Венгрин І. І. Енергоефективні геліосистеми інтегровані в світлопрозорі конструкції будівель

English version

Дисертація на здобуття ступеня доктора філософії

Державний реєстраційний номер

0825U000564

Облікова картка дисертації

0825U000564.pdf

Здобувач

Спеціальність

  • 192 - Будівництво та цивільна інженерія

20-05-2022

Спеціалізована вчена рада

PhD 5

Національний університет "Львівська політехніка"

Анотація

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.

Читати повністю

Публікації

1. Shapoval, S., Zhelykh, V., Venhryn, I., Kozak, Kh., Krygul, R. (2019). Theoretical and experimental analysis of solar enclosure as part of energy efficient house. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 2/8(98), 38-45

2. Shapoval, S., Zhelykh, V., Venhryn, I., Kozak, K. (2020). Simulation of thermal processes in the solar collector which is combined with external fence of an energy efficient house. Lecture Notes in Civil Engineering, 47, 510-517

3. Zhelykh, V., Venhryn, I., Kozak, K., Shapoval, S. (2020). Solar collectors integrated into transparent facades. Production Engineering Archives, 26(3), 84-87.

4. Shapoval, S., Venhryn, I., Kozak, K., Klymenko, H. (2021). Clarification of thermal characteristics of the solar collector integrated into transparent facade. Lecture Notes in Civil Engineering, 100, 402-408.

5. Шаповал, С. П., Венгрин, І. І. (2014). Перспективи використання сонячної енергії на території України. Молодий вчений, 7(10), 21-24.

6. Shapoval, S., Zhelykh, V., Gulai, B., Venhryn, I., Shepitchak, V. (2018). Еnergy efficiency of heating systems using solar windows. Budownictwo o Zoptymalizowanym Potencjale Energetycznym, 7, 65-70.

7. Zhelykh, V., Kapalo, P., Shapoval, S., Venhryn, I., Kozak, K. (2019). Experimental determination of the efficiency of the solar collector integrated into the light transparent building facade. Journal of Civil Engineering, 14(2), 31-38.

8. Возняк, О. Т., Шаповал, С. П., Пона, О. М., Венгрин, И. И. (2014). Влияние направления и скорости воздушного потока на работу солнечного коллектора без прозрачного покрытия. Строительство и техногенная безопасность, 50, 49-52.

9. Шаповал, С. П., Венгрин, І. І. (2014). Аспекти використання традиційних та нетрадиційних джерел енергії на території України. Сучасні технології, матеріали і конструкції в будівництві, 2, 155-160.

10. Voznyak, O., Shapoval, S., Pona, O., Vengryn, I. Combined solar collector (2014). Вісник Національного університету «Львівська політехніка». Теорія і практика будівництва, 781, 212-215

11. Желих, В. М., Омельчук, О. В., Шаповал, С. П., Венгрин, І. І. (2015). Енергетичний потенціал сонячної радіації на території України. Вісник Національного університету «Львівська політехніка». Теорія і практика будівництва, 823, 117-121.

12. Ulewicz, M., Zhelyh, V., Shapoval, S., Spodyniuk, N., Vengryn, I. (2016). Comparison of efficient of the combined solar collector for energy-efficient buildings for different modes of operation. Вісник Національного університету «Львівська політехніка». Теорія і практика будівництва, 844, 352-355.

13. Желих, В. М., Венгрин, І. І., Шаповал, С. П., Касинець, М. Є., Козак, Х. Р., Пашкевич, В. З. (2018). Системи сонячного теплопостачання інтегровані в світлопрозорі фасади будівель. Вентиляція, освітлення та теплогазопостачання, 26, 62-68.

14. Венгрин, І., Шаповал, С. (2019). Інтенсивність сонячної радіації у місті Львові. Енергоефективність в будівництві та архітектурі, 12, 77-84.

15. Венгрин, І. (2019). Дослідження сонячних колекторів, інтегрованих в конструкцію скляного фасаду будівлі/споруди: необхідність та особливості. Theory and Building Practice, 1(1), 38-46.

16. Venhryn, I., Shapoval, S., Furdas, Y., Kasynets, M., Piznak, B. (2020). Thermal efficiency analysis of solar heat supply unit combined with glass facade of building. Energy engineering and control systems, 6(1), 1-6.

17. Shapoval, S., Zhelykh, V., Venhryn, I., Myroniuk, K., Gensetskyi, M. (2020). Examination of the thermal efficiency of the solar collector integrated into the light transparent building facade. Theory and Building Practice, 2(1), 30-37.

