ΓΗΠΛΩΜΑΣΗΚΖ ΔΡΓΑΗΑ ΑΞΗΟΛΟΓΖΖ ΘΔΡΜΗΚΖ ΑΠΟΘΖΚΖ ΓΖΜΟΣΗΚΟΤ ΑΘΛΖΣΗΚΟΤ ΚΔΝΣΡΟΤ ΔΤΟΜΟΤ

Transcript

1 ΑΡΗΣΟΣΔΛΔΗΟ ΠΑΝΔΠΗΣΖΜΗΟ ΘΔΑΛΟΝΗΚΖ ΠΟΛΤΣΔΥΝΗΚΖ ΥΟΛΖ ΣΜΖΜΑ ΜΖΥΑΝΟΛΟΓΩΝ ΜΖΥΑΝΗΚΩΝ - ΔΝΔΡΓΔΗΑΚΟ ΣΟΜΔΑ ΔΡΓΑΣΖΡΗΟ ΚΑΣΑΚΔΤΖ ΤΚΔΤΩΝ ΓΗΔΡΓΑΗΩΝ ΓΗΠΛΩΜΑΣΗΚΖ ΔΡΓΑΗΑ ΑΞΗΟΛΟΓΖΖ ΘΔΡΜΗΚΖ ΑΠΟΘΖΚΖ ΓΖΜΟΣΗΚΟΤ ΑΘΛΖΣΗΚΟΤ ΚΔΝΣΡΟΤ ΔΤΟΜΟΤ ΜΑΚΡΖ ΘΔΟΓΩΡΑ ΑΔΜ.: 4364 ΤΠΔΤΘΤΝΟ ΚΑΘΖΓΖΣΖ: Αλαπιεξσηήο θαζεγεηήο Γεψξγηνο Σζηιηγθηξίδεο ΘΔΑΛΟΝΗΚΖ 2012

2 1. 2. ΑΡΗΣΟΣΔΛΔΗΟ ΣΜΖΜΑ ΠΑΝΔΠΗΣΖΜΗΟ ΜΖΥΑΝΟΛΟΓΩΝ ΘΔΑΛΟΝΗΚΖ ΜΖΥΑΝΗΚΩΝ 5. Τπεχζπλνο: Αλαπιεξσηήο θαζ. Γεψξγηνο Σζηιηγθηξίδεο 3. ΔΝΔΡΓΔΗΑΚΟ 4. ΔΡΓΑΣΖΡΗΟ ΚΑΣΑΚΔΤΖ ΣΟΜΔΑ ΤΚΔΤΩΝ ΓΗΔΡΓΑΗΩΝ 6. Αξκφδηνο Παξαθνινχζεζεο: 7. Σίηινο εξγαζίαο: ΑΞΗΟΛΟΓΖΖ ΘΔΡΜΗΚΖ ΑΠΟΘΖΚΖ ΓΖΜΟΣΗΚΟΤ ΑΘΛΖΣΗΚΟΤ ΚΔΝΣΡΟΤ ΔΤΟΜΟΤ 8. Ολνκαηεπψλπκν θνηηήηξηαο: Μαθξή Θενδψξα 10. Θεκαηηθή πεξηνρή: 11. Ζκεξνκελία έλαξμεο: 14. Πεξίιεςε: Μάηνο Αξηζκφο κεηξψνπ: Ζκεξνκελία παξάδνζεο: Απξίιηνο 2012 Ζ παξνχζα δηπισκαηηθή εξγαζία απνηειείηαη απφ έλα βηβιηνγξαθηθφ θαη έλα ππνινγηζηηθφ ηκήκα. ην πξψην κέξνο έρεη γίλεη κία επηζθφπεζε ηεο βηβιηνγξαθίαο ζε ζρέζε κε ηελ απνζήθεπζε ελέξγεηαο, κε έκθαζε ζηελ απνζήθεπζε ζεξκηθήο ελέξγεηαο. ην ππνινγηζηηθφ ηκήκα γίλεηαη πξνζπάζεηα γηα ηελ αμηνιφγεζε ηεο ζεξκηθήο απνζήθεο ηνπ Γεκνηηθνχ Αζιεηηθνχ Κέληξνπ Δπφζκνπ. πγθεθξηκέλα ππνινγίδνληαη νη ζεξκνθξαζίεο ηεο δεμακελήο, ηα πνζά ελέξγεηαο πνπ εηζέξρνληαη ζηελ απνζήθε ζεξκφηεηαο, θαζψο θαη εθείλα πνπ εμέξρνληαη απφ απηήλ πξνο ηηο θαηαλαιψζεηο. Απφ ηελ επεμεξγαζία ησλ δεδνκέλσλ πξνθχπηνπλ ζπγθξηηηθά δηαγξάκκαηα πνπ αθνξνχλ ηε ιεηηνπξγία ηεο δεμακελήο θαη ηελ θάιπςε ησλ αλαγθψλ ηνπ γπκλαζηεξίνπ ζε ζέξκαλζε θαη ζε δεζηφ λεξφ ρξήζεο. ην θεθάιαην 1 εμεγνχληαη νη ιφγνη γηα ηνπο νπνίνπο ε απνζήθεπζε ελέξγεηαο θαηέρεη θπξίαξρν ξφιν ζηελ εμνηθνλφκεζή ηεο. ην θεθάιαην 2 παξαηίζεληαη νη επηθξαηέζηεξνη ηξφπνη απνζήθεπζεο ελέξγεηαο, θαηεγνξηνπνηεκέλνη κε βάζε ην είδνο ηεο ελέξγεηαο πνπ απνζεθεχεηαη. Σν θεθάιαην 3 επηθεληξψλεηαη ζηα ζπζηήκαηα απνζήθεπζεο ελέξγεηαο κε ηε κνξθή αηζζεηήο ζεξκφηεηαο. Σν θεθάιαην 4 επηθεληξψλεηαη ζηα ζπζηήκαηα απνζήθεπζεο ελέξγεηαο κε ηε κνξθή ιαλζάλνπζαο ζεξκφηεηαο. ην θεθάιαην 5 πεξηγξάθεηαη ην ειηαθφ ζχζηεκα ηνπ Γ.Α.Κ. Δπφζκνπ. ην θεθάιαην 6 πεξηγξάθεηαη ε δνκή θαη ε ιεηηνπξγία ηεο ζεξκηθήο απνζήθεο θαη ε κεζνδνινγία πνπ αθνινπζήζεθε γηα ηελ αμηνιφγεζή ηεο. ην θεθάιαην 7 παξνπζηάδνληαη ηα απνηειέζκαηα πνπ πξνθχπηνπλ. Σέινο ζην θεθάιαην 8 παξνπζηάδνληαη ηα ζπκπεξάζκαηα πνπ πξνέθπςαλ. 13. Αξηζκφο εξγαζίαο: ηνηρεία εξγαζίαο: Αξ. ειίδσλ: 95 Αξ. Δηθφλσλ: 56 Αξ. Γηαγξακκάησλ: 24 Αξ. Πηλάθσλ: 7 Αξ. Παξαξηεκάησλ: - Αξ. Παξαπνκπψλ: Λέμεηο θιεηδηά: 17. ρφιηα: 18. πκπιεξσκαηηθέο παξαηεξήζεηο: 19. Βαζκφο: I

3 ΠΡΟΛΟΓΟ Ζ παξνχζα δηπισκαηηθή εξγαζία απνηειείηαη απφ έλα βηβιηνγξαθηθφ θαη έλα ππνινγηζηηθφ ηκήκα. ην πξψην κέξνο έρεη γίλεη κία επηζθφπεζε ηεο βηβιηνγξαθίαο ζε ζρέζε κε ηελ απνζήθεπζε ελέξγεηαο, κε έκθαζε ζηελ απνζήθεπζε ζεξκηθήο ελέξγεηαο. ην ππνινγηζηηθφ ηκήκα γίλεηαη πξνζπάζεηα γηα ηελ αμηνιφγεζε ηεο ζεξκηθήο απνζήθεο ηνπ Γεκνηηθνχ Αζιεηηθνχ Κέληξνπ Δπφζκνπ. πγθεθξηκέλα ππνινγίδνληαη νη ζεξκνθξαζίεο ηεο δεμακελήο, ηα πνζά ελέξγεηαο πνπ εηζέξρνληαη ζηελ απνζήθε ζεξκφηεηαο, θαζψο θαη εθείλα πνπ εμέξρνληαη απφ απηήλ πξνο ηηο θαηαλαιψζεηο. Απφ ηελ επεμεξγαζία ησλ δεδνκέλσλ πξνθχπηνπλ ζπγθξηηηθά δηαγξάκκαηα πνπ αθνξνχλ ηε ιεηηνπξγία ηεο δεμακελήο θαη ηελ θάιπςε ησλ αλαγθψλ ηνπ γπκλαζηεξίνπ ζε ζέξκαλζε θαη ζε δεζηφ λεξφ ρξήζεο. ην θεθάιαην 1 εμεγνχληαη νη ιφγνη γηα ηνπο νπνίνπο ε απνζήθεπζε ελέξγεηαο θαηέρεη θπξίαξρν ξφιν ζηελ εμνηθνλφκεζή ηεο. ην θεθάιαην 2 παξαηίζεληαη νη επηθξαηέζηεξνη ηξφπνη απνζήθεπζεο ελέξγεηαο, θαηεγνξηνπνηεκέλνη κε βάζε ην είδνο ηεο ελέξγεηαο πνπ απνζεθεχεηαη. Σν θεθάιαην 3 επηθεληξψλεηαη ζηα ζπζηήκαηα απνζήθεπζεο ελέξγεηαο κε ηε κνξθή αηζζεηήο ζεξκφηεηαο. Σν θεθάιαην 4 επηθεληξψλεηαη ζηα ζπζηήκαηα απνζήθεπζεο ελέξγεηαο κε ηε κνξθή ιαλζάλνπζαο ζεξκφηεηαο. ην θεθάιαην 5 πεξηγξάθεηαη ην ειηαθφ ζχζηεκα ηνπ Γ.Α.Κ. Δπφζκνπ. ην θεθάιαην 6 πεξηγξάθεηαη ε δνκή θαη ε ιεηηνπξγία ηεο ζεξκηθήο απνζήθεο θαη ε κεζνδνινγία πνπ αθνινπζήζεθε γηα ηελ αμηνιφγεζή ηεο. ην θεθάιαην 7 παξνπζηάδνληαη ηα απνηειέζκαηα πνπ πξνθχπηνπλ. Σέινο ζην θεθάιαην 8 παξνπζηάδνληαη ηα ζπκπεξάζκαηα πνπ πξνέθπςαλ. ην ζεκείν απηφ ζα ήζεια λα επραξηζηήζσ ζεξκά ηνλ επηβιέπνληα ηεο δηπισκαηηθήο κνπ εξγαζίαο θαη θαζεγεηή κνπ, αλαπιεξσηή θαζ. θ. Γηψξγν Σζηιηγθηξίδε, πνπ κε εκπηζηεχηεθε θαη κνπ αλέζεζε ηελ εθπφλεζε ηεο παξνχζαο δηπισκαηηθήο εξγαζίαο. Δπηπξφζζεηα, ζα ήζεια λα ηνλ επραξηζηήζσ γηα ηνλ ρξφλν πνπ κνπ αθηέξσζε πξνζθέξνληάο κνπ πνιχηηκε βνήζεηα θαη θαζνξηζηηθέο ζπκβνπιέο. Θεζζαινλίθε, Απξίιηνο 2012 Μαθξή Θενδψξα II

4 Πεξηερόκελα ΔΗΑΓΩΓΖ ΣΟ ΔΝΔΡΓΔΗΑΚΟ ΠΡΟΒΛΖΜΑ ΔΤΡΩΠΑΪΚΖ ΔΝΔΡΓΔΗΑΚΖ ΠΟΛΗΣΗΚΖ ΑΝΑΝΔΩΗΜΔ ΠΖΓΔ ΔΝΔΡΓΔΗΑ ΑΞΗΟΛΟΓΖΖ ΑΝΑΝΔΩΗΜΩΝ ΠΖΓΩΝ ΔΝΔΡΓΔΗΑ ΖΜΑΗΑ ΣΖ ΑΠΟΘΖΚΔΤΖ ΔΝΔΡΓΔΗΑ... 3 ΒΗΒΛΗΟΓΡΑΦΗΑ 1 νπ ΚΔΦΑΛΑΗΟΤ ΑΠΟΘΖΚΔΤΖ ΔΝΔΡΓΔΗΑ ΓΔΝΗΚΑ ΑΠΟΘΖΚΔΤΖ ΜΖΥΑΝΗΚΖ ΔΝΔΡΓΔΗΑ Απνζήθεπζε ζε πεξηζηξεθφκελνπο ηξνρνχο (Flywheel Energy Storage) Αληιεζηνηακίεπζε (Pumped Hydro Storage) Απνζήθεπζε ελέξγεηαο ζε ζπκπηεζκέλν αέξα (Compressed Air Energy Storage) Απνζήθεπζε ελέξγεηαο ζε ειαηήξην ΑΠΟΘΖΚΔΤΖ ΥΖΜΗΚΖ ΔΝΔΡΓΔΗΑ Ζιεθηξνρεκηθή απνζήθεπζε (Battery Energy Storage System) Τδξνγνλναπνζήθεπζε πλζεηηθά θαχζηκα ΖΛΔΚΣΡΗΚΖ ΚΑΗ ΜΑΓΝΖΣΗΚΖ ΑΠΟΘΖΚΔΤΖ Τπεξαγψγηκα πελία (Super-Conducting Magnetic Energy Storage) Τπεξππθλσηέο (Supercapacitors) ΒΗΒΛΗΟΓΡΑΦΗΑ 2 νπ ΚΔΦΑΛΑΗΟΤ ΑΠΟΘΖΚΔΤΖ ΔΝΔΡΓΔΗΑ ΜΔ ΣΖ ΜΟΡΦΖ ΑΗΘΖΣΖ ΘΔΡΜΟΣΖΣΑ ΓΔΝΗΚΑ ΜΖΥΑΝΗΜΟΗ ΚΑΗ ΜΔΑ ΑΠΟΘΖΚΔΤΖ ΑΗΘΖΣΖ ΘΔΡΜΟΣΖΣΑ Τγξά Τιηθά ηεξεά Τιηθά ΜΗΚΡΖ ΓΗΑΡΚΔΗΑ ΑΠΟΘΖΚΔΤΖ ΘΔΡΜΟΣΖΣΑ Δ ΤΓΡΑ ΚΑΗ ΣΔΡΔΑ ΑΠΟΘΖΚΔΤΣΗΚΑ ΜΔΑ Τγξέο απνζήθεο νκνηφκνξθεο ζεξκνθξαζίαο Θεξκηθά δηαζηξσκαησκέλεο πγξέο απνζήθεο Θεξκηθή θιίλε ζηεξεψλ (rock-bed) ΓΗΔΠΟΥΗΑΚΖ ΑΠΟΘΖΚΔΤΖ Τδάηηλε ππφγεηα δεμακελή III

