ПЕРЕЛІК ОСНОВНИХ ПРОЕКТІВ, що виконані в 2011-2023 рр.

2023

1.7.1.894. “Розвиток наукових засад теплової взаємодії будівлі з довкіллям та підвищення її енергоефективності на основі застосування інтелектуальних систем енергозабезпечення” (фундаментальна), 2020-2024 рр. Код бюджетної програми, за якою здійснюється фінансування: КПКВК 6541030.

З метою підвищення енергетичної ефективності будівель та вдосконалення систем повітрообміну приміщень проведені чисельні дослідження характеристик тепловологопереносу через рекуперативні вентиляційні системи. Проведено чисельне моделювання температурного стану повітряного середовища приміщення при роботі даної системи вентиляції. Визначено її вплив на температурні та вологісні показники повітряного середовища та на втрати теплоти з приміщення в зимовий період року. Відповідає міжнародним стандартам високого рівня.

1.7.1.907. «Обґрунтування раціональних технологій та обладнання для виробництва електричної і теплової енергії на базі локальних українських родовищ природного газу в умовах післявоєнного відновлення» (прикладна), 2023-2025 рр. Код бюджетної програми, за якою здійснюється фінансування: КПКВК 6541030.

Згідно вимог ТЗ на перший етап роботи проведено системну оцінку характеристик –  балансовий запас, дебіт, розташування відносно ліній електропередачі та можливих споживачів теплоти, рівень фонового забруднення повітря тощо нових локальних родовищ природного газу, відкритих в Україні після 2000 р.  Основної уваги приділено родовищам Західної України, зокрема, Колоднецькому газовому родовищу на території Стрийського району Львівської області. За одержаними даними проведено оцінку можливих обсягів виробництва товарного природного газу, електричної та/або теплової енергії у зіставленні з місцевими потребами, наявні можливості щодо передачі газу та електричної енергії у магістральні газові та електричні мережі для експорту та/або внутрішнього споживання. На основі проведених оцінок розроблені раціональні варіанти використання відповідних паливних ресурсів  для потреб газопостачання, виробництва електричної енергії, в тому числі для маневреної підтримки місцевих станцій відновлюваної енергетики та теплової енергії, з використанням газопоршневих, газотурбінних та парогазових установок, детальна оцінка яких передбачається на наступних етапах НДР. Відповідає міжнародним стандартам високого рівня.

1.7.1.1230. «Розроблення технічних засад нової високоефективної технології спалювання штучних палив з твердих побутових відходів та біомаси у когенераційних енергоустановках з використанням водню, кисню, синтетичного та біометану для забезпечення енергетичної безпеки України» Код бюджетної програми, за якою здійснюється фінансування: КПКВК 6541230.

Згідно ТЗ на перший етап роботи розроблені схемні рішення стосовно застосування теплових насосів у пропонованих когенераційних установках для підвищення теплового потенціалу конденсату з димових газів. На основі аналізу літературних даних щодо різних технологій механіко-біологічного оброблення твердих побутових відходів з одержанням штучного твердого палива (RDF/SRF), його спалювання у котельних установках та очищення продуктів згоряння виконані оцінки вірогідних термодинамічних параметрів димових газів (компонентний склад, температура, вологовміст), що підлягає утилізації тепловими насосами. На основі цієї інформації розроблено термодинамічну модель процесів глибокого охолодження частково очищених димових газів з конденсацією водяної пари  та передачі теплоти охолодження і конденсації до зворотної мережевої води систем централізованого теплопостачання (СЦТ) за допомогою теплових насосів. На прикладі  типової СЦТ, що працює за температурним графіком опалення 95^оС/70^оС та вірогідних  цін на електричну і теплову енергію оцінено оптимальні значення температури охолодження частково очищених димових газів, технічні параметри теплового насосу (тип, необхідний діапазон температур конденсації та випаровування робочого тіла, встановлена теплова потужність та робоча потужність залежно від температури повітря впродовж опалювального сезону тощо) за економічним критерієм максимуму середнього річного прибутку за життєвий цикл. В результаті встановлена технічна доцільність та спроможність прибуткової роботи теплонасосної системи утилізації димових газів у складі систем спалювання штучного твердого палива з відходів (SRF) з терміном окупності капітальних вкладень на рівні 3,5-5 років у разі використання схемних рішень, оптимізованих згідно запропонованої моделі. Відповідає міжнародним стандартам високого рівня. 

Проєкт 2022.01/0172 «Аеродинаміка, теплообмін та інновації для підвищення енергоефективності віконних конструкції і їх використання для відбудови пошкоджених війною будівель України». НФДУ (Національний фонд досліджень України) – 2023-2024 рр. Конкурс «Наука для відбудови України у воєнний та повоєнний періоди». Код бюджетної програми, за якою здійснюється фінансування: КПКВК 201300.

В рамках виконання наукового проєкту розроблено метод чисельного дослідження течії повітря в газових прошарках склопакетів та перенесення теплоти. Метод застосовано для визначення теплообмінних характеристик світлопрозорих конструкцій. Зокрема: системи з двох двокамерних склопакетів без та із тепловентильованим міжвіконним простором; трикамерний склопакет без низькоемісійних покриттів та із низькоемісійними покриттями; вакуумний склопакет. Визначено розподіли швидкості повітря і температури в камерах склопакета. Знайдено опори теплопередачі зазначених світлопрозорих конструкцій в залежності від відстані між склопакетами для випадку здвоєних вікон, від кількості низькоемісійних покриттів в трикамерному склопакеті, від тиску в вакуумному склопакеті. Були проведені експериментальні дослідження теплових характеристик здвоєних віконних конструкцій, трикамерного, вакуумного та склопакету з наноструктурованим аерогелем, віконних профілів різного типу (3-х, 5-ти та 6-ти камерних). Отримані розподіли температури та теплових потоків зазначених об’єктів дослідження та визначені експериментальним шляхом відповідні опори теплопередачі. Встановлено, що дієвим заходом із підвищення енергоефективності світлопрозорих конструкцій є використання здвоєних вікон, трикамерних склопакетів та склопакетів з наноструктурованим аерогелем. Застосування вакуумних вікон (в розумінні створення розрідження) не є раціональними, так як ефект досягається лише при форвакуумі та при використанні спеціального вакуумного скління із тонким шаром високого розрідження (0,1 Па). Проведена низка експериментальних досліджень складного теплообміну крізь склопакети та профільні віконні системи різної конструкції в натурних та лабораторних умовах. На основі, отриманих даних була розроблена спрощена інженерна методика розрахунку визначення термічного опору склопакетів будівельного призначення. Відповідає міжнародним стандартам високого рівня.

Договір №52-07/07-2023В «Інноваційні електроприлади для опалення приміщень в кризових (воєнних) умовах». Молодіжний проєкт. Код бюджетної програми, за якою здійснюється фінансування: КПКВК 6541230. В рамках виконання I етапу наукового проєкту виконано літературний огляд електричних опалювальних приладів різного типу, проведені дослідження температурних розподілів опалювального приладу в реальних умовах його експлуатації шляхом тепловізійного обстеження, на прикладі панельного металевого електричного настінного обігрівача з робочим тілом – вуглекислий газ, при опаленні окремого приміщення будівлі, і в результаті були отримані термограми, що дозволяють провести якісне оцінювання теплових характеристик. Також були проведені експериментальні вимірювання швидкості та температури повітря в приміщенні по відстані від стіни будівлі, і значень теплового потоку від різних поверхонь опалювального приладу. На основі отриманих результатів проведеного тепловізійного обстеження та експериментальних досліджень роботи електричного опалювального приладу встановлено, що при достатньо малій його потужності (270 Вт) він показав ефективну роботу при опаленні приміщення будівлі. Використання опалювальних приладів такого типу дозволить зменшити ризики, які можуть негативно вплинути на теплозабезпечення населення в умовах воєнного та повоєнного стану, та в подальшому посилить енергетичну безпеку України. Відповідає міжнародним стандартам високого рівня.

2022 р.

 Договір № Н.Е.4.9-2021 «Підвищення ефективності роботи тец шляхом утилізації теплових втрат із використанням теплонасосної технології» Цільової програми наукових досліджень НАН України «Інтелектуальна екологічно безпечна енергетика з традиційними та відновлюваними джерелами енергії» («Нова енергетика»)» Код бюджетної програми, за якою здійснюється фінансування: КПКВК 6541030

У ході виконання наукових досліджень розглянуто та проаналізовано наступне:

1. Визначений обсяг технічного потенціалу та структура теплових втрат ТЕЦ.
2. Обрані раціональні схеми впровадження теплових насосів-утилізаторів до теплової схеми ТЕЦ
3. Розроблено математичну модель утилізації теплових втрат ТЕЦ з використанням теплових насосів (в т.ч., в системі газового охолодження електрогенератора), що призначена для розрахунків змін техніко-економічних показників роботи ТЕЦ та проведення термодинамічного розрахунку параметрів робочого циклу теплового насосу.
4. Виконані обґрунтування техніко – економічної пропозиції щодо використання теплових насосів для утилізації теплових втрат системи охолодження електрогенератора ТЕЦ.
5. Проведення технологічної, енергетичної та економічної оцінок доцільності використання скидної теплоти ТЕЦ на основі теплонасосних технологій.

На основі аналізу фактичних параметрів теплофікаційних енергоблоків ТЕЦ  визначені обсяги та структура втрат теплоти, які припускають утилізацію тепловими насосами. Визначено, що вони складають від 30% до 50% від обсягу корисного відпуску теплової енергії у залежності від типу теплофікаційних установок. Найбільший резерв для корисного використання являють собою явна та латентна теплота відхідних газів, теплота конденсації вентиляційного пропуску пари турбін, теплота технічної води для охолодження турбоагрегату, машин і механізмів ТЕЦ. Найбільш сприятливі умови для створення демонстраційного зразку теплонасосної утилізації склалися у системах охолодження електричних генераторів ТЕЦ. Виходячи з цього, виконано розробку принципових схеми включення теплових насосів у існуючі схеми охолодження найбільш потужних турбогенераторів теплофікаційного енергоблоку типу Т-250/300 -240 УТМЗ, які складають основну частину вітчизняного парку теплофікаційних турбін. Математична модель процесів передачі і перетворення енергії в системі теплонасосної утилізації розроблена на прикладі системи охолодження турбогенератора енергоблоку Т-250-240 і використана для розрахунку техніко-економічних показників роботи ТЕЦ, на основі якої обґрунтовано техніко-економічну пропозицію щодо впровадження таких систем. Термін простої окупності теплонасосної системи газоохолодження оцінюється у 2 роки. Встановлено, що економічна доцільності використання ТН-утилізаторів на ТЕЦ в енергетичній системі за діючих цін на природний газ і вугілля обмежується мінімальними значеннями коефіцієнта перетворення на рівні 3,5-4 і це значення знижується із зростанням цін на газ. Робота ТН- утилізаторів дозволяє знижувати ціни на теплову енергію, позитивно впливає на регулювання електричних навантажень, дозволяючи збільшувати врівень використання АЕС в системі. Робота відповідає міжнародним стандартам високого рівня.

2. 7.1.893 «Розроблення і обґрунтування на основі термодинамічного підходу нової методології енергоекономічного аналізу когенераційних технологій та оцінки показників їх енергоефективності» (пошукова). Код бюджетної програми, за якою здійснюється фінансування: КПКВК 6541030

Досліджувалися методи енергетичного та економічного аналізу показників ефективності електричних станцій та установок комбінованого виробництва електричної енергії та теплоти. Виконані пошукові розробки нових для України методів енергоекономічного аналізу роботи станцій та установок комбінованого виробництва на основі поєднання зарубіжного досвіду оцінювання ефективності роботи ТЕЦ в умовах ринку, цінового регулювання та економічного стимулювання їх діяльності та вітчизняних розробок у галузі термодинамічного аналізу комбінованих виробництв. Запропоновано новий підхід до енергоекомічного аналізу та цінового регулювання ТЕЦ в умовах лібералізованого ринку електричної енергії. Використання результатів роботи дозволить створити нові ринкові підходи до управління функціонуванням та розвитком ТЕЦ, вільні від впливу перехресного міжпродуктового субсидіювання. Дослідження відповідає міжнародним стандартам високого рівня.

3. 7.1.878 «Аеродинаміка та теплообмін в світлопрозорих конструкціях при їх взаємодії з тепловим випромінюванням» (відомча) -2017-2021 рр. (Цільова програма наукових досліджень Відділення фізико-технічних проблем енергетики НАН України «Фундаментальні дослідження процесів перетворення та використання енергії») Код бюджетної програми, за якою здійснюється фінансування: КПКВК 6541030.

За результатами теоретичних, розрахункових та експериментальних досліджень визначено вплив конструктивних особливостей склопакетів (кількості камер в склопакеті, товщини скла, відношення ширини склопакета до його висоти та ін.) на інтенсивність конвекційного та радіаційного перенесення теплоти через світлопрозорі конструкції. Визначено залежність структури вільноконвекційної течії між внутрішнім і зовнішнім склом однокамерного склопакету від товщини газового прошарку. Досліджено залежність теплоізоляційних характеристик вікон від фізичних властивостей газового середовища (густини, теплопровідності, в’язкості), що знаходиться в прошарку між склом. Знайдено залежність інтенсивності радіаційно-конвективного теплоперенесення через світлопрозорі конструкції від характеристик низькоемісійного покриття на внутрішніх поверхнях склопакетів. Показано, що в склопакетах без низькоемісійного покриття основна кількість теплоти переноситься радіаційним шляхом, тому наявність цього покриття суттєво підвищує опір теплопередачі вікон. Розроблено теплофізичну розрахункову модель для визначення впливу сонячного випромінювання на тепловий режим світлопрозорих конструкцій. Застосовуючи її, визначено обсяги теплоти, що потрапляють в приміщення з сонячним випромінюванням через світлопрозорі конструкції в зимовий період року. Визначено вплив торцевих потоків теплоти на температурний стан віконних конструкцій та стін, що до них примикають. Встановлено залежність експлуатаційних характеристик та енергетичної ефективності огороджувальної конструкції від розташування світлопрозорої конструкції відносно віконної пройми. Досліджено вплив конфігурації профілю віконної рами на приведений опір світлопрозорої конструкції. Експериментальним шляхом визначено значення опору теплопередачі різноваріантних віконних конструкцій в реальних умовах їх експлуатації. За результатами теоретичних та експериментальних досліджень складено рекомендації щодо основних методів підвищення енергоефективності світлопрозорих огороджувальних конструкцій та стін, що до них примикають. Робота відповідає міжнародним стандартам високого рівня.

4. 7.1.892 «Розроблення науково-технічних засад інтенсифікації тепломасообміну в пористих середовищах для матеріалів будівельних конструкцій та теплоенергетичного обладнання» (Підтримка пріоритетних для держави наукових досліджень і науково-технічних (експериментальних) розробок Відділення фізико-технічних проблем енергетики НАН України) Код бюджетної програми, за якою здійснюється фінансування: КПКВК 6541230.

Отримано модифіковану k-ε RNG модель турбулентності для пористого середовища на основі ренормалізаційно групового методу. Модель дозволяє чисельно досліджувати процес течії в пористому  середовищі і визначити турбулентні параметри потоку. Метод збурень адаптовано для аналізу різноманітних видів гідродинамічної та теплової нестійкості, зокрема відцентрової. Представлено результати розрахунків відцентрової нестійкості в пористому мікроканалі, визначено вплив параметрів пористого середовища на критичні числа Діна. Результати аналізу нестійкості дозволяють оптимізувати вибір  характеристик пористого середовища для реалізації потоків у різних технологічних процесах.

Проведено дослідження тепловіддачі при кипінні рідини на вертикальній нагрітій стінці, зануреній у пористе середовище, за умови зміни параметрів середовища та умов нагрівання на стінці. Показано, що інтенсивність теплообміну під час  плівкового кипіння в пористому середовищі слабша, ніж при відсутності пористого середовища і зменшується зі зменшенням проникності пористого середовища. Визначено вплив параметра Форхгеймера на теплообмін під час кипіння плівки в пористому середовищі. Збільшення параметра Форхаймера призводить до погіршення тепловіддачі, що є більш значним при малих значеннях числа Дарсі.

Побудовано чисельну модель теплоперенесення в ґрунтовому пористому масиві, який містить U -подібний вертикальний колектор теплоти. Досліджено вплив фільтраційних властивостей ґрунту, як пористого середовища, на характеристики роботи ґрунтового теплообмінника (колектора теплоти). Визначено залежність енергетичних характеристик роботи колектору, як елемента теплового насоса, від середовища, що заповнює пори, а також від пористості ґрунту та розміру його частинок. Показано, що найбільший обсяг теплоти з ґрунту вилучається за умов заповнення пор водою, ніж у випадку заповнення пор повітрям. При цьому, більший обсяг вилученої теплоти забезпечується при меншому розмірі частинок і меншій пористості. Робота відповідає міжнародним стандартам високого рівня.