18. Желих, В. М., Шаповал, С. П., Венгрин, І. І. (2015). Патент України 98778. Київ: Державне патентне відомство України.

18. Желих, В. М., Шаповал, С. П., Венгрин, І. І. (2015). Патент України 98778. Київ: Державне патентне відомство України.

19. Венгрин, І. І., Шаповал, С. П., Возняк, О. Т., Касинець, М. Є., Фурдас, Ю. В. (2020). Патент України 143415. Київ: Державне патентне відомство України.

20. Шаповал, С. П., Желих, В. М., Юркевич, Ю. С., Венгрин, І. І., Козак, Х. Р. (2020). Патент України 143997. Київ: Державне патентне відомство України.

21. Желих, В. М., Шаповал, С. П., Венгрин, І. І. (2014). Потенціал променистої енергії в Україні та її використання для низькотемпературних сонячних колекторів, 3-й міжнародний конгрес «Захист навколишнього середовища. Енергоощадність. Збалансоване природокористування». Львів.

22. Венгрин, І. І. (2014). Перспективи використання систем сонячного теплопостачання на території України, 72-а студентська науковотехнічна конференція. Львів

23. Венгрин, І. І., Шаповал, С. П. (2014). Сонячний потенціал в Україні, Міжнародна науково-практична виставка-конференція молодих учених та студентів «Інновації в будівництві». Луцьк.

24. Пона, О. М., Венгрин, І. І., Шаповал, С. П. (2014). Підвищення енергоефективності покриття будівель, Матеріали Всеукраїнської конференції молодих учених і студентів «Проблеми сучасного будівництва». Полтава.

25. Шаповал, С. П., Венгрин, І. І. (2014). Потенціал вітрової енергії на території України, Матеріали ХІ міжнародної наукової інтернетконференції «Сучасність. Наука. Час. Взаємодія та взаємовплив». Київ.

26. Желих, В. М., Шаповал, С. П., Венгрин, І. І. (2015). Вплив термічного опору зовнішнього захищення на кількість тепла від сонячної радіації, що надходить в приміщення, Збірник наукових праць 8-ої МНПК «Нетрадиційні і поновлювані джерела енергії, як альтернативні первинним джерелам енергії в регіоні». Львів.

27. Венгрин, І. І. (2015). Ефективність використання комбінованих систем сонячного теплопостачання для будівель на території України, 73-тя студентська науково-технічна конференція: збірник тез доповідей. Львів.

28. Ulewicz, M., Zhelykh, V., Shapoval, S., Spodyniuk, N., Vengryn, I. (2016). Comparison of efficient of the combined solar collector for energy-efficient buildings for different modes of operation, Матеріали міжнар. наук.-техн. конф. «ЕкоКомфорт». Львів: НУ «Львівська політехніка».

29. Шаповал, С. П., Желих, В. М., Венгрин, І. І. (2017). Застосування геліовікна для сонячного теплопостачання, 9-та МНПК «Нетрадиційні і поновлювані джерела енергії, як альтернативні первинним джерелам енергії в регіоні». Львів.

30. Venhryn, I., Zhelykh, V., Shapoval, S. (2020). Thermal efficiency of the solar collector integrated into translucent facade, VI Międzynarodowa Konferencja «Innowacyjne pomysły młodych naukowców. Przemysł: Nauka-Startup».

31. Венгрин, І. І., Шаповал, С. П., Желих, В. М., Шепітчак, В. Б. (2020). Дослідження енергетичних характеристик теплового та фотоелектричного гібридного сонячного колектору, Міжнародна науковопрактична конференція «Екологія. Ресурси. Енергія». Київ.

Читати повністю

Схожі дисертації

0825U000565

Гідей Володимир Володимирович

Композиційні системи з використанням термоактивованих відходів паперового виробництва для дорожнього будівництва

0825U000575

Рихліцька Оксана Віталіївна

Бетони з підвищеними експлуатаційними властивостями на основі заповнювачів рециклінгу бетону

0825U000563

Волліс Олексій Євгенович

Дорожні катіонні бітумні емульсії на ортофосфорній кислоті з покращеними властивостями

0825U000571

Гула Василина Олегівна

Несуча здатність, деформативність та довговічність скляних плит які працюють на згин

0824U003561

Грибенюк Сергій Миколайович

Раціоналізація уніфікованої конструктивної системи безпеки пішоходів