Реєстраційний номер
0825U000564, Дисертація доктора філософії
На здобуття
Доктор філософії
Дата захисту
20-05-2022
Статус
Захищена
Назва роботи
Енергоефективні геліосистеми інтегровані в світлопрозорі конструкції будівель
Здобувач
Венгрин Ірина Іванівна,
Керівник Шаповал Степан Петрович
Опонент Редько Ігор Олександрович
Опонент Коробка Сергій Васильович
Рецензент Лабай Володимир Йосифович
Рецензент Кузнецова Марта Ярославівна
Установа, організація, у вченій раді якої відбудеться/відбувся захист
Національний університет "Львівська політехніка"
Опис
Дисертаційна робота присвячена вдосконаленню систем сонячного енергопостачання для підвищення ефективності паливно-енергетичного комплексу в Україні. Показано перспективність інтегрування елементів системи сонячного енергопостачання в конструкції світлопрозорих фасадів будівель.
Розроблено конструкцію теплового та фотоелектричного гібридного сонячного колектора (ТФГСК), виконано дослідження теплових та електричних процесів на основі комп’ютерної та математичної моделі запропонованої конструкції. Отримано графічні та аналітичні залежності для розрахунку сумарної річної сонячної радіації, що надходить на вертикальні фасади будівель та споруд залежно від географічної широти та орієнтації фасаду відносно сторін світу. Створено та описано комп’ютерну модель ТФГСК, яка дала змогу встановити коефіцієнт пропускання неполяризованого випромінювання для системи прозорих покриттів конструкції ТФГСК в залежності від кута надходження випромінювання.
Досліджено вплив вітрового потоку на зміну енергетичних параметрів ТФГСК. Встановлено, що конструкції ТФГСК з селективним покриттям за малих швидкостей вітру характеризуються підвищеною стійкістю. Підтверджено, що усереднений тепловий коефіцієнт корисної дії запропонованої конструкції із звичайним склом досягає 16 %, а із селективним покриттям – 20 %. Показано, що теплова ефективність ТФГСК за надходження сонячного випромінювання під прямим кутом на сонцепоглинаючу поверхню має змінний характер за умов різної витрати теплоносія. Експериментально визначено, що генерування електричної енергії в ТФГСК є ефективнішим за розташування фотоелементів на відстані 0,2 м від тильної поверхні теплового сонячного колектора, із незначною втратою теплової енергії порівняно, ніж на відстані 0 м та 0,4 м. Побудовано номограму для визначення теплової ефективності в конструкції ТФГСК з селективним покриттям, що враховує інтенсивність імітованого потоку теплової енергії, що випромінює джерело; кут між сприймаючою поверхнею та проекцією напряму теплового потоку у вертикальній площині конструкції; витрату теплоносія в системі сонячного енергопостачання; відстань, на якій розташовується фотоелектричний сонячний колектор від площини тильної сторони теплопоглинача теплового сонячного колектора. Визначено повний коефіцієнт теплопередачі теплових втрат ТФГСК, усереднене значення якого за відсутності селективного покриття становить 9 Вт/(м2·ºС), а за його наявності – 7 Вт/(м2·ºС). Проаналізовано рівень освітленості в приміщенні з ТФГСК інтегрованого в світлопрозорий фасад будівлі залежно від частки затінення сонцепоглинаючої поверхні ТФГСК, площею та кутом повороту фотоелектричного сонячного колектора. Отримані значення коефіцієнта природнього освітлення відповідають нормованим показникам для цивільних будівель. Отримано рівняння регресії для визначення обсягу теплової енергії, що зможе отримати споживач під час використання ССЕП, в основі якої є конструкція ТФГСК з селективним покриттям.
Описано методику та алгоритм інженерного розрахунку геліосистем з конструкцією ТФГСК, а також проведено їхній техніко-економічний аналіз. Запропонована методика дала можливість розрахувати погодинну температуру в баку для акумулювання теплової енергії в різний період року, теплопродуктивність конструкції ТФГСК в режимі вимушеної та природної циркуляції теплоносія та сонцесприймаючої площі ТФГСК, теплову та електричну ефективність. Температура теплоносія в баку для акумулювання теплової енергії в ССЕП, що містить конструкцію ТФГСК із селективним покриттям на 6 % більша, ніж із звичайним склом. Описана методика інженерного розрахунку для визначення параметрів системи сонячного енергопостачання комплексно враховує умови її експлуатації. Отримано графічну залежність вартості конструкції ТФГСК із селективним покриттям та встановленим обладнанням залежно від площі світлопрозорого фасаду будівлі. Конструкцію ТФГСК оцінено за допомогою параметра чистих грошових надходжень, що дозволяє розрахувати абсолютну величину ефекту від реалізації світлопрозорого фасаду із ТФГСК. Запропоновані геліосистеми для однородинного сімейного будинку мають термін окупності не більше 10 років.
Розроблено практичні рекомендації щодо використання ТФГСК та обґрунтовано екологічну доцільність їх встановлення. Запропоновано конструкцію ТФГСК, що містить ролетний фотоелектричний сонячний колектор, розташований перед зовнішнім склопакетом звичайного типу та внутрішнім склопакетом енергозберігаючого типу з селективним покриттям. Розроблено конструкцію ТФГСК із вбудованими фотоелектричними модулями, що розташовані на ламелях, які мають можливість повороту навколо своєї осі.
Дата реєстрації
2025-02-17
Додано/оновлено в НРАТ
2025-02-17 / 2026-07-01