5. 7.1.894 «Розвиток наукових засад теплової взаємодії будівлі з довкіллям та підвищення її енергоефективності на основі застосування інтелектуальних систем енергозабезпечення» (фундаментальна) -2020-2024 Код бюджетної програми, за якою здійснюється фінансування: КПКВК 6541030

Виконані чисельні дослідження тепло -та вологоперенесення через огороджувальні конструкції споруд при змінних у часі зовнішніх кліматичних умовах. Визначено залежність температури та вологовмісту фасадної стіни будинку від температури та відносної вологості зовнішнього повітря. Встановлено закономірності впливу сонячного випромінювання на розподіл температури та вологовмісту по товщині стін і на зміну характеру цього розподілу у часі. З результатів чисельних досліджень випливає, що в зимовий період року сонячне випромінювання сприяє підвищенню температури в приміщенні як внаслідок додаткового надходження теплоти від внутрішніх поверхонь приміщення, куди потрапляють сонячні промені, а також внаслідок зменшення дисипативних втрат теплоти через зовнішню стіну. Визначено характеристики течії і теплообміну розплаву базальту в фідері плавильної печі. Знайдено залежності характеристик течії та теплообміну розплаву базальту в фідері плавильної печі від температури розплаву. Встановлено фактори, що впливають на стабільність технологічного процесу та однорідність ансамблю базальтових волокон, що витягуються з пластинчастого фільєрного живильника. Визначено вплив на характеристики течії та теплообміну розплаву таких факторів, як умови охолодження футеровки, початкова температура розплаву та рівень розплаву в печі. Робота відповідає міжнародним стандартам високого рівня.

6. 7.1.898 «Розроблення і оптимізація енергозберігаючих систем геотермальної вентиляції для енергоефективних будинків» (прикладна)-2020-2024. Код бюджетної програми, за якою здійснюється фінансування: КПКВК 6541030.

Проведена серія натурних експериментальних досліджень процесів теплообміну у ґрунтово-повітряному теплообміннику під час його цілорічної експлуатації у складі системи геотермальної вентиляції енергоефективного будинку. В результаті, дані, що були отримані, дозволили розробити інженерну методику розрахунку теплотехнічних параметрів системи геотермальної вентиляції та оптимізувати конструкцію ґрунтово-повітряних теплообмінників. Робота відповідає міжнародним стандартам високого рівня.

7. «Розробка експериментальних зразків устаткування та технологій спалювання пелет сільськогосподарського походження (агророслинних та деревних пелет) тепловою потужністю до 30 квт» (Цільова програма наукових досліджень НАН України «Біопаливні ресурси і біоенергетика»). Код бюджетної програми, за якою здійснюється фінансування: КПКВК 6541030

Вдосконалено експериментальну установку на основі твердопаливного котла з пелетним пальником для спалювання пелет сільськогосподарського походження для опалення будинку пасивного типу ІТТФ НАН України. Проведено моделювання згоряння деревних пелет в топковій камері котла на твердому паливі та наведено теплогідравлічні особливості течії в «водяній сорочці» котла. Проведені експериментальні дослідження особливостей спалювання пелет сільськогосподарського походження, а саме жому бурякового та рапсу, а також деревних пелет. На основі побудованих графічних залежностей визначено основні закономірності процесу їх горіння й досліджено вплив режимних параметрів на розподіл температур в топковій камері котла. При спалюванні деревних пелет були здійснені вимірювання значень СО та NО_x, що дозволить в подальшому виключити екологічно небезпечні режими спалювання пелет в котлах. Отримані результати можуть бути використані для розроблення та вдосконалення пристроїв для спалювання пелет сільськогосподарського походження, а також для вибору найбільш оптимальних режимів спалювання даних пелет в котлах малої потужності. Робота відповідає міжнародним стандартам високого рівня.

8. Договір № 14/01-2021(3) від 01.04.2021) «Теплообмін, гідродинаміка та нестійкість теплоносія в інноваційних системах кліматизації будинку 0-енергії.» Гранти НАН України дослідницьким лабораторіям/групам молодих вчених НАН України для проведення досліджень за пріоритетними напрямами розвиту науки і техніки 2021-2022 рр. (Молодіжна лабораторія) Код бюджетної програми, за якою здійснюється фінансування: КПКВК 6541230. З метою розроблення методики експлуатації систем кліматизації сучасних енергоефективних будівель різних типів та призначення, а також унеможливлення виникнення явищ нестійкості потоку теплоносія в окремих гідравлічних контурах, були науково обґрунтовані основні режими роботи таких систем. Проаналізовані технічні особливості різних варіантів теплообмінного обладнання: опалювальних приладів різної конструкції, ґрунтових теплообмінників – джерел теплоти для теплового насоса, а також геотермальних теплообмінників і опалювальних контурів, як складових системи рекуперативної вентиляції. Проаналізовано можливість застосування для потреб комунальної енергетики теплоенергетичних установок на основі пульсуючого (вібраційного) горіння, зокрема котлів пульсуючого горіння. Дані котли мають ряд переваг, такі як інтенсифікація горіння, покращення теплопередачі та зниження площі теплообміну, зменшення шкідливих викидів тощо, що забезпечують їхню привабливість у теплоенергетичному секторі ринку. Однак широке впровадження пристроїв пульсуючого горіння в технологічні процеси стримується відсутністю надійної теорії робочого процесу для розрахунку конструктивних параметрів при їх проектуванні та врахування явищ нестійкості. Було розроблені алгоритми побудови періодичних розв’язків нелінійних динамічних систем с постійним та змінним запізнюючими аргументами, що були використані для здійснення керування термоакустичними коливаннями та вібраційним горінням. Створено макет для візуалізації процесу горіння різного типу пелетного палива в пальнику, що дає можливість візуально контролювати процес горіння та корегувати умови згорання за допомогою зовнішнього впливу (зміни температури підігріву пелет, додатковий піддув повітря в камеру згорання), що визначає необхідні умови керування нестійким процесом згорання пелетного палива. Робота відповідає міжнародним стандартам високого рівня.

 2021 р.

1. Договір № Н.Е.4.9-2021 «Підвищення ефективності роботи тец шляхом утилізації теплових втрат із використанням теплонасосної технології» Цільової програми наукових досліджень НАН України «Інтелектуальна екологічно безпечна енергетика з традиційними та відновлюваними джерелами енергії» («Нова енергетика». Код бюджетної програми, за якою здійснюється фінансування: КПКВК 6541030

У ході виконання наукових досліджень розглянуто та проаналізовано наступне:

1. Визначений обсяг технічного потенціалу та структура теплових втрат ТЕЦ.
2. Обрані раціональні схеми впровадження теплових насосів-утилізаторів до теплової схеми ТЕЦ
3. Розроблено математичну модель утилізації теплових втрат ТЕЦ з використанням теплових насосів (в т.ч. в системі газового охолодження електрогенератора), що призначена для розрахунків змін техніко-економічних показників роботи ТЕЦ та проведення термодинамічного розрахунку параметрів робочого циклу теплового насосу.
4. Виконані обґрунтування техніко – економічної пропозиції щодо використання теплових насосів для утилізації теплових втрат системи охолодження електрогенератора ТЕЦ.
5. Проведення технологічної, енергетичної та економічної оцінок доцільності використання скидної теплоти ТЕЦ на основі теплонасосних технологій.

На основі аналізу фактичних параметрів теплофікаційних енергоблоків ТЕЦ  визначені обсяги та структура втрат теплоти, які припускають утилізацію тепловими насосами. Визначено, що вони складають від 30% до 50% від обсягу корисного відпуску теплової енергії у залежності від типу теплофікаційних установок. Найбільший резерв для корисного використання являють собою явна та латентна теплота відхідних газів, теплота конденсації вентиляційного пропуску пари турбін, теплота технічної води для охолодження турбоагрегату, машин і механізмів ТЕЦ. Найбільш сприятливі умови для створення демонстраційного зразку теплонасосної утилізації склалися у системах охолодження електричних генераторів ТЕЦ. Виходячи з цього, виконано розробку принципових схеми включення теплових насосів у існуючі схеми охолодження найбільш потужних турбогенераторів теплофікаційного енергоблоку типу Т-250/300 -240 УТМЗ, які складають основну частину вітчизняного парку теплофікаційних турбін. Математична модель процесів передачі і перетворення енергії в системі теплонасосної утилізації розроблена на прикладі системи охолодження турбогенератора енергоблоку Т-250-240 і використана для розрахунку техніко-економічних показників роботи ТЕЦ, на основі якої обґрунтовано техніко-економічну пропозицію щодо впровадження таких систем. Термін простої окупності теплонасосної системи газоохолодження оцінюється у 2 роки. Встановлено, що економічна доцільності використання ТН-утилізаторів на ТЕЦ в енергетичній системі за діючих цін на природний газ і вугілля обмежується мінімальними значеннями коефіцієнта перетворення на рівні 3,5-4 і це значення знижується із зростанням цін на газ. Робота ТН- утилізаторів дозволяє знижувати ціни на теплову енергію, позитивно впливає на регулювання електричних навантажень, дозволяючи збільшувати врівень використання АЕС в системі. Робота відповідає міжнародним стандартам високого рівня.

2. 7.1.893 «Розроблення і обґрунтування на основі термодинамічного підходу нової методології енергоекономічного аналізу когенераційних технологій та оцінки показників їх енергоефективності» (пошукова). Код бюджетної програми, за якою здійснюється фінансування: КПКВК 6541030

Досліджувалися методи енергетичного та економічного аналізу показників ефективності електричних станцій та установок комбінованого виробництва електричної енергії та теплоти. Виконані пошукові розробки нових для України методів енергоекономічного аналізу роботи станцій та установок комбінованого виробництва на основі поєднання зарубіжного досвіду оцінювання ефективності роботи ТЕЦ в умовах ринку, цінового регулювання та економічного стимулювання їх діяльності та вітчизняних розробок у галузі термодинамічного аналізу комбінованих виробництв. Запропоновано новий підхід до енергоекономічного аналізу та цінового регулювання ТЕЦ в умовах лібералізованого ринку електричної енергії. Використання результатів роботи дозволить створити нові ринкові підходи до управління функціонуванням та розвитком ТЕЦ, вільні від впливу перехресного міжпродуктового субсидіювання. Дослідження відповідає міжнародним стандартам високого рівня.

3. 7.1.878 «Аеродинаміка та теплообмін в світлопрозорих конструкціях при їх взаємодії з тепловим випромінюванням» (відомча) -2017-2021 рр. (Цільова програма наукових досліджень Відділення фізико-технічних проблем енергетики НАН України «Фундаментальні дослідження процесів перетворення та використання енергії») Код бюджетної програми, за якою здійснюється фінансування: КПКВК 6541030.

За результатами теоретичних, розрахункових та експериментальних досліджень визначено вплив конструктивних особливостей склопакетів (кількості камер в склопакеті, товщини скла, відношення ширини склопакета до його висоти та ін.) на інтенсивність конвекційного та радіаційного перенесення теплоти через світлопрозорі конструкції. Визначено залежність структури вільноконвекційної течії між внутрішнім і зовнішнім склом однокамерного склопакету від товщини газового прошарку. Досліджено залежність теплоізоляційних характеристик вікон від фізичних властивостей газового середовища (густини, теплопровідності, в’язкості), що знаходиться в прошарку між склом. Знайдено залежність інтенсивності радіаційно-конвективного теплоперенесення через світлопрозорі конструкції від характеристик низькоемісійного покриття на внутрішніх поверхнях склопакетів. Показано, що в склопакетах без низькоемісійного покриття основна кількість теплоти переноситься радіаційним шляхом, тому наявність цього покриття суттєво підвищує опір теплопередачі вікон. Розроблено теплофізичну розрахункову модель для визначення впливу сонячного випромінювання на тепловий режим світлопрозорих конструкцій. Застосовуючи її, визначено обсяги теплоти, що потрапляють в приміщення з сонячним випромінюванням через світлопрозорі конструкції в зимовий період року. Визначено вплив торцевих потоків теплоти на температурний стан віконних конструкцій та стін, що до них примикають. Встановлено залежність експлуатаційних характеристик та енергетичної ефективності огороджувальної конструкції від розташування світлопрозорої конструкції відносно віконної пройми. Досліджено вплив конфігурації профілю віконної рами на приведений опір світлопрозорої конструкції. Експериментальним шляхом визначено значення опору теплопередачі різноваріантних віконних конструкцій в реальних умовах їх експлуатації. За результатами теоретичних та експериментальних досліджень складено рекомендації щодо основних методів підвищення енергоефективності світлопрозорих огороджувальних конструкцій та стін, що до них примикають. Робота відповідає міжнародним стандартам високого рівня.

4. 7.1.892 «Розроблення науково-технічних засад інтенсифікації тепломасообміну в пористих середовищах для матеріалів будівельних конструкцій та теплоенергетичного обладнання» (Підтримка пріоритетних для держави наукових досліджень і науково-технічних (експериментальних) розробок Відділення фізико-технічних проблем енергетики НАН України) Код бюджетної програми, за якою здійснюється фінансування: КПКВК 6541230.

Отримано модифіковану k-ε RNG модель турбулентності для пористого середовища на основі ренормалізаційно групового методу. Модель дозволяє чисельно досліджувати процес течії в пористому  середовищі і визначити турбулентні параметри потоку. Метод збурень адаптовано для аналізу різноманітних видів гідродинамічної та теплової нестійкості, зокрема відцентрової. Представлено результати розрахунків відцентрової нестійкості в пористому мікроканалі, визначено вплив параметрів пористого середовища на критичні числа Діна. Результати аналізу нестійкості дозволяють оптимізувати вибір  характеристик пористого середовища для реалізації потоків у різних технологічних процесах.

Проведено дослідження тепловіддачі при кипінні рідини на вертикальній нагрітій стінці, зануреній у пористе середовище, за умови зміни параметрів середовища та умов нагрівання на стінці. Показано, що інтенсивність теплообміну під час  плівкового кипіння в пористому середовищі слабша, ніж при відсутності пористого середовища і зменшується зі зменшенням проникності пористого середовища. Визначено вплив параметра Форхгеймера на теплообмін під час кипіння плівки в пористому середовищі. Збільшення параметра Форхаймера призводить до погіршення тепловіддачі, що є більш значним при малих значеннях числа Дарсі.

Побудовано чисельну модель теплоперенесення в ґрунтовому пористому масиві, який містить U -подібний вертикальний колектор теплоти. Досліджено вплив фільтраційних властивостей ґрунту, як пористого середовища, на характеристики роботи ґрунтового теплообмінника (колектору теплоти). Визначено залежність енергетичних характеристик роботи колектору, як елемента теплового насоса, від середовища, що заповнює пори, а також від пористості ґрунту та розміру його частинок. Показано, що найбільший обсяг теплоти з ґрунту вилучається за умов заповнення пор водою, ніж у випадку заповнення пор повітрям. При цьому, більший обсяг вилученої теплоти забезпечується при меншому розмірі частинок і меншій пористості. Робота відповідає міжнародним стандартам високого рівня.

5. 7.1.894 «Розвиток наукових засад теплової взаємодії будівлі з довкіллям та підвищення її енергоефективності на основі застосування інтелектуальних систем енергозабезпечення» (фундаментальна) -2020-2024 Код бюджетної програми, за якою здійснюється фінансування: КПКВК 6541030

Виконані чисельні дослідження тепло -та вологоперенесення через огороджувальні конструкції споруд при змінних у часі зовнішніх кліматичних умовах. Визначено залежність температури та вологовмісту фасадної стіни будинку від температури та відносної вологості зовнішнього повітря. Встановлено закономірності впливу сонячного випромінювання на розподіл температури та вологовмісту по товщині стін і на зміну характеру цього розподілу у часі. З результатів чисельних досліджень випливає, що в зимовий період року сонячне випромінювання сприяє підвищенню температури в приміщенні як внаслідок додаткового надходження теплоти від внутрішніх поверхонь приміщення, куди потрапляють сонячні промені, а також внаслідок зменшення дисипативних втрат теплоти через зовнішню стіну. Визначено характеристики течії і теплообміну розплаву базальту в фідері плавильної печі. Знайдено залежності характеристик течії та теплообміну розплаву базальту в фідері плавильної печі від температури розплаву. Встановлено фактори, що впливають на стабільність технологічного процесу та однорідність ансамблю базальтових волокон, що витягуються з пластинчастого фільєрного живильника. Визначено вплив на характеристики течії та теплообміну розплаву таких факторів, як умови охолодження футеровки, початкова температура розплаву та рівень розплаву в печі. Робота відповідає міжнародним стандартам високого рівня.

