Оптимізація повітрообміну та теплопередачі за допомогою коаксіальних повітроводів

Олександр Лапшин Ганна Ярошенко
Отримано 23.02.2025, Доопрацьовано 15.05.2025, Прийнято 30.06.2025
Анотація

У сучасних промислових приміщеннях важливо забезпечити ефективний обмін повітря при мінімальних енергетичних витратах, що зумовлює необхідність оптимізації вентиляційних систем, зокрема шляхом розробки нових конструкцій повітроводів. Метою статті була розробка конструкції сумісного відсмоктувально-припливного повітроводу для покращення ефективності повітрообміну в промислових приміщеннях та зниження енергетичних витрат на підігрів повітря. Проведено ґрунтовний аналіз сучасних наукових джерел, опублікованих у різних країнах світу, що охоплюють передові технології повітрообміну, вентиляції та регулювання мікроклімату. Використано теоретичне обґрунтування конструкції та математичне моделювання процесів теплообміну між відсмоктувальним та припливним повітроводами. Також використовувалися методи теплопередачі, конвекції та випромінювання для аналізу фізичних процесів. У результаті розроблено конструкцію коаксіального повітроводу, що складається з внутрішнього відсмоктувального та зовнішнього припливного трубопроводу, співвідношення діаметрів яких оптимізовано формулою D = 1,4 · d. Розрахунки підтвердили рівність обсягів повітря, що відсмоктується і подається, забезпечуючи стабільний повітрообмін. Проведене моделювання показало, що система ефективно забезпечує рівномірний розподіл повітря в робочій зоні, підвищуючи продуктивність вентиляційної системи. Зниження енергетичних витрат досягнуто завдяки використанню тепла від відсмоктувального повітря для підігріву припливного. Розрахунки та моделювання підтвердили ефективність запропонованої конструкції, що дозволяє знизити енергетичні витрати на підігрів повітря та покращити повітрообмін у промислових приміщеннях, що сприяє створенню комфортних умов для працівників. Загалом, розроблена конструкція вентиляційної системи спрямована на оптимізацію процесів повітрообміну в промислових приміщеннях, пропонуючи такі переваги: енергоефективність – за рахунок використання вторинних теплових ресурсів; компактність – конструкція дозволяє зменшити обсяг вентиляційного обладнання; універсальність – система може бути впроваджена на різних промислових підприємствах, включаючи цехи з високим рівнем забруднення повітря; підвищення безпеки праці – нова система сприяє створенню комфортних умов у робочій зоні

Ключові слова:
вентиляція; промислові приміщення; теплозбереження; аеродинамічні характеристики; енергоощадні технології; повітряний баланс