5 Απνζήθεπζε ζεξκφηεηαο ζε ππφγεηα ζπήιαηα (Cavern Thermal Energy Storage) Απνζήθεπζε ζεξκφηεηαο ζε θπζηθά πδξνθφξα ζηξψκαηα (Aquifer Thermal Energy Storage) Γεσηξήζεηο απνζήθεπζεο ζεξκφηεηαο ζε μεξφ έδαθνο (Borehole Thermal Energy Storage) Ζιηαθή ιίκλε ΣΟΗΥΟ ΘΔΡΜΗΚΖ ΑΠΟΘΖΚΔΤΖ ΒΗΒΛΗΟΓΡΑΦΗΑ 3 νπ ΚΔΦΑΛΑΗΟΤ ΑΠΟΘΖΚΔΤΖ ΔΝΔΡΓΔΗΑ ΜΔ ΣΖ ΜΟΡΦΖ ΛΑΝΘΑΝΟΤΑ ΘΔΡΜΟΣΖΣΑ ΓΔΝΗΚΑ ΚΡΗΣΖΡΗΑ ΔΠΗΛΟΓΖ ΣΩΝ PCM ΣΑΞΗΝΟΜΖΖ ΤΛΗΚΩΝ PCM Αλφξγαλα πιηθά Οξγαληθά πιηθά Δχηεθηα κίγκαηα ΤΚΔΤΑΗΑ ΣΩΝ PCM ΤΝΘΔΣΑ ΤΛΗΚΑ Δλζσκάησζε ησλ πιηθψλ αιιαγήο θάζεο ζε θάςνπιεο Μαδηθή νγθψδεο απνζήθεπζε Άκεζε ελζσκάησζε Δλζσκάησζε κε απνξξφθεζε χλζεηα πιηθά ΤΣΖΜΑΣΑ ΑΠΟΘΖΚΔΤΖ ΔΝΔΡΓΔΗΑ ΜΔ PCM: ΚΣΗΡΗΑΚΔ ΔΦΑΡΜΟΓΔ Δθαξκνγέο ησλ PCM ζηελ ηνηρνπνηία θαη ινηπά ζηνηρεία ηνπ θηηξίνπ Υξήζε ησλ PCM ζε ζεξκέο θαη ςπρξέο απνζεθεπηηθέο κνλάδεο ΒΗΒΛΗΟΓΡΑΦΗΑ 4 νπ ΚΔΦΑΛΑΗΟΤ ΖΛΗΑΚΟ ΤΣΖΜΑ ΓΖΜΟΣΗΚΟΤ ΑΘΛΖΣΗΚΟΤ ΚΔΝΣΡΟΤ ΔΤΟΜΟΤ ΔΗΑΓΩΓΖ ΠΑΘΖΣΗΚΑ ΤΣΖΜΑΣΑ ΔΝΔΡΓΖΣΗΚΑ ΤΣΖΜΑΣΑ χζηεκα ειηαθψλ ζπιιεθηψλ ελαιιαθηψλ ζεξκφηεηαο χζηεκα πιήξσζεο κε ειηαθφ πγξφ Θεξκηθή δεμακελή Ζ ΛΔΗΣΟΤΡΓΗΑ ΣΟΤ ΤΣΖΜΑΣΟ ΚΑΣΑ ΣΖΝ ΠΔΡΗΟΓΟ ΠΑΡΑΚΟΛΟΤΘΖΖ ΣΟΤ ΤΣΖΜΑ ΠΑΡΑΚΟΛΟΤΘΖΖ ΣΖ ΔΝΔΡΓΔΗΑΚΖ ΤΜΠΔΡΗΦΟΡΑ ΣΟΤ Γ.Α.Κ. ΔΤΟΜΟΤ IV

6 5.6. ΚΑΣΑΓΡΑΦΟΜΔΝΑ ΜΔΓΔΘΖ ΒΗΒΛΗΟΓΡΑΦΗΑ 5 νπ ΚΔΦΑΛΑΗΟΤ ΓΔΞΑΜΔΝΖ ΕΔΣΟΤ ΝΔΡΟΤ (ΘΔΡΜΗΚΖ ΑΠΟΘΖΚΖ) ΠΔΡΗΓΡΑΦΖ ΚΑΗ ΛΔΗΣΟΤΡΓΗΑ ΓΔΞΑΜΔΝΖ ΕΔΣΟΤ ΝΔΡΟΤ ΔΠΔΞΔΡΓΑΗΑ ΚΑΣΑΓΔΓΡΑΜΜΔΝΩΝ ΜΔΓΔΘΩΝ ΜΔΘΟΓΟΛΟΓΗΑ ΠΟΤ ΑΚΟΛΟΤΘΖΘΖΚΔ Αμηνιφγεζε θαη επεμεξγαζία ησλ θαηαγεγξακκέλσλ κεγεζψλ Τπνινγηζκφο ειηαθήο ελέξγεηαο χζηεκα κέηξεζεο ζεξκνθξαζηψλ ππνινγηζκφο κέζεο ζεξκνθξαζίαο ηεο δεμακελήο Τπνινγηζκφο ελεξγεηαθψλ κεηαβνιψλ ζεξκηθήο απνζήθεο ΒΗΒΛΗΟΓΡΑΦΗΑ 6 νπ ΚΔΦΑΛΑΗΟΤ ΑΠΟΣΔΛΔΜΑΣΑ ΜΖΝΗΑΗΔ ΣΗΜΔ ΥΑΡΑΚΣΖΡΗΣΗΚΩΝ ΜΔΓΔΘΩΝ ΣΗΜΔ Δ ΜΔΓΑΛΖ ΥΡΟΝΗΚΖ ΓΗΑΚΡΗΣΟΣΖΣΑ ΤΜΠΔΡΑΜΑΣΑ V

7 ΔΗΑΓΩΓΖ 1.1. ΣΟ ΔΝΔΡΓΔΗΑΚΟ ΠΡΟΒΛΖΜΑ Μεηά ηελ ελεξγεηαθή θξίζε ηνπ 1973, άξρηζε γηα ηελ αλζξσπφηεηα ε ζπλεηδεηνπνίεζε ελφο απφ ηα ζεκαληηθφηεξα πξνβιήκαηα πνπ ζα θιηζεί λα αληηκεησπίζεη, ην ελεξγεηαθφ - πεξηβαιινληηθφ πξφβιεκα. Ζ αιφγηζηε ρξήζε ελέξγεηαο απφ ηνλ άλζξσπν, νδεγεί ζήκεξα ζηελ βέβαηε εμάληιεζε κεξηθψλ πεγψλ ηεο έζησ θαη αλ απηή ηνπνζεηείηαη ζε καθξηλνχο ρξνληθνχο νξίδνληεο. Σαπηφρξνλα, έρεη νδεγήζεη ζηελ ηεξάζηηα επηβάξπλζε ηνπ πεξηβάιινληνο, κε απνθνξχθσκα ηελ θιηκαηηθή αιιαγή, πνπ απνηειεί ηε κεγαιχηεξε ίζσο πεξηβαιινληηθή θξίζε ζήκεξα. Σν ελεξγεηαθφ πξφβιεκα ζπλίζηαηαη ζηελ εμάληιεζε νξηζκέλσλ ελεξγεηαθψλ πεγψλ, ζηε κε νξζνινγηθή ρξήζε ησλ δηαθφξσλ κνξθψλ ελέξγεηαο, ζηελ εχξεζε ηεο απαηηνχκελεο ελέξγεηαο, ζην φιν θαη κεγαιχηεξν θφζηνο εθκεηάιιεπζεο δπζπξφζηησλ θνηηαζκάησλ πεηξειαίνπ θαη άιισλ πεγψλ ελέξγεηαο θαη ζηελ αλεπαξθή ζήκεξα ηερλνινγία γηα ηελ εθκεηάιιεπζε αλεμάληιεησλ ελεξγεηαθψλ πεγψλ, ελψ ην πεξηβαιινληηθφ πξφβιεκα ζπλίζηαηαη ζηελ επηβάξπλζε ηνπ πεξηβάιινληνο απφ ηνπο κεραληζκνχο θαη ην ζχζηεκα κεηαηξνπήο θαη κεηαθνξάο ελέξγεηαο. [1] 1.2. ΔΤΡΩΠΑΪΚΖ ΔΝΔΡΓΔΗΑΚΖ ΠΟΛΗΣΗΚΖ Σν ελεξγεηαθφ - πεξηβαιινληηθφ πξφβιεκα είλαη έλα πνιπδηάζηαην νηθνλνκηθφ, θνηλσληθφ θαη επνκέλσο πνιηηηθφ πξφβιεκα. Απηή ε ζχλζεηε ππφζηαζή ηνπ, ηα ηειεπηαία ρξφληα έρεη πξνθαιέζεη επαηζζεηνπνίεζε ηφζν ζε παγθφζκην φζν θαη ζε επξσπατθφ επίπεδν. ηε πλάληεζε Κνξπθήο ησλ εγεηψλ ηεο επξσπατθήο έλσζεο ζηηο 8 Μαξηίνπ ηνπ 2007, ε καθξφρξνλε πξνζπάζεηα ηεο Δπξσπατθήο Δπηηξνπήο γηα ηε δεκηνπξγία κηαο εληαίαο ελεξγεηαθήο πνιηηηθήο, πήξε ηε κνξθή ελφο θαζνξηζκέλνπ ζρεδίνπ δξάζεο ζέηνληαο ζε λέα ηξνρηά θαη δπλακηθή ηελ ελεξγεηαθή πνιηηηθή ηεο Δπξψπεο. ην επίθεληξν ηεο λέαο Δπξσπατθήο Δλεξγεηαθήο Πνιηηηθήο βξίζθεηαη έλαο θχξηνο ζηξαηεγηθφο ελεξγεηαθφο ζηφρνο: ε κείσζε ησλ εθπνκπψλ ησλ αεξίσλ ζεξκνθεπίνπ ηεο Δ.Δ. θαηά 20% κέρξη ην 2020, ζε ζχγθξηζε κε ηα επίπεδα ηνπ Γηα ηελ επίηεπμε ηνπ θεληξηθνχ απηνχ ζηξαηεγηθνχ ζηφρνπ, ε Δπξσπατθή Δπηηξνπή πξνηείλεη παξάιιεια επηδίσμε ηξηψλ ζρεηηδφκελσλ ζηφρσλ, κε νξίδνληα ην 2020: (α) βειηίσζε ηεο ελεξγεηαθήο απφδνζεο θαηά 20%, (β) αχμεζε ηνπ πνζνζηνχ δηείζδπζεο ησλ Αλαλεψζηκσλ Πεγψλ Δλέξγεηαο (ΑΠΔ) ζην ελεξγεηαθφ κείγκα θαηά 20% θαη (γ) αχμεζε ηνπ πνζνζηνχ ησλ βηνθαπζίκσλ ζηηο κεηαθνξέο θαηά 10%. εκαληηθφηαην ζηνηρείν πνπ δηαθνξνπνηεί ην παξφλ πιαίζην απφ πξνγελέζηεξα, είλαη φηη νη ζηφρνη γηα ηηο ΑΠΔ (20% δηείζδπζε κέρξη ην 2020) θαη ηα πγξά βηνθαχζηκα (10% αχμεζε κέρξη ην 2020) είλαη δεζκεπηηθνχ ραξαθηήξα. εκεηψλεηαη φηη ην 20% ηεο δηείζδπζεο ησλ ΑΠΔ αθνξά ζην ζχλνιν ησλ ελεξγεηαθψλ ρξήζεσλ (ειεθηξηζκφο, ζεξκφηεηα θαη κεηαθνξέο) θαη σο εθ ηνχηνπ είλαη ηδηαίηεξα θηιφδνμνο. Γηα ηελ ειεθηξνπαξαγσγή εθηηκάηαη φηη ην επηζπκεηφ πνζνζηφ δηείζδπζεο ζα μεπεξάζεη ην 30%. Ο ζηξαηεγηθφο ζηφρνο θαη ηα ζπγθεθξηκέλα κέηξα γηα ηελ πινπνίεζή ηνπ, πνπ πεξηγξάθνληαη ζην ρέδην Γξάζεο, απνηεινχλ ηνλ ππξήλα ηεο λέαο Δπξσπατθήο Δλεξγεηαθήο Πνιηηηθήο. 1

8 ηηο 23 Ηαλνπαξίνπ ηνπ 2008, ε Δπξσπατθή Δπηηξνπή, ζε ζπλέρεηα ηνπ Δπξσπατθνχ ρεδίνπ Γξάζεο γηα ηελ Δλέξγεηα, παξνπζίαζε δχν πξνηάζεηο γηα λέεο Οδεγίεο, γηα ηνλ πεξηνξηζκφ ησλ εθπνκπψλ αεξίσλ ηνπ ζεξκνθεπίνπ ηελ πεξίνδν θαη γηα ηηο ΑΠΔ. ρεηηθά κε απηέο ηηο Οδεγίεο, ππάξρνπλ επηκέξνπο πξνηάζεηο γηα ηηο ρψξεο-κέιε. Γηα ηηο ΑΠΔ, ε κέηξεζε ηεο δηείζδπζεο ζα γίλεη ζηελ ηειηθή θαηαλάισζε (θαη φρη ζηελ πξσηνγελή ελέξγεηα), φπνπ ζα ηζρχζεη 20% δηείζδπζε ζε επξσπατθφ επίπεδν. Γηα ηελ Διιάδα, ν ζηφρνο είλαη 18% επί ηεο ηειηθήο θαηαλάισζεο ελέξγεηαο γηα ην Θα εθπνλεζνχλ Δζληθά ρέδηα Γξάζεο απφ ηηο ρψξεο-κέιε θαη ζα ππάξρνπλ ελδηάκεζνη έιεγρνη πινπνίεζεο ηνπ ζηφρνπ ην 2014, ην 2016 θαη ην Παξάιιεια, εηζάγεηαη ν ζεζκφο ηεο εκπνξίαο πηζηνπνηεηηθψλ εγγχεζεο πξνέιεπζεο απφ ΑΠΔ, κεηαμχ ησλ ρσξψλ κειψλ. Οη θχξηνη άμνλεο ηεο ελεξγεηαθή πνιηηηθήο ζηελ Διιάδα ζπλνςίδνληαη ζηα εμήο: Αζθάιεηα ελεξγεηαθνχ εθνδηαζκνχ. Γηαθνξνπνίεζε ελεξγεηαθψλ πεγψλ. Πξνζηαζία ηνπ πεξηβάιινληνο. Πξνψζεζε ηεο παξαγσγηθφηεηαο θαη ηεο αληαγσληζηηθφηεηαο, κέζσ ελεξγεηαθψλ επελδχζεσλ θαζαξψλ ελεξγεηαθψλ ηερλνινγηψλ, εμαζθαιίδνληαο παξάιιεια ηελ πεξηθεξεηαθή αλάπηπμε. [4] 1.3. ΑΝΑΝΔΩΗΜΔ ΠΖΓΔ ΔΝΔΡΓΔΗΑ Οη αλαλεψζηκεο πεγέο ελέξγεηαο είλαη κε νξπθηέο πεγέο ελέξγεηαο νη νπνίεο αλαλεψλνληαη κέζσ ησλ θπζηθψλ θχθισλ θαη επνκέλσο ζεσξνχληαη αλεμάληιεηεο. Πην ζπγθεθξηκέλα ηα είδε ησλ Α.Π.Δ. είλαη ηα εμήο: Ζ ειηαθή ελέξγεηα, ε νπνία αμηνπνηείηαη είηε κε παζεηηθέο κεζφδνπο είηε κε δηάθνξεο κεζφδνπο κεηαηξνπήο ηεο ειηαθήο αθηηλνβνιίαο ζε άιιεο ρξήζηκεο κνξθέο ελέξγεηαο. Ζ αηνιηθή ελέξγεηα, ε νπνία ζηεξίδεηαη ζηελ εθκεηάιιεπζε ηεο θηλεηηθήο ελέξγεηαο ησλ αεξίσλ καδψλ ηεο αηκφζθαηξαο. Ζ γεσζεξκηθή ελέξγεηα, δειαδή ε θπζηθή ζεξκηθή ελέξγεηα πνπ πεγάδεη απφ ην εζσηεξηθφ ηεο γεο θαη εκπεξηέρεηαη ζε ζεξκνχο αηκνχο, επίγεηα ή ππφγεηα ζεξκά λεξά θαη ζε ζεξκά πεηξψκαηα. Ζ βηνκάδα, πνπ είλαη πιηθφ θπηηθήο ή δσηθήο πξνέιεπζεο, ζρεκαηίδεηαη απφ ηε θσηνζπλζεηηθή κεηαηξνπή ηεο ειηαθήο ελέξγεηαο θαη κπνξεί λα ρξεζηκνπνηεζεί σο θαχζηκν γηα ηελ παξαγσγή ελέξγεηαο. Ζ πδξνειεθηξηθή ελέξγεηα, πνπ νξίδεηαη σο ε εθκεηάιιεπζε ηεο δπλακηθήο ελέξγεηαο ηνπ λεξνχ γηα ηελ παξαγσγή ειεθηξηζκνχ. Ζ ελέξγεηα ηεο ζάιαζζαο, κέζσ ηεο νπνίαο αμηνπνηνχληαη ε ζεξκηθή ελέξγεηα ησλ σθεαλψλ, ε ελέξγεηα ησλ θπκάησλ θαη ε ελέξγεηα ησλ παιηξξνηψλ. [2,3,6] 1.4. ΑΞΗΟΛΟΓΖΖ ΑΝΑΝΔΩΗΜΩΝ ΠΖΓΩΝ ΔΝΔΡΓΔΗΑ Σα θχξηα πιενλεθηήκαηα ησλ ΑΠΔ είλαη ηα εμήο: Δίλαη πξαθηηθά αλεμάληιεηεο πεγέο ελέξγεηαο θαη ζπκβάιινπλ ζηε κείσζε ηεο εμάξηεζεο απφ ηνπο εμαληιήζηκνπο πφξνπο (θπξίσο ηα νξπθηά θαχζηκα). Δίλαη εγρψξηεο πεγέο ελέξγεηαο θαη ζπλεηζθέξνπλ ζηελ ελίζρπζε ηεο ελεξγεηαθήο απηάξθεηαο θαη ηεο αζθάιεηαο ηνπ ελεξγεηαθνχ εθνδηαζκνχ ζε ηνπηθφ, πεξηθεξεηαθφ θαη εζληθφ επίπεδν. 2

