Теплові насоси та кондиціонери з використанням ВДЕ і низькопотенційними джерелами енергії

Метою дисципліни є формування у студентів системних знань і практичних навичок щодо роботи, проєктування та експлуатації теплових насосів і кондиціонерів із використанням відновлюваних та низькопотенційних джерел енергії. Студенти вивчають фізичні та термодинамічні принципи роботи систем, закономірності теплообміну та процесів перетворення енергії, сучасні технології енергоефективного опалення та охолодження. Особлива увага приділяється оцінці ефективності, вибору оптимальних схем і компонентів, а також екологічним і економічним аспектам використання енергії відновлюваних джерел.
Практичне значення та застосування отриманих знань:
Отримані знання дозволяють студентам розуміти принципи роботи та ефективно використовувати теплові насоси і кондиціонери в системах опалення, охолодження та кондиціонування з відновлюваними та низькопотенційними джерелами енергії. Вони забезпечують здатність проводити термодинамічні та енергетичні розрахунки, підбирати оптимальні компоненти систем, оцінювати їх енергоефективність та економічну доцільність. Практичне застосування знань включає проєктування, монтаж, налаштування та експлуатацію сучасних енергоефективних систем, а також участь у розробці рішень для зниження споживання енергії та впливу на навколишнє середовище.
Тематика та види навчальних занять
Лекційні заняття

Лекція 1. Сучасні тенденції енергоспоживання та роль теплових насосів у стратегії сталого розвитку України.
Лекція 2. Традиційні системи теплопостачання та роль теплових насосів у використанні низькопотенційної енергії.
Лекція 3. Робочі речовини теплових насосів і кондиціонерів: класифікація та характеристики.
Лекція 4. Елементи фреонового контуру: компресор – різновиди, характеристики, принцип дії, недоліки та переваги.
Лекція 5. Елементи фреонового контуру: теплообмінні апарати (конденсатор та випарник) – різновиди, характеристики, принцип дії, недоліки та переваги.
Лекція 6. Елементи фреонового контуру: дросельні пристрої – різновиди, характеристики, принцип дії, недоліки та переваги.
Лекція 7. Робота теплового насосу в режимі нагріву та охолодження. Чотирьохходовий клапан.
Лекція 8. Системи відбору тепла: параметри низькопотенційних джерел тепла з горизонтальними колекторами.
Лекція 9. Системи відбору тепла: параметри низькопотенційних джерел тепла з вертикальними колекторами.
Лекція 10. Теплові насоси повітря–вода та вода–вода: конструктивні особливості та сфери застосування.
Лекція 11. Використання водяних джерел (річки, озера, підземні води) у системах теплових насосів.
Лекція 12. Повітряні теплові насоси: принцип роботи та ефективність при низьких температурах.
Лекція 13. Вплив кліматичних умов на продуктивність теплових насосів із низькопотенційними джерелами.
Лекція 14. Транскритичні теплові насоси: принцип роботи, переваги та обмеження.
Лекція 15. Порівняння ефективності різних типів низькопотенційних джерел у теплових насосах та системи рекуперації тепла у кондиціонерах для підвищення енергоефективності.

Лабораторні заняття

Лабораторне заняття 1. Робочі речовини теплових насосів: дослідження процесів на термодинамічних діаграмах.
Мета заняття: Ознайомити студентів із властивостями робочих речовин, навчити аналізувати термодинамічні процеси на діаграмах стану та оцінювати вплив параметрів на ефективність роботи системи.
Лабораторне заняття 2. Дослідження режимів роботи компресора: аналіз впливу робочих параметрів на ефективність компресора.
Мета заняття: Вивчити особливості роботи компресорів у теплових насосах, дослідити вплив тиску, температури та інших параметрів на продуктивність і ККД компресора.
Лабораторне заняття 3. Побудова процесів відведення та підведення теплоти при використанні різних робочих речовин, визначення питомих характеристик при зміні параметрів споживача та джерела тепла.
Мета заняття: Навчити будувати теплові процеси для різних робочих речовин, оцінювати питомі характеристики та вплив параметрів джерела і споживача на ефективність системи.
Лабораторне заняття 4. Дослідження режимів роботи теплового насоса: зміна енергетичної ефективності.
Мета заняття: Вивчити динаміку роботи теплового насоса в різних режимах, проаналізувати зміну енергетичної ефективності в залежності від режиму та параметрів системи.
Лабораторне заняття 5. Розробка горизонтальних колекторів для відведення теплоти від ґрунту.
Мета заняття: Ознайомити студентів з конструктивними особливостями горизонтальних колекторів, навчити проводити розрахунок їх параметрів та визначати ефективність відбору тепла.
Лабораторне заняття 6. Розробка вертикальних колекторів для відведення теплоти від ґрунту.
Мета заняття: Вивчити принципи конструкції вертикальних колекторів, методику їх розрахунку та оцінку ефективності використання низькопотенційного джерела тепла.
Лабораторне заняття 7. Дослідження режимів роботи теплового насоса на R744 та порівняння його роботи з іншими робочими речовинами.
Мета заняття: Проаналізувати роботу CO₂-теплового насоса, порівняти його характеристики та ефективність з традиційними робочими речовинами, оцінити переваги та обмеження використання R744.
Індивідуальна робота

Розрахунково-графічна робота

Мета розрахунково-графічної роботи:
Навчитися аналізувати роботу теплового насоса при зміні його робочих параметрів та при використанні різних робочих речовин, обирати оптимальну робочу речовину та відповідний компресор, а також виконувати розрахунок однієї із систем відбору теплоти від джерела тепла.
Здобувач отримує завдання у першому семестрі.
Змістовна послідовність виконання роботи:
1. Аналіз роботи теплового насоса при різних робочих речовинах та вибір оптимальної робочої речовини.
2. Підбір компресора та визначення його характеристик.
3. Розрахунок системи відведення теплоти від джерела.
Висновки:
На основі проведених розрахунків і аналізу студент робить висновки щодо ефективності роботи теплового насоса та обраної системи відбору теплоти.
Захист роботи:
Розрахунково-графічна робота захищається протягом останнього навчального тижня семестру.
Форми контрольних заходів та оцінювання результатів навчання

Поточний контроль полягає у виконанні:

Поточний контроль
Виконання 7-ми лабораторних робіт. Лабораторні роботи виконуються письмово відповідно до мети та завдань. Бездоганне виконання кожної практичної роботи оцінюється у 4 бали.
Виконання розрахунково-графічної роботи (РГР) за індивідуальним завданням. Бездоганне виконання оцінюється у 20 балів.
Проведення двох модульних контрольних робіт, що складаються з теоретичної та практичної частин, у формі комп’ютерного тестування. Бездоганне виконання кожної модульної контрольної роботи оцінюється у 26 балів.
Підсумковий контроль:
Екзамен (усний). Максимальна оцінка – 100 балів.