Взято з Том 23, № 1, 2025

Сторінки 10–20

Використані джерела ЦИТУВАТИ
  1. Amanowicz, L., Ratajczak, K., & Dudkiewicz, E. (2023). Recent advancements in ventilation systems used to decrease energy consumption in buildings – literature review. Energies, 16(4), article number 1853. doi: 10.3390/ en16041853.
  2. Bezrodny, M., & Misiura, T. (2020). Heat pump system for air heating and ventilation of an industrial building with excessive moisture. KPI Science News, 2, 7-16. doi: 10.20535/kpi-sn.2020.2.205111.
  3. Catalina, T., & Lungu, C. (2021). Influence of a decentralized ventilation system on the indoor air quality of a primary school classroom. IOP Conference Series: Earth and Environmental Science, 664(1), article number 012039. doi: 10.1088/1755-1315/664/1/012039.
  4. DBN V.2.5-67:2013. (2013). Heating, ventilation, and air conditioning. Retrieved from https://online.budstandart. com/ua/catalog/doc-page.html?id_doc=50154.
  5. Deshko, V., Bilous, I., & Hetmanchuk, H. (2023). Parametric analysis of natural air exchange in multi-apartment residential buildings. Energy: Economics, Technology, Ecology, 4, 57-68. doi: 10.20535/1813-5420.4.2023.290897.
  6. Deshko, V., Bilous, I., & Tymofieiev, M. (2024). Ventilation as a component of the energy dynamic balance in buildings. Technologies and Engineering, 1, 25-39. doi: 10.30857/2786-5371.2024.1.3.
  7. DSTN 3.3.6.042-99. (1999). Sanitary norms of microclimate of industrial premises. Retrieved from https://online. budstandart.com/ua/catalog/doc-page.html?id_doc=14283.
  8. DSTU-N B V.1.1-27:2010. (2010). Protection against hazardous geological processes, harmful operational impacts, and fire. Building climatology. Retrieved from https://online.budstandart.com/ua/catalog/doc-page.html?id_ doc=26655.
  9. Dudkiewicz, E., & Szałański, P. (2020). Overview of exhaust gas heat recovery technologies for radiant heating systems in large halls. Thermal Science and Engineering Progress, 18, article number 100522. doi: 10.1016/j.tsep.2020.100522.
  10. Dzhedzhula, V. (2021). Ventilation and air conditioning of public buildings. Vinnytsia: VNTU.
  11. Elhadary, M.I., Alzahrani, A.M.Y., Aly, R.M.H., & Elboshy, B. (2021). A comparative study for forced ventilation systems in industrial buildings to improve the workers’ thermal comfort. Sustainability, 13(18), article number 10267. doi: 10.3390/su131810267.
  12. Farouk, N., Abd El-Rahman, M., Sharifpur, M., & Guo, W. (2022). Assessment of CO2 emissions associated with HVAC system in buildings equipped with phase change materials. Journal of Building Engineering, 51(1), article number 104236. doi: 10.1016/j.jobe.2022.104236.
  13. Hetmanchuk, H. (2024). Assessment of dispersed natural air exchange levels in buildings considering variability of internal and external conditions. (Doctoral dissertation, National Technical University of Ukraine “Igor Sikorsky Kyiv Polytechnic Institute”, Kyiv, Ukraine).
  14. Korbut, V., & Rybachov, S. (2021). Experimental researches of a two-level air-jet protection of an open surface of industrial baths of the big sizes. Ventilation, Illumination and Heat-Gas Supply, 36, 6-13. doi: 10.32347/24092606.2021.36.6-13.
  15. Lapshyn, O., Lapshyn, O., & Khudyk, M. (2022). Industrial premises ventilation. Kryvyi Rih: D.O. Cherniavskyi.
  16. Matviichuk, V., Veselovska, N., & Sharhorodskyi, S. (2021). Mathematical modelling of modern technological systems. Vinnytsia: Vinnytsia National Agrarian University.
  17. Murga, A., Long, Z., Yoo, S.-J., Sumiyoshi, E., & Ito, K. (2020). Decreasing inhaled contaminant dose of a factory worker through a hybrid emergency ventilation system: Performance evaluation in worst-case scenario. Energy and Built Environment, 1(3), 319-326. doi: 10.1016/j.enbenv.2020.04.007.
  18. Pakari, A., & Ghani, S. (2021). Comparison of different mechanical ventilation systems for dairy cow barns: CFD simulations and field measurements. Computers and Electronics in Agriculture, 186, article number 106207. doi: 10.1016/j.compag.2021.106207.
  19. Patent No. 156625. (2024). Method of air exchange in industrial premises. Retrieved from https://sis.nipo.gov.ua/ uk/search/detail/1808982/.
  20. Spivak, O., Rezydent, N., Rezydent, D., & Tkach, N. (2024). Influence of geometric characteristics of the French on heat transfer heat exchange surface. Modern Technologies, Materials and Structures in Construction, 21(1), 154-160. doi: 10.31649/2311-1429-2024-1-154-160.
  21. Tkachenko, T., & Mileikovskyi, V. (2020). Increasing indoor air quality by a natural sanitizing interior. E3S Web of Conferences, 211, article number 02015. doi: 10.1051/e3sconf/202021102015.
  22. Tykhenko, O., et al. (2024). Study of air deionization factors. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 2(10(128)), 26-33. doi: 10.15587/1729-4061.2024.300909.
  23. Voznyak, O., Myroniuk, Kh., Sukholova, I., Dovbush, O., & Kasynets, M. (2021). Physical models of ventilation system fittings in special conditions. Theory and Building Practice: JTBP, 3(1), 42-50. doi: 10.23939/jtbp2021.01.042.
  24. Wei, X., Xu, Y., Yu, Y., Ma, M., Niu, G., Cao, G., Wang, L., & Gao, J. (2023). Effectiveness of head-mounted air supply in reducing pollutant exposure: A static case. Building and Environment, 234, article number 110219. doi: 10.1016/j.buildenv.2023.110219.
  25. Zender-Świercz, E. (2021). Assessment of indoor air parameters in buildings equipped with decentralized facade ventilation device. Energies, 14(4), article number 1176. doi: 10.3390/en14041176.
  26. Zhao, X., & Yin, Y. (2024). Hazards of pollutants and ventilation control strategy in industrial workshops: Current state and future trend. Building and Environment, 251, article number 111229. doi: 10.1016/j. buildenv.2024.111229.
Lapshyn, О., & Yaroshenko, H. (2025). Optimisation of air exchange and heat transfer using coaxial air ducts. Journal of Kryvyi Rih National University, 23(1), 10-20. https://doi.org/10.31721/2306-5451-2025-1-23-10-20
uk