9 Δίλαη δηάζπαξηεο γεσγξαθηθά θαη νδεγνχλ ζηελ απνθέληξσζε ηνπ ελεξγεηαθνχ ζπζηήκαηνο, παξέρνληαο ηε δπλαηφηεηα θάιπςεο ησλ ελεξγεηαθψλ αλαγθψλ ζε ηνπηθφ θαη πεξηθεξεηαθφ επίπεδν, αλαθνπθίδνληαο έηζη ηα ζπζηήκαηα ππνδνκήο θαη κεηψλνληαο ηηο απψιεηεο απφ ηε κεηαθνξά ελέξγεηαο. Πξνζθέξνπλ ηε δπλαηφηεηα νξζνινγηθήο αμηνπνίεζεο ησλ ελεξγεηαθψλ πφξσλ θαιχπηνληαο έλα επξχ θάζκα ησλ ελεξγεηαθψλ αλαγθψλ ησλ ρξεζηψλ (π.ρ. ειηαθή ελέξγεηα γηα ζεξκφηεηα ρακειψλ ζεξκνθξαζηψλ ή αηνιηθή ελέξγεηα γηα ειεθηξνπαξαγσγή). Έρνπλ ζπλήζσο ρακειφ ιεηηνπξγηθφ θφζηνο πνπ δελ επεξεάδεηαη απφ ηηο δηαθπκάλζεηο ηεο δηεζλνχο νηθνλνκίαο θαη εηδηθφηεξα ηηο ηηκέο ησλ ζπκβαηηθψλ θαπζίκσλ. Οη εγθαηαζηάζεηο εθκεηάιιεπζεο ησλ ΑΠΔ έρνπλ ζρεδηαζηεί γηα λα θαιχπηνπλ ηηο αλάγθεο ησλ ρξεζηψλ ηφζν ζε κηθξή φζν θαη ζε κεγάιε θιίκαθα. Έρνπλ κηθξή δηάξθεηα θαηαζθεπήο, επηηξέπνληαο έηζη ηε γξήγνξε πινπνίεζε απνθάζεσλ. Μπνξνχλ λα απνηειέζνπλ ζε πνιιέο πεξηπηψζεηο ππξήλα γηα ηελ αλαδσνγφλεζε νηθνλνκηθά θαη θνηλσληθά ππνβαζκηζκέλσλ πεξηνρψλ θαη πφιν γηα ηελ ηνπηθή θαη πεξηθεξεηαθή αλάπηπμε, κε ηελ πξνψζεζε αλάινγσλ επελδχζεσλ (π.ρ. αηνιηθά πάξθα, εξγνζηάζηα ελεξγεηαθήο αμηνπνίεζεο γεσξγηθήο βηνκάδαο, ζεξκνθεπηαθέο θαιιηέξγεηεο κε ηε ρξήζε γεσζεξκηθήο ελέξγεηαο). Δίλαη θηιηθέο πξνο ην πεξηβάιινλ θαη ηνλ άλζξσπν θαη ε αμηνπνίεζή ηνπο είλαη γεληθά απνδεθηή απφ ην θνηλφ. [2,3,6] Σα θχξηα κεηνλεθηήκαηα ησλ ΑΠΔ ζπλνςίδνληαη ζηα εμήο: Δίλαη αξαηέο κνξθέο ελέξγεηαο ζε ζχγθξηζε κε ηε ξνή ελέξγεηαο πνπ κπνξνχλ λα πξνζθέξνπλ νη κνξθέο πνπ θπξηαξρνχλ ζήκεξα. Ο ζπληειεζηήο εθκεηάιιεπζεο ησλ ΑΠΔ είλαη αξθεηά ρακειφο, ηεο ηάμεο ηνπ 30%. Έηζη αδπλαηνχλ λα θαιχςνπλ ηηο αλάγθεο ησλ κεγάισλ αζηηθψλ θέληξσλ θαη σο εθ ηνχηνπ ρξεζηκνπνηνχληαη κέρξη ζηηγκήο κφλν ζαλ ζπκπιεξσκαηηθέο πεγέο ελέξγεηαο. Οη θχξηεο κνξθέο ησλ ΑΠΔ παξνπζηάδνπλ κεγάιεο ρξνληθέο δηαθπκάλζεηο ηεο εληάζεψο ηνπο, αλάινγα κε ηε γεσγξαθηθή ζέζε, ηελ ψξα ηεο εκέξαο θαη ηελ επνρή ηνπ ρξφλνπ. Έηζη, ε απφδνζε ησλ ζπζηεκάησλ πνπ εθκεηαιιεχνληαη ηελ ειηαθή, ηελ αηνιηθή θαη ηελ πδξνειεθηξηθή ελέξγεηα εμαξηάηαη απφ ηα ραξαθηεξηζηηθά ηεο πεξηνρήο ζηελ νπνία εγθαζίζηαληαη. Γηάθνξα θαηά πεξίπησζε κεηνλεθηήκαηα ησλ ΑΠΔ είλαη ηα εμήο: Οη αηνιηθέο κεραλέο πξνθαινχλ ζφξπβν θαη δηαηαξαρέο ζηελ ιήςε ζεκάησλ. Γηα ηελ εθκεηάιιεπζε π.ρ. ηεο αηνιηθήο ή ηεο ειηαθήο ελέξγεηαο απαηηείηαη δέζκεπζε κεγάισλ εθηάζεσλ γεο (π.ρ. γηα εγθαηάζηαζε θσηνβνιηατθψλ πάξθσλ, αηνιηθψλ κεραλψλ θηι). [2,3,6] πλνςίδνληαο, έρεη γίλεη αληηιεπηφ φηη εάλ θαη εθφζνλ αλαζηαιζνχλ ηα κεηνλεθηήκαηα πνπ αλαθέξζεθαλ παξαπάλσ σο πξνο ηελ ρξήζε ηνπο, νη αλαλεψζηκεο πεγέο ελέξγεηαο ζα απνηειέζνπλ ζεκαληηθή παξάκεηξν γηα ηελ επίιπζε ηνπ ελεξγεηαθνχ - πεξηβαιινληηθνχ πξνβιήκαηνο ΖΜΑΗΑ ΣΖ ΑΠΟΘΖΚΔΤΖ ΔΝΔΡΓΔΗΑ Δθηηκάηαη φηη εάλ ν ζεκεξηλφο ξπζκφο αχμεζεο ηνπ πιεζπζκνχ θαη ηεο εθκεηάιιεπζεο ηεο άκεζα δηαζέζηκεο απνζεθεπκέλεο ελέξγεηαο ζηα νξπθηά θαχζηκα 3

10 ζπλερηζηεί, ηα ηειεπηαία ζα εμαληιεζνχλ ζε πεξίπνπ έλαλ αηψλα. Έηζη, νη επηζηήκνλεο ζε φιν ηνλ θφζκν βξίζθνληαη ζε αλαδήηεζε λέσλ θαη αλαλεψζηκσλ πεγψλ ελέξγεηαο. Οη ηερλνινγίεο απνζήθεπζεο ελέξγεηαο νδεγνχλ ζηελ θαιχηεξε δηαρείξηζε θαη εθκεηάιιεπζε ησλ ΑΠΔ πνπ ραξαθηεξίδνληαη απφ δηαθπκάλζεηο. Σαπηφρξνλα, κεηψλεηαη ε εμάξηεζε απφ ηα νξπθηά θαχζηκα θαη επνκέλσο κεηψλνληαη νη ξππνγφλεο εθπνκπέο ησλ ηειεπηαίσλ. Ζ απνζήθεπζε ελέξγεηαο φκσο, δελ δηαδξακαηίδεη ζεκαληηθφ ξφιν κφλν ζηελ εμνηθνλφκεζε ελέξγεηαο, αιιά ηαπηφρξνλα βειηηψλεη ηελ επίδνζε, ηελ αμηνπηζηία θαη ηελ πξνζαξκνζηηθφηεηα ησλ ελεξγεηαθψλ ζπζηεκάησλ ρξήζεο ΑΠΔ. ηα πεξηζζφηεξα ζπζηήκαηα ππάξρεη κία αλαληηζηνηρία αλάκεζα ζηελ παξνρή ελέξγεηαο θαη ζηε δήηεζε απηήο. Απηφ ζπκβαίλεη δηφηη ε δήηεζε ελέξγεηαο παξνπζηάδεη επνρηαθέο δηαθπκάλζεηο, ελψ ηαπηφρξνλα πνιιέο κνξθέο ελέξγεηαο φπσο π.ρ. ε ειηαθή, δελ έρνπλ ζηαζεξή παξαγσγή. ε ηέηνηα ινηπφλ ζπζηήκαηα, γηα ηελ θάιπςε ησλ ελεξγεηαθψλ αλαγθψλ πξέπεη λα ρξεζηκνπνηεζνχλ είηε εθεδξηθά ζπζηήκαηα παξαγσγήο ελέξγεηαο είηε ζπζηήκαηα κεηαηξνπήο ελέξγεηαο γηα λα εγγπεζνχλ ηελ αμηφπηζηε παξνρή ηεο, κε απνηέιεζκα επελδχζεηο πςεινχ θφζηνπο. Δδψ εηζάγνληαη ηα ζπζηήκαηα απνζήθεπζεο ελέξγεηαο πνπ κπνξνχλ λα ξπζκίζνπλ ηε δηαθνξά θάζεο κεηαμχ ηεο πξνζθνξάο θαη ηεο δήηεζεο ελέξγεηαο θαη λα ηαηξηάμνπλ ηηο επνρηαθέο αλάγθεο κε ηελ δηαζεζηκφηεηα ελέξγεηαο. Ζ ελέξγεηα πνπ παξάγεηαη ζε πεξηφδνπο απαίηεζεο ρακεινχ θνξηίνπ (ρακειήο δήηεζεο) κπνξεί λα απνζεθεπηεί γηα λα ρξεζηκνπνηεζεί ζε πεξηφδνπο αηρκήο (πςειήο δήηεζεο), απμάλνληαο έηζη ηελ παξαγσγηθφηεηα θαη ηελ αμηνπηζηία ηνπ ζπζηήκαηνο παξαγσγήο ελέξγεηαο. Δπίζεο, ε παξαγσγή ελέξγεηαο κπνξεί λα πξαγκαηνπνηεζεί ζε πεξηφδνπο ρακειήο δήηεζεο φπνπ ην θφζηνο παξαγσγήο είλαη κηθξφ. [2,5] 4

11 ΒΗΒΛΗΟΓΡΑΦΗΑ 1 νπ ΚΔΦΑΛΑΗΟΤ 1. Σζηιηγθηξίδεο Γηψξγνο, «Γηαρείξηζε Δλεξγεηαθψλ Πφξσλ», δηδαθηηθέο ζεκεηψζεηο, ΑΠΘ, Θεζζαινλίθε, Σζηιηγθηξίδεο Γηψξγνο, «Αλαλεψζηκεο Πεγέο Δλέξγεηαο», δηδαθηηθέο ζεκεηψζεηο, ΑΠΘ, Θεζζαινλίθε, Εεξβφο Αξζνχξνο, Αλαλεψζηκεο πεγέο ελέξγεηαο, Δθδφζεηο ΔΜΠ, Αζήλα, H.P. Garg, S.C.Mullick, A.C.Bhargava, Solar thermal energy storage, D.Reidel Publishing Company, Dordrecht,

