ЕНЕРГОЕФЕКТИВНА КОМБІНОВАНА СИСТЕМА ЗАБЕЗПЕЧЕННЯ МІКРОКЛІМАТУ В РЕМОНТНИХ ПРИМІЩЕННЯХ АВТОМОБІЛЬНОГО ГОСПОДАРСТВА

Анотація

У статті розглянуто проблему енергоефективного забезпечення мікроклімату на підприємствах з ремонту автотранспорту, які характеризуються значним цілорічним тепловим навантаженням на системи опалення, вентиляції та гарячого водопостачання внаслідок підвищених норм повітрообміну, необхідних для видалення вихлопних газів автомобілів, зварювальних аерозолів і парів розчинників. Застосування традиційних газових котлів спричиняє високе споживання первинної енергії та значні викиди CO₂, що зумовлює актуальність пошуку альтернативних рішень на основі відновлюваних джерел. Запропоновано комбіновану систему SAHP (Solar-Assisted Heat Pump), яка інтегрує тепловий насос «повітря–вода», масив плоских сонячних колекторів та стратифікований акумулятор теплової енергії.

Розроблено розширену математичну модель, що включає: рівняння Хоттеля–Вільє–Блісса з модифікатором кута падіння IAM, який враховує добові й сезонні варіації прямої сонячної радіації; ексергетичний аналіз циклу теплового насоса з визначенням втрат необоротності E_x,loss у компресорі, конденсаторі, дросельному вентилі та випарнику; багатовузлову (N = 4) стратифіковану модель акумулятора, що описує вертикальний розподіл температур та конвективно-кондуктивне перенесення теплоти між зонами; модель рекуперативного теплообмінника за методом ε–NTU; критерій оптимізації за сезонним коефіцієнтом продуктивності SPF, розрахованим за типовий метеорологічний рік для Вінницького регіону. Задача оптимізації полягає у визначенні оптимальної площі колекторів A_sol* і об’єму акумулятора V_tank*, що максимізують SPF за обмеженнями на капітальні витрати; її сформульовано як задачу нелінійного програмування з обмеженнями та розв’язано гібридним генетичним алгоритмом.

Встановлено, що врахування стратифікації акумулятора підвищує точність прогнозування SPF на 12–18% порівняно з однозонною моделлю повного перемішування, яка систематично переоцінює корисну ємність акумулятора. Інтеграція сонячної теплової енергії підвищує COP системи на 30–77% порівняно з автономним ASHP протягом опалювального сезону, а очікуване значення SPF = 3,8–4,3 відповідає коефіцієнту первинної енергії E_PE = 0,47–0,53, що у 1,7–2,1 раза менше, ніж для газового котла. Розглянуто IoT-орієнтоване модельно-предиктивне керування (MPC) з використанням короткострокових прогнозів сонячної радіації й теплового навантаження, що забезпечує додаткове зниження сезонного споживання електроенергії на 6–9%. Отримані результати застосовні для проектування та реконструкції систем теплопостачання промислових автотранспортних підприємств, СТО та подібних об’єктів, що реалізують стратегії декарбонізації та зниження експлуатаційних витрат.