004. ? 68 с. Жуковський С.С., Лабай В.Й. Системи енергопостачання і забезпечення мікроклімату будинків та споруд: Навчальний посібник для ВЗО. – Львів: Астрономо-геодезичне товариство, 2000. – 259 с. Лабай В.Й. Кондиціювання повітря та холодопостачання (з використанням місцевих автономних кондиціонерів): Конспект лекцій. – Бережани Тернопільської області: Тріада Плюс, 2004. – 72 с.