Автономні системи забезпечення мікроклімату для будинків котеджного типу із використанням енергозберігаючих технологій

Автор: Назаркевич Данило Володимирович
Кваліфікаційний рівень: магістр (ОНП)
Спеціальність: Будівництво та цивільна інженерія (освітньо-наукова програма)
Інститут: Інститут будівництва та інженерних систем
Форма навчання: денна
Навчальний рік: 2024-2025 н.р.
Мова захисту: англійська
Анотація: Магістерська робота присвячена проєктуванню кліматичної системи для одноквартирного житлового будинку в місті Пирятин Полтавської області із застосуванням відновлюваних джерел енергії. Опалення реалізоване на базі горизонтальної водяної двотрубної системи з примусовою циркуляцією теплоносія. Теплову енергію для системи забезпечує комбінована установка, яка об’єднує роботу сонячних колекторів Viessmann Vitosol 100-FM, теплового насоса Viessmann Vitocal 300-G, фотопанелей Viessmann Vitovolt 300, вітрової турбіни Altek EW, а також твердопаливного котла Attack F6DA потужністю 30 кВт для додаткового нагріву. Тепловий насос типу "розсіл-вода" використовує геотермальне тепло з земельної ділянки площею близько 1000 м?. Контури з поліетиленових труб діаметром 25 мм прокладені на глибині 2,5 метра, в яких циркулює розсіл як теплоносій. Щоб уникнути значних гідравлічних втрат, довжина кожного окремого контуру обмежена 100 метрами. Розподіл теплоносія між трубами здійснюється через розподільчі гребінки. Вітровий генератор з горизонтальною віссю встановлено на щоглі висотою 4 метри над дахом будинку, у зоні, вільній від аеродинамічних перешкод. Електроенергія, що виробляється вітротурбіною та фотопанелями, перетворюється інверторами до параметрів, придатних для живлення побутових споживачів, після чого накопичується в акумуляторному блоці. Надалі ця енергія використовується для живлення електричного тену, що нагріває воду в тепловому акумуляторі, з якого живляться системи опалення та гарячого водопостачання. Передача тепла в приміщення здійснюється через сталеві панельні радіатори KORADO RADIK та електричні рушникосушки Della Standard. Нагріта вода подається у внутрішню мережу гарячого водопостачання, тоді як система опалення отримує тепло через вбудований у теплоакумулятор теплообмінник. Частина теплоносія додатково підігрівається газовим котлом і спрямовується в систему через триходовий сервоклапан. У будинку реалізовано два типи вентиляції: природна витяжна через канали та механічна припливно-витяжна із застосуванням рекупераційних установок PRANA, встановлених у житлових зонах, кухні та санвузлах. Рекуператори PRANA діаметром 150 мм вмонтовані у зовнішні стіни на висоті понад 2 м і забезпечують необхідний повітрообмін. Свіже повітря подається вентилятором у кількості 105 м?/год і нагрівається завдяки теплу видаленого повітря, обсяг якого становить 97 м?/год, через мідний теплообмінник. Енергоспоживання рекуператорів складає від 4 до 68 Вт•год залежно від режиму роботи, з ефективністю теплообміну 68?% у звичайному режимі та до 95?% у нічному. У режимі "провітрювання" система працює на повну потужність, створюючи шум 52 дБ, тому вночі автоматично переходить у безшумний режим з рівнем шуму 14 дБ. Пристрої створюють надлишковий тиск у приміщенні (підпір 10?%), що запобігає зворотній тязі в кухнях та санвузлах, а також міжкімнатному перетіканню повітря і стабілізує вологісний режим. Природна витяжна вентиляція реалізується через цегляні вентиляційні канали розміром 140?140 мм і 270?140 мм, розраховані відповідно до аеродинамічних вимог. Система вентиляції гаража для двох авто проєктувалася з урахуванням нормативних вимог щодо видалення 180 м?/год відпрацьованого повітря на одне авто. Площа повітроводів підібрана для забезпечення п’ятикратного до семикратного повітрообміну з розрахунковою швидкістю повітря в каналах — 0,8 м/с. Кліматичний комфорт у житлових кімнатах підтримується кондиціонерами BALTUR, які працюють у режимі повної рециркуляції без підмішування зовнішнього повітря. У науковій роботі розглянуто особливості конструкції та принципів роботи активних і пасивних сонячних систем. Активні системи використовують додаткові механізми для циркуляції теплоносія, забезпечуючи ефективне перенесення тепла, але потребують додаткових витрат енергії на роботу насосів або вентиляторів. Пасивні системи, навпаки, працюють на основі природної циркуляції теплоносія за рахунок різниці густини, що робить їх простішими в експлуатації, але менш ефективними. Проаналізовано вплив різних параметрів на ексергетичну ефективність сонячних колекторів, включаючи температуру теплоносія на вході та виході, його витрату, а також конструктивні особливості колекторів. Експериментальні дослідження проводилися з полімерним та термосифонним сонячними колекторами. Полімерний колектор виготовлено з полікарбонатної плити, а в якості теплоносія використовувалася вода. Термосифонний колектор мав площу 1,2 м? і використовував повітря як теплоносій. Результати показали, що для полімерного колектора середнє значення ексергетичного коефіцієнта становить 7,13 %, тоді як для термосифонного – 5,13 %. Це свідчить про те, що активні системи з примусовою циркуляцією теплоносія забезпечують більш ефективне використання сонячної енергії порівняно з пасивними системами. Об’єкт дослiдження — однородинний двоповерховий житловий будинок в м. Пирятин Полтавської обл. Предмет дослiдження — полімерні сонячні колектори Мета дослiдження — порівняння коефіцієнтів ексергетичної ефективності термосифонного та полімерного сонячних колекторів дозволяє оцінити їхню продуктивність у перетворенні доступної енергії на корисну роботу. Ключовi слова — геліоколектор, сонячне випромінювання, фотопанель, коефіцієнт тепловіддачі, кількість теплоти, котел.