6. 7.1.898 «розроблення і оптимізація енергозберігаючих систем геотермальної вентиляції для енергоефективних будинків» (прикладна)-2020-2024. Код бюджетної програми, за якою здійснюється фінансування: КПКВК 6541030. Проведена серія натурних експериментальних досліджень процесів теплообміну у ґрунтово-повітряному теплообміннику під час його цілорічної експлуатації у складі системи геотермальної вентиляції енергоефективного будинку. В результаті, дані, що були отримані, дозволили розробити інженерну методику розрахунку теплотехнічних параметрів системи геотермальної вентиляції та оптимізувати конструкцію ґрунтово-повітряних теплообмінників. Робота відповідає міжнародним стандартам високого рівня.
7. «Розробка експериментальних зразків устаткування та технологій спалювання пелет сільськогосподарського походження (агророслинних та деревних пелет) тепловою потужністю до 30 кВт» (Цільова програма наукових досліджень НАН України «Біопаливні ресурси і біоенергетика»). Код бюджетної програми, за якою здійснюється фінансування: КПКВК 6541030

Вдосконалено експериментальну установку на основі твердопаливного котла з пелетним пальником для спалювання пелет сільськогосподарського походження для опалення будинку пасивного типу ІТТФ НАН України. Проведено моделювання згоряння деревних пелет в топковій камері котла на твердому паливі та наведено теплогідравлічні особливості течії в «водяній сорочці» котла. Проведені експериментальні дослідження особливостей спалювання пелет сільськогосподарського походження, а саме жому бурякового та рапсу, а також деревних пелет. На основі побудованих графічних залежностей визначено основні закономірності процесу їх горіння й досліджено вплив режимних параметрів на розподіл температур в топковій камері котла. При спалюванні деревних пелет були здійснені вимірювання значень СО та NО_x, що дозволить в подальшому виключити екологічно небезпечні режими спалювання пелет в котлах. Отримані результати можуть бути використані для розроблення та вдосконалення пристроїв для спалювання пелет сільськогосподарського походження, а також для вибору найбільш оптимальних режимів спалювання даних пелет в котлах малої потужності. Робота відповідає міжнародним стандартам високого рівня.

8. Договір № 14/01-2021(3) від 01.04.2021. «Теплообмін, гідродинаміка та нестійкість теплоносія в інноваційних системах кліматизації будинку 0-енергії.» Гранти НАН України дослідницьким лабораторіям/групам молодих вчених НАН України для проведення досліджень за пріоритетними напрямами розвиту науки і техніки 2021-2022 рр. (Молодіжна лабораторія) Код бюджетної програми, за якою здійснюється фінансування: КПКВК 6541230. З метою розроблення методики експлуатації систем кліматизації сучасних енергоефективних будівель різних типів та призначення, а також унеможливлення виникнення явищ нестійкості потоку теплоносія в окремих гідравлічних контурах, були науково обґрунтовані основні режими роботи таких систем. Проаналізовані технічні особливості різних варіантів теплообмінного обладнання: опалювальних приладів різної конструкції, ґрунтових теплообмінників – джерел теплоти для теплового насоса, а також геотермальних теплообмінників і опалювальних контурів, як складових системи рекуперативної вентиляції. Проаналізовано можливість застосування для потреб комунальної енергетики теплоенергетичних установок на основі пульсуючого (вібраційного) горіння, зокрема котлів пульсуючого горіння. Дані котли мають ряд переваг, такі як інтенсифікація горіння, покращення теплопередачі та зниження площі теплообміну, зменшення шкідливих викидів тощо, що забезпечують їхню привабливість у теплоенергетичному секторі ринку. Однак широке впровадження пристроїв пульсуючого горіння в технологічні процеси стримується відсутністю надійної теорії робочого процесу для розрахунку конструктивних параметрів при їх проектуванні та врахування явищ нестійкості. Було розроблені алгоритми побудови періодичних розв’язків нелінійних динамічних систем с постійним та змінним запізнюючими аргументами, що були використані для здійснення керування термоакустичними коливаннями та вібраційним горінням. Створено макет для візуалізації процесу горіння різного типу пелетного палива в пальнику, що дає можливість візуально контролювати процес горіння та корегувати умови згорання за допомогою зовнішнього впливу (зміни температури підігріву пелет, додатковий піддув повітря в камеру згорання), що визначає необхідні умови керування нестійким процесом згорання пелетного палива. Робота відповідає міжнародним стандартам високого рівня.

2020 р.

1. Договір № Н.Е.4.9-2020 «Підвищення ефективності роботи ТЕЦ шляхом утилізації теплових втрат із використанням теплонасосної технології» Цільової програми наукових досліджень НАН України «Інтелектуальна екологічно безпечна енергетика з традиційними та відновлюваними джерелами енергії» («Нова енергетика»)» Код бюджетної програми, за якою здійснюється фінансування: КПКВК 6541030

Проведено аналіз та розробку принципової схеми теплонасосної утилізації теплоти охолодження електричного генератора ТЕЦ. Враховуючі складний внутрішній устрій системи водяного охолодження генератору і наявність багатьох технологічних обмежень, що виключають можливість втручання у зазначену систему на діючих ТЕЦ, обрано схему підключення випарників теплового насосу паралельно існуючим теплообмінникам охолодження дистиляту (ТОД) циркуляційною водою. Схема передбачає охолодження дистиляту системи ГО у випарнику ТН і передачу відібраної теплоти мережевій воді у двох точках – перед бойлерами паротурбінної установками та перед піковими водогрійними котлами ТЕЦ (паралельно бойлерам). Вибір пріоритетного варіанту точки підключення має здійснюватися на підставі техніко-економічного аналізу. Розроблено математичну модель утилізації теплоти охолодження, яка включає рівняння теплового балансу основних елементів існуючого контуру охолодження: газоохолоджувачів генератора і збудника, теплообмінників тиристорного перетворювача і статора генератора, а також випарника ТН. Зазначена система доповнюється моделлю перетворення енергії у тепловому насосі. Модель дозволяє визначити температурні режими роботи випарника і конденсатора, теплову і електричну потужність теплового насосу у залежності від змін температури і витрати мережевої води через конденсатор за умови забезпечення необхідної температури охолодження дистиляту для двох варіантів включення конденсатора ТН у схему підігріву мережевої води. Модель реалізована у вигляді комп’ютерної програми, призначеної для розрахунку змін техніко-економічних показників роботи ТЕЦ та проведення термодинамічного розрахунку параметрів робочого циклу теплового насосу. Робота відповідає міжнародним стандартам високого рівня

2. Договір № 4-20 «Науково-технічні та економіко-екологічні основи низьковуглецевого розвитку комунальної теплоенергетики у взаємодії з суміжними галузями паливно-енергетичного комплексу» Цільового міждисциплінарного проекту НАН України «Науково-технічні та економіко-екологічні засади низьковуглецевого розвитку України» («Декарбонізація»). Код бюджетної програми, за якою здійснюється фінансування: КПКВК 6541030.

На основі критичного аналізу стратегічних програм Європейської комісії, досвіду та планів країн Європи, які досягли найбільших успіхів у скороченні парникових викидів і мають чітке уявлення та реалістичні плани  енергетичного переходу до сталого безвуглецевого розвитку (Німеччина, Данія) сформований пакет невідкладних, середньострокових та перспективних напрямів скорочення вуглецевого сліду комунальної теплоенергетики України, який охоплює, зокрема, такі технологічні заходи :

• зниження потреби у опаленні та охолодженні будівель за рахунок впровадження інноваційних технологій теплового захисту, в т.ч. спорудження “пасивних” будинків типу «нуль-енергії»;
• підвищення енергоефективності виробництва, транспортування та постачання теплової енергії з використанням вітчизняних інноваційних рішень шляхом оптимізації теплових процесів у котельних установках, впровадження глибокої утилізації відхідних газів, малотоксичних пальників, оптимізації просторової структури та типорозмірів магістральних та розподільних теплових мереж згідно фактичних навантажень, впровадження інноваційних технологій теплової ізоляції та прокладання теплотрас, широкого використання у системах теплопостачання скидної теплоти технологічних процесів, сміттєспалювальних та біопаливних котлів, сонячних колекторів тощо;
• розширення обсягів використання електроенергії у теплопостачанні по мірі зростання обсягів використання електростанцій на ВДЕ з пріоритетною підтримкою енергоефективних систем змінної потужності, здатних приймати участь у поточному та сезонному балансуванні енергетичної системи з метою створення підґрунтя для подальшого впровадження електростанцій на базі ВДЕ;
• стимулювання електрифікації теплопостачання на основі використання «зелених» теплових насосів, віддаючи перевагу системам  комбінованого виробництва теплоти і холоду, системам з сезонним накопиченням, та системам  з використанням природних джерел теплоти і холоду;
• переведення ТЕЦ у складі СЦТ, у разі наявності технічної можливості, у режим підтримки змінних електричних навантажень із збільшенням маневреного діапазону та мобільності, впровадженням теплового акумулювання та/або електронагріву на основі досвіду відповідної реконструкції теплових електростанцій Данії і Німеччини;
• у більш віддаленій перспективі – розвиток технологій виробництва, зберігання та використання водню та похідних видів синтетичного палива для беземісійного виробництва теплової та/або електричної енергії та інших потреб комунальної енергетики.

Запропонована та апробована математична модель балансування безвуглецевої енергетичної системи на основі станцій АЕС та ВДЕ з системами накопичення енергії різних типів та/або споживачами регуляторами, за допомогою якої досліджені такі техніко-економічні показники, як погодинні графік і структура виробництва електричної енергії за видами генеруючих джерел, сумарна енергоємність та вхідна і вихідна потужність акумулюючих станцій, потрібні значення потужності та погодинний графік споживання електричної енергії споживачами – регуляторами, граничні обсяги виробництва ними теплової енергії та/або водню у залежності від співвідношення потужностей АЕС та ВДЕ. Визначений склад і параметри безвуглецевої системи, необхідні для покриття існуючих потреб споживачів електричної енергії, заміщення емісійних джерел теплової енергії та виробництва водню для заміщення природного газу кінцевого вжитку. За матеріалами досліджень опубліковано 1 статтю, 1 стаття знаходиться у друці. Робота відповідає міжнародним стандартам високого рівня

3. 7.1.893 «Розроблення і обґрунтування на основі термодинамічного підходу нової методології енергоекономічного аналізу когенераційних технологій та оцінки показників їх енергоефективності» (пошукова). Код бюджетної програми, за якою здійснюється фінансування: КПКВК 6541030.

Розроблені методика та програмні коди розрахунку фактичних показників ефективності ТЕС і ТЕЦ комбінованого виробництва електричної і теплової енергії за термодинамічним методом. Виконані порівняльні оцінки змін звітних та фактичних значень питомої витрати палива на відпуск електричної і теплової енергії для ряду ТЕЦ і ТЕС України за останні 20 років. Встановлено, що звітні показники ефективності, на відміну від термодинамічних, лише частково відображують фактичні зміни рівня досконалості ТЕЦ, маючи збурення, зумовлені змінами методики їх розрахунку і по різному відхилялися від фактичних значень. ТЕС і ТЕЦ, звітні показники яких були наближені до фактичних, зберегли конкурентний потенціал на ринках теплової і електричної енергії України, а інші – втратили велику частку теплових навантажень. Дослідження відповідає міжнародним стандартам високого рівня.

4. Договір № 19 від 03.02.2020 -2020 р. (інноваційний) «Акумуляційна система теплозабезпечення будівлі на основі використання відновлюваних джерел енергії та електроенергії нічного провалу електроспоживання». Код бюджетної програми, за якою здійснюється фінансування: КПКВК 6541030

Розроблено способи і засоби зменшення нічного провалу електроспоживання України за рахунок оптимального управління ним кінцевими споживачами (зокрема, будівлями і населенням) шляхом створення теплоакумуляційної добової системи електричного теплозабезпечення будівель і споруд (опалення, ГВП та кондиціонування) з використанням: електричної енергії в нічні години мінімальних добових електронавантажень; інноваційних технологій добового акумулювання теплоти (холоду); денного використання додаткової теплоти інсоляції; сучасних алгоритмів і засобів автоматизації та управління. Створено інноваційну і економічно привабливу технологію підтримання необхідного температурного режиму будівлі з використанням електричної енергії в години мінімального нічного електронавантаження Об’єднаної енергетичної (електричної) системи України та денного використання додаткової теплоти інсоляції.

На основі теоретичних досліджень та впроваджуючи новітні інженерні досягнення в приладобудуванні було розроблено принципову схему та створено акумуляційну систему електричного опалення експериментального будинку пасивного типу Інституту технічної теплофізики НАН України по вул. Булаховського, 2. Розроблена технологія відповідає  міжнародним стандартам високого рівня.

5. 7.1.878 «Аеродинаміка та теплообмін в світлопрозорих конструкціях при їх взаємодії з тепловим випромінюванням» (відомча) 2017-2021 рр. (Цільова програма наукових досліджень Відділення фізико-технічних проблем енергетики НАН України «Фундаментальні дослідження процесів перетворення та використання енергії»). Код бюджетної програми, за якою здійснюється фінансування: КПКВК 6541030

За допомогою чисельного моделювання проведено дослідження природно конвективного руху повітря у вузькому каналі межстекольного простору центральної частини однокамерного склопакета. Показано, що циклічний режим течії повітря у вигляді висхідного і низхідного граничних шарів при певних умовах в залежності від ширини каналу, поперечного градієнта температури, кута нахилу і висоти каналу, втрачає стійкість і переходить у вихровий режим на кшталт осередків Релея – Бенара. Дослідження дозволили встановити критичні значення числа Релея (Ra), при яких настає зміна режиму течії повітря в просторі між листами скла склопакета. В даному випадку, мова йде про певний інтервалі значень числа Релея: 6.07 • 103 <Ra <6.7 • 103. В ході моделювання встановлено значення термічного опору центральній частині однокамерного склопакета в залежності від ширини, кута нахилу і поперечного градієнта температури склопакета. Робота відповідає міжнародним стандартам високого рівня.

6. 7.1.892 «Розроблення науково-технічних засад інтенсифікації тепломасообміну в пористих середовищах для матеріалів будівельних конструкцій та теплоенергетичного обладнання» (Підтримка пріоритетних для держави наукових досліджень і науково-технічних (експериментальних) розробок Відділення фізико-технічних проблем енергетики НАН України). Код бюджетної програми, за якою здійснюється фінансування: КПКВК 6541230.

З застосуванням моделі сіток для капілярно-пористого матеріалу розроблено чисельний метод для розрахунку тепловологоперенесення через пористі структури конструкційних елементів будівельних матеріалів. Розрахункова модель призначена для визначення розподілу по товщині матеріалу та характеру зміни у часі температури, парціального тиску водяної пари та вологовмісту матеріалу в залежності від умов у зовнішньому повітряному середовищі. Розрахункова модель ґрунтується на чисельному розв’язанні системи рівнянь балансу маси для рідкої вологи і водяної пари та балансу теплоти для пароповітряного середовища, рідкої вологи і твердої фракції капілярно – пористого матеріалу. Враховується, що перенос маси компонентів газової фази через пористий матеріал відбувається шляхом дифузії та фільтрації, а перенос рідкої компоненти – шляхом фільтрації за наявності градієнту капілярного тиску. На поверхнях контакту газової, рідкої та твердої фази задаються умови четвертого роду, які враховують наявність процесів випаровування або конденсації вологи на поверхнях рідкої фази. Робота відповідає міжнародним стандартам високого рівня.

7. 7.1.894 «Розвиток наукових засад теплової взаємодії будівлі з довкіллям та підвищення її енергоефективності на основі застосування інтелектуальних систем енергозабезпечення» (фундаментальна) -2020-2024. Код бюджетної програми, за якою здійснюється фінансування: КПКВК 6541030

Тепловтрати через огороджувальні конструкції будівель та споруд в багатьох випадках визначаються їх архітектурними особливостями та умовами аеродинамічної взаємодії з вітровим потоком. Для виявлення відповідних залежностей тепловтрат від теплопередачі крізь огороджувальні конструкції будівель та споруд  було розроблено шість CFD моделей окремо розташованих споруд у приземному шарі атмосфери. Чисельні моделі споруди мають однакову площу поверхні тепловіддачі, але різні висоти і довжини. Чисельне моделювання тепловіддачі споруд в вітровому потоці в тривимірній постановці дозволило встановити залежності теплопередачі через огороджувальні конструкції в залежності від висоти будівлі, матеріалу стінок і характеристик вітрового потоку. Робота відповідає міжнародним стандартам високого рівня.

