У представленій роботі проведено комплексний аналіз сучасного стану та перспектив інтеграції об’єктів ВДЕ, зокрема сонячної енергетики, як базового інструменту для суттєвого підвищення рівня загальної енергоефективності національної економіки та мінімізації негативного антропогенного впливу на навколишнє природне середовище. Одним із головних бар'єрів, що стримує масове впровадження сонячних та вітрових потужностей у загальну мережу, є стохастичний характер їхньої генерації та пряма залежність від погодних умов. Для нівелювання дисбалансу між періодами пікового виробництва енергії та реальним її споживанням обґрунтовано ключову роль інноваційних систем акумулювання. У цьому контексті проведено ґрунтовний порівняльний аналіз термоакумулювальних матеріалів (ТАМ) із фазовим переходом, які здатні акумулювати значну кількість прихованої теплоти під час плавлення та вивільняти її під час кристалізації. Особливу увагу в дослідженні приділено групі органічних термоакумулювальних матеріалів на основі парафінів, які вирізняються серед аналогів хімічною інертністю, стабільністю властивостей, відсутністю ефекту значного переохолодження та низькою корозійною активністю щодо конструкційних матеріалів. Проте суттєвим технологічним недоліком чистих парафінів залишається їхня низька теплопровідність, що критично обмежує швидкість процесів зарядки та розрядки теплових акумуляторів. Як метод інтенсифікації теплообміну в роботі детально розглянуто створення композиційних структур із використанням вуглецевих наноструктур, таких як графен, вуглецеві нанотрубки та нанографіт. Особливий акцент зроблено на важливості розробки та впровадження стандартизованих методик приготування таких композитів, що дозволяє запобігти агломерації наночастинок у матриці матеріалу, забезпечити гомогенність структури та зберегти високі показники ентальпії фазового переходу. Крім теоретичних аспектів, розглянуто широкий спектр практичного застосування матеріалів із фазовим переходом: від впровадження в огороджувальні конструкції будівель для створення систем пасивної терморегуляції та використання в сільському господарстві для обігріву теплиць, до застосування у харчовій промисловості та для термостабілізації високонавантаженого серверного обладнання. У підсумку визначено найбільш перспективні напрямки подальших наукових пошуків, що пов’язані із забезпеченням циклічної стабільності композиційних ТАМ при тривалому термоциклюванні, що є обов'язковою умовою для їх успішної комерціалізації та тривалої експлуатації в реальному секторі енергетики

Перспективним напрямом енергозбереження у побутовій техніці може стати розробка приладів, що поєднують функції холодильного зберігання та теплової обробки харчових продуктів, напівфабрикатів та сільськогосподарської сировини. У таких побутових комбінованих приладах теплота, що виділяється при реалізації холодильного циклу, не відводиться відразу в навколишнє середовище, а передається в спеціальну теплову камеру (ТК), при цьому в обсязі ТК підтримується температура вище, ніж температура повітря в приміщенні. Ефект енергозбереження досягається за рахунок розширення функціональних можливостей побутових приладів без залучення додаткових енергови-трат. Запропоновано оригінальні конструкції комбінованих побутових апаратів абсорбційного типу, наведено опис їх роботи, переваги та недоліки, сфери застосування. Аналіз можливих варіантів застосування технологічних процесів у побутовому комбінованому приладі показав доцільність розробки двох основних типів ТК – повітряного типу та у вигляді ємності для рідини. Для реалізації в побуті переважної кількості харчових технологій достатнім є діапазон температур 50...70 °С. У сучасній побутовій холодильній техніці такий діапазон температур можуть забезпечити тільки абсорбційні холодильні агрегати (АХА). Показано перспективи застосування моделей з пальниковими джерелами теплового навантаження генераторів АХА і конструкцій з гнучкими теплопередаючими пристроями. Отримано розрахунки геометричних параметрів теплоізоляції ТК у вигляді номограм, за якими залежно від теплового навантаження підйомної ділянки дефлегматора АХА та обсягу ТК можна знайти товщину теплоізоляції, виконаної зі скловолокна або ППУ. Як показали розрахунки для ТК, виконаної у вигляді ємності для рідини, товщину теплової ізоляції, отриману за допомогою номограм, слід збільшити в середньому на 5 %