12 2. ΑΠΟΘΖΚΔΤΖ ΔΝΔΡΓΔΗΑ 2.1 ΓΔΝΗΚΑ Πξσηαξρηθή απνζήθεπζε ελέξγεηαο (θπζηθή) Ζ θχζε αλέθαζελ απνζήθεπε ηεξάζηηα πνζά ελέξγεηαο κε δηάθνξεο κνξθέο. Ο ήιηνο είλαη ε θχξηα θαη ζεκειηψδεο πεγή ελέξγεηαο γηα ηε γε. Ζ ελέξγεηα ηνπ είλαη απηή πνπ πξνθαιεί ηφζν ηνλ πδξνδπλακηθφ θχθιν φζν θαη ηελ θίλεζε ησλ αλέκσλ. Απνζεθεπκέλε ελέξγεηα ζπλαληάηαη κε ηε κνξθή ηεο βηνκάδαο. Ζ βηνκάδα είλαη νξγαληθή χιε, πξνέξρεηαη απφ ηε θσηνζπλζεηηθή κεηαηξνπή ηεο ειηαθήο ελέξγεηαο θαη απνηειεί ζήκεξα έλα απφ ηα πην ππνζρφκελα απνζέκαηα ελέξγεηαο ηεο γεο. Απνζεθεπκέλε φκσο ειηαθή ελέξγεηα ζπλαληάηαη θαη κε ηε κνξθή ρεκηθήο, ζηνπο γαηάλζξαθεο θαη ηα θνηηάζκαηα πεηξειαίνπ θαη θπζηθνχ αεξίνπ. Σα νξπθηά απηά θαχζηκα, εθηφο ηνπ φηη είλαη νη θχξηεο πεγέο πξσηνγελνχο ελέξγεηαο, απνηεινχλ θαη ηελ θαιχηεξε κνξθή απνζεθεπκέλεο ελέξγεηαο. Ζ απνζήθεπζή ηνπο είλαη εχθνιε, ηδίσο ησλ πεηξειαηνεηδψλ θαη ν ρξφλνο απνζήθεπζεο εμαξηάηαη απφ ην πφηε ζα ρξεηαζηεί λα θαηαλαισζνχλ. [1,4] Απνζήθεπζε ελέξγεηαο απφ ηνλ άλζξσπν (ηερλεηή) Ζ απνζήθεπζε ελέξγεηαο ζε κνξθέο θαηάιιειεο πξνο εθκεηάιιεπζε είλαη ε παξνχζα παγθφζκηα πξφθιεζε γηα ηνπο επηζηήκνλεο. Ζ επηινγή ηεο κεζφδνπ απνζήθεπζεο εμαξηάηαη απφ πνιινχο παξάγνληεο νη ζεκαληηθφηεξνη εθ ησλ νπνίσλ είλαη: Σν ρξνληθφ δηάζηεκα ηεο απνζήθεπζεο. Ζ πνζφηεηα ηεο ελέξγεηαο πνπ ζα απνζεθεπηεί. Ζ κνξθή ηεο ελέξγεηαο πνπ πξέπεη λα απνζεθεπηεί. Ζ πνηθηιία ησλ ξπζκψλ θαηαλάισζεο. ηηο επφκελεο παξαγξάθνπο παξνπζηάδνληαη νη επηθξαηέζηεξνη ηξφπνη απνζήθεπζεο ελέξγεηαο, θαηεγνξηνπνηεκέλνη κε βάζε ην είδνο ηεο ελέξγεηαο πνπ απνζεθεχεηαη. [1] 2.2. ΑΠΟΘΖΚΔΤΖ ΜΖΥΑΝΗΚΖ ΔΝΔΡΓΔΗΑ Ζ κεραληθή ελέξγεηα δχλαηαη λα απνζεθεπηεί σο θηλεηηθή θαη σο δπλακηθή. Μέρξη ζήκεξα νη έξεπλεο έρνπλ πξνζαλαηνιηζηεί ζηηο εμήο κεζφδνπο απνζήθεπζεο κεραληθήο ελέξγεηαο: α) Απνζήθεπζε σο θηλεηηθή ελέξγεηα ζε πεξηζηξεθφκελνπο ηξνρνχο (ζθνλδχινπο). β) Απνζήθεπζε σο δπλακηθή ελέξγεηα ζε θξάγκα. γ) Απνζήθεπζε σο δπλακηθή ελέξγεηα ζε ζπκπηεζκέλν αέξα. δ) Απνζήθεπζε σο δπλακηθή ελέξγεηα ζε ειαηήξην Απνζήθεπζε ζε πεξηζηξεθόκελνπο ηξνρνύο (Flywheel Energy Storage) Σα ζπζηήκαηα FES απνζεθεχνπλ ελέξγεηα εθκεηαιιεπφκελα ηελ πεξηζηξνθή ελφο ζθνλδχινπ ζε πςειέο ηαρχηεηεο. Ο ζθφλδπινο είλαη έλαο ηξνρφο, ε κάδα ηνπ νπνίνπ είλαη ζπγθεληξσκέλε ζηελ πεξηθέξεηα έηζη ψζηε φια ηνπ ηα ζεκεία λα έρνπλ κεγάιε ξνπή αδξάλεηαο, γεγνλφο πνπ ζπληειεί ζηε ζπληήξεζε ηεο απνζεθεπκέλεο ελέξγεηαο (εηθόλα 2.1). Γηα ηελ θαηαζθεπή ησλ πεξηζηξεθφκελσλ ηξνρψλ απαηηνχληαη ειαθξηά πιηθά κε πςειή αληνρή. Σν πεξηερφκελν ελέξγεηαο ελφο πεξηζηξεθφκελνπ κεραληθνχ ζπζηήκαηνο είλαη: 6

13 φπνπ, k: θηλεηηθή ελέξγεηα Η: ξνπή αδξάλεηαο σ: γσληαθή ηαρχηεηα (2.1) Οη ζθφλδπινη ρξεζηκνπνηνχληαη παξαδνζηαθά ζε ζπλδπαζκφ κε ηηο αηκνκεραλέο θαη ηηο κεραλέο εζσηεξηθήο θαχζεο γηα ηελ παξνρή απνζήθεπζεο κηθξήο δηάξθεηαο, φκσο ηα πεξηζζφηεξα ζπζηήκαηα FES ρξεζηκνπνηνχληαη ζηελ παξαγσγή ειεθηξηθήο ελέξγεηαο. ε πεξηφδνπο ρακειήο δήηεζεο φπνπ ππάξρεη πιεφλαζκα ελέξγεηαο απφ ην δίθηπν, απνζεθεχνπλ ελέξγεηα κέζσ ηεο επηηάρπλζεο ηνπ ζθνλδχινπ, ηελ νπνία πξνζδίδνπλ πίζσ ζην δίθηπν κέζσ ηεο επηβξάδπλζεο ηνπ ζθνλδχινπ, ζε πεξηφδνπο φπνπ ππάξρεη απαίηεζε ελέξγεηαο (εηθόλα 2.2). ε ζχγθξηζε κε άιινπο ηξφπνπο απνζήθεπζεο ελέξγεηαο, ηα FES έρνπλ κεγάιε δηάξθεηα δσήο θαζψο ιεηηνπξγνχλ δεθαεηίεο κε ειάρηζηε ή θαη θαζφινπ ζπληήξεζε. Ζ ελεξγεηαθή ηνπο απφδνζε κπνξεί λα θηάζεη κέρξη θαη 90%. Μέρξη ζηηγκήο φκσο ηείλνπλ λα είλαη αθξηβά θαη θαηάιιεια γηα απνζήθεπζε κηθξήο δηάξθεηαο. Έηζη, αλακέλεηαη λα έρνπλ εθαξκνγέο πεξηζζφηεξν ζε ζπζηήκαηα παξνρήο ηζρχνο γηα κηθξά ρξνληθά δηαζηήκαηα ζαλ εθεδξηθέο πεγέο. [4,9] Δηθόλα 2.1: Ρπζκηζηηθόο ζθόλδπινο ( flywheel) [19] 7

14 Δηθόλα 2.2: Γελλήηξηα ειεθηξηθνύ ξεύκαηνο ζπλδπαζκέλε κε ζύζηεκα FES. 1.Γεμακελή θαπζίκνπ 2.Κηλεηήξαο diesel 3.πκπιέθηεο, 4.θόλδπινο απνζήθεπζεο ελέξγεηαο 5.Έδξαλα θπιίζεσο 6.Δλαιιάθηεο 7.Πεξίβιεκα θελνύ 8.Μεηαηξνπέαο 9.Απνζβεζηήξεο θξαδαζκώλ 10.Ηρνκόλσζε [20] Αληιεζηνηακίεπζε (Pumped Hydro Storage) Ζ αληιεζηνηακίεπζε είλαη ε κνλαδηθή ηερλνινγία απνζήθεπζεο ελέξγεηαο κεγάιεο θιίκαθαο πνπ ρξεζηκνπνηείηαη επξέσο απηή ηε ζηηγκή ζηα ζπζηήκαηα παξαγσγήο ηζρχνο. Γηα δεθαεηίεο, νη επηρεηξήζεηο θνηλήο σθέιεηαο ρξεζηκνπνηνχλ ηελ αληιεζηνηακίεπζε σο έλαλ νηθνλνκηθφ ηξφπν γηα λα αληινχλ λεξφ απφ κία δεμακελή, ζε κία άιιε ηνπνζεηεκέλε ζε πςειφηεξν επίπεδν. ε πεξηφδνπο ρακειήο δήηεζεο ε ελέξγεηα απνζεθεχεηαη σο πδξαπιηθή δπλακηθή ελέξγεηα θαηά ηελ άληιεζε ηνπ λεξνχ απφ ηε ρακειή ζηελ πςειή δεμακελή. ε πεξηφδνπο πςειήο δήηεζεο ελέξγεηαο ην απνζεθεπκέλν λεξφ ειεπζεξψλεηαη θαη δηνρεηεχεηαη ζε έλα ζηξφβηιν, ν νπνίνο εθκεηαιιεπφκελνο ηελ νξκή ηνπ, αξρίδεη λα πεξηζηξέθεηαη παξάγνληαο κε απηφ ηνλ ηξφπν ειεθηξηθή ελέξγεηα. ηελ εηθόλα 2.3 απεηθνλίδεηαη έλα ζχζηεκα αληιεζηνηακίεπζεο ην νπνίν απνηειείηαη απφ ηα εμήο κέξε: Γχν δεμακελέο νη νπνίεο βξίζθνληαη ζε ηθαλή πςνκεηξηθή δηαθνξά, αγσγνχο λεξνχ, αληιία (ή ζχλνιν παξάιιεια ζπλδεδεκέλσλ αληιηψλ) θαη πδξνζηξφβηιν (ή ζχλνιν παξάιιεια ζπλδεδεκέλσλ πδξνζηξνβίισλ). Ζ αληιεζηνηακίεπζε κπνξεί λα πξνζθέξεη πςειή ρσξεηηθφηεηα ελέξγεηαο ζε ρακειφ θφζηνο, ελψ παξά ηηο απψιεηεο ν βαζκφο απφδνζεο ζε έλα πιήξε θχθιν είλαη ηθαλνπνηεηηθφο. Σν κεγάιν κεηνλέθηεκα απηήο ηεο κεζφδνπ απνζήθεπζεο είλαη ε εμεηδηθεπκέλε πεξηνρή ε νπνία ρξεηάδεηαη γηα λα θαηαζθεπαζηεί ε εγθαηάζηαζε θαη ην πςειφ θφζηνο εγθαηάζηαζεο. Παγθνζκίσο είλαη δηαζέζηκα πάλσ απφ 90 GW ηζρχνο απφ αληιεζηνηακίεπζε. [8,14] 8

15 Δηθόλα 2.3: ύζηεκα αληιεζηνηακίεπζεο [15] Απνζήθεπζε ελέξγεηαο ζε ζπκπηεζκέλν αέξα (Compressed Air Energy Storage) Καηά ηε ζπκπίεζε αέξα ή αεξίνπ, απμάλεηαη ε εζσηεξηθή ηνπ ελέξγεηα θαη κε απηφ ηνλ ηξφπν απνζεθεχεηαη ζε απηφ δπλακηθή ελέξγεηα. Απηή ηελ αξρή ρξεζηκνπνηνχλ ηα ζπζηήκαηα CAES, ηα νπνία κπνξνχλ λα απνζεθεχζνπλ ζπκπηεζκέλν αέξα ζε επίγεηεο δεμακελέο θαη θπζηθέο ή ηερλεηέο ππφγεηεο δεμακελέο. Σερληθά, ε απνζήθεπζε κεγάιεο θιίκαθαο ζπκπηεζκέλνπ αέξα ζε πεξηνξηζκέλα πδξνθφξα ζηξψκαηα θαη ζε ππφγεηεο ζπειηέο πνπ έρνπλ δεκηνπξγεζεί κε εμφξπμε βξάρσλ, είλαη βηψζηκε. Ζ ελέξγεηα πνπ απνζεθεχεηαη κπνξεί λα αλαθηεζεί εάλ αληηζηξαθεί ε δηεξγαζία, κε εθηφλσζε ηνπ αεξίνπ ζε αεξηνζηξφβηινπο ρακειήο πίεζεο κε ζηφρν ηελ παξαγσγή ειεθηξηθήο ελέξγεηαο (εηθόλα 2.4). ήκεξα ππάξρνπλ δχν εκπνξηθέο εθαξκνγέο CAES.Ζ πξψηε, είλαη κία κνλάδα 290 MW πνπ θαηαζθεπάζηεθε ζην Hundorf ηεο Γεξκαλίαο, ελψ ε άιιε είλαη κία κνλάδα 110 MW πνπ θαηαζθεπάζηεθε ζην McIntosh ηεο Αιακπάκα. Σαπηφρξνλα, θαηλνχξηεο κνλάδεο CAES βξίζθνληαη ζε ζηάδην είηε ζρεδηαζκνχ είηε ειέγρνπ. [4,8] ε εθαξκνγέο κηθξφηεξεο θιίκαθαο ε απνζήθεπζε γίλεηαη κφλν ζε ηερλεηέο δεμακελέο θαη ν πεπηεζκέλνο αέξαο ρξεζηκνπνηείηαη γηα ηε ιεηηνπξγία εξγαιείσλ θαη δνκηθψλ κεραλψλ αέξνο π.ρ. αεξφθιεηδα, ηξππάληα, πξέζεο, δηαηξεηηθά κεραλήκαηα (εηθόλα 2.5). Δηθόλα 2.4: ύζηεκα απνζήθεπζεο ελέξγεηαο ζε ζπκπηεζκέλν αέξα [18] 9

16 Δηθόλα 2.5: Γηαηξεηηθό κεράλεκα αέξνο κε ηξνρήιαηε απνζήθε πεπηεζκέλνπ αέξα [21] Απνζήθεπζε ελέξγεηαο ζε ειαηήξην Σα ειαηήξηα ρξεζηκνπνηνχληαη γηα απνζήθεπζε δπλακηθήο ελέξγεηαο. Καηά ηε ζπκπίεζε ηνπ ειαηεξίνπ απνζεθεχεηαη ζε απηφ δπλακηθή ελέξγεηα, ε νπνία θαηά ηελ απνζπκπίεζε κεηαηξέπεηαη ζε θηλεηηθή ελέξγεηα. Δμαηηίαο ηεο ρακειήο ππθλφηεηαο ελέξγεηαο, είλαη απίζαλν ηα ειαζηηθά ζπζηήκαηα λα έρνπλ εθαξκνγέο γηα απνζήθεπζε ελέξγεηαο κεγάιεο θιίκαθαο. Έηζη ηα ειαηήξηα κπνξνχλ λα ρξεζηκνπνηεζνχλ ζαλ ζπζηήκαηα απνζήθεπζεο ελέξγεηαο κηθξήο θιίκαθαο ζηα ξνιφγηα, ζηηο πφξηεο θαη ζηα παηδηθά θνπξδηζηά παηρλίδηα ΑΠΟΘΖΚΔΤΖ ΥΖΜΗΚΖ ΔΝΔΡΓΔΗΑ Ζ απνζήθεπζε ρεκηθήο ελέξγεηαο βαζίδεηαη ζηελ απνζήθεπζε ηεο ελέξγεηαο ζε ρεκηθέο ελψζεηο, νη νπνίεο φηαλ αληηδξνχλ κεηαμχ ηνπο γηα ην ζρεκαηηζκφ λέσλ ρεκηθψλ ελψζεσλ εθιχνπλ είηε απνξξνθνχλ ελέξγεηα. Δάλ απηέο ηηο ρεκηθέο νπζίεο ηηο απνζεθεχζνπκε μερσξηζηά ηε κία απφ ηελ άιιε, δελ ππάξρεη θαλέλαο ρξνληθφο πεξηνξηζκφο σο πξνο ηελ δηαηήξεζε ηεο ελέξγεηαο. Γειαδή ε ελέξγεηα κπνξεί λα παξακείλεη απνζεθεπκέλε γηα κεγάιν ρξνληθφ δηάζηεκα. Σν πιενλέθηεκα ηεο ρεκηθήο απνζήθεπζεο έλαληη ησλ άιισλ κνξθψλ είλαη ε απνζήθεπζε κεγάινπ πνζνχ ελέξγεηαο ζε κηθξφ φγθν. Ζ ρεκηθή ελέξγεηα κπνξεί λα απνζεθεπηεί ζε ζπζζσξεπηέο, ζε πδξνγφλν θαη ζε ζπλζεηηθά θαχζηκα Ζιεθηξνρεκηθή απνζήθεπζε (Battery Energy Storage System) Ζ απνζήθεπζε ειεθηξηθήο ελέξγεηαο κε ηε κνξθή ρεκηθήο ζε ζπζζσξεπηέο, θαίλεηαη φηη απνηειεί ηελ πην θαηάιιειε κέζνδν απνζήθεπζεο θαη γηα ηνλ ιφγν απηφ ζα γίλεη εθηελέζηεξε αλαθνξά ζε απηή. Οη ζπζζσξεπηέο είλαη ειεθηξνρεκηθέο δηαηάμεηο πνπ κεηαηξέπνπλ ηελ ρεκηθή ελέξγεηα ζε ειεθηξηθή θαηά ηελ εθθέλσζε ηεο κπαηαξίαο, ελψ θαηά ηε δηάξθεηα θφξηηζήο ηεο ε ειεθηξηθή ελέξγεηα κεηαηξέπεηαη ζε ρεκηθή γηα καθξνρξφληα απνζεκαηνπνίεζε. Σν ζεκειηψδεο δνκηθφ ζηνηρείν κηαο κπαηαξίαο είλαη έλα 10

