Rozprawa doktorska podejmuje problematykę związaną z podnoszeniem sprawności trigeneracyjnych agregatów gazowych „produkujących” energię cieplną, chłodniczą i elektryczną w sposób skojarzony.
Głównym celem rozprawy doktorskiej jest wykonanie rzeczywistego modelu agregatu trigeneracyjnego oraz jego testy i instalacja pilotażowa na rzeczywistym obiekcie, na bazie sporządzonej wcześniej koncepcji poszczególnych instalacji zabudowanych w urządzeniu testowym. Rozprawa doktorska zawiera także, analizę pracy agregatu trigeneracyjnego z odzyskiem ciepła skraplania pary wodnej zawartej w spalinach wydalanych z agregatu oraz analizę pracy z odzyskiem ciepła rozpraszanego przez korpus silnika i generatora. Porównano pracę trigeneracyjnego układu gazowego pracującego bez odzysku ciepła skraplania i wykorzystującego parę wodną jako dodatkowe źródło ciepła w zmiennych zewnętrznych warunkach atmosferycznych.
Dodatkowym celem rozprawy doktorskiej jest opracowanie algorytmu sterowania poszczególnych elementów wykonawczych instalacji oraz agregatu gazowego jako całości, w celu optymalnego wykorzystania użytych do budowy urządzenia komponentów oraz zwiększenia efektywności pracy, trwałości i funkcjonalności urządzenia.
W rozdziale 1 wprowadzono w tematykę i najważniejsze zagadnienia związane z budową i pracą pomp ciepła, a w szczególności gazowych agregatów trigeneracyjnych.
W rozdziale 2 sprecyzowano cel i zakres pracy oraz postawiono tezy.
W rozdziale 3 dokonano przeglądu literaturowego związanego z gazowymi agregatami oraz zaproponowano sposób własnego rozwiązania prototypowego.
W rozdziale 4 przedstawiono założenia koncepcyjne budowy agregatu trigeneracyjnego w ujęciu ideowym, odnoszącym się zarówno do konstrukcji, jak i przepływu ciepła i mocy napędowej. 193
W rozdziale 5 opisano budowę agregatu, której głównymi sekcjami są: jednostka napędowa wraz z instalacją gazową, instalacja freonowa pompy ciepła z charakterystyką dolnego źródła ciepła, instalacja hydrauliczna chłodzenia silnika, instalacja hydrauliczna przekazywania ciepła i „chłodu” do odbiorników oraz instalacja zasilająco – sterująca.
W rozdziale 6 scharakteryzowano w warunkach docelowej pracy, użyte do budowy trigeneratora urządzenia takie jak: silnik spalinowy, sprężarka układu pompy ciepła, prądnicę, wentylatory, wymienniki lamelowo – rurowe ciepła oraz wymienniki płytowe.
W rozdziale 7 przedstawiono wygląd i charakterystyczne wymiary urządzenia.
W rozdziale 8 sporządzono bilansy energetyczne poszczególnych urządzeń trigeneratora oraz bilansy energetyczne pracy całego urządzenia we wszystkich trybach pracy trigeneratora.
W rozdziale 9 przedstawiono wyniki badań przeprowadzonych na zbudowanym i zainstalowanym prototypie trigeneratora. Badania przeprowadzono z użyciem układu akwizycji danych zainstalowanego na obiekcie pilotażowym we wszystkich trybach pracy urządzenia.
W rozdziale 10 krótko scharakteryzowano natężenie hałasu wytwarzane przez pracujący trigenerator.
W rozdziale 11 potwierdzono postawione tezy rozprawy oraz sformułowano najważniejsze wnioski płynące z przeprowadzonych badań z których najważniejsze to:
• • Zwiększenie końcowej sprawności urządzenia o 9 % poprzez odzysk ciepła z korpusu silnika spalinowego i generatora,
• • Zwiększenie końcowej sprawności urządzenia o 7 % poprzez odzysk ciepła skraplania pary wodnej zawartej w spalinach,
• • zwiększenie stopnia wykorzystania paliwa pierwotnego o około 16 %,
• • zwiększenie wydajności cieplnej urządzenie o około 7 kW,
• • uzasadniona energetycznie jest praca trigeneratora w warunkach występowania oszronienia wymienników dolnego źródła,
• • utrzymywanie stałego, nominalnego obciążenia silnika spalinowego poprzez dostosowywanie poziomu produkcji energii elektrycznej wpływa na poprawę trwałości silnika, sprawności cieplnej oraz funkcjonalności trigeneratora.
W rozdziale 12 przedstawiono fotografie z przebiegu prac montażowych samego trigeneratora oraz jego montażu na obiekcie pilotażowym.
The doctoral dissertation addresses the matters related to increase of the efficiency of trigeneration gas aggregates "producing" heat and cooling energy along with electricity in a combined manner.
The main objective of the dissertation is to develop the actual model of a trigeneration unit and its testing with pilot installation on a real facility, based on a previously prepared concept of the individual installations built in the test device. This doctoral dissertation also includes an analysis of the work of a trigeneration unit with the recovery of the condensation heat of water vapor contained in the exhaust gases discharged from the unit and an analysis of the work with the recovery of heat dissipated by the engine and generator body. A comparison was made between a trigeneration gas system operating without condensation heat recovery and using steam as an additional heat source under varying outdoor atmospheric conditions.
A secondary objective of the dissertation was to develop a control algorithm for individual actuators of the installation and the gas aggregate as a whole, in order to optimise the use of the components used in the construction of the device and to increase its efficiency, durability and functionality.
Chapter 1 introduces the subject and the most important matters related to the construction and operation of heat pumps, in particular gas trigeneration units.
Chapter 2 specifies the purpose and scope of the work and formulates theses.
Chapter 3 presents a literature review related to gas aggregates and proposes a method for won prototype solution.
Chapter 4 presents the conceptual framework for the construction of the trigeneration unit in ideological terms, relating to both the design and the heat flow and driving power.
Chapter 5 describes the construction of the aggregate, the main sections of which are: a drive unit with gas installation, freon installation of a heat pump with the characteristics of a 195
lower heat source, hydraulic installation of engine cooling, hydraulic installation of heat and "cold" transfer to receivers, and power supply and control installation.
Chapter 6 describes the devices used for the construction of the trigenerator in the target operation conditions, such as: internal combustion engine, compressor of the heat pump system, generator, fans, lamella-tube heat exchangers and plate heat exchangers.
Chapter 7 shows the appearance and characteristic dimensions of the device.
Chapter 8 presents energy balances of individual trigenerator devices and energy balances of the operation of the entire device in all trigenerator operation modes.
Chapter 9 presents the results of tests carried out on the constructed and installed trigenerator prototype. The tests were carried out with the use of the data acquisition system installed on the pilot facility in all operating modes of the device.
Chapter 10 briefly characterizes the noise level produced by a working trigenerator.
Chapter 11 confirms the theses of the dissertation and formulates the most important conclusions from the conducted research, the most important of which are:
• • increase the final efficiency of the unit by 9% by recovering heat from the combustion engine body and generator,
• • increase the final efficiency of the unit by 7% by recovering the condensation heat of the water vapour contained in the flue gases,
• • increase in the use of primary fuel of approximately 16 %,
• • increase in the thermal output of the unit by approximately 7 kW,
• • the operation of the trigenerator under conditions of frost in the lower source heat exchangers is energy justified,
• • maintaining a constant nominal load of the internal combustion engine by adjusting the level of electricity production improves engine durability, thermal efficiency and the functionality of the trigenerator.
Chapter 12 presents photographs from the course of assembly works of the trigenerator itself and its assembly on the pilot facility.