8. 7.1.898 «Розроблення і оптимізація енергозберігаючих систем геотермальної вентиляції для енергоефективних будинків» (прикладна)-2020-2024. Код бюджетної програми, за якою здійснюється фінансування: КПКВК 6541030

Проведені експериментальні та теоретичні дослідження гідродинаміки та теплопереносу у ґрунтово-повітряних теплообмінниках: експериментальні дослідження напірно-витратних характеристик контуру ґрунтово-повітряного теплообмінника при змінних швидкостях руху повітря; експериментальні дослідження температури вихідного повітря в залежності від кліматичних умов протягом року. Розроблена теплофізична моделі теплообміну в ґрунтово-повітряному теплообміннику. Робота відповідає міжнародним стандартам високого рівня.

9. Договір № ТД25/20 «Розробка портативного блоку автоматизованих вимірювань теплових характеристик зовнішніх огороджувальних конструкцій будівлі» (Цільова програма наукових досліджень НАН України «Напівпровідникові матеріали, технології і датчики для технічних систем діагностики, контролю та управління» на 2018-2020 рр. «Напівпровідники»). Код бюджетної програми, за якою здійснюється фінансування: КПКВК 6541030

Створено портативний блок автоматизованих вимірювань теплових характеристик зовнішніх огороджувальних конструкцій будівлі. Проведена серія натурних експериментальних досліджень процесів теплопередачі через склопакет з електрообігрівом. В зв′язку з доступною ціновою політикою на напівпровідникові сенсори та відносною простотою реалізації вимірювальної системи є доцільним їх застосування в дослідженнях процесів теплоперенесення в будівлях. Однією з відмінних особливостей використання розроблюваного портативного блоку є наявність унікального послідовного ідентифікаційного коду всередині самого вимірювального датчика, що дозволяє підключати їх паралельно в єдину лінію зв’язку з персональним комп’ютером. Це в свою чергу значно спрощує підключення вимірювальної системи до комп’ютеру і зменшує кількість з’єднувальних дротів. Дана особливість дозволяє створення багатоканальної системи для вимірювання теплотехнічних характеристик досліджуваного об’єкту. Широкий діапазон напруги живлення (3-5,5 В) та низьке енергоспоживання дозволяє використання запропонованої вимірювальної системи без додаткового джерела живлення (від USB порту персонального комп’ютера). Робота відповідає міжнародним стандартам високого рівня.

10. Договір №12-20. «Розробка експериментальних зразків устаткування та технологій спалювання пелет сільськогосподарського походження (агророслинних та деревних пелет) тепловою потужністю до 30 квт» (Цільова програма наукових досліджень НАН України «Біопаливні ресурси і біоенергетика») -2020 р. Перший етап “Дослідження енергетичних характеристик біоенергетичних трав’янистих та деревних культур як біопаливної сировини”. Код бюджетної програми, за якою здійснюється фінансування: КПКВК 6541030

Проведений аналіз даних, щодо наявного потенціалу вирощування енергетичних культур в Україні, їх застосування та скільки т.у.п. можна замістити агропелетами. Визначено основні фізичні та енергетичні характеристики сировини з біомаси. З’ясовано особливості застосування агропелет в комунальному секторі, а також проаналізовані проблеми щодо використання агропелет в енергетичному секторі Україні. Під час виконання роботи було проведено експериментальні дослідження теплоти спалювання деревних пелет та пелет аграрного походження. В результаті встановлено значення вищої та нижчої теплоти згоряння, вологість та зольність пелет з соломи. Також визначено температуру розм’якшення золи, що утворюється після спалювання пелет з соломи та температуру її плавлення. Робота відповідає міжнародним стандартам високого рівня.

11. Договір № 52-07/08-2020. «Підвищення енергоефективності будівель із використанням рекуперативної геотермальної вентиляції» (Науково-дослідні роботи молодих учених НАН України 2019-2020 рр.). Код бюджетної програми, за якою здійснюється фінансування: КПКВК 6541030

Проведені комплексні експериментальні дослідження та порівнняння їх данних із результатами розрахунків за розробленою числовою моделлю складних процесів теплообміну надало можливість провести аналіз теплотехнічних параметрів повітряно-грунтових теплообмінників із різним діаметром трубопровода. Результати роботи відповідають міжнародним стандартам високого рівня та впроваджені при розробленні робочого проекту в ТОВ «Завод енергообладнання «ДАН». Впровадження результатів роботи у вигляді поширеного використання геотермальних систем вентиляції із оптимальними параметрами у житлово-комунальному господарстві дозволить в перспективі поліпшити стан довкілля за рахунок зменшення споживання органічного палива на підприємствах теплової генерації та централізованого теплопостачання.

 Проекти відділу в 2019 р.

1. 1.7.1.878 «Аеродинаміка та теплообмін в світлопрозорих конструкціях при їх взаємодії з тепловим випромінюванням».

Партнери/Установи підтримки: кошти НАН України

Проведене чисельне моделювання теплопереносу через різноваріантні світлопрозорі огороджувальні конструкції. Визначено вплив торцевих потоків теплоти на температурний стан віконних конструкцій та стін, що до них примикають. Досліджено вплив розташування світлопрозорої конструкції по відношенню до віконної пройми на експлуатаційні характеристики та енергоефективність огороджувальної конструкції. Проведено аналіз залежностей теплових характеристик різноваріантних віконних конструкцій з використанням розробленої теплофізичної моделі. Визначені тепловтрати через торцеві поверхні світлопрозорих огороджувальних конструкцій. Рівень досліджень відповідає міжнародним стандартам високого рівня.

2. 1.7.1.886 «Термогідравлічна нестійкість потоків теплоносіїв та розробка теплофізичних механізмів подолання її руйнівного впливу на елементи енергетичного обладнання»

Партнери/Установи підтримки: кошти НАН України

За результатами чисельного моделювання природної конвекційної течії повітря у вертикальному каналі з локальним внутрішнім джерелом тепловиділенням встановлено закономірності впливу потужності джерела теплонадходження та геометричних характеристик каналу на амплітуду та частоту коливань тиску в каналі. Сформульовано пропозиції щодо зменшення амплітуди коливань тиску з метою запобігання руйнівному впливу ефектів нестійкості в потоці на елементи енергетичного устаткування. Розроблені програмні коди для чисельного дослідження критеріїв нестійкості на основі методу збурень. Рівень досліджень відповідає міжнародним стандартам високого рівня.

3. НДР «Підвищення ефективності роботи тец шляхом утилізації теплових втрат із використанням теплонасосної технології» в рамках цільової програми наукових досліджень НАН України «Нова енергетика»

Партнери/Установи підтримки: кошти НАН України

Визначений обсяг технічного потенціалу та структура теплових втрат ТЕЦ. Обрані раціональні схеми впровадження теплових насосів-утилізаторів до теплової схеми ТЕЦ, схеми включення теплового насосу в систему газоохолодження генератору, розроблені математичні моделі процесів вилучення теплоти охолодження у випарниках теплових насосів, підвищення потенціалу вилученої теплоти у теплових насосах компресійного типу, передачі вилученої теплоти мережевій воді теплових мереж ТЕЦ, а також супутніх процесів, які виникають при цьому в енергетичній системі. У ході досліджень проведений аналіз конструктивних і режимних особливостей роботи систем газового охолодження генераторів потужністю від 2,5 до 250 МВт, що практично використовуються на ТЕЦ і ТЕС України, а також визначений потенціал теплових втрат, що можуть бути утилізовані тепловим насосом.

4. НДР «Розробка портативного блоку автоматизованих вимірювань теплових характеристик зовнішніх огороджувальних конструкцій будівлі» в рамках цільової програми наукових досліджень НАН України «Напівпровідникові матеріали, технології і датчики для технічних систем діагностики, контролю та управління» на 2018-2020 рр.

Партнери/Установи підтримки: кошти НАН України

Проведено аналіз існуючих засобів вимірювання теплового потоку і тенденцій створення системи метрологічного забезпечення вимірювання густини теплового потоку. На спеціальній лабораторній тарувальній установці та в реальних умовах експлуатації проведені дослідження з оцінки повірочних коефіцієнтів датчиків теплового потоку, що працюють на основі ефекту Пельтьє від температури вимірювання. Розроблена високоефективна калібрувальна установка для датчиків теплового потоку, що працюють на основі ефекту Пельтьє. Виконані експериментальні дослідження теплопередачі світлопрозорої огороджувальної конструкції з електрообігрівом з використанням датчиків теплового потоку та температури. При проведені таких вимірювань були використанні два типи датчиків теплового потоку: напівпровідникові та термопарно-батарейного типу. Шляхом порівняння отриманих даних були встановлені повірочні коефіцієнти для напівпровідникових датчиків теплового потоку різного розміру. Рівень досліджень відповідає міжнародним стандартам високого рівня.

5. НДР «Розробка технологій та устаткування для спалювання біопалива аграрного походження» в рамках цільової програми наукових досліджень НАН України «Біопаливні ресурси і біоенергетика» на 2018-2020 рр.

Партнери/Установи підтримки: кошти НАН України

Розроблено конструктивну схему експериментального зразка пальника з застосуванням реторти з нижньою подачею палива одним шнековим живильником. Експериментальний пальник доведено до працездатного стану, виявлено умови його стійкої роботи з належними показниками керованості процесу, повноти вигорання палива та показників емісії забруднюючих речовин. Пальник забезпечує виділення летючих речовин та їх займанням у просторі пальника з формуванням палаючого факела у топковому просторі котла. Досягнута потужність експериментального пальника 65 кВт відповідає  розрахунковій. Проведено експериментальні дослідження спалювання подрібненого палива в пальнику ретортного типу разом з шнековим живильником. Проведено експериментальні дослідження теплоти спалювання пелет аграрного походження, встановлено значення вищої та нижчої теплоти згоряння агропелет різного типу, визначено характерні особливості температурних режимів роботи котла при спалюванні агропелет та пелет з деревини. Досліджено емісію СО та NO_x при спалюванні подрібненого палива в пальнику з  постійним загальним надлишком повітря та змінною часткою вторинного повітря, які дозволили виявити режими спалювання, що прийнятні для реалізації в промисловому обладнанні різної потужності. Рівень досліджень відповідає міжнародним стандартам високого рівня.

6. НДР «Розробка заходів з підвищення енергоефективності будівлі при послідовній реалізації заходів: енергоефективний будинок; «пасивний» будинок; будинок «нуль енергії»; «розумний» будинок; будинок як micro smart grid система» в рамках цільової комплексної міждисциплінарної програми наукових досліджень НАН України з розроблення наукових засад раціонального використання природно-ресурсного потенціалу та сталого розвитку на 2015-2019 рр.

Партнери/Установи підтримки: кошти НАН України

Розроблена нова методика визначення індикаторів енергоефективності будівель, огороджувальних конструкцій будівель і практика проведення енергоаудитів з використанням для таких заходів діагностичного центру – демонстраційної пасивної будівлі типу “нуль-енергії” з енергопостачанням від поновлюваних джерел енергії (природна та з’акумульована теплота ґрунту, інсоляція, енергія вітрового потоку). Даний демонстраційний об’єкт виконує роль науково-методичного центру навчання студентів ВНЗ з теплоенергетичних спеціальностей, а також підвищення кваліфікації фахівців, що займаються розробкою енергоефективних технологій енергопостачання будівель і їх енергоаудитом. Вперше запропоновано критерій для визначення теплоенергоємності будівлі, на цій основі запропоновано визначення і аналітичний вираз для енергетичної ефективності будівлі із врахуванням процесів опалення і охолодження та особливостей клімату території. Проведено роботу по створенню сучасної законодавчо-правової основи та нормативно-технічної бази для широкої реалізації проектів щодо підвищення енергоефективності будівель. Рівень досліджень відповідає міжнародним стандартам високого рівня

7. НДР «Підвищення енергоефективності будівель із використанням рекуперативної геотермальної вентиляції» в рамках програми науково-дослідні роботи молодих учених НАН України.

Партнери/Установи підтримки: кошти НАН України

  8. Розроблено науково-обґрунтовану методологію щодо створення, оптимізації теплотехнічних параметрів та експлуатації енергоощадних систем геотермальної рекуперативної вентиляції на основі використання відновлювальних джерел енергії (теплоти ґрунту) для сучасних енергоефективних будівель різних типів та призначення (в тому числі, будівель пасивного типу, «0-енергії» та інших). Рівень досліджень відповідає міжнародним стандартам високого рівня.

 «Модернізація виробництва енергоефективних вікон на віконному заводі» (Шаосінь, Жеянг, район Кегао, Китай).

9. Участь у гранті: СЕРТИФІКАТ № 019-122. Член-кор. НАН України, д.т.н, професор Басок Б.І. бере участь у грантовій програмі за темою «Новий проект індустріалізації ультраефективного мікроканального теплообмінника». Період: 1 січня 2019 року – 24 січня 2020 року (Китай).

Проекти відділу в 2018 р.

1. «Енергомоделювання будівлі з врахуванням її конструктивних особливостей, системи енергозабезпечення, зовнішнього середовища та клімату»

Партнери/Установи підтримки: кошти НАН України

Створена CFD модель, що дозволяє проводити дослідження аеродинаміки і теплообміну будівель і споруд, розташованих в зоні щільної міської забудови, з навколишнім середовищем. Модель дозволяє оцінити основні параметри теплообміну будівель з навколишнім середовищем при впливі вітрових потоків в умовах добових коливань інтенсивності сонячної радіації і температури повітря в будь-який час року. В результаті численних експериментів отримані оцінки температурного стану огороджувальних конструкцій експериментального будинку пасивного типу, що знаходиться в межах міської забудови, в умовах радіаційно-конвективного теплообміну з навколишнім середовищем і сусідніми будівлями. Результати моделювання показали, що споруди, розташовані в безпосередній близькості один від одного, а також добові зміни сонячної радіації і температури повітря, вітрові потоки, істотно впливають на тепловий режим огороджувальних конструкцій. Складність процесів перенесення імпульсу та енергії при взаємодії будівель і споруд з навколишнім середовищем практично виключають прості рішення, які зводяться до використання регламентованих коефіцієнтів тепловіддачі для оцінки конвективного теплообміну з навколишнім середовищем на зовнішніх поверхнях огороджувальних конструкцій температурно-вологісний режим стінових конструкцій будівель. Було визначено вплив сонячного випромінювання на тепловий баланс приміщень в зимовий період року.

2. «Розробка і оптимізація низькотемпературних систем теплозабезпечення на основі відновлюваних джерел енергії».

Партнери/Установи підтримки: кошти НАН України

Визначено оптимальні низькотемпературні системи теплозабезпечення, що використовують відновлювальні джерела енергії та забезпечують належні санітарно-гігієнічні умови в приміщеннях при мінімальних тепловитратах. Проведено експериментальні дослідження теплообмінних процесів у водяних підлогових системах опалення із біфілярною і Г-подібною схемою укладання контуру та бетонозаливною стяжкою. Проведено експериментальні дослідження теплообмінних процесів в водяних підлогових системах опалення сухого способу монтажу із різними фінішними покриттями підлоги. Дослідження процесів складного теплообміну у системах водяного підлогового опалення різних типів монтажу дозволили розробити номограмну інженерну методику розрахунку теплотехнічних параметрів такої системи для різних режимів її експлуатації. Дана методика може бути рекомендована для проектування систем водяного підлогового опалення в широкому діапазоні теплової потужності при значенні густини теплового потоку на поверхні від 20 до 120 Вт/м², при витраті теплоносія від 0,001 до 0,012 м³/с, монтажному кроці між осями труб від 125 до 200 мм і внутрішньому діаметрі труби контуру від 0,008 до 0,015 м.

3. «Аеродинаміка та теплообмін в світлопрозорих конструкціях при їх взаємодії з тепловим випромінюванням».

Партнери/Установи підтримки: кошти НАН України

Проведено експериментальні та теоретичні дослідження впливу сонячного випромінювання на тепловий режим світлопрозорих конструкцій. Було створено двовимірні та тривимірні теплофізичні моделі аеродинаміки та теплопередачі в нестаціонарній постановці для дослідження впливу сонячного випромінювання на тепловий режим світлопрозорих конструкцій. В двовимірній теплофізичній моделі теплопередачі через двокамерний склопакет було враховано вплив ефекту низькоемісійного покриття (одного та двох), що нанесено на поверхню в склопакеті. Розроблені рекомендації щодо проведення термомодернізації адміністративних будівель в частині світлопрозорих конструкцій та при проектуванні і будівництві споруд високої енергоефективності.

4. «Термогідравлічна нестійкість потоків теплоносіїв та розробка теплофізичних механізмів подолання її руйнівного впливу на елементи енергетичного обладнання»

Партнери/Установи підтримки: кошти НАН України

Проведено теоретичний опис нестаціонарного явища вібраційного горіння в пристроях промислових агрегатів, рідинних реактивних двигунах (РРД) і генераторах термоакустичних автоколивань з урахуванням сумісної дії механізмів нестійкості Л.Крокко та від’ємного теплового опору. Побудовано розв’язки як виродженої так і повної системи рівнянь вібраційного горіння в РРД з дискретними параметрами, у яких поряд з механізмом Л.Крокко діє механізм нестійкості, що обумовлений підведенням теплоти згорання палива. Вдосконалено теорію термоакустичних автоколивань збуджуваних термогенераторами, що враховує перетворення частини підведеної теплоти в напір потоку в різних політропних процесах. Вирішено задачу збудження коливань ентропійними хвилями. Зроблено теоретичний опис руху реального газу з підведенням теплоти в пневмосистемах з розподіленими параметрами і визначено способи керування нестаціонарними рухами, які отримані із систем рівнянь Ейлера шляхом введення в них напірної характеристики. Розроблено алгоритм побудови хаотичних автоколивань в спалюючих пристроях при вібраційному горінні, а також у системах, що включають лопатеві нагнітачі, та системах динамічного демпфірування.

5. «Розроблення системи термозахисту будівлі з використанням ґрунтових теплообмінників»

Партнери/Установи підтримки:

Розроблено та встановлено системи вимірювання температури, теплових потоків та вологості в огороджувальних конструкціях з постійним моніторингом в автоматичному режимі реального часу і архівуванням даних вимірювань. Розроблено методику теплофізичного моделювання ґрунтових теплообмінників одночасно з вентильованим прошарком фасадної стіни. Встановлено систему сонячних теплових колекторів для додаткового нагрівання ґрунтового масиву, де знаходитимуться ґрунтові теплообмінники системи пасивного повітряного термозахисту. Проведено валідацію методики теплофізичного моделювання ґрунтових теплообмінників одночасно з вентильованим прошарком фасадної стіни за допомогою експериментальних даних, отриманих на встановленому об’єкті. Розроблено методику розрахунку термічного опору огороджувальних конструкцій шляхом використання теплової завіси фасадних стін і даху за різних кліматичних умов і стану ґрунту. Проведена валідація методики розрахунку підвищення термічного опору огороджувальних конструкцій шляхом використання теплової завіси фасадних стін і даху на базі експериментальних даних та обґрунтовано можливості використання такої методики при проектуванні типових систем термозахисту будівель на основі ґрунтових теплообмінників з використання природної теплоти ґрунту.

6. «Заходи щодо оптимізації (скорочення) використання енергоресурсів у секторі теплопостачання населених пунктів України» в межах цільового наукового проекту «Економічні, техніко-технологічні та екологічні імперативи цільового розвитку енергетики України» (договір №3-2018).

Партнери/Установи підтримки:

Розроблено рекомендації щодо технологічних рішень на базі модельних розрахунків: регуляторні нормативні (стандарти і норми, регулювання держзакупівель, добровільні зобов’язання тощо); запропоновано регуляторні інформативні (маркування, паспортизація будівель, енергоменеджмент, програми енергопостачальних компаній); розглянуто економічні ринкові рішення (ЕСКО, схеми торгівлі сертифікатами енергоефективності); визначено стимулюючі, фіскальні; інформаційні норми. Розроблено положення по забезпеченню інноваційного оновлення сфери теплозабезпечення з впровадженням енергоефективних і екологічно безпечних технологій при виробництві, транспортуванні і використанні теплової енергії.

7. «Оцінка потенціалу енергоспоживання споживачів теплової та електричної енергії, а саме населення, для регулювання енрегосистеми в періоди пікового та нічного провалу споживання електроенергії» в межах наукового завдання Об.3.2 «Підвищення ефективності функціонування енергетичних систем шляхом управління кінцевим енергоспоживанням» цільової програми наукових досліджень НАН України «Науково-технічні основи енергетичного співробітництва між Україною та Європейським Союзом» (Об’єднання-3) (Договір №Об3.2-18).

Партнери/Установи підтримки:

Проведено аналіз нормативного забезпечення організації управління електроспоживанням. Розроблено проект пропозицій до Постанови «Про затвердження Порядку застосування тарифів на електроенергію», де запропоновано впровадити спеціальні тарифні коефіцієнти або тариф на електроенергію в нічний час для кінцевих споживачів. Проаналізовано розподіл груп споживачів, сформовано підходи щодо використання методів управління електроспоживанням та наведені пропозиції для підвищення ефективності виділення груп споживачів. Виконано багатоваріантні розрахунки щодо використання комунікативних методів управління та досліджено реакцію споживачів електричної енергії на використання економічних стимулів в формуванні диференційованих тарифів за періодами часу доби. На підставі сформульованого методичного підходу до комплексної оцінки системи управління електроспоживанням розроблено алгоритм оцінювання, який передбачає моделювання сценаріїв експертної оцінки і дає можливість отримати уявлення про управління за допомогою визначених критерії для енергетичних підприємств. З використання UML-діаграм та застосування методологій об’єктно-орієнтованого моделювання, що базуються на сучасних інформаційних технологіях, розроблено моделі та структуровані схеми для формування системи оцінювання методів управління електроспоживанням.

8. «Розробка портативного блоку автоматизованих вимірювань теплових характеристик зовнішніх огороджувальних конструкцій будівель» в рамках цільової програми наукових досліджень НАН України «Напівпровідникові матеріали, технології і датчики для технічних систем діагностики, контролю та управління» на 2018 – 2020 рр. та розпорядження Президії НАН України від 23.07.2018 № 404 «Про затвердження на 2018 рік проектів Цільової програми наукових досліджень НАН України «Напівпровідникові матеріали, технології і датчики для технічних систем діагностики, контролю та управління» на 2018 – 2020 роки» (дог. №ТД26-18).

Партнери/Установи підтримки:

Розроблено принципову схему та створено блок для автоматизованого вимірювання теплових характеристик огороджувальних конструкцій з використанням напівпровідникових сенсорів, що характеризуються високою роздільною здатністю у поєднанні з малою інерційністю та з відносно низькою вартістю. Розроблено датчики для теплових вимірювань на основі напівпровідникових сенсорів та проведено перевірку їх роботи в реальних умовах експлуатації об’єктів досліджень. За результатами перевірки роботи датчиків теплових вимірювань, а також на основі напівпровідникових сенсорів в реальних умовах експлуатації об’єктів досліджень, опрацьовується можливість усування недоліків для подальшого їх використання.

9. «Розробка принципів створення та реалізації «розумного» (smart-grid-0-energy) будинку», що була виконана в рамках наукового проекту «Розробка заходів з підвищення енергоефективності будівлі при послідовній реалізації заходів: енергоефективний будинок → «пасивний» будинок → будинок «нуль-енергії» → «розумний» будинок → будинок як micro smart grid система» цільової комплексної міждисциплінарної програми наукових досліджень НАН України з розроблення наукових засад раціонального використання природно-ресурсного потенціалу та сталого розвитку (дог. №1-18).

Партнери/Установи підтримки:

Розроблено принципи створення та реалізації «розумного» (smart-grid-0-energy) будинку. Проведені дослідження з послідовним розвитком будівлі «пасивного» типу до рівня «розумної» (SMART-GRID-0-ENERGY) будівлі із аналогічними показниками в питомій потребі енергії на життєзабезпечення. Проведено роботу по створенню сучасної законодавчо-правової основи та нормативно-технічної бази для широкої реалізації проектів щодо підвищення енергоефективності будівель.

10. «Розробка технологій та устаткування для спалювання біопалива аграрного походження» в рамках цільової програми наукових досліджень НАН України «Біопаливні ресурси і біоенергетика» на 2018 – 2022 рр. (дог. №14-18).

Партнери/Установи підтримки:

Визначено ряд важливих характеристик пелет аграрного походження, що можуть використовуватися, як біопаливо. Знайдено величини вищої та нижчої теплоти згоряння агропелет, а також їх зольність, вологість та інші важливі характеристики цього виду палива. За результатами досліджень процесу спалювання агропелет у пелетному пальнику визначено температурні режими в котлі на різних стадіях горіння. Проведено порівняння характеристик процесу горіння агропелет та пелет з деревини. Знайдено, що в порівнянні зі спалюванням пелет з деревини, процес горіння агропелет з соломи пшениці та ріпаку відзначається більшою складністю внаслідок низької температурою плавлення золи. З метою розробки пальника, придатного для спалювання агропелет з соломи пшениці та ріпаку, сформульовано ряд рекомендацій щодо вдосконалення конструкції відповідних пальників. За результатами експериментальних досліджень було також визначено, що температура плавлення золи при спалюванні зразків зі стебел кукурудзи та гранул зі стебел кукурудзи українського походження значно вище (на 170…210 ⁰С), ніж усереднені значення для сільськогосподарської біомаси з соломи пшениці, і близька до значень, що характерні для деревини. Це дає можливість використовувати для спалювання відповідної продукції з кукурудзи котли, що були спроектовані для деревних видів палива.

Розроблено рекомендації по виготовленню експериментального пальника для спалювання рослинних пелет зернових культур та ріпаку надмірної вологості (потужністю до 30 кВт). В результаті роботі проаналізовано та систематизовано літературні дані щодо основних властивостей побічної продукції кукурудзи як палива. Проведено лабораторні дослідження паливних характеристик стебел кукурудзи. Зроблено огляд та аналіз основних технологій спалювання твердих біопалив та межі їх застосування в залежності від характеристик паливної сировини.

 «Комбінована теплонасосна система енергопостачання будівлі з використанням теплоти ґрунту та інсоляції», що виконана в рамках конкурсу наукових проектів молодих вчених Ф-83 (дог. №83/99-2018).

Партнери/Установи підтримки:

Створено теплофізичні моделі для дослідження теплообмінних та гідродинамічних процесів в горизонтальному колекторі теплонасосної системи теплопостачання, проведений аналіз сонячного потенціалу для використання геліоустановок в системах теплопостачання будівлі та розроблено й впроваджено схему комбінованої теплонасосної системи енергопостачання на основі ґрунтових теплообмінників та сонячних електричних колекторів.

12. «Теплофізичні основи підвищення ефективності теплоспоживання будівлі», що виконується на основі розпорядження Президента України від 16.07.2018 № 105, наказ Міністерства освіти і науки України від 07.08.2018 № 881 (дог. Ф75/171-2018).

Партнери/Установи підтримки:

Проведено теоретичні та експериментальні дослідження ефективного управління теплоспоживання будівлі при використанні індивідуального теплового пункту. Вирішено важливі фундаментальні та прикладні задачі щодо підвищення ефективності теплоспживання будівлі та зменшення використання енергетичних ресурсів на основі застосування теплофізичної моделі з зосередженими параметрами.

13. «Внутрішньокамерна та загальносистемна термогідродинамічна нестійкість в теплонапружених елементах рідинного реактивного двигуна», що виконується на основі розпорядження Президента України від 17.08.2018 №119, наказ Міністерства освіти і науки України від 11.09.2018 № 991 (дог. Ф78/188-2018 від 08.10.2018).

Партнери/Установи підтримки:

Теоретично отримані періодичні рішення повної системи рівнянь вібраційного горіння в РРД, що породжуються відомим механізмом феноменологічного запізнювання згоряння Л.Крокко. Встановлено, що в газогенераторах РРД спадаюча гілка характеристики сопла спричиняє збудження ентропійних хвиль, які підсилюють автоколивання вібраційного горіння незалежно від механізмів їх збудження. Також, визначено новий, раніше невідомий, механізм автоколивань вібраційного горіння, який обумовлений підводом теплоти до плину, яка виділяється при згоранні.

Проекти відділу в 2017 р.

1. «Енергомоделювання будівлі з врахуванням її конструктивних особливостей, системи енергозабезпечення, зовнішнього середовища та клімату»

Партнери/Установи підтримки: кошти НАН України

Встановлені особливості аеродинамічних та теплообмінних процесів в приміщеннях будівлі з низькотемпературними системами кліматизації. Методами чисельного моделювання визначені поля швидкості повітря і розподіл температури по об’єму приміщення при опаленні за допомогою низькотемпературної водяної теплової підлоги. Проведені розрахунки теплового стану та аеродинамічних умов в приміщенні при застосуванні фанкойлів, як систем опалення та кондиціонування при створенні належних умов кліматизації. Проведено експериментальні дослідження теплових і аеродинамічних процесів в приміщеннях з низькотемпературними системами кліматизації.

2.  «Розробка і оптимізація низькотемпературних систем теплозабезпечення на основі відновлюваних джерел енергії»

Партнери/Установи підтримки: кошти НАН України

Проведені експериментальні дослідження розподілу температури повітря в об’ємі приміщення с низькотемпературним водяним опаленням на основі несиметричного Г-подібного контуру або змійовикових багатоконтурних теплообмінників у простінку. Проведені експериментальні дослідження температури повітря в об’ємі приміщення з низькотемпературним водяним капілярним підлоговим опаленням.

3. «Розроблення раціональних заходів з модернізації секторів виробництва, транспортування та споживання теплової енергії».

Партнери/Установи підтримки: кошти НАН України

Вперше в Україні розроблено та реалізовано у вигляді алгоритмів та програм методологію імітаційного моделювання технологій централізованого, автономного та індивідуального теплопостачання житлових районів населених пунктів з урахуванням їх регіональних відмінностей, вартості мереж транспортування і розподілу теплової енергії та первинних ПЕР, що дозволило розробити кількісно аргументовані рекомендації щодо доцільних меж використання централізованих, автономних та індивідуальних систем  теплопостачання в населених пунктах Україні, вперше запропоновано новий метод та уніфікований енергоекономічний критерій оптимізації складу різнотипних генеруючих потужностей районних систем теплопостачання міст, в тому числі, на основі комбінованого виробництва електричної енергії і теплоти, що дозволило розробити методику визначення доцільності об’єднання/роз’єднання локальних теплових мереж в умовах змін теплових навантажень житлових районів внаслідок термомодернізації житла, з використанням термодинамічного підходу вперше розроблені методи визначення показників енергетичної ефективності одержання видів енергії в умовах їх комбінованого виробництва атомними електричними станціями та установками сумісного виробництва теплоти і холоду, що надає змогу підвисити обґрунтованість рішень з впровадження прогресивних технологій в системах теплопостачання, вперше в Україні розроблено та апробовано на рівні компетентних центральних органів державної влади проект «Методики обчислення частки енергії, виробленої тепловими насосами з відновлюваних джерел» на вимогу Директиви Європейського Парламенту та Ради 2009/28/ЄС  та Закону України «Про альтернативні джерела енергії».

4. «Аеродинаміка та теплообмін в світлопрозорих конструкціях при їх взаємодії з тепловим випромінюванням».

Партнери/Установи підтримки: кошти НАН України

Розроблено рекомендації конкретних енергетично доцільних заходів із термомодернізації будівель. Запропоновано принципи енергетично та економічно виправданої термомодернізації із врахуванням територіальних кліматичних умов. Проведено експериментальні і теоретичні дослідження підвищення енергоефективності будівлі шляхом реалізації інноваційних науково-технічних підходів до мінімізації тепловтрат через фасадні огороджувальні будівельні конструкції зовнішньої оболонки будівлі. Розроблена методика системного врахування безперервної дії всіх проявів сонячної радіації (температури повітря і швидкості вітру) на теплопередачу в елементах зовнішніх огороджень будівель. Вирішені задачі нестаціонарної теплопередачі через типові елементи зовнішніх огороджень: суцільно-стінові зовнішні огорожі будівель та окремо віконні склопакети; огородження з віконним отвором; двокамерні вентильовані вікна з урахуванням безперервної дії кліматичних чинників дозволили розробити екстенсивні і інтенсивні способи збільшення теплового опору будівельних конструкцій. Проведено зіставлення розрахунків з експериментальними даними для двокамерних склопакетів і виконано рішення задачі про розподіл температур в ґрунтовому масиві. Проведено дослідження впливу вітрових потоків повітря на процеси тепловіддачі будівлі в довкілля як для гладких фасадних стін, так і для стін із наявністю віконних пройм.

5. «Оцінка потенціалу енергоспоживання споживачів теплової та електричної енергії, а саме населення, для регулювання енрегосистеми в періоди пікового та нічного провалу споживання електроенергії» в межах наукового завдання Об.3.2 – «Підвищення ефективності функціонування енергетичних систем шляхом управління кінцевим енергоспоживанням» цільової програми наукових досліджень НАН України «Науково-технічні основи енергетичного співробітництва між Україною та Європейським Союзом» (Об’єднання-3) (Договір №Об3.2-16)

Партнери/Установи підтримки:

Висвітлено сучасний стан системи електро- та теплопостачання та проблеми енергозабезпечення споживачів; проведено дослідження характеристик споживачів електричної енергії; досліджено існуючий рівень нерівномірності споживання електричної енергії; сформовані групи споживачів за їх режимом споживання електричної енергії; проведено аналіз середнього споживання електричної енергії населенням на території України; встановлено категорії споживачів як у містах, так і в сільській місцевості, у яких обсяг споживання електроенергії є найбільшим; показано динаміку зміни та кількість споживачів теплової енергії за роками; встановлено, що найбільші обсяги теплової енергії споживається населенням, тому саме в нього є значний потенціал щодо ефективного регулювання використання теплової енергії; здійснено оцінку обсягів і потужності наявної в населення електричної побутової техніки (встановлена потужність електричних водонагрівачів накопичувального типу складає оціночно 1500 МВт, а пральних машин – 13595 МВт, що дозволить ефективно регулювати енергосистему в періоди пікового та нічного провалу споживання електроенергії).