17 ειεθηξνρεκηθφ θχηηαξν (cell). Γχν ή πεξηζζφηεξα θχηηαξα πνπ ζπλδένληαη κεηαμχ ηνπο ειεθηξηθά, απνηεινχλ ηελ κπαηαξία. Κάζε θχηηαξν απνηειείηαη απφ έλα ζεηηθφ θαη έλα αξλεηηθφ ειεθηξφδην, ηα νπνία δηαρσξίδνληαη απφ έλαλ ειεθηξνιχηε (ζεηηθφ νμχ, άιαηα, αιθάιηα). Ζ χπαξμε ηνπ ειεθηξνιχηε εμαζθαιίδεη ηε ζπκπιήξσζε ηνπ θπθιψκαηνο, παξέρνληαο ηφληα απαξαίηεηα γηα ηελ αγσγή κεηαμχ ησλ ειεθηξνδίσλ. Καηά ηελ εθθφξηηζε νη ειεθηξνρεκηθέο αληηδξάζεηο ζηα δχν ειεθηξφδηα παξάγνπλ ξνή ειεθηξνλίσλ κέζσ ελφο ειεθηξηθνχ θπθιψκαηνο. Καηά ηε θφξηηζε ε δηαδηθαζία αληηζηξέθεηαη κε εθαξκνγή εμσηεξηθήο ηάζεο ζηα δχν ειεθηξφδηα. Παξαθάησ γίλεηαη κηα ζχληνκε αλαθνξά ζηα θχξηα ραξαθηεξηζηηθά ησλ ζπζζσξεπηψλ. [6] Υαξαθηεξηζηηθά κεγέζε ζπζζσξεπηψλ Υσξεηηθόηεηα (C): Μεηξηέηαη ζε Amperhours (Ah) θαη εθθξάδεη ην πνζφ ηνπ ξεχκαηνο εθθφξηηζεο πνπ είλαη δπλαηφλ λα παξαρζεί θαηά ηε δηάξθεηα κηαο θαζνξηζκέλεο ρξνληθήο πεξηφδνπ θαη ππφ ζπγθεθξηκέλεο ζπλζήθεο. Ρπζκόο θόξηηζεο - εθθόξηηζεο: Δίλαη ε ρσξεηηθφηεηα σο πξνο ηνλ ρξφλν θφξηηζεο ή εθθφξηηζεο αληίζηνηρα. Βάζνο εθθόξηηζεο (%): Δίλαη ην πνζφ ξεχκαηνο πνπ έρεη εθθνξηηζηεί ζε ζρέζε κε ηε ρσξεηηθφηεηα ηεο κπαηαξίαο θαη εθθξάδεηαη ζαλ πνζνζηφ ηεο νλνκαζηηθήο ρσξεηηθφηεηαο. ηάζκε θόξηηζεο (%): Δίλαη ε δηαζέζηκε ρσξεηηθφηεηα πνπ έρεη απνκείλεη κεηά ην ηέινο ηεο εθθφξηηζεο θαη εθθξάδεηαη επίζεο ζαλ πνζνζηφ ηεο νλνκαζηηθήο ρσξεηηθφηεηαο. Γηάξθεηα δσήο: Καηά ηε δηάξθεηα ηνπ ελφο θχθινπ (πιήξεο εθθφξηηζε καδί κε ηελ επφκελε επαλαθφξηηζε) έρνπκε αληηζηξεπηέο κεηαβνιέο πνπ πξνθαινχλ βαζκηαία κείσζε ηεο δηαζέζηκεο ρσξεηηθφηεηαο κέρξηο φηνπ ην ζηνηρείν δελ κπνξεί λα ιεηηνπξγήζεη πιένλ ηθαλνπνηεηηθά. Ζ δηάξθεηα δσήο δείρλεη πφζνπο θχθινπο κπνξεί λα απνδψζεη κία κπαηαξία. Σέινο δσήο: Σν ζεκείν ζην νπνίν ε κπαηαξία δελ πιεξνί πιένλ ηηο επηζπκεηέο πξνυπνζέζεηο γηα ηε ρξήζε ηεο. Απηνεθθόξηηζε (%): Δίλαη ην πνζνζηφ απηνεθθφξηηζεο πνπ έρνπλ φινη νη ζπζζσξεπηέο ιφγν εζσηεξηθψλ απσιεηψλ. Δλεξγεηαθή απόδνζε (%): Δίλαη ην πειίθν ηεο ελέξγεηαο πνπ απνδίδεηαη θαηά ηε δηάξθεηα ηεο εθθφξηηζεο, πξνο ηελ ελέξγεηα πνπ απαηηείηαη γηα κία πιήξε θφξηηζε θαη ζπλήζσο θπκαίλεηαη κεηαμχ 70-80%. Ππθλόηεηα ελέξγεηαο (Wh/kg ή Wh/l): Δίλαη ε απνζεθεπκέλε ζην ζπζζσξεπηή ελέξγεηα (Wh) αλά κνλάδα κάδαο (kg) ή αλά κνλάδα φγθνπ (l), αληίζηνηρα. [6] Δίδε ζπζζσξεπηψλ Οη ζπζζσξεπηέο ρσξίδνληαη αξρηθά ζε δχν κεγάιεο θαηεγνξίεο: α) Οη πρωτογενείς ζπζζσξεπηέο είλαη κίαο ρξήζεο θαη φηαλ εθθνξηηζηνχλ πιήξσο δελ ππάξρεη δπλαηφηεηα επαλαθφξηηζεο. Υξεζηκνπνηνχληαη ζε ζπζηήκαηα πνπ απαηηνχλ κηθξνχο ξπζκνχο εθθφξηηζεο θαη κηθξφ αξρηθφ θφζηνο. Υαξαθηεξηζηηθνί εθπξφζσπνη απηήο ηεο θαηεγνξίαο είλαη ηα αιθαιηθά ζηνηρεία, νη κπαηαξίεο ιηζίνπ πνπ βξίζθνπλ εθαξκνγή ζε ξνιφγηα θαη ππνινγηζηέο ηζέπεο θαη νη κπαηαξίεο ηνπ δηνμεηδίνπ ηνπ καγγαλίνπ πνπ ζπλαληψληαη ζε ξαδηφθσλα, θαθνχο θηι. 11

18 Δηθόλα 2.6: Κπιηλδξηθέο αιθαιηθέο κπαηαξίεο θαη κπαηαξία ιηζίνπ ξνινγηνύ, κηαο ρξήζεο β) Οη δεστερογενείς ζπζζσξεπηέο έρνπλ ηε δπλαηφηεηα επαλαθφξηηζεο ιφγσ αληηζηξεςηκφηεηαο ηεο ρεκηθήο αληίδξαζεο. Υξεζηκνπνηνχληαη ζε εθαξκνγέο πνπ απαηηείηαη κεγάιε ηζρχο θαη παξνπζηάδνπλ κεγάιν ελδηαθέξνλ. Παξαθάησ παξαηίζεληαη ηα επηθξαηέζηεξα είδε ηνπο. [5] πζζσξεπηέο Μνιχβδνπ - Ομένο (Lead - Acid) Οη ζπζζσξεπηέο κνιχβδνπ - νμένο είλαη ν πην δηαδεδνκέλνο παγθνζκίσο ηχπνο επαλαθνξηηδφκελεο κπαηαξίαο. Κάζε θχηηαξν απνηειείηαη απφ έλα ειεθηξφδην απφ δηνμείδην ηνπ κνιχβδνπ (ζεηηθή πιάθα - θάζνδνο) θαη έλα ειεθηξφδην ζπνγγνεηδνχο κνιχβδνπ (αξλεηηθή πιάθα - άλνδνο). Οη πιάθεο βπζίδνληαη ζε πδαηηθφ δηάιπκα ζεηηθνχ νμένο θαη φιν ην ζχζηεκα πεξηθιείεηαη απφ έλα πιαζηηθφ πεξίβιεκα. Καηά ηε δηάξθεηα ηεο εθθφξηηζεο, ην ζηνηρείν ηνπ δηνμεηδίνπ ηνπ κνιχβδνπ ζην έλα ειεθηξφδην αιιειεπηδξά κε ην δηάιπκα ζεηηθνχ νμένο πνπ ιεηηνπξγεί ζαλ ειεθηξνιχηεο. Σα ειεθηξφληα πνπ απειεπζεξψλνληαη ξένπλ δηακέζνπ ηνπ θπθιψκαηνο πνπ ζπλδέεη ηα ειεθηξφδηα πξνο ην δεχηεξν ειεθηξφδην, κε απνηέιεζκα ηελ παξαγσγή ειεθηξηθήο ηζρχνο ζην θχθισκα. ηελ εηθόλα 2.7 απεηθνλίδεηαη κία κπαηαξία κνιχβδνπ - νμέσο. [5] Σα πιηθά πνπ ρξεζηκνπνηνχληαη γηα ηελ θαηαζθεπή ησλ ζπζζσξεπηψλ κνιχβδνπ - νμένο έρνπλ πςειή ππθλφηεηα. Απηφ έρεη σο απνηέιεζκα ε ηππηθή ηηκή ππθλφηεηαο ελέξγεηαο θαηά βάξνο λα είλαη ρακειφηεξε απφ φηη ζε άιινπο ζπζζσξεπηέο (25-45 Wh/kg). ε ζηαζεξέο φκσο εθαξκνγέο απνζήθεπζεο, ε ελεξγεηαθή ππθλφηεηα έρεη κηθξή ζεκαζία θαη έηζη ηα ζπζηήκαηα απνζήθεπζεο ελέξγεηαο κνιχβδνπ - νμένο έρνπλ θπξηαξρήζεη ζηελ αγνξά. Αξθεί εδψ λα ζεκεησζεί φηη νη ζπζζσξεπηέο Lead - Acid είλαη θαηά 8 θαη 13 θνξέο νηθνλνκηθφηεξνη απφ ηνπο ζπζζσξεπηέο ιηζίνπ θαη ληθειίνπ, αληίζηνηρα. Έλα κεηνλέθηεκα ησλ ζπζζσξεπηψλ απηνχ ηνπ είδνπο είλαη φηη ν κφιπβδνο πνπ ρξεζηκνπνηείηαη είλαη ηνμηθφο θαη επνκέλσο πξέπεη λα αλαθπθιψλεηαη. Δπηπιένλ, ην ζεηηθφ νμχ πνπ ζπλήζσο ρξεζηκνπνηείηαη σο ειεθηξνιχηεο είλαη δηαβξσηηθφ, ελψ ζε πεξίπησζε ππεξθφξηηζεο ηεο κπαηαξίαο ππάξρεη θίλδπλνο έθξεμεο απφ ηα παξαγφκελα αέξηα. [7] 12

19 Δηθόλα 2.7: πζζσξεπηήο Μνιύβδνπ - Ομέσο [17] πζζσξεπηέο Νηθειίνπ (Ni) ήκεξα δηαηίζεηαη ή είλαη ππφ αλάπηπμε κηα ζεηξά ζπζζσξεπηψλ κε βάζε ην ληθέιην. Μεξηθνί απφ απηνχο είλαη νη ζπζζσξεπηέο ληθειίνπ-θαδκίνπ (Ni-Cd), ληθειίνππδξηδίνπ κεηάιινπ (Ni-ΜH), ληθειίνπ-ςεπδαξγχξνπ (Ni-Zn) θαη ληθειίνπ-ζηδήξνπ (Ni- Fe). Απφ ηηο παξαπάλσ, νη πην δηαδεδνκέλεο είλαη νη κπαηαξίεο ληθειίνπ-θαδκίνπ (Ni- Cd) ησλ νπνίσλ ε ηερλνινγία είλαη παξφκνηα κε απηή ησλ ζπζζσξεπηψλ κνιχβδνπνμένο. Υξεζηκνπνηνχληαη ζε ειεθηξνληθέο ζπζθεπέο, ζε θνξεηά εξγαιεία ζαλ εθεδξηθέο πεγέο ελέξγεηαο θαη ζε δηαζηεκηθέο εθαξκνγέο. ηα πιενλεθηήκαηά ηνπο πεξηιακβάλεηαη ε ζρεηηθά ζηαζεξή ηάζε ιεηηνπξγίαο ζε ζπλάξηεζε κε ηελ ηάζε θφξηηζεο, ε ηθαλφηεηα παξακνλήο ζε κέηξηα ζηάζκε θφξηηζεο ρσξίο πνιιέο θζνξέο, ε δπλαηφηεηα ππεξθφξηηζεο, ην κηθξφ θφζηνο ζπληήξεζεο θαη ε κεγάιε δηάξθεηα δσήο. ηα κεηνλεθηήκαηά ηνπο ζπγθαηαιέγνληαη ην πςειφηαην θφζηνο θαηαζθεπήο ηνπο θαη ε κηθξή ρσξεηηθφηεηα, ελψ δελ πξέπεη λα ππνηηκάηαη ν πεξηβαιινληηθφο θίλδπλνο πνπ θξχβεη ε κε νξζνινγηθή δηαρείξηζε ηνπ ηνμηθνχ θαδκίνπ. ηελ εηθόλα 2.8 απεηθνλίδεηαη έλαο ζπζζσξεπηήο ληθειίνπ-θαδκίνπ. [5,7] Δηθόλα 2.8: πζζσξεπηήο Νηθειίνπ - Καδκίνπ [22] πζζσξεπηέο Ναηξίνπ-Θείνπ (Na-S) Οη ζπζζσξεπηέο λαηξίνπ-ζείνπ (εηθόλα 2.9) είλαη ν πην αλαπηπγκέλνο ηχπνο κπαηαξηψλ πςειήο ζεξκνθξαζίαο. Απνηεινχληαη απφ ιησκέλν ζείν ζην ζεηηθά θνξηηζκέλν ειεθηξφδην θαη ιησκέλν λάηξην ζην αξλεηηθά θνξηηζκέλν ειεθηξφδην. Σα 13

