Հայաստանի ատենախոսությունների բաց մատչելիության պահոց = Open Access Repository of the Armenian Electronic Theses and Dissertations (Armenian ETD-OA) = Репозиторий диссертаций Армении открытого доступа

Շենքերի ջեռուցման և հովացման գեոթերմալ տեղական ջերմային պոմպի նախագծման մեթոդի մշակում

Մովսեսյան, Տարոն Գարեգինի (2019) Շենքերի ջեռուցման և հովացման գեոթերմալ տեղական ջերմային պոմպի նախագծման մեթոդի մշակում. PhD thesis, Ճարտարապետության և շինարարության Հայաստանի ազգային համալսարան.

[img] PDF (Thesis)
Available under License Creative Commons Attribution.

Download (1485Kb)
    [img] PDF (Abstract)
    Available under License Creative Commons Attribution.

    Download (2458Kb)

      Abstract

      Ցանկացած երկրի կայուն զարգացումը ենթադրում է տնտեսության ճյուղերի ներդաշնակ զարգացումներ: Այդ առումով էներգետիկայի, որպես արդյունաբերության, տրանսպորտի, շինարարության, գյուղատնտեսության և տնտեսության այլ բնագավառների, ինչպես նաև կենցաղի և հասարակական կյանքի կենսունակությունն ապահովող ոլորտի, զարգացման մակարդակով է պայմանավորված տվյալ երկրի ընդհանուր զարգացվածության մակարդակը և քաղաքակրթվածության աստիճանը: Պատահական չէ, որ երկրի զարգացման աստիճանը բնութագրող մակրոտնտեսական ցուցանիշների շարքում նշվում են այնպիսիները, ինչպես մեկ շնչի հաշվով ջերմային էներգիայի արտադրությունը, համախառն ներքին արդյունքի էներգա և էլեկտրատարությունները, առաջնային էներգառեսուրսների փոխակերպման ընդհանուր արդյունավետությունը և այլն: Հայաստանի Հանրապետության տնտեսությունն այդ ցուցանիշներով առայժմ զգալիորեն զիջում է զարգացած երկրների ցուցանիշներին և էներգաարդյունավետության բարձրացման ու էներգախնայողության խրախուսման քաղաքականության վարումը մեր երկրի համար ունի կենսական նշանակություն: Ներկայումս շատ երկրներում շենքերի ջեռուցման-հովացման համակարգերը կլանում են վառե¬լիքի և էներգիայի առնվազն 40%-ը, որը շարունակում է աճել: Նման պայ¬ման¬ներում միակ տեխնոլոգիական լուծումը դա էներգապահանջի կրճատումն է էներգաարդյունավետության բարձրացման միջոցով: Այս տեսակետից կարևոր է դառնում ջեռուցման-հովացման առավել արդյունավետ համակարգերի նախագծման հարցը: Շենքերի կոնստրուկցիաների պահպանության նպատակով դրանց շահագործման ողջ ընթացքում նույնպես անհրաժեշտ է ապահովել ներսի օդի ջերմաստիճանի և օդափոխության որոշակի պայմաններ. հակառակ դեպքում կոնստրուկցիաները կքայքայվեն և շարքից դուրս կգան: Եվրոպական մի շարք երկրներում, պետական հովանավորության պայմաններում, տարածում են ստացել ոչ ավանդական ռեսուրսների վրա հիմնված տեխնոլոգիաները (Դանիա, Իսպանիա, Գերմանիա և այլն), խրախուսվում է էներգաարդյունավետությունը էնէրգիայի փոխակերպման և էներգիայի սպառման բնագավառներում: Այնուամենայնիվ, չնայած ձեռնարկված միջոցառումներին, առաջնային էներգառեսուրսների ավանդական աղբյուրները, որոնց պաշարները սահմանափակ են և որոնք հանդիսանում են չվերականգնվող, շարունակում են մնալ գերիշխող: Այդպիսի պարագայում, հաշվի առնելով նաև երկրի բնակչության աճը, կենցաղի և արդյունաբերության էներգազինվածության անընդհատ բարձրացումը, էնէրգետիկայի հետագա քանակական (էքստենսիվ) զարգացումն ավանդական հումքային հենքի վրա անթույլատրելի է: Վերականգնվող էներգառեսուրսների ներգրավումն էներգետիկ ոլորտում դառնում է ժամանակաշրջանի պահանջը: Ներկայում բազում նոր տարբերակներ են նախագծվում և կյանքի կոչվում, որպեսզի օգտագործվեն էներգիայի այլ աղբյուրներ, որոնք ավելի քիչ կամ ընդհանրապես բացասական ազդեցություն չեն ունենում բնության վրա: Այդպիսի սարքեր են ջերմային պոմպերը, արևի էներգիան օգտագործող սարքերը: Բազմաթիվ գիտնականներ և կազմակերպություններ աշխատում են շենքերի ջեռուցման և հովացման համակարգերի էներգաարդյունավետության, տնտեսական շահավետության և շրջակա միջավայրի վրա դրանց ազդեցության նվազման ուղղությամբ: Նրանցից հատկապես կարևոր ներդրումներ ունեն Զ. Մելիքյանը, Արուն Ջավերին, Աբրամսը և այլոք: Գոյություն ունեն նաև մի շարք կազմակերպություններ, որոնք զբաղվում են վերը նշված խնդիրներով, որոնցից են Էներգիայի Միջազգային գործակալությունը, Արևի Էներգիայի Ամերիկյան Ասոցիացիան, Էներգետիկ Ճարտարագետների Ասոցիացիան և այլն: Նշված հետազոտողների աշխատանքներում հաշվի չեն առնվում էներգիայի կուտակման հնարավոր տարբերակները, ինչը հնարավոր կդարձնի բարձրացնել շենքերի ջեռուցման և հովացման համակարգերի էներգաարդյունավետությունը: Այս տեսակետից կարելի է ուշադրություն դարձնել Զ. Մելիքյանի աշխատանքները, որտեղ ներկայացվում է ջերմության կուտակման հնարավոր տարբերակ: Այս ատենախոսությունը նպատակ ունի շարունակել այդ աշխատանքները՝ ներկայացնելով շենքերի ջեռուցման և հովացման գեոթերմալ տեղական ջերմային պոմպի նախագծման նոր մեթոդ:Այս տեսանկյունից ատենախոսությունը նպատակ ունի բարձրացնել շենքերի ջեռուցման և հովացման համակարգերի էներգաարդյունավետությունը և տնտեսական շահավետությունը: Դրված խնդրի լուծման համար նախ կպահանջվի ուսումնասիրել գոյություն ունեցող և կիրառվող ջերմային պոմպերի առավելությունները և թերությունները, տեխնիկական առանձնահատկությունները, որոնց միջոցով հնարավոր կլինի նախագծել նոր տիպի ջերմային պոմպ, որը կիրականացնի շենքերի ջերմա և ցրտամատակարարումը առավել էներգաարդյունավետ և էֆեկտիվ կերպով: Շենքերի ջեռուցման և հովացման ճարտարագիտական համակարգերի էնեգաարդյունավետության բարձրացման խնդիրները բավական ակտուալ են, քանի որ ժամանակակից աշխարհում էներգառեսուրսների շարունակական նվազման և թանկացմանը զուգահեռ շինություններում միկրոկլիմայի ապահովաման պահանջները չեն նվազում, այլ մեծանում են: В настоящее время энергозтраты на обеспечения комфортного микроклимата в зданиях составляет около 40% общего энергопотребления. Исходя из этого нужно сократить энергопотребления повышая энергоэффективность систем обеспечения микроклимата. Для достижении этой цели нужно обязательно употреблять источники возобновляемой энергии. Источниками возобновляемой энергии являются воздух, вода, грунт а также солнце. Те устройства которые переводят тепловую энергию от источника с низкопотенциальной тепловой энергии к потребителью с более высокой температурой называются тепловые насосы. Тепловые насосы широко употребляются для отопления и охлаждения разных зданий и сооружения. Целью данной работы является исследование метода проэктирование нового, более эффективного типа теплового насоса, с помощью которого будет возможно сделать отопление и охлождения здания, минимизируя потребления электроенергии, ценой высокой энергоэффективности. В работе осуществлены исследования конструкции, принципы работы и недостатки старых тепловых насосов и предложены новые подходы для конструкции и принципа работы геотермальных тепловых насосов. Для предлогаемого теплового насоса уже не имеет влияние тип грунта, который очень важен для геотермальных тепловых насосов старого образца, так как новый тепловой насос берет энергию от воды залитая в резервуаре, который находится в грунте. Предлогаемый тепловой насос беря энергию от воды залитая в подземном резервуре повышает тепловой потенциал и переводит эту энергии к потребителью. Таким образомвода в режиме отопления постепенно превращается в лед и в конце отопительного сезона вода залитая в подземном резервуаре полностью превращается в лед. В процессе охлаждения здания употребляется накапивший лед с помощью которого и охлождается здание. В этом процессе тепловой насос отключается и единственным энергопотребляющим прибором является циркуляционный насос. Таким образом энергопотребление системы снижается до минимума и повышается энергоэффективность геотермального локального теплового насоса, которая обеспечивает круглогодичное отопление и охлаждение здания. Для энергоэффективной работой теплового насоса было разработано испаритель специальной конструкции, с помощью которого можно контролировать толшина льда на поверхности испарителья. Так как накопивший лед на поверхности испарителя являестя теповым сопротивлением в связи с маленьким коэффицентом теплопередачи по сравнению меди, процесс теплообмена хладагента и воды ухудшается. Таким образом температура и давления кипения хладагента понижается тем самым и снижается энергоэффективность работы теплового насоса. Используя предлогаемый испоритель с изменяюешся геометрией в процессе работы теплового насоса по специальной схеме получаются упругие деформации и образовавший лед на поверхности испарителья отзывается и процесс теплообмена не ухудшается. Таким образом давление и температура кипения хладагента остается не изменным и работа теплового насоса остается в энергоэффективном режиме. Метод проектирование геотермального локального теплового насоса поднимает энергоэффективность систем обеспечения микроклимата в разных зданиях и уменшает отрицательное влияние этих систем на окружающую среду, так как употребляя меньше электроэнергии уменьшается выброс вредных веществ в окружаешщую среду. На основе предлогаемого теплового насоса можно поднять энергоэффиктивность и других инженерных систем тоже. На пример утилизировать теплоту отходов сгорания конденсационных котлов, таким образом употреблять дополнительную тепловую энергию и не сливать в канализацию конденсат с токсичными веществами. Этим способом решается очень важная экологичесская проблема. Currently, energy consumption to ensure a comfortable microclimate in buildings is about 40% of the total energy consumption. Based on this, it is necessary to reduce energy consumption by increasing the energy efficiency of the microclimate supply systems. To