This article is devoted to the methods for increasing the efficiency of the heat pump heating system using the effect based on the energy saving principles. The major aim of the study is the analysis of methods for increasing the efficiency of heat accumulation by walls of the building with the account of for climate conditions, which correspond to the requirements of the energy saving technologies. To achieve the aim the mathematical model was proposed and comparative analysis of efficiency of heat accumulation by walls of the heat pump heating system was performed for the consumers of the South regions of the Ukraine. The algorithm of calculation the energy efficiency of the heat pump heating system for heat consumers was developed taking into account the climate conditions. The estimation methods for the energy efficiency of the proposed alternative heat supply schemes were offered. The method for realization was shown using the actual example, and the effectiveness of the alternative heating for consumers was confirmed. The numerical modelling of thermal processes in the elements of building were carried out. The analysis of the results of numerical modelling of thermal processes of heat accumulation by walls for the heat pump installation of heating the of two-story building was presented. The rational ways of increasing the efficiency of the alternative heating system with heat accumulation by walls and with account of climatic conditions were grounded. Results of simulation, conclusions and decisions for the practical application of the heat pump heating system, depending on temperature of the outside air were developed. The significance of the obtained results consists in justification of conditions, which make it possible to use the heat pump heating system using the effect based on the energy saving principles. The most significant results are those recommending the increase in the efficiency of the heat pump systems for the heat supply for the consumers of the Ukraine. The analysis results can be used for designing the heating systems based on the heat pumps using the low-potential energy with heat accumulation by walls of the building. Equations are proposed that are the mathematical model of thermal processes occurring directly in the heat supply facility itself and make it possible to calculate the time-varying thermal power required to meet the needs of the heat consumer and maintain a constant level of the specified microclimate in the building using internal resources of energy consumers

У статті наведені особливості низькопотенційного термічного опріснення води за допомогою технології зволоження та осушення повітря. Розглянуто класифікацію, переваги і недоліки зволожувачів – тепломасообмінних апаратів, у яких водяна пара із солоного джерела частково випаровується у повітряний потік. Обґрунтовано необхідність подальших досліджень оптимальних конструкцій зволожувачів. Проведено експериментальне дослідження гідродинаміки, тепло- та масообміну зволожувача плівкового типу – вертикальної акрилової трубки висотою 2 м і діаметром 26 мм. Діапазон експериментальних змінних встановлено таким чином: витрата повітря становить 7,4…35 кг/год, витрата води – 10…80 кг/год, температура води на вході – 28…59 °C, втрати тиску повітря – 19…324 Па, втрати тиску води – 22,3 кПа та теплота, підведена в нагрівачі, – 90…554 Вт. Визначено оптимальні режимні параметри для отримання максимальних показників продуктивності і енергетичної ефективності системи зволоження-осушення повітря. Встановлено, що найбільш ефективний режим досягається за поверхневої фазової швидкості 0,34, коефіцієнта масової витрати 2 та температурі води 60 °C. Такі показники дають змогу досягти максимальної швидкості випаровування - 642 кг/(м³·год). Проведено порівняння енергетичної ефективності плівкового теплообмінника з іншими поширеними конструкціями зволожувачів. Показано, що плівковий зволожувач забезпечує найвищий рівень випаровування (більше 500 кг/м³·год) за однакових коефіцієнтів масових витрат та температури води, маючи при цьому найменші втрати тиску по воді (22,3 кПа) і повітрю (25 Па/м). Застосування прямого контактного теплообмінника плівкового типу сприяє зниженню споживання електричної енергії, необхідної для циркуляції води та повітря в опріснювальній системі, без зменшення її продуктивності

Реалізація органічного циклу Ренкіна (ORC) у низькотемпературних сонячних енергетичних установках дають змогу впроваджувати в промисловість перспективні технології, орієнтовані на підвищення ефективності використання низькопотенційних джерел енергії. Як показує проведений аналіз, найбільш перспективним робочим тілом для установок, що реалізують цикл Ренкіна, є холодоагент R1233zd(E). Теплофізичні властивості цього робочого тіла добре вивчені. Однак процеси теплообміну під час фазових трансформацій цього холодоагенту в генераторах пари залишаються недостатньо вивченими. Дослідження теплообміну в модельному генераторі пари виконано на експериментальній установці, що реалізує нестаціонарний процес нагрівання робочого тіла. Робочу ділянку виготовлено зі сталевої трубки з внутрішнім діаметром 5 мм, товщиною стінки 0,1 мм. Ефективна довжина робочої ділянки становила 1800 мм. Експериментальна ділянка була розділена на десять секцій, на кожній з яких проводилося вимірювання середньої температури стінки. На секціях, що знаходяться на вході та виході експериментальної ділянки, також були розташовані диференціальні термопари, які вимірювали різницю температури між робочим тілом та стінкою труби. У даній статті наведені результати дослідження коефіцієнта тепловіддачі під час фазових трансформацій холодоагенту R1233zd(E) у широкому діапазоні параметрів, що змінюються: температура робочого тіла – від 20 до 150 °С, масова витрата – від 6 до 90 кг/(м2с), тиск – від 1 до 2,25 бар, ступінь сухості пари – від 0,01 до 1 кг/кг, тепловий потік – від 1000 до 4500 Вт/м2. Процеси теплообміну досліджено при розшарованому режимі кипіння робочого тіла. Наведено інформацію про дослідження локальних коефіцієнтів тепловіддачі для рідкої, парової фаз і середніх за перерізом труби коефіцієнтів тепловіддачі під час кипінні R1233zd(E) в генераторі пари, яка в літературі практично відсутня. Локальні коефіцієнти тепловіддачі для рідини і пари та середній коефіцієнт тепловіддачі на секції робочої ділянки визначено для розшарованого режиму кипіння. Досліджено вплив ступеня сухості пари на значення коефіцієнтів тепловіддачі. Запропоновано методику визначення середньої температури стінки труби робочої ділянки. Показано, що значення середнього коефіцієнта тепловіддачі при збільшенні ступеня сухості пари зменшується

