Kintamo kontūro tūrio šilumos siurblio veikimo režimų tyrimas mechaninio vėdinimo sistemoje

Abstract

Disertacijoje, taikant analitinius, eksperimentinius tyrimus ir skaitinį modeliavimą, tiriamas šilumos siurblio, integruoto į mechaninio vėdinimo sistemą, termodinaminis veikimo ciklas ir jo parametrų valdymas. Siekiama ištirti, kaip, keičiant šilumos siurblio kontūro tūrį, galima pagerinti sistemos efektyvumą, esant kintančioms lauko oro sąlygoms. Pagrindinis disertacijos tikslas – sukurti valdymo priemonę, leidžiančią padidinti šilumos siurblio sezoninio veikimo efektyvumą pastato vėdinimo sistemoje. Disertacijoje sprendžiami keli pagrindiniai uždaviniai: parengiamas analitinis termodinaminis modelis ir atliekama parametrinė analizė; sukonstruojamas eksperimentinis stendas ir atliekami skirtingų veikimo režimų tyrimai; sukuriama šilumos siurblio kontūro tūrio keitimo priemonė ir vertinamas jos poveikis sistemos parametrams bei sezoniniam efektyvumui. Disertaciją sudaro įvadas, trys skyriai, bendrosios išvados, naudotos literatūros ir autoriaus publikacijų disertacijos tema sąrašai ir du priedai. Įvadiniame skyriuje aptariama tiriamoji problema, darbo aktualumas, aprašomas tyrimų objektas, formuluojami darbo tikslas ir uždaviniai, aprašoma tyrimų metodika, darbo mokslinis naujumas, darbo rezultatų praktinė reikšmė, ginamieji teiginiai. Įvado pabaigoje pateikiamos disertacijos tema autoriaus paskelbtos publikacijos ir pranešimai konferencijose bei apibūdinama disertacijos struktūra. Pirmajame skyriuje pateikiama literatūros apžvalga, kuri apima šilumos siurblių taikymą vėdinimo sistemose, jų valdymo principus ir technologinius sprendimus. Remiantis apžvalga, identifikuojamos tyrimų kryptys, tikslinami disertacijos uždaviniai. Antrajame skyriuje pateikta taikyta tyrimų metodika, eksperimentinio stendo sudarymas, atliktų bandymų eiga. Taip pat pateikiamas šilumos siurblio skaitinio modelio veikimo algoritmas ir sezoninio efektyvumo vertinimo principai. Trečiajame skyriuje pateikti analitinių, eksperimentinių ir skaitinio modeliavimo tyrimų rezultatai. Vertinamas kontūro tūrio keitimo poveikis šilumos siurblio veikimui ir efektyvumui skirtingomis eksploatavimo sąlygomis, taip pat pateiktas palyginamasis šilumos siurblio veikimo skirtingo klimato Europos regionuose tyrimas. Disertacijos tema paskelbtos devynios mokslinės publikacijos, iš kurių dvi – recenzuojamuose mokslo žurnaluose, turinčiuose cituojamumo rodiklį Web of Science duomenų bazėse. Disertacijos rezultatai pristatyti keturiose tarptautinėse mokslinėse konferencijose Lietuvoje ir užsienyje.

The dissertation investigates the thermodynamic operating cycle and parameter control of a heat pump integrated into a mechanical ventilation system through analytical, experimental research, and numerical modelling. The research explores how variations in the heat pump circuit volume influence system efficiency under changing outdoor air conditions. The primary aim is to develop a control method to enhance the seasonal operating efficiency of a heat pump integrated into a building ventilation system. The dissertation addresses several key objectives: developing an analytical thermodynamic model and performing parametric analysis; designing and constructing an experimental test bench, followed by experimental investigations under various operating conditions; creating a mechanism for adjusting the heat pump circuit volume and evaluating its impact on system parameters and seasonal efficiency. The dissertation consists of an introduction, three chapters, general conclusions, references, the author’s publications on the topic, and two appendices. The introduction discusses the research problem and relevance, describes the object of investigation, formulates the aim and specific objectives, outlines the methodology, highlights the scientific novelty and practical significance, and presents defendable statements. It concludes with an overview of the author’s publications and conference presentations related to the topic, and a description of the dissertation structure. The First Chapter provides a literature review on heat pump applications in ventilation systems, their control principles, and technological solutions. It identifies key research directions and refines objectives. The Second Chapter describes the research methodology, the design of the experimental setup, and the procedure for conducting the tests. Additionally, the chapter outlines the operating algorithm of the numerical heat pump model and seasonal efficiency evaluation principles. The Third Chapter presents the results of analytical, experimental, and numerical modelling studies. It evaluates the impact of circuit volume adjustment on the performance and efficiency of the heat pump under varying operating conditions and provides a comparative analysis of heat pump operation in European regions with different climates. Nine scientific publications related to the dissertation have been published, including two in peer-reviewed journals indexed in Web of Science with citation indices. The results have been presented at four international scientific conferences in Lithuania and abroad.