achieve this goal it is important to use renewable energy sources. The sources of renewable energy are air, water, soil and the sun. Those devices that transfer heat from a source of low-grade heat to a consumer with a higher temperature are called heat pumps. Heat pumps are widely used for heating and cooling various buildings and structures.The purpose of this work is to design a new, more efficient type of heat pump, with which it will be possible to make heating and cooling of the building, minimizing the consumption of electrical energy by high energy efficiency. For the proposed heat pump, there is no influence on the soil type, which is very important for the geothermal heat pumps of the old sample. The new heat pump takes energy from the water limked in the tank, which is burried in the soil. The proposed heat pump, taking energy from the water linked into the underground tank, increases the thermal potential and transfers this energy to the consumer. Thus, the water in the heating mode gradually turns into ice and at the end of the heating season, the water completely turns into ice. In Summer time the ice is used for cooling of building. In this process, the heat pump is stops working and the only energy-consuming device is the circulation pump. Thus, the energy consumption of the system is reduced to a minimum and the energy efficiency of the geothermal local heat pump increases, which provides round-year heating and cooling of the building. For the energy-efficient operation of the heat pump, a special design evaporator was developed, which can be used to control the thickness of the ice on the evaporator surface. The accumulated ice on the surface of evaporator is a heat resistance due to the small heat transfer coefficient compared to copper. The heat exchange process of the refrigerant and water is getting worse, thus, the evaporation temperature and pressure of the refrigerant wll drop and the energy efficiency of the heat pump is reduced. Using the proposed evaporator with a variable geometry during the operation of the heat pump, by special algorithm is used to obtain elastic deformations and the ice that forms on the evaporator surface is removed and the heat exchange process does not deteriorate. Thus, the evaporation temperature and pressure and of the refrigerant remains unchanged. The operation of the heat pump remains in an energy-efficient mode. The method of designing a geothermal local heat pump raises the energy efficiency of the microclimate supply systems in different buildings and decreases the somatic influence of these systems on the environment, since using less power reduces the emission of harmful substances into the environment. On the basis of the proposed heat pump, it is possible to increase energy efficiency and other engineering systems too. For example, to dispose of the heat of waste from the combustion of condensing boilers, thus to use additional thermal energy and not to drain the condensate with toxic scales into the sewage system. This method solves a very important ecological problem. The most significant result of the dissertation research is the following: With the help of this heat pump, it is possible to heat and cool buildings with high effenciency by low condensation temperature and high evaporation temperature. In the heating season, accumulated ice is used to cool buildings, thus minimizing energy consumption. Keep the evaporation temperature of the refrigerant unchanged by using a new evaporator to minimize the thickness of the ice on its surface. Using this heat pump to reduce the consumed soil area for the operation of geothermal heat pumps. As a result, the use of the proposed heat pump can solve environmental problems without draining the condensate of water vapor from the emmisions natural gas during the operation of condensing boilers.

      Item Type: Thesis (PhD)
      Additional Information: Разработка метода проектирования геотермального локального теплового насоса для отопления и охлождения зданий. Development of metod of design of local geothermal heat pump for heating and cooling of buildings.
      Uncontrolled Keywords: Мовсесян Тарон Гарегинович, Movsesyan Taron Garegin
      Subjects: Electrical and Power Engineering
      Divisions: UNSPECIFIED
      Depositing User: NLA Circ. Dpt.
      Date Deposited: 04 Oct 2019 19:36
      Last Modified: 30 Oct 2019 11:42
      URI: http://etd.asj-oa.am/id/eprint/10697

      Actions (login required)

      View Item