Система теплопостачання мікрорайону, або житлового масиву є складною структурою взаємопов'язаних систем теплопостачання будівель різного типу призначення. Взаємозв'язок між будівлями централізованої системи теплопостачання обумовлений режимами роботи будівель різного типу призначення. В роботі проведено аналіз стану систем централізованого теплопостачання житлових масивів із об’єктами житлового комплексу та будівель громадського призначення. Визначено основні типи будівель житлового масиву та особливості теплопостачання різних видів будівель громадського призначення за визначеним класом будівель. На основі аналізу різноманітних методик визначення теплового навантаження різних типів будівель, в тому числі і громадського призначення запропонована математична модель, що ураховує особливості експлуатації будівлі впродовж доби в залежності від типу призначення споруди. Для окремого виду будівлі громадського призначення – торгівельно-розважальний комплекс проведено дослідження роботи санітарно-технічних систем впродовж доби для двох основних режимів експлуатації «будній день» – «вихідний день». В роботі показано особливості теплового навантаження за видами експлуатації систем забезпечення належного стану санітарно-технічних систем, а саме опалення, вентиляція, гаряче водопостачання і загальна сума теплового навантаження впродовж доби в різні періоди експлуатації вказаного об’єкта спостереження. Доведено раціональність роботи відновлювальних джерел енергії на покриття базових вимог теплопостачання за рахунок використання теплових насосів із відбором теплоти від зовнішнього повітря в комбінації із газовим котлом, що покриває надлишки піків теплопостачання при змінних кліматичних чинників. Наведені рекомендації щодо організації роботи систем теплопостачаня будівель громадського призначення із урахуванням режимів її експлуатації

Більшість електроенергії у світі виробляється на конденсаційних електростанціях. Це означає, що теплова енергія перетворюється на електричну за допомогою парової турбіни. Середній коефіцієнт корисної дії традиційних електростанцій становить приблизно 38 %, а понад 60 % виробленої енергії втрачається у навколишнє середовище у вигляді невикористаного відпрацьованого тепла. Тригенераційна установка являє собою крок у напрямку енергетичної децентралізації та підвищення ефективності. Вона використовує відпрацьоване тепло, щоб підвищити загальну ефективність системи. Діоксид вуглецю та азот необхідні для інтенсифікації нафто- та газовидобутку. Їх можна отримувати з димових газів, що утворюються після спалювання природного газу. Аналіз показує, що в тригенераційній установці, що працює на природному газі, вигідніше спочатку виробити електроенергію та теплоту, а потім виділити діоксид вуглецю та азот. У когенераційній установці двигун внутрішнього згоряння, що працює на газі, приводить в дію генератор, який виробляє електроенергію. При цьому утворюється надлишкове тепло, і його можна використати за допомогою теплообмінника. При цьому виникають дві проблеми, що важко вирішувати: продукти згоряння після когенераційної установки містять 8-10% кисню; потенціал одержуваної теплоти виявляється низьким. Запропоновано декілька варіантів усунення недоліків. Це дозволило створити автономно та ефективно діючі багатоцільові енерготехнологічні комплекси, що використовують тільки природний газ, з метою вироблення електроенергії, теплоти, рідкого низькотемпературного діоксиду вуглецю та чистого газоподібного або рідкого азоту. Енерготехнологічні комплекси дозволяють включати до свого складу також і повітророздільні установки, що сприяє розширенню номенклатури вироблених продуктів, зокрема, за рахунок кисню. У цих комплексах повністю реалізується високий енергетичний потенціал газу