6. «Техніко-економічна оцінка технологічної модернізації сектору теплопостачання населених пунктів України» цільового наукового проекту «Економічні, техніко-технологічні та екологічні імперативи цільового розвитку енергетики України» (договір № 3-16)

Партнери/Установи підтримки:

Визначено оригінальний підхід до розв’язання задачі багаторівневого організаційно-технологічного управління (БОТ-управління) ефективністю функціонування систем комунальної теплоенергетики (КТЕ), формалізація якого базується на застосуванні положень теорії множин у поєднанні з елементами теорії ієрархічних багаторівневих систем та узгодженої оптимізації, що надає можливість отримувати оптимальні розв’язки задач багаторівневого управління шляхом імітаційного моделювання. Розроблено та науково обґрунтовано новій метод та комп’ютерні засоби БОТ-управління, які дозволяють підвищувати ефективність функціонування регіональних систем КТЕ за рахунок формалізації системи рівнянь енергетичних балансів для кожного з рівнів багаторівневої системи БОТ-управління, встановлення взаємозв’язку їх параметрів з управляючими впливами за допомогою логіко-математичних функцій та визначення потенціалів підвищення складових енергетичної, економічної та екологічної (3-Е) ефективності для кожної підсистеми КТЕ з подальшою узгодженою координацією параметрів їх взаємодії. Результати проведених чисельних експериментів підтверджують можливості суттєвого зменшення обсягів викидів СО₂ та витрат паливно-енергетичних ресурсів, що забезпечує сталий розвиток систем КТЕ.

7. «Дослідження аеродинаміки і тепломасообміну в повітряному потоці з твердими включеннями рослинного біопалива для створення умов його спалювання в висхідному вихровому шарі» спільний конкурсний проект з ДФФД Білорусі, договір №Ф73/21

Партнери/Установи підтримки: ДФФД України, ДФФД Білорусі

Створено теплофізичну модель аеродинамічних та тепломасообмінних процесів у висхідному газовому потоці з твердими паливними частинками та модель горіння гранул рослинної сировини в умовах висхідного потоку. Модель враховує послідовне протікання процесів випаровування вологи, піролізу біомаси, виходу з біомаси летючих газоподібних речовин, та їх горіння у висхідному повторному потоці. За результатами розрахункових досліджень одержано поля швидкостей і температур газового потоку в каналі призматичної форми, в якому відбувається спалювання рослинних гранул. Визначено вплив розподілу швидкості в газовому потоці на формування температурного поля в каналі. Знайдено розподіли по висоті каналу осереднених по його перерізу температур та концентрацій газоподібних речовин, що утворюються в результаті піролізу рослинної сировини та горіння летючих речовин і вуглецевого залишку. За результатами експериментальних досліджень визначено основні закономірності процесу горіння гранул рослинної сировини (пелет з соломи та деревини). Отримано криві кінетики горіння одиночних гранул біопалива, визначено температурні режими роботи пелетного пальника за різних умов його експлуатації.

8. «Аналіз та запобігання нестійкості потоків теплоносія в елементах теплоенергетичного устаткування» за грантом Президента України (договір Ф70/177-2017)

Партнери/Установи підтримки:

Вперше аналітично отримано співвідношення для теплового опору при підводі теплоти до газу чи рідини, що дозволило теоретичним шляхом обґрунтувати існуючі в практиці і розробити нові ефективні методи керування автоколиваннями при вібраційному горінні та при пароутворенні. Запропонована методика для розрахунку теплового опору при політропному теплопідводі до газу, яка дозволяє теоретично визначати умови, при яких в проточному русі газу самозбуджуються поздовжні термоакустичні автоколивання. Створена загальна методика розрахунку частот та амплітуд термоакустичних автоколивань та автоколивань вібраційного горіння в потенційно нестійких елементах теплоенергетичного устаткування. Представивши рівняння руху суцільного середовища у формі, аналогічній рівнянням теорії помпажу лопаткового нагнітача, в роботі була введена в розгляд напірна характеристика теплопідводу. Це дозволило, скориставшись формальною аналогією з теорією помпажу, теоретично описати нестаціонарні явища вібраційного горіння в пристроях промислових агрегатів і генераторах термоакустичних автоколивань. Також удосконалена теорія термоакустичних автоколивань, що збуджуються у відповідних генераторах, яка, за допомогою напірної характеристики теплопідводу, враховує перетворення частини підведеної теплоти в напір потоку в різних політропних процесах. Розроблено алгоритм визначення параметрів хаотичних автоколивань, які збуджуються у відповідних пристроях при вібраційному горінні, а також в системах, що містять лопаткові нагнітачі, та в системах динамічного демпфірування автоколивань. Створено схеми конструкцій потенційно нестійких елементів теплоенергетичного устаткування, в яких шляхом впливу на механізми автоколивань як вібраційного горіння і помпажу, так і шляхом динамічного демпфірування автоколивань, здійснена повна нейтралізація автоколивань або реалізовано ефективне керування їх амплітудою. Розроблена загальна методика розрахунку параметрів термоакустичних автоколивань дозволяє реалізувати керування режимом хаотичних автоколивань в системах напірного переміщення суцільного середовища та в пристроях спалювання палива.

9. «Розробка принципів створення та реалізації будівель «нуль» енергії» (договір 1-17) Комплексної міждисциплінарної програми наукових досліджень з розроблення наукових засад раціонального використання природно-ресурсного потенціалу та сталого розвитку

Партнери/Установи підтримки:

Розроблено принципи створення та реалізації будівель «нуль енергії», потреби в енергоспоживанні яких значною мірою покриваються енергією від відновлюваних та альтернативних джерел. Здійснено дослідження впливу сонячної радіації на теплозабезпечення будівлі (на прикладі експериментальної будівлі Інституту технічної теплофізики НАН України), а також дії всіх проявів сонячної радіації (температури повітря і швидкості вітру) на теплопередачу в елементах зовнішніх огороджень будівлі. Розроблені схеми енергозабезпечення експериментального будинку на базі сонячної і вітрової енергії з використанням сонячних модулів з акумулятором і інвертором та вітроустановки. Створена комбінована теплонасосна система теплопостачання енергоефективного будинку та проведено аналіз роботи опалювальних приладів «тепла водяна підлога» та теплообмінник в стіновому простінку. Розроблена чисельна модель процесів переносу при взаємодії вітрового потоку в приземному шарі атмосфери з комплексом будівель і споруд за допомогою якої розрахована аеродинамічна обстановка на території забудови для створення ефективної систем вентиляції, теплопостачання експериментального будинку та оптимального розміщення вітроенергетичних установок на території забудови.

10. «Утворення, переміщення, збір та енергетична утилізація біогазу в тілі полігону побутових відходів» в рамках цільової програми «Біологічні ресурси і новітні технології біоенергоконверсії» (договір 24-17)

Партнери/Установи підтримки:

Проаналізовані існуючі положення проектування систем збору та енергетичної утилізації біогазу. Проведений аналіз, результати моделювання та вирішення оптимізаційних задач, дозволили визначити та удосконалити такі положення проектування, які мали недостатнє, або застаріле наукове обґрунтування. На основі удосконалених положень розроблені схеми оптимальних системи збору та енергетичної утилізації біогазу, для яких виконана оцінка техніко-економічних показників.

11. «Розроблення системи термозахисту будівлі з використанням грунтових теплообмінників» державне замовлення договір дз/14 – 2017

Партнери/Установи підтримки:

Проведено огляд літературних джерел по використанню теплового потенціалу ґрунту для охолодження або нагріву повітря в ґрунтових теплообмінниках. Проведено теплофізичне моделювання руху повітря в об’ємному горизонтальному повітряно-ґрунтовому теплообміннику та зазорі теплової завіси фасадної стіни будинку. Встановлено що, при підігріві повітря теплотою ґрунту можна організувати природну циркуляцію повітря та відмовитись від використання пристроїв, що споживають електричну енергію. Природна тяга, що виникає внаслідок різниці температур, достатня для наявності природної циркуляції повітря. Також наявність повітряно-ґрунтового теплообмінника зменшує температурний перепад в стіні і відповідно втрату теплоти. Досліджено вплив товщини міжшарового зазору, температури повітря назовні, температури ґрунту на температуру повітря на виході із ґрунтового теплообмінника, а також залежність швидкості повітря в ґрунтовому теплообміннику від висоти міжшарового прошарку. Розроблено математичну модель сонячного випромінювання, необхідної при проектуванні пристроїв для відновлюваної енергетики, а також при проектуванні і будівництві будівель і споруд. Математична модель сонячного випромінювання реалізована в програмному коді Python. Програмний код дозволяє розраховувати інтенсивність сонячного випромінювання і сонячну інсоляцію у будь-який день року. Проведено оцінку інтенсивності і енергії сонячного випромінювання біля земної поверхні та дослідження по впливу сонячної радіації на ґрунтовий масив, та. Розроблено систему теплової завіси стін та даху будинку пасивного типу з горизонтальними ґрунтово-повітряними теплообмінниками об’ємного типу та проведені роботи по облаштуванню ґрунтово-повітряного теплообмінника, створенню теплоізоляційного покриття, яке складається з різних шарів і засипається зверху ґрунтом. Розроблено схему та проведено облаштування повітряного прошарку в системі утеплення зовнішніх стін.

Проекти відділу в 2016 р.

1. «Теплофізичні основи підвищення енергоефективності будівель»

Партнери/Установи підтримки: кошти НАН України

Проведено експериментальні і теоретичні дослідження підвищення енергоефективності будівлі шляхом реалізації інноваційних науково-технічних підходів до мінімізації тепловтрат через фасадні огороджувальні будівельні конструкції зовнішньої оболонки будівлі. Розроблена методика системного врахування безперервної дії всіх проявів сонячної радіації (температури повітря і швидкості вітру) на теплопередачу в елементах зовнішніх огороджень будівель. Вирішені задачі нестаціонарної теплопередачі через типові елементи зовнішніх огороджень: суцільно-стінові зовнішні огорожі будівель та окремо віконні склопакети; огородження з віконним отвором; двокамерні вентильовані вікна з урахуванням безперервної дії кліматичних чинників дозволили розробити екстенсивні і інтенсивні способи збільшення теплового опору будівельних конструкцій.

Проведено зіставлення розрахунків з експериментальними даними для двокамерних склопакетів і виконано рішення задачі про розподіл температур в ґрунтовому масиві. Проведено дослідження впливу вітрових потоків повітря на процеси тепловіддачі будівлі в довкілля як для гладких фасадних стін, так і для стін із наявністю віконних пройм. Доведено, що при певній оптимальній геометрії віконної пройми значення коефіцієнту тепловіддачі може зменшуватись в порівнянні із рекомендованими в ДБН значеннями. Розроблено рекомендації конкретних енергетично доцільних заходів із термомодернізації будівель. Запропоновано принципи енергетично доцільної і економічно виправданої термомодернізації із врахуванням територіальних кліматичних умов.

2. «Еенергомоделювання будівлі з урахуванням її конструктивних особливостей, системи енергозабезпечення, зовнішнього середовища та клімату»

Партнери/Установи підтримки: кошти НАН України

Встановлені особливості аеродинамічних та теплообмінних процесів в приміщеннях будівлі з низькотемпературними системами кліматизації. Методами чисельного моделювання визначені поля швидкості повітря і розподіл температури по об’єму приміщення при опаленні за допомогою низькотемпературної водяної теплової підлоги. Проведені розрахунки теплового стану та аеродинамічних умов в приміщенні при застосуванні фанкойлів, як систем кліматизації. Проведено експериментальні дослідження теплових і аеродинамічних процесів в приміщеннях з низькотемпературними системами кліматизації. 

3. «Розробка і оптимізація низькотемпературних систем теплозабезпечення на основі відновлюваних джерел енергії»

Партнери/Установи підтримки: кошти НАН України

Проведені експериментальні дослідження розподілу температури повітря в об’ємі приміщення с низькотемпературним водяним опаленням на основі несиметричного Г-подібного контуру або змійовикових багатоконтурних теплообмінників у простінку. Проведені експериментальні дослідження температури повітря в об’ємі приміщення з низькотемпературним водяним капілярним підлоговим опаленням.

4. «Розроблення раціональних заходів з модернізації секторів виробництва, транспортування та споживання теплової енергії»

Партнери/Установи підтримки: кошти НАН України

З використанням методології Міжнародного енергетичного агентства (МЕА) проведено порівняльний аналіз сучасних значень та динаміки основних індикаторів енергоефективності житлового сектору України та країн ЄС за період 1990-2015 рр. Встановлено, що у цей період питомі витрати кінцевої енергії на 1 м² загальної житлової площі, на пересічну квартиру і на одну особу знизилися в Україні в 1,7 рази і в останні роки стабілізувались на цьому рівні. За питомим споживанням кінцевої енергії у побуті Україна, разом з іншими країнами – новими членами ЄС входить сьогодні у десятку країн Європи з його найнижчим рівнем. Вирішальне значення надалі матиме впровадження комплексних інвестиційних заходів, пов’язаних з проведенням термомодернізації існуючого житлового фонду, прогресивних будівельних норм і правил, які мають супроводжуватись переобладнанням існуючих систем теплопостачання.

Базуючись на досвіді країн Східної і Центральної Європи – членів ЄС, та Директивами ЄС у галузі енергоефективності у роботі розроблені можливі варіанти інвестиційних заходів у житловому секторі, які передбачають 5 градацій термомодернізації житла і 5 варіантів переобладнання існуючих систем виробництва, транспортування і розподілу теплової енергії, в тому числі, із запровадженням систем централізованого тепло – і холодопостачання. Для об’єктивної оцінки зазначених варіантів розроблений новий метод термодинамічної оцінки витрат на експлуатацію таких систем, який є новим науковим положенням термодинаміки  багатопродуктових процесів перетворення енергії.

5. «Розробка принципів створення та реалізації будівель «пасивного» типу»

Партнери/Установи підтримки: кошти НАН України

Виконані роботи по послідовному розвитку експериментальної будівлі високої енергетичної ефективності  (потреба в енергії на опалення менше 75 кВт·год/м² в рік) в будинок «пасивного» типу (тепловитрати на опалення менше 15 кВт·год/м² в рік).  Розроблені концептуальні основи створення експериментального будинку «пасивного» типу як науково-технічної та технологічної теплофізичної лабораторії. Розроблено чисельну модель взаємодії вітрового потоку в приземному шарі атмосфери з комплексом будівель і споруд, щодо компактно розташованих в межах міської забудови і в результаті розрахунків  отримані тривимірні поля швидкостей, тисків і енергетичних параметрів вітру дозволили визначити  зовнішні граничні умови і визначальні показники для системи вентиляції та теплопостачання будинку «пасивного» типу.

Проведено розрахунки теплових втрат через огороджувальні конструкції  з утепленням у програмному пакеті «Mathcad v13.0» і визначено загальне теплове навантаження на систему опалення та гарячого водопостачання.

Проведені експериментальні дослідження теплопередачі через різноваріантні віконні конструкції, показали, що для енергоефективного будинку пасивного типу, найкращим варіантом будуть віконні конструкції з трикамерним профілем та склопакетами з двома і-покриттями з формулою 4М₁-8-4і-8-4і (світлопрозора конструкція складається із трьох шибок марки М₁ товщиною 4 мм.

Проведені експериментальні дослідження напірно-витратних характеристик і теплотехнічних параметрів повітряних теплообмінників у різних технологічних режимах .Проведене теплофізичне моделювання повітряно-грунтового теплообмінника для теплової завіси фасадних стін експериментального  будинку «пасивного» типу показало, що винайдена конструкція дозволяє організувати природну конвекцію повітря в міжшаровому зазорі стіни будівлі.

6. Техніко-технологічні, економічні та екологічні напрями оптимізації тепло забезпечення населених пунктів України»

Партнери/Установи підтримки: кошти НАН України

Проведено загальну характеристику використання теплових ресурсів в житловому секторі України, а саме:

1. Використовуючи методології МЕА, виконаний порівняльний аналіз індикаторів енергоефективності України та країн ЄС (витрати кінцевої енергії на квадратний метр на одну особу та одну квартиру).
2. Проаналізовано технологічні, соціальні та екологічні аспекти споживання енергії в житловому секторі (в тому числі, вплив енергетичних об’єктів на здоров’я населення і навколишнє середовище, соціальні наслідки неякісного теплопостачання).
3. Наведено перелік діючих програм, які ілюструють державну політику щодо оптимізації енергоспоживання в житловому секторі, зокрема з урахуванням світового досвіду у цій сфері.
4. Визначено шляхи скорочення споживання енергії в житловому секторі (термомодернізація будівель, підвищення ефективності систем енергопостачання, наведено приклади державної програми стимулювання підвищення енергоефективності у житлових будинках).