20 δχν απηά ειεθηξφδηα δηαρσξίδνληαη απφ έλαλ θεξακηθφ ειεθηξνιχηε θηηαγκέλν απφ αινπκίλα. Ο ειεθηξνιχηεο επηηξέπεη κφλν ζηα ζεηηθά θνξηηζκέλα ηφληα ηνπ λαηξίνπ λα ηνλ δηαπεξάζνπλ θαη λα ελσζνχλ κε ην ζείν ψζηε λα ζρεκαηίζνπλ ελψζεηο πνιπζεηηθνχ λαηξίνπ (sodium poly-sulphides). Οη ζπζζσξεπηέο Na-S έρνπλ πςειή ελεξγεηαθή ππθλφηεηα ( Wh/kg), κηθξέο αλάγθεο ζπληήξεζεο θαη επλντθέο πξννπηηθέο γηα λα γίλνπλ νηθνλνκηθά απνδνηηθφηεξνη. Μεηνλέθηεκα ησλ ζπζζσξεπηψλ απηψλ είλαη φηη πξέπεη λα ιεηηνπξγνχλ ζε πςειή ζεξκνθξαζία (350 C) γηα λα δηαηεξείηαη ην ζείν ζε πγξή κνξθή. Σέηνηαο ηάμεο ζεξκνθξαζίεο απαηηνχλ χπαξμε πεγήο ζεξκφηεηαο θάηη πνπ έρεη σο απνηέιεζκα ηελ αχμεζε ησλ απσιεηψλ. [7] Δηθόλα 2.9: πζζσξεπηήο Ναηξίνπ - Θείνπ [23] πζζσξεπηέο Ληζίνπ (Li) Οη δχν θπξηφηεξνη εθπξφζσπνη ηεο θαηεγνξίαο απηήο είλαη νη κπαηαξίεο ιηζίνπ - ηφληνο (Li-Ion) θαη νη κπαηαξίεο ιηζίνπ - πνιπκεξνχο (Li-Polymer). Οη ζπζζσξεπηέο ιηζίνπ (εηθόλα 2.10) έρνπλ ζεκαληηθφηαηα πιενλεθηήκαηα φπσο πςειή ππθλφηεηα ελέξγεηαο, πςειή απφδνζε κεηαηξνπήο θαη κεγάιν θχθιν δσήο. Δπεηδή ην ιίζην είλαη ην ειαθξχηεξν ζηεξεφ ζηνηρείν νη ζπζζσξεπηέο ιηζίνπ είλαη πνιχ ειαθξχηεξνη απφ ηνπο ππφινηπνπο (κέρξη θαη 40% ειαθξχηεξνη απφ ηνπο ζπζζσξεπηέο ληθειίνπ). Έηζη, είλαη θαηάιιεινη γηα εθαξκνγέο ζε θνξεηέο ζπζθεπέο φπσο π.ρ. θηλεηά ηειέθσλα, θνξεηνχο ππνινγηζηέο, θσηνγξαθηθέο κεραλέο θηι. Οη ζπζζσξεπηέο απηνχ ηνπ ηχπνπ έρνπλ ακειεηέν αληίθηππν ζην πεξηβάιινλ, αθνχ ηα νμείδηα θαη ηα άιαηα ηνπ ιηζίνπ είλαη αλαθπθιψζηκα. [7] Δηθόλα 2.10: πζζσξεπηήο Ληζίνπ - ηόληνο θσηνγξαθηθήο κεραλήο [24] 14

21 πζζσξεπηέο Μεηάιινπ - Αέξα (Metal-Air) Οη ζπζζσξεπηέο κεηάιινπ-αέξα πεξηιακβάλνπλ κεηαιιηθέο (αξλεηηθέο) αλφδνπο θαη θαζφδνπο νμπγφλνπ (ζεηηθέο), κε ην νμπγφλν λα ιακβάλεηαη ζπλήζσο απφ ηνλ αέξα. Σα ειεθηξφδηα ηνπνζεηνχληαη ζε ξεπζηφ ή ζε πνιπκεξή κε ελζσκαησκέλν ειεθηξνιχηε. Καηά ηελ αληίδξαζε ηεο νμείδσζεο, ηα ειεθηξφληα πνπ απειεπζεξψλνληαη έιθνληαη απφ ηελ θάζνδν δεκηνπξγψληαο δηαθνξά δπλακηθνχ ζηα άθξα ηεο κπαηαξίαο. Οη ζπζζσξεπηέο κεηάιινπ - αέξα θαηεγνξηνπνηνχληαη κε βάζε ην πιηθφ ηεο αλφδνπ ην νπνίν κπνξεί λα είλαη αινπκίλην, ζίδεξνο, ιίζην, ςεπδάξγπξνο, κφιπβδνο, θάδκην θαη καγλήζην. Λφγν ηεο πςειήο ππθλφηεηαο ελέξγεηαο ( Wh/kg), ηνπ ηδηαίηεξα ρακεινχ ηνπο θφζηνπο θαη ηνπ γεγνλφηνο φηη είλαη ηδηαίηεξα θηιηθέο πξνο ην πεξηβάιινλ, νη κπαηαξίεο κεηάιινπ-αέξα πιενλεθηνχλ έλαληη ησλ ζπκβαηηθψλ. Απφ ηελ άιιε πιεπξά, ε ππνβάζκηζε ησλ ειεθηξνδίσλ νμπγφλνπ ιφγσ ηεο δηάβξσζεο πεξηνξίδεη ζεκαληηθά ηελ ηθαλφηεηα θφξηηζεο- εθθφξηηζήο ηνπο θαη σο εθ ηνχηνπ ηνλ θχθιν δσήο ηνπο, απνηξέπνληαο έηζη ηελ εθηεηακέλε ρξήζε ηνπο. [11] πζζσξεπηέο Ρνήο (Flow Batteries) Οη κπαηαξίεο ξνήο είλαη δηαθνξεηηθέο ηφζν ζην ζρεδηαζκφ φζν θαη ζηελ αξρή ιεηηνπξγίαο ζε ζχγθξηζε κε ηηο κπαηαξίεο κνιχβδνπ - νμένο. Απηφο ν ηχπνο κπαηαξίαο απνηειείηαη απφ δχν ειεθηξνιχηεο νη νπνίνη είλαη απνζεθεπκέλνη ζε δχν μερσξηζηέο δεμακελέο έμσ απφ ην θχηηαξν. Οη ειεθηξνιχηεο απηνί ιεηηνπξγψληαο σο κεηαθνξείο ελέξγεηαο θπθινθνξνχλ κέζσ αληιηψλ κέζα απφ έλα ειεθηξνρεκηθφ θχηηαξν πνπ πεξηιακβάλεη κία άλνδν, κία θάζνδν θαη κία κεκβξάλε γηα ηνλ δηαρσξηζκφ ησλ πξνεγνπκέλσλ. Όηαλ νη δχν ειεθηξνιχηεο δηαπεξλνχλ ην ειεθηξνρεκηθφ θχηηαξν, παξάγεηαη ειεθηξηζκφο απφ ηελ κεηαηξνπή ηεο ρεκηθήο ελέξγεηαο. Σν κέγεζνο ησλ δεμακελψλ θαη ε πνζφηεηα ησλ ειεθηξνιπηψλ θαζνξίδεη ηελ ππθλφηεηα ελέξγεηαο ζε απηνχο ηνπο ζπζζσξεπηέο. Οη κπαηαξίεο ξνήο νλνκάδνληαη θαη νμεηδναλαγσγήο (Redox Flow) εμαηηίαο ησλ αληηδξάζεσλ κεηαμχ ησλ δχν ειεθηξνιπηψλ. Κχξηνη εθπξφζσπνη απηήο ηεο θαηεγνξίαο είλαη νη ζπζζσξεπηέο νμεηδναλαγσγήο βαλαδίνπ (Vanadium redox) θαη νη ζπζζσξεπηέο βξσκηνχρνπ ςεπδαξγχξνπ (Zinc-Bromine). ηελ εηθόλα 2.11 απεηθνλίδεηαη ε δνκή ησλ ζπζζσξεπηψλ ξνήο. Οη ζπζζσξεπηέο ξνήο παξνπζηάδνπλ αξθεηά πιενλεθηήκαηα κεηαμχ ησλ νπνίσλ ζπγθαηαιέγνληαη ε πςειή ππθλφηεηα ελέξγεηαο, ην ρακειφ θφζηνο γηα καδηθή παξαγσγή, ε γξήγνξε κεηάβαζε απφ εθθφξηηζε ζε θφξηηζε, νη κηθξέο αλάγθεο ζπληήξεζεο, ε αλνρή ζε ππεξθνξηίζεηο θαη ε πνιχ ζεκαληηθή ηθαλφηεηα λα πξαγκαηνπνηνχλ βαζηέο εθθνξηίζεηο ρσξίο λα επεξεάδεηαη ν θχθινο δσήο ηνπο. [12,13] Δηθόλα 2.11: πζζσξεπηήο ξνήο [16] 15

22 Τδξνγνλναπνζήθεπζε Σν πδξνγφλν ζα απνηειέζεη βαζηθφ θαχζηκν θαη κέζν γηα ηελ απνζήθεπζε ελέξγεηαο ηνπο επφκελνπο αηψλεο. Απηφ ζπκβαίλεη γηαηί κπνξεί λα παξαρζεί απφ ην λεξφ ρξεζηκνπνηψληαο νπνηαδήπνηε βαζηθή πεγή ελέξγεηαο πςειήο πνηφηεηαο, ζε έλαλ θιεηζηφ ρεκηθφ θχθιν ρσξίο λα ειεπζεξψλνληαη αέξηα. Σν πδξνγφλν κπνξεί λα παξαρζεί κε ηηο εμήο κεζφδνπο: 1. Καηαιπηηθφ κεηαζρεκαηηζκφ ηνπ θπζηθνχ αεξίνπ κε αηκφ. 2. Μεξηθή νμείδσζε ησλ βαξέσλ θιαζκάησλ ηνπ πεηξειαίνπ. 3. Ζιεθηξνιπηηθή δηάζπαζε ηνπ λεξνχ. 4. Βηνκεραληθή θσηνζχλζεζε. 5. Θεξκηθή δηάζπαζε ηνπ λεξνχ κέζσ ζεξκνρεκηθψλ θχθισλ. Κάπνηεο απφ απηέο ηηο κεζφδνπο έρνπλ θαζηεξσζεί, ελψ άιιεο είλαη ππφ αλάπηπμε. Οη κέζνδνη (1) θαη (2) είλαη ζήκεξα νη επηθξαηέζηεξεο. Σν κεγαιχηεξν πξφβιεκα πνπ αλαθχπηεη ζηελ ρξήζε ηνπ πδξνγφλνπ σο θαχζηκν είλαη ην πξφβιεκα ηεο απνζήθεπζήο ηνπ. Οη πην θαηάιιειεο ηερλνινγίεο γηα απνζήθεπζε ηνπ πδξνγφλνπ είλαη κέζσ ηεο ζπκπίεζεο, ηεο πγξνπνίεζήο ηνπ θαη κέζσ πδξηδίσλ. Ζ ζπκπίεζε ηνπ πδξνγφλνπ είλαη κία θαιά εδξαησκέλε ηερλνινγία. Ζ ελεξγεηαθή ππθλφηεηα αλά κνλάδα κάδαο ηνπ πδξνγφλνπ είλαη θαηά πνιχ κεγαιχηεξε απφ απηή ηνπ πγξνχ κεζαλίνπ. Δπεηδή φκσο ε ελεξγεηαθή ππθλφηεηα αλά κνλάδα φγθνπ ηνπ πδξνγφλνπ είλαη πεξίπνπ ην 1/3 απηήο ηνπ κεζαλίνπ, απαηηνχληαη κεγαιχηεξεο απνζεθεπηηθέο δηαηάμεηο. ηα κεηνλεθηήκαηα πξέπεη λα ζπκπεξηιάβνπκε ηε δπζθνιία ζην λα πεξηνξηζηνχλ νη δηαξξνέο ηνπ θαζψο θαη ην γεγνλφο φηη είλαη εχθιεθην. Ζ πγξνπνίεζε ηνπ πδξνγφλνπ απαηηεί ηελ ςχμε ηνπ ζηνπο -253 C, ελψ είλαη αδχλαηε ε πγξνπνίεζή ηνπ κε ζπκπίεζε ζε ζεξκνθξαζία δσκαηίνπ. Ζ δηαδηθαζία ηεο πγξνπνίεζεο απαηηεί ην 1/3 ηεο απνζεθεπκέλεο ζην πδξνγφλν ελέξγεηαο, ελψ νη απψιεηεο αλά εκέξα γηα ηελ δηαηήξεζή ηνπ ζε πγξή θάζε είλαη κεηαμχ 0,1-1%. Έηζη θαζίζηαηαη πεξίπινθε ε δηαδηθαζία πγξνπνίεζήο ηνπ θαη απμάλεηαη απηφκαηα ην θφζηνο. Σν πδξνγφλν κπνξεί λα απνζεθεπηεί κε ηελ κνξθή ελφο πδξηδίνπ ζε πςειφηεξεο ππθλφηεηεο απφ φηαλ γίλεηαη απιψο ζπκπίεζή ηνπ. Ζ απνζήθεπζή ηνπ πξαγκαηνπνηείηαη κε ηελ έλσζε ηνπ κε θαζαξά κέηαιια ή θξάκαηα κεηάιισλ παξάγνληαο ζηαζεξά κεηαιιηθά πδξίδηα, ηα νπνία φηαλ ζεξκαλζνχλ δηαζπψληαη θαη απειεπζεξψλνπλ πδξνγφλν. Ζ ρξήζε απηνχ ηνπ ζπζηήκαηνο απνζήθεπζεο εμαξηάηαη απφ ηελ εχξεζε ελφο κεηάιινπ κε αξθεηή πξνζξνθεηηθφηεηα. Σν κεηνλέθηεκα είλαη φηη ηα κεηαιιηθά πδξίδηα ιφγσ πςειήο ππθλφηεηαο νδεγνχλ ζε ζπζηήκαηα απνζήθεπζεο κε απμεκέλν βάξνο. [5,10] πλζεηηθά θαύζηκα Με ηνλ φξν ζπλζεηηθά θαχζηκα ραξαθηεξίδνληαη ηα ππνθαηάζηαηα ηνπ πεηξειαίνπ θαη ηνπ θπζηθνχ αεξίνπ πνπ παξάγνληαη απφ μπιάλζξαθα ή βηνινγηθά ππνιείκκαηα (βηνκάδα). Παξαδείγκαηα ζπλζεηηθψλ θαπζίκσλ είλαη ε κεζαλφιε (CH 3 OH), ην ζπλζεηηθφ αξγφ πεηξέιαην, ε αηζαλφιε (C 2 H 5 OH) θαη ην κεζάλην (CH 4 ). Σα ζπλζεηηθά θαχζηκα κπνξνχλ λα ζπλδπαζηνχλ κε ηηο ήδε ππάξρνπζεο κεραλέο κε κηθξέο ηξνπνπνηήζεηο θαη ραξαθηεξίδνληαη απφ ηδηαίηεξα ρακειέο εθπνκπέο ξχπσλ. ήκεξα δελ ππάξρεη αθφκα ηερλνινγία γηα ηθαλνπνηεηηθή παξαγσγή ζπλζεηηθψλ 16

