Анотація до роботи:

Кепко О. І. Енергозберігаючі режими роботи замкнутої системи опалення та вентиляції теплиць. – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.14.06 – Технічна теплофізика та промислова теплоенергетика. – Національний університет харчових технологій, Київ, 2005.

Дисертацію присвячено питанням енергозбереження в спорудах закритого ґрунту (СЗГ). Визначено структуру енергоспоживання в СЗГ з точки зору вибору найбільш доцільного енергоносія, та співвідношення енергоносіїв в теплових процесах. Розроблено методику визначення вартісних еквівалентів носіїв теплової енергії. Обґрунтовано доцільне співвідношення різних видів енергії в закритому ґрунті, включаючи відновлювальну. Розроблено на основі рівнянь теплового балансу та теплопередачі алгоритм розрахунку параметрів теплового насосу, який дозволяє при заданій температурі зовнішнього повітря і нормативних параметрах мікроклімату у виробничому приміщенні визначати його основні енергетичні параметри. Розроблений спосіб вентиляції СЗГ (замкнута система вентиляції), який включає повітрообмін в світлий час доби між теплицею з вирощуванням рослин при природному освітленні та культиваційним приміщенням для вирощування грибів, та повітрообмін в темний час доби, який здійснюється між приміщенням, де рослини вирощують при штучному освітленні і культиваційним приміщенням для грибів. Розроблено статичну модель залежності повітрообмінів і температури в приміщеннях системи „рослинна теплиця – грибна теплиця ” від потужності опалювальної системи. Для системи розроблено динамічну модель зміни температури субстрату та повітря, а також динамічну модель зміни концентрації СО₂, яка дозволяє визначати концентрацію СО₂ в одному із приміщень по завершенню перехідного процесу в залежності від концентрації СО₂ в припливному повітрі із іншого приміщення та нормативних значень повітрообмінів. Розроблено методику інженерного розрахунку ЗСВ. Ефективність роботи ЗСВ обґрунтовано теоретично і підтверджена практично. Основні результати праці призначені для застосування в овочівництві закритого ґрунту.

1. В дисертації вперше запропоновані і обґрунтовані режими роботи та параметри замкнутої системи опалення та вентиляції (ЗСВ) теплиць.

Проведений аналіз теплоутилізаційних та вентиляційних систем показав, що досі не були розроблені системи які дозволяли б одночасно вирішувати питання утилізації теплоти та газового підживлення рослин.

2. Запропонована математична модель тепломасообміну в ЗСВ, яка дозволяє в залежності від поточних значень зовнішніх температур визначати величину повітрообмінів або значення температур в приміщеннях і, відповідно до них, потужність опалювальної системи. Встановлено, що найбільша ефективність роботи системи спостерігається при: більш низьких температурах зовнішнього повітря; максимально більшій різниці температур в приміщеннях; роботі з нічним приміщенням в якому відсутні теплонадходження від сонячної радіації. В залежності від наведених умов, використання ЗСВ дає можливість зменшити витрати теплової енергії на 12 – 20%.

3. Для системи споруд „теплиця – грибниця”, для оцінки характеру перехідного процесу розроблено динамічну модель зміни температури субстрату та повітря в залежності від температур повітря в грибниці, теплиці та субстрату. Перехідний процес має експоненціальну залежність.

Розроблено динамічну модель зміни концентрації СО₂, для оцінки характеру перехідного процесу, яка дозволяє визначати концентрацію СО₂ в одному із приміщень по завершенню перехідного процесу в залежності від концентрації СО₂ в припливному повітрі і із іншого приміщення та нормативних значень повітрообмінів. Перехідний процес має експоненціальну залежність.

Моделі адаптовані для варіантів роботи системи в замкнутому та розімкнутому режимах, а також при наявності та відсутності повітрообміну із зовнішнім середовищем. Результати експериментальних досліджень показали відповідність отриманих математичних моделей дослідним даним.

За результатами експериментальних досліджень отримані рівняння регресії, які встановлюють залежність зміни температури субстрату та повітря в теплицях, а також залежність концентрації СО₂ при різних режимах роботи в часі.

4. Розроблено структурно-функціональну схему ЗСВ. Запропоновано три варіанти побудови ЗСВ теплиць. Улаштування системи опалення та вентиляції в теплицях залежить від виду та типу споруд і дозволяє використовувати вентиляційні викиди теплиць і забезпечувати природній цикл теплоутилізації та газорегенерації. Основними елементами ЗСВ є грибне та рослинні приміщення, з’єднані між собою системою повітроводів таким чином, щоб забезпечити утилізацію теплоти та регенерацію повітря.

Обґрунтовано та розроблено структурно-логічну схему управління ЗСВ, яка передбачає управління технологічними параметрами (температурою, вологістю, концентрацією СО₂, освітленістю) в системі. Встановлено, що з точки зору автоматичного управління температурою субстрату та повітря, система являє собою двохємнісний об’єкт. На основі моделі та експериментальних досліджень отримано передаточну функцію об’єкту.

5. Розроблений на основі рівнянь теплового балансу та теплопередачі алгоритм розрахунку параметрів теплового насосу, дозволяє при заданій температурі зовнішнього повітря і нормативних параметрах мікроклімату у виробничому приміщенні визначити його основні енергетичні параметри. Одержано рівняння регресії для визначення коефіцієнта утилізації тепла в залежності від температури зовнішнього повітря. Розроблена і реалізована за допомогою засобів обчислювальної техніки методика розрахунку граничної температури зовнішнього повітря, при якій можлива робота теплового насосу.