Розглянуто проблеми спорудження енергоефективних будівель з використанням ВДЕ для енергопостачання. Підкреслено, що проблеми модернізації житлового фонду щодо економного використання енергетичних ресурсів у будівлях, можна вирішити шляхом удосконалення інноваційної технічної і технологічної політики, а також удосконалення управлінських рішень, організаційних та економічних підходів.

7. «Оцінка потенціалу енергоспоживання споживачів теплової та електричної енергії, а саме населення, для регулювання енергосистеми в період пікового та нічного провалу споживання електроенергії»

Партнери/Установи підтримки: кошти НАН України

В рамках виконання етапу роботи висвітлено сучасний стан системи електро- та теплопостачання та проблеми енергозабезпечення споживачів. Для підвищення ефективності розподілу і споживання електричної енергії проведено дослідження характеристик споживачів електричної енергії. Досліджено існуючий рівень нерівномірності споживання електричної енергії та потенційно можливі зміни в умовах ринкових перетворень. Сформовані групи споживачів за їх режимом споживання електричної енергії, що дає змогу сформувати підходи щодо використання методів управління електроспоживанням.

Проведено аналіз середнього споживання електричної енергії населенням на території України. Встановлено категорії споживачів як у містах, так і в сільській місцевості, у яких обсяг споживання електроенергії є найбільшим. Показано динаміку зміни та кількість споживачів теплової енергії за роками. Встановлено, що найбільші обсяги теплової енергії споживається населенням, тому саме в нього є значний потенціал щодо ефективного регулювання використання теплової енергії. Побудовані відповідні графічні залежності обсягів споживання теплової та електричної енергії. Також здійснено оцінку обсягів і потужності наявної в населення електричної побутової техніки і ступінь її автоматизації для подальшого розроблення заходів щодо ефективного регулювання споживанням електричної енергії.

8. «Розроблення проектів національних нормативних документив, гармонізованих з міжнародними та європейськими»

Партнери/Установи підтримки: кошти ДФФД України

Роботу виконано за Програмою національної стандартизації на 2016 р. (позиція: 237.2.1.1-2016) та договором між Державним підприємством «Український науково-дослідний і навчальний центр проблем стандартизації, сертифікації та якості» (ДП «УкрНДНЦ») та Інститутом технічної теплофізики НАН України (ІТТФ НАН України)

У роботі розроблені гармонізовані стандарти:

ДСТУ EN 61010-2-033:201_ (EN 61010-2-033:2012, IDT) «Вимоги щодо безпечності електричного устаткування для вимірювання, керування та лабораторного застосування. Частина 2-033. Додаткові вимоги до ручних багатофункційних вимірювальних приладів та інших вимірювачів напруги мережі побутової та професійної призначеності»

ДСТУ EN 61010-2-201:201 (EN 61010-2-201:2013, IDT) «Вимоги щодо безпечності електричного устаткування для вимірювання, керування та лабораторного застосування. Частина 2-201. Додаткові вимоги до апаратури керування

Роботу виконано відповідно до процедур та положень, наведених в ДСТУ 1.2:2015 «Національна стандартизація. Правила проведення робіт з національної стандартизації» та ДСТУ 1.7:2015 «Національна стандартизація. Правила та методи прийняття міжнародних і регіональних нормативних документів» із застосуванням принципу зворотності.

Стандарт ДСТУ  EN 61010-2-033:2012 визначає вимоги до ручних багатофункційних вимірювальних приладів та інших вимірювачів напруги мережі побутової та професійної призначеності.

Стандарт ДСТУ EN 61010-2-201:2013 визначає вимоги до безпеки і пов’язаних з ними перевірочних випробувань для апаратури керування призначеної для контролю та управління машинами, автоматизованими виробничими і промисловими процесами дискретного і безперервного управління.

Розроблені стандарти відповідають вимогам «Технічного регламенту низьковольтного електричного обладнання», затвердженого постановою Кабінету Міністрів України від 16 грудня 2015 р. № 1067, вимогам Закону України «Про стандартизацію», зокрема статті 4 «Мета стандартизації та основні принципи державної політики у сфері стандартизації», Закону України «Про енергозбереження», зокрема розділу III «Стандартизація та нормування у сфері енергозбереження».

9. Дослідження аеродинаміки і тепломасообміну в повітряному потоці з твердими включеннями рослинного біопалива для створення умов його спалювання в висхідному вихровому шарі.

Партнери/Установи підтримки:

Проведено огляд досліджень аеродинаміки, теплообміну і процесів горіння твердого палива (паливних гранул) в киплячому шарі. Проведені експериментальні дослідження теплоти активації при спалюванні пеліт з різних видів соломи. Розроблено чисельну модель висхідного повітряного потоку з твердими включеннями. Шляхом розрахункових досліджень визначено закономірності руху дисперсних частинок та їх вплив на формування полів швидкості і тиску у висхідному потоці.

 Проекти відділу в 2015 р.

1. «Теплофізичні основи підвищення енергоефективності будівель»

Партнери/Установи підтримки: кошти НАН України

Розроблено методику отримання і обробки експериментальних даних з врахуванням неперервної дії кліматичних факторів (сонячна радіація, орієнтація відносно сторін світу, вітер, зовнішня температура повітря) на теплопередачу через стіни і стандартні багатокамерні склопакети. Були виконані відповідні експериментальні дослідження теплопередачі через двокамерні пакети, що встановлені в адміністративному корпусі ІТТФ по вул. Булаховського 2, результати яких збігаються з розрахунковими. Методика дозволяє більш виважено визначити річні тепловтрати через зовнішні будівельні конструкції. Неперервне моделювання теплових процесів у стіні з віконним отвором показало: тепловий потік через бокову поверхню отвору сумірний з потоком через фронтальну поверхню стіни; для зменшення тепловтрат склопакет належить розміщати у коробі малої товщини (6-10 см), що має значно меншу теплопровідність ніж стіна; оптимальне заглиблення склопакета в віконний отвір коливається в межах 0-0,1 м; за полуторної кратності обміну повітря у приміщенні продувка цього повітря через внутрішню камеру склопакета дає двократне зниження його річних тепловитрат.

2. «Еенергомоделювання будівлі з урахуванням її конструктивних особливостей, системи енергозабезпечення, зовнішнього середовища та клімату»

Партнери/Установи підтримки: кошти НАН України

Проведені дослідження аеродинаміки та теплообміну в приміщеннях будівлі при її взаємодії з навколишнім середовищем при різних кліматичних умовах з врахуванням привіконних заглиблень. Проведено чисельне дослідження впливу привіконних заглиблень на теплообмін триповерхової будівлі, що знаходиться у потоці повітря. Зіставлені коефіцієнти теплообміну будівлі з гладкою поверхнею із будівлею , що має привіконні заглиблення, глибиною 10 см. Визначено, що при чисельних розрахунках теплообміну та аеродинаміки будівель необхідно враховувати наявність на фасаді привіконних заглиблень. Проведені експериментальні дослідження температурних полів і теплових потоків в прилеглій області огороджувальної стінової конструкції.

3. «Розробка і оптимізація низькотемпературних систем тепло забезпечення на основі відновлюваних джерел енергії»

Партнери/Установи підтримки: кошти НАН України

Розроблено тепломеханічну частину робочого проекту «Радіаторно-конвекторна система опалення, принципову схему низькотемпературного підлогового опалення, низькотемпературного водяного опалення за допомогою контуру у простінку. Розроблено принципову схему системи низькотемпературного водяного капілярного підлогового опалення та повітряного опалення за допомогою рідинно-повітряних теплообмінників.

4. «Підвищення ресурсу експлуатації будівель шляхом термомодернізації зовнішніх поверхонь їх огороджувальних конструкцій»

Партнери/Установи підтримки: кошти НАН України

На третьому етапі «Розробка та обґрунтування заходів щодо підвищення терміну експлуатації споруд за рахунок термомодернізації їх зовнішніх огороджувальних конструкцій» було виконано наступне:

– експериментальним шляхом визначено залежності вологовмісту теплоізоляційних покриттів стінових конструкціях будівель від погодних умов.

– розроблено рекомендації щодо вибору теплоізоляційних матеріалів на зовнішніх поверхнях огороджувальних конструкцій споруд для підвищення терміну їх експлуатації.

5. «Розробка заходів з підвищення енергоефективності будівлі при послідовній реалізації заходів: енергоефективний будинок → пасивний будинок → будинок «нуль енергії» → будинок як micro smart grid система» за етапом 1 «Розробка принципів створення та реалізації будівель високої енергетичної ефективності».

Партнери/Установи підтримки: кошти НАН України

Розроблені принципи створення та реалізації будівель високої енергетичної ефективності (потреба в енергії на опалення менше 75 кВт·год/м² в рік) на прикладі створеного повномасштабного стенду експериментальної будівлі Інституту технічної теплофізики НАН України. Проведено огляд світового досвіду, в результаті якого визначені основні загальні критерії реалізації проектів будівель високої енергетичної ефективності та основні принципи створення енергоефективних будівель. Досліджено вимоги до енергоефективності будівель відповідно до нормативної бази ЄС в сфері енергоефективності. Розглянуто українську нормативну базу, яка потребує доведення до відповідності з вимогами європейських країн. Розроблено пілотний проект енергоефективного будинку з оптимальними теплофізичними характеристиками огороджувальних будівельних конструкцій, високим рівнем герметичності, застосуванням штучної вентиляції з рекуперацією теплоти і використанням високоефективних джерел енергії; обґрунтовано визначення енергоефективності будівлі і запропоновані практичні рекомендації для створення і реалізації енергоефективних будівель в умовах України. Розроблено концепцію створення експериментального енергоефективного будинку. Проведено порівняльний аналіз теплової енергоефективності для будівельних матеріалів і віконних конструкцій, проведені роботи щодо вибору та комплектації будівельних матеріалів і віконних конструкцій.

Проведене теплофізичне моделювання теплообміну експериментального енергоефективного будинку з навколишнім середовищем, отримані результати оцінки тепловтрат експериментального енергоефективного будинку в навколишнє середовище. Виконані розрахунки щодо питомого теплоспоживання експериментального енергоефективного будинку, розроблені схемні рішення для оснащення експериментального будинку високоефективною системою опалювання, розроблено систему для проведення комплексних експериментальних тепловізійних випробувань теплозберігаючих конструкцій та систем будинку. Розроблено рекомендації для проектування та серійного будівництва пасивних будинків.

6. «Організаційно-економічні механізми модернізації теплоенергетики»

Партнери/Установи підтримки: кошти НАН України

Виконані дослідження по розробці заходів і механізмів стимулювання модернізації теплоенергетики в Україні. Проведено оцінку сучасного стану та рівня зношеності вітчизняних систем теплопостачання. Розроблені заходи, направлені на модернізацію існуючих систем теплопостачання. Визначені перспективні енергоефективні технології для підвищення економічної та екологічної ефективності функціонування вітчизняних систем теплопостачання. Розроблені механізми впровадження перспективних енергоефективних технологій в Україні.

Проекти відділу в 2014 р.

1. «Теплофізичні основи підвищення енергоефективності будівель»

Партнери/Установи підтримки: кошти НАН України

Складено алгоритм розрахунку теплопереносу через огороджувальну конструкцію, що складається зі стінової частини та віконного склопакету та визначені умови мінімізації тепловтрат через таку конструкцію. Методом чисельного моделювання одержані теплофізичні характеристики матеріалів стінової конструкції та утеплювача в залежності від температурно-вологісного стану зовнішніх огорож будівлі. Доведено, що при полуторній кратності повітрообміну у приміщенні, прокачування цього повітря через внутрішню камеру двокамерного склопакету призводить до двократного зниження річних тепловтрат через вікно.

2. «Розробка алгоритму управління та оптимізація режимів експлуатації індивідуального теплового пункту»

Партнери/Установи підтримки: кошти НАН України

Проведено дослідження енергоефективності адміністративної будівлі шляхом моніторингу теплопостачання 1-го корпусу ІТТФ НАН України по вул. Булаховського, 2 опалювальних сезонів  2007 рр.-2014 рр. На основі експериментальних досліджень встановлено оптимальні варіанти експлуатації ІТП. Визначені питомі витрати енергії на опалення для різних режимів роботи ІТП та розраховано середню економію теплової енергії в опалюваний період 2013 рр.-2014 рр. Встановлено, що використання ІТП забезпечує економний ефект в межах температури зовнішнього повітря 9…-2 ºС, а при більш низьких температурах ІТП відпрацьовує як звичайний тепловий пункт. Чим вища температура зовнішнього повітря, тим більша економія від ІТП. Також був проведений аналіз теплоенергетичних характеристик будівлі на прикладі 1-го корпусу ІТТФ НАН України. На основі проведених досліджень та отриманих експериментальних даних розроблено алгоритм управління ІТП для забезпечення теплопостачання адміністративної будівлі, в приміщеннях якої забезпечується тепловий комфорт для споживачів, не порушуючи при цьому санітарно-гігієнічних норм.

3. «Підвищення ресурсу експлуатації будівель шляхом термомодернізації зовнішніх поверхонь їх огороджувальних конструкцій»

Партнери/Установи підтримки: кошти НАН України

Розроблено чисельну модель для розрахунку напружено-деформованого стану огороджувальних конструкцій будівель. В результаті застосування цієї моделі визначено вплив теплоізоляційного шару на температурні деформації стінових бетонних панелей. Розрахунковим шляхом знайдено величини температурних деформацій та напружень в стіновій конструкції приміщення з радіаторною системою опалення в зимовий період. Побудовано діаграми розподілу термічних напружень в огороджувальній конструкції при різних температурно – вологісних умовах для випадків наявності та відсутності теплоізоляційного шару на зовнішній поверхні стіни. Проаналізовано вплив вологовмісту матеріалу стіни на її напружено-деформований стан. Проведено порівняння напружено-деформованого стану стінової конструкції при відсутності та наявності утеплювача на її зовнішній поверхні. Визначено залежність температурних та концентраційних напружень від характеристик матеріалу утеплювача та від погодних умов. Показано, що в зимовий період на зовнішній (холодній) поверхні стіни нормальні температурні та концентраційні напруження переважно позитивні, Вони можуть викликати появу та розвиток тріщин на зовнішній поверхні стіни. На внутрішній поверхні стіни ці напруження переважно негативні. Наявність шару теплоізоляції на зовнішній поверхні стіни підвищує її температуру та зменшує вологовміст матеріалу стіни, сприяє зниженню позитивних напружень, що запобігає виникненню та розвитку тріщин та сприяє підвищенню довговічності будівельних конструкцій

4. «Розробка національної стратегії тепло забезпечення населених пунктів України»

Партнери/Установи підтримки: кошти НАН України

Розроблено проект основних положень Національної стратегії теплозабезпечення населених пунктів України. Наведено вихідні умови для розроблення,основні цільові орієнтири, прогнозні оцінки складу і обсягів паливно-енергетичного балансу сфери теплозабезпечення в 2030 р., пріоритети та засади Теплостратегії щодо інноваційного технологічного оновлення систем теплозабезпечення і посилення ролі держави в сталому і ефективному функціонуванні цього соціально важливого сектору економіки України.

5. «Система електрозабезпечення експериментального будинку типу «нуль енергії» (площею 300 м²) на основі використання відновлювальних і альтернативних джерел енергії»

Партнери/Установи підтримки: кошти Держкомінформнауки України

Розроблено принципові електричні схеми та вузли для контурів передачі, перетворення, споживання та акумуляції електричної енергії  для забезпечення потреб експериментального будинку з використанням вітроагрегатів малої потужності, сонячних полікристалічних фотомодулів, сонячних тонкоплівних фотоелементів. Резервного дизельного електрогенератора. Проведено розрахунки і узгодження електротехнічних параметрів щодо підвищення енергетичної, економічної і екологічної ефективності окремих складових комбінованої системи енергозабезпечення будинку. Проведено монтаж та пуско-налагоджувальні роботи електрогенераційного обладнання, блоку силової електроніки, вузлу автоматизації та обліку, комутаційних приладів. Складено рекомендації щодо експлуатації систем електрозабезпечення на основі відновлюваних та альтернативних джерел енергії.