У роботі розглянуто застосування теплових насосів в автономних системах теплопостачання, а саме у житлово-комунальному комплексі для індивідуальних систем водяного опалення. У досліджуваних варіантах тепловий насос є обов'язковим елементом. Для ефективної роботи системи додається котел, як додаткове джерело теплової енергії, а також з метою енергозбереження – буферна ємність. У статті виконано аналіз роботи теплонасосних схем із буферною ємністю. Розглянута можливість роботи за трьома режимами в залежності від температури зовнішнього повітря. В послідовній моновалентній низькотемпературній системі опалення максимальна потужність теплового насосу буде використовуватись незначний проміжок часу впродовж року (при температурі зовнішнього повітря – 18 ºС). Паралельна моновалентна низькотемпературна система опалення дозволяє більш ефективно вирішувати потреби теплопостачання, частково зменшити розрахункову потужність теплового насосу за рахунок накопичення теплоти у буферній ємності, яка також буде відігравати роль акумулятора теплоти. Паралельна бівалентна комбінована система опалення не дозволяє працювати одночасно теплового насоса и котла в перехідний період, що зменшує ефективність роботи системи теплопостачання. Послідовна бівалентна комбінована система опалення схема не дозволяє при температурах зовнішнього повітря значно нижче температури бівалентної точки одночасно використовувати одночасно ТН і котел, що не дозволяє досягти найбільшої ефективності у бівалентній схемі системи теплопостачання. У послідовно-паралельній бівалентній комбінованій системі опалення потужність теплового насосу розраховується на температуру зовнішнього повітря для бівалентній точці, при цьому розрахункова потужність котла може бути зменшена. Проведений аналіз показав, що максимальна ефективність досягається із застосуванням послідовно-паралельної бівалентної комбінованої системи опалення

Дана концепція виникла після проведеного у роботі огляду і порівняльного аналізу переваг та недоліків значної кількості методів опріснення, які застосовуються у наш час. Зроблено висновок про те, що багато з них споживають значні електричні потужності, які необхідні під час здійснення стандартної дистиляції, тобто чергування кипіння та конденсації морської води. Такі процеси мають порівняно низький ККД та характеризуються в цілому негативним впливом на навколишнє середовище. Удосконалення методів опріснення виморожуванням необхідно з низки причин. Сама ідея чергування затвердіння і плавлення води не потребує, в принципі, обов’язкової кристалізації морської води у структуру льоду перед його наступними фазовими перетвореннями у більш слабкий (weak brine) у порівнянні з вихідним розсолом (brine). Можливою являється стратегія економії електроенергії на першому із вказаних етапів шляхом отримання аморфних форм, які складаються з великої кількості умовних фрагментів – градин. Вони структурно і внутрішньо менш пов’язані зсередини та між собою. Тому їх плавлення досягається при менших затратах енергії, хоча і потребує повторення декількох, а не одного, як прийнято, циклічних перетворень. Більш ефективне розділення продукту такого циклу бажано здійснювати при невеликих відхиленнях від атмосферних умов з метою мінімізації впливу на навколишнє середовище. У роботі встановлено, що саме перераховані характеристики можливої оптимізації опріснення методом виморожування спостерігаються у природі без будь-якої участі людини. Розчин великої кількості солей поводиться, в цілому, при циклічній зміні температури доби, сезонної температури, зниження і підвищення зовнішнього та гідростатичного тиску, як від’ємний бінарний азеотроп. Він характеризується максимумом температури кипіння при дуже малих тисках, а також самоорганізацією процесу безперервного очищення на кожній стадії опріснення

Наведений аналітичний огляд наукових праць, присвячених дослідженню технологій накопичення енергії від низькопотенційних теплових потоків. Актуальність вивчення методів та методології акумулювання та утилізації теплоти газового (повітряного) середовища пов’язана з тим, що накопичення теплової енергії дає найкращу можливість збалансувати попит та пропозицію за рахунок подолання переривчастості і нестабільності реальних джерел тепла, що призводить до створення більш універсальної, стійкої та надійної системи теплопостачання або термостабілізації. Наголошується, що технології накопичення енергії (ТНЕ) набувають ключового значення у енергобалансі країни. Наведений аналіз акумуляторів теплоти за властивостями теплоакумулюючих матеріалів. Матеріал акумулятора ємкісного типу нагрівається (охолоджується) без зміни свого агрегатного стану, простота створення акумуляторів та теплоутилизаторів на їх основі дозволила на даний час розробити теплоакумулятори зі скельних порід, гравійно- водні схеми, запропонувати пісочні батареї для накопичення теплової енергії. Стверджується, що доцільність використання теплоутилізаторів з низькими температурними напорами може бути підвищена шляхом використання теплоносієм гранульованої насадки. Наведені загальні відомості щодо акумуляторів, які засновані на фазових переходах. Визначені експериментальні залежності для розрахунку коефіцієнту тепловіддачі в процесі перенесення тепла та маси при теплообміні в щільних шарах. Наведені математичні моделі процесів перенесення теплоти і маси в щільному шарі гранульованого матеріалу, які є найближчими до предмета дослідження. Аналізуються теплові процеси, що відбуваються під час проходження повітря крізь шар акумулятора. Аналізуються основні характеристики матеріалів та речовин для створення акумуляторів тепла