Обґрунтована ефективність використання ТН в ЗСВ. Так, при коефіцієнті утилізації тепла 2…3,5 відн.од., ТН можуть бути використані лише для модернізації систем опалення та вентиляції.

Обґрунтована гранична вартість ТН при використання його замість обладнання, яке працює на традиційних видах палива. Так, наприклад, модернізація опалювально-вентиляційної системи на природному газі може проводитися при вартості ТН не більше 1700 грн/кВт встановленої потужності ТН.

6. Розроблено методику інженерного розрахунку замкнутої системи опалення та вентиляції теплиць, основою якої є система рівнянь теплових балансів приміщень, та розроблено програмне забезпечення для інженерного розрахунку ЗСВ.

7. Обґрунтовано співвідношення розмірів теплиць в ЗСВ. Так, на 1 га площі теплиці, для забезпечення газового підживлення рослин, необхідно 100–250 т субстрату гливи (50–150 т субстрату шампіньйона) або, що 1 т субстрату гливи здатна забезпечити двоокисом вуглецю 25–160 м² площі теплиці (1 т шампіньйона – 50–200 м²).

8. Техніко-економічні розрахунки показали, що економія експлуатаційних витрат при використанні ЗСВ в теплицях площею 0,5 га складає, при роботі на: мазуті – 516 тис.грн (18,8%); вугіллі – 444 тис.грн (17,5%); газі – 68 тис.грн (4,6%), при терміну окупності додаткових капітало-вкладень, відповідно, 0,19, 0,22, 1,5 роки.

9. Виробнича перевірка проводилась у виробничому приміщенні ТОВ „Славута” Білоцерківського району Київської області. При використанні ЗСВ економія теплової енергії склала 4032 кВтг (10,7%), при річному економічному ефекті 4680 грн і терміну окупності 0,64 року.

Публікації автора:

1. Кепко О.І. Моделювання енергозберігаючих режимів роботи опалювально-вентиляційного обладнання в спорудах закритого грунту при вирощуванні білкової продукції. // Механізація та електрифікація сільського господарства. Вип.83. –Глеваха. ННЦ ІМЕСГ, 2000. – С. 199–202.

2. Голуб Г.А., Богданович Л.С., Клепанда О.С., Філіппов Е.Б., Кепко О.І. Енергетичні параметри теплового насосу в системі опалення споруд закритого ґрунту // Наукові праці. Таврійська державна агротехнічна академія. – Вип. 5. – Мелітополь: ТДАТА, 2002. – С. 46–50. (обробка експериментальних даних)

3. Голуб Г.А., Кепко О.І. Математична модель теплонасосної системи теплопостачання споруд закритого грунту // Вісник Харківського державного технічного університету сільського господарства. Вип.10 – Харків. ХДТУСГ, 2002. – С. 275–278. (розробка методичної частини)

4. Жоров В.І., Кепко О.І. Визначення вартісних еквівалентів носіїв теплової енергії // Вісник аграрної науки Причорномор’я. Вип. 4(24). Миколаїв. – 2003. – С. 214–218. (визначення відносних вартісних еквівалентів носіїв теплової енергії)

5. Кепко О.І. Математична модель опалювально–вентиляційної системи замкнутого повітрообміну між окремими приміщеннями в закритому грунті // Збірник наукових праць Національного аграрного університету. Том ХV. – К., 2003. - С. 413-419.

6. Голуб Г.А., Кепко О.І. Динамічні характеристики грибного приміщення в замкнутій системі вентиляції. // Електрифікація та автоматизація сільського господарства. – № 4(9). – 2004. – С 51–57. (формулювання та аналітичне рішення диференціальних рівнянь).

7. Кепко О.І. Динаміка зміни концентрації СО₂ в системі споруд „рослинна теплиця – грибниця” // Матеріали Міжнародної науково-практичної конференції Агромех–2004, 22-24 вересня 2004 р. – Львів: Львівський державний аграрний університет, 2004. – С. 97–103.

8. Кепко О.І. Динаміка зміни температури субстрату та повітря в замкнутій системі вентиляції споруд закритого ґрунту // Зб. наук. пр. Уманського ДАУ. Ч.1. – Умань, 2004. – Вип.. 59. – С 271–279.

9. Патент № 57956 А Україна, МКВ А01G9/24. Спосіб вентиляції споруд закритого грунту / Гірченко М.Т., Голуб Г.А., Жоров В.І., Вдовенко С.А., Кепко О.І, Шаповалов Л.В. (Україна). – №2002021688; Опубл. 15.07.2003. Бюл. № 7. (частка авторів однакова)

10. Кепко О.И., Гирченко М.Т. Пути экономии энергии в сооружениях защищённого грунта. // Тезисы докладов к ХХ конференции молодых учёных „Актуальные вопросы обеспечения АПК„. – Аскания-Нова–Херсон. Институт животноводства степных районов им. М.Ф. Иванова „Аскания-Нова”, – 1993. – С.118.

11. Гірченко М.Т., Жоров В.І., Шаповалов Л.В., Кепко О.І. Енергозбереження в приміщеннях закритого ґрунту для вирощування овочевої та вітамінної продукції. // Тези доповідей науково-технічної конференції „Енергозберігаючі технології та технічні засоби для виробництва сільськогосподарської продукції”. – Глеваха. ІМЕСГ УААН, – 1993. – С.87–89.