6. «Сучасний стан вітчизняних систем теплопостачання та визначення перспективних енергетичних технологій і заходів, направлених на їх модернізацію»

Партнери/Установи підтримки: кошти НАН України

Проведена оцінка сучасного стану та рівня зношеності вітчизняних систем теплопостачання. Розроблені заходи, направлені на модернізацію існуючих систем теплопостачання. Визначені перспективні енергоефективні технології для значного підвищення  економічної та екологічної ефективності функціонування вітчизняних систем теплопостачання. Розроблені механізми впровадження перспективних енергоефективних технологій в Україні.

Проекти відділу в 2013 р.

1. «Теплофізичні основи підвищення енергоефективності будівель»

Партнери/Установи підтримки: кошти НАН України

Складені і чисельно реалізовані алгоритми впливу сонячної енергії, швидкості вітру, температури навколишнього середовища на теплопередачу однорідної і багатошарової стіни. З’ясовано, що стіна має властивості накопичувати сонячну енергію у будь-який період року, що зменшує тепловитрати на утримання приміщення. Подібна розрахункова методика була застосована для одно- дво- і трьохкамерних склопакетів. На відміну від стіни, склопакет має майже нульові акумулюючі властивості.

2. «Розробка алгоритму управління та оптимізація режимів експлуатації індивідуального теплового пункту»

Партнери/Установи підтримки: кошти НАН України

За перший етап виконання роботи проведені експериментальні дослідження різних режимів роботи оригінального ІТП з вмонтованою гідравлічною стрілкою. Отримані залежності основних параметрів системи теплопостачання та визначені особливості теплозабезпечення адміністративної будівлі в опалювальний період (на прикладі корпусу №1 ІТТФ НАН України по вул. Булаховського, 2). На основі експериментальних даних розраховані питомі витрати теплової енергії на опалення приміщень в залежності від режимів експлуатації ІТП та визначено найбільш оптимальний з них. В результаті використання ІТП та оптимізації його роботи вдалося зекономити до 12 % теплової енергії в опалюваний період 2012-2013 рр..

3. «Підвищення ресурсу експлуатації будівель шляхом термомодернізації зовнішніх поверхонь їх огороджувальних конструкцій»

Партнери/Установи підтримки: кошти НАН України

Розроблено вдосконалену розрахункову модель тепловологопереносу через капілярно-пористі будівельні матеріали, яка враховує як паропроникність, так і вологопроникність матеріалу, наявність процесів конденсації на поверхнях та всередині матеріалу, нестаціонарний характер протікання цих процесів, а також взаємний вплив процесів теплопереносу та масопереносу. За цією моделлю проведено розрахунки температурно-вологісних режимів одно- та багатошарових будівельних конструкцій. Визначено вплив характеристик теплопереносу та вологопереносу матеріалів несучої конструкції та теплоізоляційних матеріалів, а також вплив умов тепло- та масовіддачі на поверхнях будівельних конструкцій на їх температурний та вологісний режими.

4. «Полівалентна система теплозабезпечення експериментального будинку пасивного типу (площею 300 м²) на основі використання відновлюваних і альтернативних джерел енергії»

Партнери/Установи підтримки: кошти НАН України

Розроблена система теплозабезпечення передбачає розміщення сонячних теплових і фотоелектричних колекторів на односкатному даху будинку під оптимальним кутом 35? для даної місцевості із південної сторони будинку; розташування теплового насосу і сезонних об’ємних баків-акумуляторів теплоти (водяний і парафіновмісний) у цокольному поверсі будинку; водозабір технічної води із свердловини, що розташована поруч; використання систем водяного підлогового і стінового опалення (в т.ч. капілярної), а також електричних теплих підлоги і простінку; повітряну систему опалення і кондиціювання на основі фанкойлів; рекуперативну систему примусової вентиляції будинку із ґрунтовими повітряними теплообмінниками; використання вітрогенератора на прибудинковій території із акумуляторами для безперебійного електроживлення.

Створений будинок оснащений датчиками автоматизації та відповідними вимірювальними первинними пристроями і цифровими приладами, що призначені для моніторингу теплотехнічних параметрів системи енергозабезпечення із комп’ютерною системою збору, обробки та візуалізації даних в режимі реального часу.

5. «Створення комбінованої системи енергоресурсозабезпечення типу «нуль енергії» для експериментального пасивного будинку»

Партнери/Установи підтримки: кошти Держкомінформнауки України

Розроблено принципові та блок-схеми комплексної комбінованої системи енергоресурсозабезпечення експериментального пасивного будинку типу “нуль енергії” (повністю енергоавтономного) на основі застосування відновлюваних і альтернативних джерел енергії. Система теплопостачання включає систему опалення на основі теплового насосу з використанням низькотемпературних теплообмінників типу «тепла підлога», настінних трубчастих теплообмінників; систему гарячого водопостачання на основі сонячних теплових колекторів; систему рекуперативної вентиляції з використанням ґрунтових теплообмінників. Система електрозабезпечення експериментального будинку на базі сонячної і вітрової енергії з використанням сонячних модулів з акумулятором і інвертором та вітроустановки.

Розроблена чисельна модель процесів переносу при взаємодії вітрового потоку в приземному шарі атмосфери з комплексом будівель і споруд, за допомогою якої розрахована аеродинамічна обстановка на території забудови і визначено місце для оптимального розміщення вітроенергетичних установок на території забудови.

6. «Спряжені задачі зовнішньої та внутрішньої аеродинаміки і теплофізики енергоефективних будівель». Виконується спільно із Росією.

Партнери/Установи підтримки: кошти Державний фонд фундаментальних досліджень України

В результаті чисельного моделювання аеродинамічної та теплової взаємодії групи споруд з зовнішнім вітровим потоком визначено особливості розподілу швидкості, тиску і температури в повітряній течії біля поверхонь будівель. Розраховано розподіл коефіцієнтів тепловіддачі по поверхні огороджувальних конструкцій споруд. Визначено тепловтрати через зовнішні огороджувальні конструкції будівлі з ураху­ванням впливу сонячної радіації.

Встановлено закономірності теплопереносу через дво­камерні склопакети. Шляхом натурного експерименту визначено розподіли температур та густин теплових потоків на зовнішніх і внутрішніх поверхнях огороджувальних конструкцій споруд будівель за умов наявності або відсутності теплоізоляційних покриттів.

7. Розробка програми модернізації комунальної теплоенергетики України на 2014-2015 роки

Партнери/Установи підтримки: кошти Мінрегіону України

Розробка програми модернізації комунальної теплоенергетики України на 2014-2015 роки, як складової частини державної програми активізації розвитку економіки на 2014-2015 роки, затвердженої Постановою Кабінету Міністрів України від 27 лютого 2013 р. № 187.

Спільно з відділом теплофізичних процесів у котлах розроблено Програму модернізації систем теплопостачання на 2014-2015 роки, яка затверджена Постановою Кабінету Міністрів України від 17.10.2013, №948 і передбачає (суттєве майже до 50%) скорочення споживання природного газу для потреб теплозабезпечення. Програма в основному базується на сукупному виконанні регіональних програм модернізації комунальної теплоенергетики всіх областей України

8. «Чисельне моделювання процесів фільтрації та динаміки біогазу в тілі полігону з урахуванням притоку кисню»

Партнери/Установи підтримки: кошти НАН України

Розроблено модель процесів газоутворення, гідродинаміки і фільтрації біогазу в пористому тілі полігону твердих побутових відходів (ТПВ). Розраховані ефективність збору біогазу і радіус дії газозбираючої свердловини в залежності: від величини розрідження на свердловині, від глибини перфорації і від висоти покриваючого шару. Отримані поля розподілу тиску біогазу в тілі полігона протягом 10 років. Результати розрахунків дають можливість оцінити час ефективної експлуатації систем вилучення біогазу на полігонах ТПВ і можуть бути використані для дослідження параметрів газових свердловин активних систем збору біогазу.

9. Розробка проекту Національної стратегії теплозабезпечення населених пунктів України до 2030 року

Партнери/Установи підтримки: кошти НАН України

Проведене коригування та доповнення змісту проекту Національної стратегії теплозабезпечення населених пунктів України на основі отриманих зауважень після його суспільного ознайомлення і обговорення.

Наведено перелік деяких цільових індикаторів моніторингу розвитку теплозабезпечення при виконанні інвестиційних програм.

Запропоновані індикатори та їх прогнозні значення для стратегічного розвитку системи теплозабезпечення населених пунктів України до 2030 р.

10. «Дослідження теплопровідних властивостей нових композиційних матеріалів на основі поліаміду ПА6 та алюміно-оксидної кераміки для цілей ефективного відводу тепла від потужних світлодіодів»

Партнери/Установи підтримки: Інститут фізики напівпровідників ім. В.Є.Лашкарьова НАН України

Розроблено 3D CFD модель теплопередачі та теплової дисипації у системі охолодження потужних світлодіодних ламп, враховуючи теплофізичні властивості нових композиційних матеріалів, та проведено відповідні чисельні дослідження. Отримані температурні поля в усіх конструктивних частинах потужної світлодіодної лампи для різних положень лампи у просторі при стандартних умовах експлуатації та доведено ефективність системи охолодження виготовленої з нового композиційного матеріалу – теплопровідної металокераміки.

2012 р.

 «Теплофізичні основи підвищення енергоефективності будівель»

          Проведені дослідження і визначені теплотехнічні параметри огороджувальних конструкцій, що виготовлені з різних сучасних матеріалів. Визначено весь комплекс радіаційних прямих і розсіяних потоків сонячного випромінювання на поверхню огороджувальних будівельних конструкцій. Розв’язано задачу теплозабезпечення багатоповерхових адміністративних будівель у середніх широтах Землі з використанням у якості основного джерела енергії сонячної інсоляції. Побудовано розрахункову модель повітряно-температурного стану триповерхової адміністративної будівлі, подібної до першого корпусу ІТТФ НАН України, з вертикальною однотрубною системою опалення. Модель дозволяє за відомих значень температури та витрати теплоносія визначити температуру повітря в окремих приміщеннях, сумарні тепловтрати через огороджувальні конструкцій споруди та тепловтрати за рахунок неорганізованого повітрообміну.

Запропоновано модифікований варіант теплоавтономного багатоповерхового будинку для середніх широт північної півкулі, що живиться на 85 % за рахунок сонячного випромінювання. Модифікація полягає у більш досконалому профілюванні покриття даху і орієнтації на річні тепловитрати 50 кВт·год на 1 м²жилої площі.

Доведена необхідність врахування всієї сукупності кліматичних факторів, особливо сонячної інсоляції, при визначенні тепловитрат через огороджувальні конструкції будівель. Використання надлишкової літної теплоти за допомогою системи «тепла підлога – теплова помпа» зменшує тепловитрати на опалення у зимовий період на 30 – 50 %.

Партнери/Установи підтримки: кошти НАН України

 «Розробка проекту Національної концепції теплозабезпечення населених пунктів України до 2030 р.»

Розроблено проект Національної концепції теплозабезпечення населених пунктів України до 2030 р. В її основу покладено зменшення вдвічі в 2030 р. використання природного газу для потреб теплозабезпечення населення та соціально-бюджетної сфери і суттєве (майже на порядок) збільшення використання відновлювальних та місцевих видів палива і альтернативних енергоресурсів як природного так і техногенного походження.

Проект Національної стратегії теплозабезпечення населених пунктів України структурно складається із наступних блоків: стратегія теплозабезпечення населених пунктів України: основні цільові орієнтири; загальносистемні проблеми та завдання Національної стратегії теплозабезпечення населених пунктів України; стратегія розвитку теплоенергетики України до 2030 р.; економічні аспекти реалізації Національної стратегії теплозабезпечення населених пунктів України; соціальні аспекти в контексті реалізації Національної стратегії теплозабезпечення; ефективність кінцевого використання теплової енергії та систем керування сферою теплозабезпечення; екологічні аспекти реалізації Національної стратегії теплозабезпечення населених пунктів України.

Партнери/Установи підтримки: кошти НАН України

 2011 р.

 «Створення експериментального будинку пасивного типу»

Розроблено концептуальні основи створення експериментального енегоефективного будинку пасивного типу (загальною площею 300 кв. м) як повномасштабної науково-технічної та технологічної теплофізичної лабораторії. Розроблено моделі процесу теплообміну будівлі з навколишнім середовищем з урахуванням гідродинамічних процесів та кліматичних факторів. Проведено розрахунки дисипації теплової енергії від будівлі в атмосферу з метою вибору оптимальних параметрів огороджувальних будівельних конструкцій за критерієм досягнення високої теплоенергетичної ефективності. Розроблено ескізний проект експериментального будинку, розпочато його будівництво.

Проведено порівняльний аналіз теплової енергоефективності для будівельних матеріалів і віконних конструкцій, виконані роботи щодо вибору та комплектації будівельних матеріалів і віконних конструкцій створюваного експериментального будинку. Виконано розрахунки конструкцій та схемних рішень для енергозберігаючого устаткування, кондиціювання, опалення та водопостачання експериментального будинку. Розроблені схеми і встановлені теплозберігаючі конструкції цокольного поверху експериментального будинку. Розроблені схеми і встановлені теплоакумулюючі будівельні конструкції цокольного поверху експериментального будинку.

Партнери/Установи підтримки: кошти Держінформнауки України

«Аеродинамічна та теплова взаємодія будівлі з зовнішнім середовищем»

Розроблено теплофізичну модель та проведено розрахунки процесу теплообміну адміністративної будівлі з навколишнім середовищем.Чисельним методом встановлено закономірності тепловіддачі з поверхонь огороджувальних конструкцій адміністративної (триповерхової) споруди при повздовжньому та поперечному напрямках вітрового потоку. Отримано залежності середніх коефіцієнтів тепловіддачі на поверхні даху, а також на торцевих та бічних стінових поверхнях споруди від масштабу швидкості незбуреної вітрової течії.

Проведено чисельне моделювання температурних режимів і системи опалення окремих приміщень адміністративного корпусу. Виконано аналіз динаміки температурного режиму адміністративного корпуса в зимовий період року та визначені рівні втрат теплоти з поверхонь й огороджувальних конструкцій та розроблені рекомендації по їх зменшенню.

Партнери/Установи підтримки: кошти НАН України

Різноваріантна термореновація огороджувальних конструкцій (стін, вікон, стиків панелей тощо) частини поверху існуючої адміністративної будівлі та моніторінг тепловтрат при її тривалій експлуатації.

Проведена різноваріантна термореновація огороджувальних конструкцій частини другого поверху корпусу №1 ІТТФ НАН України (по вул. Булаховського, 2) при якій: встановлені теплоізоляційні покриття з матеріалів різних типів; замінені існуючі вікна на сучасні енергоефективні склопакети різних типів; встановлена вимірювальна система визначення температур та теплових потоків; визначені головні переваги та недоліки щодо використання конкретних теплоізоляційних матеріалів та енергозберігаючих вікон.

Розроблено методику чисельного розрахунку радіаційно-конвективної тепловіддачі від двопанельного радіатора конвекторного типу. Побудовано залежності радіаційної та конвективної складових теплового потоку від температури теплоносія, температури повітряного середовища в приміщенні та температури зовнішнього повітря.

Побудовано розрахункову модель повітряно-температурного стану адміністративної будівлі, подібної до першого корпусу ІТТФ НАН України, з вертикальною однотрубною системою опалення. Модель дозволяє за відомих значень температури та витрати теплоносія визначити температуру повітря в окремих приміщеннях, сумарні тепловтрати через огороджувальні конструкцій споруди та тепловтрати за рахунок неорганізованого повітрообміну.

Партнери/Установи підтримки: кошти НАН України

«Дослідження процесів теплообміну та гідродинаміки теплоносія в трубних грунтових теплообмінниках, їх розрахунки та апробація»

Викладені результати експериментальних і теоретичних досліджень теплових та гідравлічних процесів в горизонтальному ґрунтовому теплообміннику мілкого закладення, який споруджено на території ІТТФ НАН України. Досліджено спільну роботу теплообмінника з тепловим насосом. Проведений теоретичний аналіз узгоджується з одержаними експериментальними даними.

          Виконано експериментальні пробні дослідження вимірювальної системи ґрунтового акумулятора з вертикальними теплообмінниками, результати яких свідчать про достовірність даних, зафіксованих вимірювальним комплексом. Проведено вимірювання температури до глибини 25 м ґрунтового масиву, на якому розташована установка в залежності від кліматичних умов.

          З метою прогнозування багаторічної роботи ґрунтових акумуляторів виконано пряме (на базі рівняння Біо–Фурье) чисельне моделювання процесів акумулювання – вилучення теплоти таких споруд. Обмеженість обчислювальних ресурсів сучасних комп’ютерів заставила розбити акумулятор на 6 типових зон, що и дозволило виконати дослідження. Встановлено, що ефективність вилучення раніш акумульованої теплоти підвищується з ростом строку експлуатації акумулятора і може досягати значення 95 %.

Партнери/Установи підтримки: кошти НАН України