23 θαπζίκσλ, ελψ ην θφζηνο παξαγσγήο είλαη απαγνξεπηηθφ. Γηα απηφ ην ιφγν δε ζα γίλεη εθηελέζηεξε πεξηγξαθή απηνχ ηνπ είδνπο απνζήθεπζεο ελέξγεηαο. [4] 2.4. ΖΛΔΚΣΡΗΚΖ ΚΑΗ ΜΑΓΝΖΣΗΚΖ ΑΠΟΘΖΚΔΤΖ Τπεξαγώγηκα πελία (Super-Conducting Magnetic Energy Storage) Ζ SMES θαηέρεη έλαλ νπζηαζηηθφηεξν ξφιν φζνλ αθνξά ζηελ ελίζρπζε ελφο ειεθηξηθνχ δηθηχνπ γηα έλα αξθεηά επξχ θάζκα εθαξκνγψλ, αθνχ είλαη ζε ζέζε λα παξάζρεη πξφζζεηε ειεθηξηθή ελέξγεηα φπνπ απηφ απαηηείηαη θαη κάιηζηα κε πνιχ κεγάιν ζπληειεζηή ηζρχνο (ηδαληθά ηελ κνλάδα). Ζ ππεξαγψγηκε απνζήθεπζε καγλεηηθήο ελέξγεηαο (SMES) είλαη κία ηερλνινγία απνζήθεπζεο ελέξγεηαο ε νπνία ζπγθεληξψλεη ελέξγεηα κε ηε κνξθή d.c. ειεθηξηζκνχ πνπ είλαη ε πεγή ελφο d.c. καγλεηηθνχ πεδίνπ. Ο αγσγφο γηα ηε κεηαθνξά ηνπ ξεχκαηνο ιεηηνπξγεί ζε θξπνγνληθέο ζεξκνθξαζίεο φπνπ βξίζθεηαη έλαο ππεξαγσγφο θαη έηζη έρεη νπζηαζηηθά κεδακηλέο απψιεηεο αληηζηάζεσο θαζψο παξάγεη ην καγλεηηθφ πεδίν. Ζ ζπλνιηθή ηερλνινγία θξπνγνληθήο θαη ππεξαγσγηκφηεηαο ζήκεξα, είλαη ηέηνηα πνπ ηα εμαξηήκαηα κηαο ζπζθεπήο SMES πξνζδηνξίδνληαη θαη κπνξνχλ λα θαηαζθεπαζηνχλ. Ζ νινθιεξσκέλε κνλάδα θαίλεηαη λα είλαη εθηθηή γηα θάπνηεο ρξήζηκεο εθαξκνγέο ζε έλα θφζηνο πνπ είλαη αληαγσληζηηθφ κε άιιεο ηερλνινγίεο. Ζ SMES είλαη ε κφλε ηερλνινγία βαζηζκέλε ζε ππεξαγσγηκφηεηα πνπ είλαη εθαξκφζηκε ζηηο ειεθηξηθέο ρξήζεηο θαη είλαη εκπνξηθά δηαζέζηκε ζήκεξα. [2] Τπεξππθλσηέο (Supercapacitors) Ο ππεξππθλσηήο είλαη κηα ζπζθεπή απνζήθεπζεο ελέξγεηαο ε νπνία έρεη πνιχ κεγάιε ππθλφηεηα ελέξγεηαο ζε ζχγθξηζε κε θνηλνχο ππθλσηέο θαη άιιεο ζπκβαηηθέο απνζήθεο ελέξγεηαο, ζπλήζσο θαηά ρηιηάδεο θνξέο κεγαιχηεξε απφ έλαλ κεγάιεο ρσξεηηθφηεηαο ειεθηξνιπηηθφ ππθλσηή. Οη ππεξππθλσηέο απνζεθεχνπλ ειεθηξηθή ελέξγεηα δηαρσξίδνληαο ηα ζεηηθά θαη αξλεηηθά θνξηία κε δηαθνξεηηθφ ηξφπν απφ φηη νη κπαηαξίεο. Ζ ελέξγεηα ε νπνία απνζεθεχνπλ κνηάδεη κε ην ζηαηηθφ ειεθηξηζκφ πνπ αλαπηχζζεηαη ζε έλα κπαιφλη, αιιά είλαη πνιχ κεγαιχηεξε ιφγσ ηεο εμαηξεηηθά κεγάιεο επηθάλεηαο ησλ πιηθψλ απφ ηα νπνία είλαη θαηαζθεπαζκέλνη. Οη ππεξππθλσηέο έρνπλ πιεζψξα εκπνξηθψλ εθαξκνγψλ, ηδηαίηεξα ζε θπθιψκαηα εμνκάιπλζεο ηάζεο θαη ζπζθεπέο πνπ θνξηίδνληαη ζηηγκηαία, θαζψο κπνξνχλ λα παξέρνπλ κηα έληνλε δφζε ελέξγεηαο ζε ειάρηζην ρξφλν. Αξρηθά ρξεζηκνπνηήζεθαλ σο ππθλσηέο γηα ηελ εθθίλεζε κεγάισλ κεραλψλ φπσο ππνβξπρίσλ θαη αξκάησλ κάρεο θαη αξγφηεξα, κε ηελ ειάηησζε ηνπ θφζηνπο θαηαζθεπήο ηνπο, έθαλαλ ηελ εκθάληζή ηνπο ζε θνξηεγά απηνθίλεηα θαη ζηδεξνδξνκηθέο κεραλέο. Πξφζθαηα έρνπλ βξεη εθαξκνγέο ζηνλ ηνκέα ηεο πξάζηλεο ελέξγεηαο, θαζψο ε ηθαλφηεηά ηνπο λα απνξξνθνχλ γξήγνξα ελέξγεηα ηνπο θαζηζηά θαηάιιεινπο γηα ρξήζε σο κπαηαξίεο ζε ειεθηξηθά θαη πβξηδηθά απηνθίλεηα θαζψο θαη ζε νηθηαθά ζπζηήκαηα ηα νπνία ιεηηνπξγνχλ κε ειηαθή ελέξγεηα. Μηα άιιε πνιχ ελδηαθέξνπζα εθαξκνγή ησλ ππεξππθλσηψλ είλαη ζηελ ηερλνινγία ηεο αλαγελλεηηθήο πέδεζεο (regenerative braking) φπνπ ππεξηεξνχλ ζεκαληηθά έλαληη ησλ ζπκβαηηθψλ κπαηαξηψλ, ιφγσ ηνπ πνιχ κηθξνχ ρξφλνπ θφξηηζήο ηνπο ζε ζρέζε κε απηέο. 17

24 Οη ππεξππθλσηέο ζα κπνξνχζαλ λα αληηθαηαζηήζνπλ ηηο κπαηαξίεο ζε φια ηα ειεθηξηθά θαη πβξηδηθά νρήκαηα θαη ζπζθεπέο αθνχ θνξηίδνληαη ηαρχηαηα, επηδεηθλχνπλ ζηαζεξφηεηα ζηε ζεξκνθξαζία θαη έρνπλ ραξαθηεξηζηηθά θαηάιιεια γηα απηέο ηηο εθαξκνγέο. [3] 18

25 ΒΗΒΛΗΟΓΡΑΦΗΑ 2 νπ ΚΔΦΑΛΑΗΟΤ 1. Σζηιηγθηξίδεο Γηψξγνο, «Αλαλεψζηκεο Πεγέο Δλέξγεηαο», δηδαθηηθέο ζεκεηψζεηο, ΑΠΘ, Θεζζαινλίθε, Άγγεινο Ν. Γηαλλφγινπ (2004), «Κπθισκαηηθή θαη πεδηαθή αλάιπζε δηάηαμεο ειεθηξνκαγλεηηθήο δηακφξθσζεο», Γηπισκαηηθή Δξγαζία, Σκήκα Ζιεθηξνιφγσλ Μεραληθψλ θαη Μεραληθψλ Τπνινγηζηψλ, Σνκέαο Ζιεθηξηθήο Ηζρχνο, Δπηβιέπσλ: Α.Κιαδάο, Αζήλα, Ηνχληνο H.P. Garg, S.C.Mullick, A.C.Bhargava, Solar thermal energy storage, D.Reidel Publishing Company, Dordrecht, Καπεηάλνο Γ., Εάθεξη., Υνζεΐλ Υ. (1988), «Απνζήθεπζε ελέξγεηαο», Γηπισκαηηθή Δξγαζία, Σκήκα Μεραλνιφγσλ Μεραληθψλ, Δλεξγεηαθφο Σνκέαο, Δξγαζηήξην Καηαζθεπήο πζθεπψλ Σερληθψλ Γηεξγαζηψλ, Δπηβιέπσλ: Γ.Σζηιηγθηξίδεο, Θεζζαινλίθε. 6. R.M.Dell, D.A.J.Rand, Understanding batteries, Royal Society Of Chemistry, Dr. Chris Noish, Dr. Ian McCubbin, Mr. Oliver Edberg, Mr. Michael Harfoot, «Outlook of energy storage technologies», Study requested by the European Parliament's Committee on Industry, Research and energy (ITRE), P.Droege, Urban energy transition: from fossil fuel to renewable power, Elsevier, Kim Kinosita, Electrochemical oxygen technology, The Electrochemical Society Series, John Wiley and Sons, Inc, Andrei Ter-Gazarian, Energy storage for power systems, IEE Energy Series 6, Peter Peregrinus Ltd, London,

26 3. ΑΠΟΘΖΚΔΤΖ ΔΝΔΡΓΔΗΑ ΜΔ ΣΖ ΜΟΡΦΖ ΑΗΘΖΣΖ ΘΔΡΜΟΣΖΣΑ 3.1. ΓΔΝΗΚΑ Οη αλάγθεο γηα θσηηζκφ θαη ζέξκαλζε πθίζηαληαη θπξίσο ηηο πεξηφδνπο ηνπ ρξφλνπ (ή θαη ηηο ψξεο ηεο εκέξαο) φπνπ ε ειηαθή ελέξγεηα είλαη ειάρηζηα δηαζέζηκε, ελψ ζε ζεξκφηεξεο πεξηφδνπο ε ειηαθή ελέξγεηα παξακέλεη αλεθκεηάιιεπηε σο επί ην πιείζηνλ. Έηζη γελλήζεθε ε ηδέα απνζήθεπζεο ηεο ζεξκφηεηαο θαηά ηηο ζεξκέο πεξηφδνπο ηνπ ρξφλνπ κε ζθνπφ ηε ρξεζηκνπνίεζή ηεο ζε ςπρξφηεξεο πεξηφδνπο. Μέρξη πξφζθαηα ε ηδέα απηή απνξξηπηφηαλ σο αλεθάξκνζηε θπξίσο ιφγσ ηεο αδπλακίαο γηα νηθνλνκηθή απνζήθεπζε κεγάισλ πνζψλ ζεξκφηεηαο γηα κεγάιε ρξνληθή πεξίνδν. Απηή ε νπηηθή έρεη πιένλ αιιάμεη κε ηελ εκθάληζε λέσλ ηερλνινγηψλ γηα ηελ απνζήθεπζε ζεξκηθήο ελέξγεηαο. Μία πιεζψξα ηερλνινγηψλ πνπ έρνπλ κειεηεζεί ή βξίζθνληαη ζε πεηξακαηηθφ ζηάδην είλαη νη ηερλεηέο δεμακελέο (ππέξγεηεο ή ππφγεηεο), νη ζεξκηθέο θιίλεο ζηεξεψλ, ε απνζήθεπζε ζεξκφηεηαο ζε μεξφ έδαθνο, ε απνζήθεπζε ζεξκφηεηαο ζε ειηαθέο ιίκλεο θαη ζε θπζηθά πδξνθφξα ζηξψκαηα, θαζψο θαη ε ρξήζε πιηθψλ αιιαγήο θάζεο γηα απνζήθεπζε ζεξκηθήο ελέξγεηαο. ε πεξηνρέο ηεο γεο κε εχθξαην θαη ςπρξφ θιίκα έλα κεγάιν κέξνο ηεο ελέξγεηαο θαηαλαιψλεηαη γηα ηελ θάιπςε ησλ αλαγθψλ ζέξκαλζεο. Απηφ εμεγεί γηαηί ε απνζήθεπζε ζεξκηθήο ελέξγεηαο θαηέρεη ην βαζηθφ ξφιν ζηελ εμνηθνλφκεζε ελέξγεηαο, κε εθαξκνγέο ηφζν ζηε ζέξκαλζε θαη ηελ ςχμε ρψξσλ φζν θαη ζηελ παξαγσγή ειεθηξηθήο ελέξγεηαο. Σα ζπζηήκαηα απνζήθεπζεο ζεξκηθήο ελέξγεηαο πεξηιακβάλνπλ ζπλήζσο: Έλα κέζν απνζήθεπζεο ηεο ζεξκφηεηαο (π.ρ. λεξφ). Κάπνηνπ είδνπο απνζεθεπηηθφ ρψξν (π.ρ. δεμακελή). Μφλσζε γηα ειαρηζηνπνίεζε ησλ ζεξκηθψλ απσιεηψλ. Δλαιιάθηεο ζεξκφηεηαο. Ρεπζηφ γηα ηε κεηαθνξά ζεξκφηεηαο. Αληιίεο. πζηήκαηα ειέγρνπ. Σα ζπζηήκαηα απνζήθεπζεο ζεξκφηεηαο δηαρσξίδνληαη ζε ππφγεηα θαη ππέξγεηα. Οη ππφγεηεο απνζήθεο ρξεζηκνπνηνχληαη θπξίσο γηα δηεπνρηαθή απνζήθεπζε θαη ραξαθηεξίδνληαη απφ ηε κεγάιε ρξνληθή δηάξθεηα απνζήθεπζεο θαη ην κεγάιν φγθν. Πξφθεηηαη δειαδή γηα απνζήθεπζε ζεξκφηεηαο ζε κεγάιε θιίκαθα. Έλα απφ ηα πιενλεθηήκαηα απηψλ ησλ απνζεθψλ είλαη φηη απαηηείηαη κηθξφηεξν πάρνο κφλσζεο, ελψ νη πςειέο ζεξκηθέο απψιεηεο ιφγσ ηεο καθξνπξφζεζκεο απνζήθεπζεο απνηεινχλ έλα απφ ηα ζπλεζέζηεξα πξνβιήκαηά ηνπο. Σέηνηνπ είδνπο απνζήθεο ρξεζηκνπνηνχληαη ζε θηηξηαθά ζπγθξνηήκαηα, ελψ δελ ζπλίζηαηαη ε ρξήζε ηνπο ζε κεκνλσκέλα θηίξηα ιφγσ ηνπ πςεινχ θφζηνπο. Ζ απνζήθεπζε ζηελ επηθάλεηα ηεο γεο (ππέξγεηα) έρεη ζπλήζσο εθαξκνγέο ζε ζπζηήκαηα κηθξφηεξεο θιίκαθαο. [2,3] Γχν είλαη νη θχξηνη ηχπνη ζπζηεκάησλ απνζήθεπζεο ζεξκηθήο ελέξγεηαο: Σα ζπζηήκαηα πνπ απνζεθεχνπλ ελέξγεηα κε ηε κνξθή αηζζεηήο ζεξκφηεηαο. Σα ζπζηήκαηα πνπ απνζεθεχνπλ ελέξγεηα κε ηε κνξθή ιαλζάλνπζαο ζεξκφηεηαο. Σν παξφλ θεθάιαην αθηεξψλεηαη ζηελ απνζήθεπζε αηζζεηήο ζεξκφηεηαο, ελψ ε απνζήθεπζε ιαλζάλνπζαο ζεξκφηεηαο πεξηγξάθεηαη ζην επφκελν θεθάιαην. 20

27 3.2. ΜΖΥΑΝΗΜΟΗ ΚΑΗ ΜΔΑ ΑΠΟΘΖΚΔΤΖ ΑΗΘΖΣΖ ΘΔΡΜΟΣΖΣΑ Ζ απνζήθεπζε αηζζεηήο ζεξκφηεηαο εθκεηαιιεχεηαη ηε κεηαβνιή ηεο ζεξκνθξαζίαο ησλ πιηθψλ θαη ηε ρσξεηηθφηεηά ηνπο ζε ζεξκφηεηα θαηά ηε δηάξθεηα θφξηηζεο ή εθθφξηηζεο. Ζ ζεξκνθξαζία ηνπ απνζεθεπηηθνχ πιηθνχ απμάλεηαη φηαλ απνξξνθάηαη ελέξγεηα θαη κεηψλεηαη φηαλ απηή απνξξίπηεηαη. Έλα απφ ηα πην ειθπζηηθά ραξαθηεξηζηηθά ησλ ζπζηεκάησλ απνζήθεπζεο αηζζεηήο ζεξκφηεηαο είλαη φηη νη ιεηηνπξγίεο ηεο θφξηηζεο θαη εθθφξηηζεο κπνξεί λα είλαη πιήξσο αλαζηξέςηκεο γηα απεξηφξηζην αξηζκφ θχθισλ. Ζ αηζζεηή ζεξκφηεηα πνπ απνξξνθάηαη ή απνξξίπηεηαη απφ έλα πιηθφ θαηά ηε κεηαβνιή ηεο ζεξκνθξαζίαο ηνπ απφ Σ 1 ζε Σ 2 είλαη: (3.1) φπνπ, m: ε κάδα ηνπ πιηθνύ c p : ε εηδηθή ζεξκνρσξεηηθόηεηα ηνπ πιηθνύ ππό ζηαζεξή πίεζε ξ: ε ππθλόηεηα ηνπ πιηθνύ θαη V: ν όγθνο ηνπ πιηθνύ Απφ ηελ παξαπάλσ ηζφηεηα απνδεηθλχεηαη φηη κε αχμεζε ηεο εηδηθήο ζεξκνρσξεηηθφηεηαο θαη ηεο ππθλφηεηαο ηνπ πιηθνχ απμάλεηαη θαη ε πνζφηεηα ζεξκφηεηαο πνπ κπνξεί λα απνζεθεπηεί ζε δεδνκέλν φγθν πιηθνχ. Παξφια απηά, ππάξρνπλ άιιεο παξάκεηξνη νη νπνίεο επίζεο επεξεάδνπλ ηελ απφδνζε ηνπ ζπζηήκαηνο φπσο ε ζεξκνθξαζία ηεο δηεξγαζίαο, ε ζεξκηθή αγσγηκφηεηα, ε πίεζε ησλ αηκψλ, ε ζπκβαηφηεηα αλάκεζα ζην απνζεθεπηηθφ πιηθφ θαη ηε δεμακελή θαη θπζηθά ην θφζηνο ηνπ ζπζηήκαηνο. Ο βαζκφο απφδνζεο ηνπ ζπζηήκαηνο απνζήθεπζεο είλαη: (3.2) Ζ απνζήθεπζε ζεξκηθήο ελέξγεηαο κε ηε κνξθή αηζζεηήο ζεξκφηεηαο κπνξεί λα θαηεγνξηνπνηεζεί κε βάζε ην απνζεθεπηηθφ κέζν. Ωο κέζν απνζήθεπζεο κπνξεί λα ρξεζηκνπνηεζεί είηε ζηεξεφ είηε πγξφ πιηθφ αξθεί λα πιεξνί ηηο παξαθάησ πξνυπνζέζεηο: Να είλαη ζηαζεξφ δνκηθά θαη ρεκηθά. Να έρεη κεγάιε ππθλφηεηα. Να έρεη πςειή ζεξκνρσξεηηθφηεηα. Να έρεη παξαδεθηφ θφζηνο. Ζ απνζήθεπζε ζεξκφηεηαο κπνξεί λα πξαγκαηνπνηεζεί είηε ζε πςειέο ζεξκνθξαζίεο ( 200 C) είηε ζε ρακειέο πνπ δελ μεπεξλνχλ ην ζεκείν βξαζκνχ ηνπ λεξνχ. Γηα απνζήθεπζε ζεξκφηεηαο ρακειήο ζεξκνθξαζίαο, σο κέζν απνζήθεπζεο αιιά θαη σο κέζν κεηαθνξάο ρξεζηκνπνηείηαη θπξίσο ην λεξφ, ιφγσ ηνπ κηθξνχ ηνπ θφζηνπο θαη ηεο πςειήο ηνπ ζεξκνρσξεηηθφηεηαο. Γηα απνζήθεπζε ζε πςειέο ζεξκνθξαζίεο σο κέζα απνζήθεπζεο ελδείθλπληαη ην ρψκα, νη βξάρνη θαη ηα κεηαιιηθά ζξαχζκαηα (scrap), ελψ σο κέζν κεηαθνξάο ρξεζηκνπνηείηαη ζπλήζσο ζεξκφο αέξαο. [3,7] 21

28 Τγξά Τιηθά Οη ζεξκνθπζηθέο ηδηφηεηεο επηιεγκέλσλ πγξψλ πιηθψλ γηα απνζήθεπζε αηζζεηήο ζεξκφηεηαο, ηα νπνία είλαη ζε αθζνλία θαη νηθνλνκηθά αληαγσληζηηθά απεηθνλίδνληαη ζηνλ πίλαθα 3.1. Απφ απηά, ην λεξφ μερσξίδεη σο ην πην θαηάιιειν κέζν απνζήθεπζεο γηα ζεξκνθξαζίεο θάησ ησλ 100 C, είηε γηα ηε ζέξκαλζε ρψξσλ είηε γηα ηε ζέξκαλζε λεξνχ ρξήζεο. Σα θχξηα πιενλεθηήκαηα ηνπ λεξνχ είλαη ηα εμήο: Βξίζθεηαη ζε αθζνλία. Έρεη κεδακηλφ θφζηνο. Δίλαη εχθνιε ε δηαρείξηζή ηνπ. Δίλαη κε ηνμηθφ. Γελ είλαη εχθιεθην. Έρεη πςειή ππθλφηεηα. Έρεη πςειή ζεξκνρσξεηηθφηεηα. Μπνξεί λα ρξεζηκνπνηεζεί ηαπηφρξνλα θαη σο κέζν απνζήθεπζεο θαη σο κέζν κεηαθνξάο (εμαιείθνληαο έηζη ηνπο ελαιιάθηεο). Ζ θφξηηζε θαη ε εθθφξηηζε ηεο ελέξγεηαο κπνξνχλ λα ζπκβαίλνπλ ηαπηφρξνλα. Τπάξρεη εμειηγκέλνο εμνπιηζκφο γηα ηε δηαρείξηζή ηνπ. Βέβαηα ην λεξφ σο απνζεθεπηηθφ κέζν εκθαλίδεη θαη κεηνλεθηήκαηα κεξηθά εθ ησλ νπνίσλ είλαη: Σν ζεξκνθξαζηαθφ εχξνο ιεηηνπξγίαο απνζεθεπηηθψλ ζπζηεκάησλ πνπ ρξεζηκνπνηνχλ ην λεξφ σο κέζν απνζήθεπζεο είλαη πεξηνξηζκέλν θαζψο ζε ζεξκνθξαζίεο θάησ ησλ 0 C ην λεξφ κπνξεί λα παγψζεη, ελψ πάλσ απφ ηνπο 100 C βξάδεη. Δίλαη δηαβξσηηθφ κέζν. Έρεη κηθξφ ημψδεο θαη επνκέλσο είλαη δχζθνιν λα πεξηνξηζηνχλ νη δηαξξνέο ηνπ. Σν λεξφ κεξηθέο θνξέο παξακέλεη νηθνλνκηθά αληαγσληζηηθφ θαη ζε πςειφηεξεο ζεξκνθξαζίεο, παξά ηελ απαίηεζε γηα ζπκπίεζή ηνπ, εηδηθά φηαλ είλαη απνζεθεπκέλν ζε πδξνθφξα ζηξψκαηα. Σα νξγαληθά έιαηα, ηα ηεηεγκέλα άιαηα θαη ηα πγξά κέηαιια απφ ηελ άιιε, έρνπλ πεξηνξηζκνχο σο πξνο ηε ρξήζε ηνπο, φπσο ε δηαρείξηζε θαη ε απνζήθεπζε ηνπο, ν φγθνο ησλ δεμακελψλ, ην ρξήζηκν ζεξκνθξαζηαθφ εχξνο, ην απμεκέλν θφζηνο θηι. Παξά ην γεγνλφο φηη ηα παξαπάλσ πγξά έρνπλ ρξεζηκνπνηεζεί ζε ζεξκηθέο απνζήθεο κνλάδσλ παξαγσγήο ειεθηξηθήο ελέξγεηαο, νη πςειέο νηθνλνκηθέο ηνπο απαηηήζεηο πεξηνξίδνπλ ηε ρξήζε ηνπο γηα ηε ζέξκαλζε ρψξσλ. Γηα ηελ απνζήθεπζε ζεξκνχ λεξνχ κπνξνχλ λα ρξεζηκνπνηεζνχλ ραιχβδηλεο, ηζηκεληέληεο ή θαη θαηαζθεπαζκέλεο απφ παινβάκβαθα δεμακελέο. ε πεξίπησζε πνπ ε δεμακελή είλαη θπιηλδξηθή πξνηηκάηαη ε θαηαθφξπθε ηνπνζέηεζε έλαληη ηεο νξηδφληηαο, ιφγσ ηεο πςειφηεξεο αληνρήο ηεο ζε ππεξθείκελε θαηαπφλεζε. Γηα ηελ απνθπγή δηάβξσζεο, ην εζσηεξηθφ κέξνο ησλ αηζάιηλσλ δεμακελψλ θαιχπηεηαη κε πιαζηηθή βαθή ή ππφθεηηαη γαιβαληζκφ. Οη δεμακελέο απφ παινβάκβαθα έρνπλ ην πιενλέθηεκα φηη είλαη πεξηζζφηεξν αλζεθηηθέο ζηε δηάβξσζε. [3] 22

29 Πίλαθαο 3.1: Ιδηόηεηεο ησλ ζπλήζσλ πγξώλ πιηθώλ γηα απνζήθεπζε αηζζεηήο ζεξκόηεηαο [3] ηεξεά Τιηθά Οη πεξηνξηζκνί γηα ηε ρξεζηκνπνίεζε ηνπ λεξνχ ζε πςειέο ζεξκνθξαζίεο θαη ηα κεηνλεθηήκαηα ησλ άιισλ πγξψλ σο κέζα απνζήθεπζεο, κπνξνχλ λα νδεγήζνπλ ζηε ρξήζε ζηεξεψλ απνζεθεπηηθψλ κέζσλ. Κάπνηα απφ ηα νηθνλνκηθά αληαγσληζηηθά θαη άθζνλα ζηεξεά πιηθά πνπ κπνξνχλ λα ρξεζηκνπνηεζνχλ σο απνζεθεπηηθά κέζα γηα ηελ απνζήθεπζε αηζζεηήο ζεξκφηεηαο απεηθνλίδνληαη ζηνλ πίλαθα 3.2 καδί κε ηηο ζεξκνθπζηθέο ηνπο ηδηφηεηεο. Παξφηη ε εηδηθή ζεξκνρσξεηηθφηεηα απηψλ ησλ αλφξγαλσλ ζηεξεψλ είλαη ηδηαίηεξα ρακειή, παξνπζηάδνπλ κεξηθά έκθπηα πιενλεθηήκαηα: Έρνπλ ρακειή πίεζε αηκψλ ζε πςειέο ζεξκνθξαζίεο. Δίλαη ζρεηηθά εχθνιε ε απνζήθεπζή ηνπο επεηδή είλαη ρεκηθά αδξαλή. Έρνπλ ρακειφ θφζηνο. Δίλαη εχθνια δηαζέζηκα. 23

30 Πίλαθαο 3.2: Ιδηόηεηεο ησλ ζπλήζσλ ζηεξεώλ πιηθώλ γηα απνζήθεπζε αηζζεηήο ζεξκόηεηαο πλήζε πιηθά είλαη νη βξάρνη θαη ηα πεηξψκαηα, ηα ηνχβια, ηα θεξακηθά ζηεξεά θαη ηα ραιίθηα - βφηζαια. Σα ραιίθηα θαη νη βξάρνη πξνηηκνχληαη γεληθά σο απνζεθεπηηθά κέζα ιφγσ ησλ παξαθάησ πιενλεθηεκάησλ: Δίλαη κε ηνμηθά. Δίλαη κε εχθιεθηα. Γελ ππάξρεη θίλδπλνο λα παγψζνπλ. Γε δεκηνπξγνχλ πξνβιήκαηα δηάβξσζεο ζηηο δεμακελέο. Μπνξνχλ λα ρξεζηκνπνηεζνχλ γηα απνζήθεπζε ζε πςειέο ζεξκνθξαζίεο. Έρνπλ ειάρηζην θφζηνο. Οη πην ζπλήζεηο εθαξκνγέο ησλ ζηεξεψλ απνζεθεπηηθψλ κέζσλ είλαη ε πιήξσζε ησλ ζηεξεψλ ζεξκηθψλ θιηλψλ, ε ρξήζε ηνπο ζηνπο ζεξκηθνχο ηνίρνπο απνζήθεπζεο θαη ζηε καθξάο δηάξθεηαο ππφγεηα απνζήθεπζε. [3] 24

31 3.3. ΜΗΚΡΖ ΓΗΑΡΚΔΗΑ ΑΠΟΘΖΚΔΤΖ ΘΔΡΜΟΣΖΣΑ Δ ΤΓΡΑ ΚΑΗ ΣΔΡΔΑ ΑΠΟΘΖΚΔΤΣΗΚΑ ΜΔΑ Οη πγξέο ζεξκηθέο απνζήθεο ππέξγεηαο απνζήθεπζεο κηθξήο δηάξθεηαο δηαθξίλνληαη ζε δχν κεγάιεο θαηεγνξίεο, ηηο πγξέο απνζήθεο νκνηφκνξθεο ζεξκνθξαζίαο θαη ηηο ζεξκηθά δηαζηξσκαησκέλεο πγξέο απνζήθεο. Γηα απνζήθεπζε κε ρξήζε ζηεξεψλ απνζεθεπηηθψλ κέζσλ έρνπλ επηθξαηήζεη ε ζεξκηθή θιίλε ζηεξεψλ θαη ν ηνίρνο ζεξκηθήο απνζήθεπζεο Τγξέο απνζήθεο νκνηόκνξθεο ζεξκνθξαζίαο Απηή είλαη ε πην δηαδεδνκέλε κέζνδνο απνζήθεπζεο ηεο αηζζεηήο ζεξκφηεηαο. Ζ αλάιπζε πνπ παξνπζηάδεηαη ζε απηή ηελ ελφηεηα γηα ην λεξφ, ηζρχεη θαη γηα άιια πγξά. Σν ηζνδχγην ελέξγεηαο γηα κία δεμακελή απνζήθεπζεο ζεξκνχ πγξνχ κπνξεί λα απινπνηεζεί αξθεηά αλ ε ζεξκνθξαζία ζηελ απνζεθεπηηθή δεμακελή ζεσξεζεί νκνηφκνξθε. Απηφ επηηπγράλεηαη κε αξγή πξνζζήθε ζεξκφηεηαο θαη επνκέλσο κε αξγή άλνδν ηεο ζεξκνθξαζίαο. Ζ ξνή ζεξκφηεηαο ζηελ απνζήθε απεηθνλίδεηαη ζρεκαηηθά ζηελ εηθόλα 3.1. [3] Δηθόλα 3.1: Θεξκηθή απνζήθε νκνηόκνξθεο ζεξκνθξαζίαο [8] ηελ εηθόλα 3.2 απεηθνλίδεηαη κία απφ ηηο πην δηαδεδνκέλεο ρξήζεηο ηεο απνζήθεο νκνηφκνξθεο ζεξκνθξαζίαο, έλαο νηθηαθφο ειηαθφο ζεξκνζίθσλαο. Δηθόλα 3.2: Έλαο νηθηαθόο ειηαθόο ζεξκνζίθσλαο πνπ ρξεζηκνπνηεί απνζήθε νκνηόκνξθεο ζεξκνθξαζίαο [11] 25

32 Θεξκηθά δηαζηξσκαησκέλεο πγξέο απνζήθεο ηελ πξνεγνχκελε παξάγξαθν ε ζεξκνθξαζία ηεο απνζήθεπζεο ζεσξήζεθε νκνηφκνξθε. ε πξαγκαηηθέο φκσο θαηαζηάζεηο ε ζεξκνθξαζία ηνπ πγξνχ ζηε δεμακελή δελ είλαη νκνηφκνξθε, εηδηθά ζηελ θαηαθφξπθε απνζήθεπζε. Απηφ ζπκβαίλεη δηφηη ην ζεξκφ πγξφ έρνληαο κηθξφηεξν εηδηθφ βάξνο απφ ην θξχν παξακέλεη ζηελ θνξπθή ηεο απνζήθεο, ελψ ην θξχν ζηνλ ππζκέλα ηεο, νδεγψληαο έηζη ζε ζεξκηθή δηαζηξσκάησζε. Ζ εηζαγσγή ηνπ ζεξκνχ πγξνχ γίλεηαη απφ ην πάλσ κέξνο ηεο απνζήθεο κε ρακειή ηαρχηεηα, ψζηε λα κελ αλακεηγλχεηαη κε ην θξχν λεξφ ηεο δεμακελήο θαη θαηεβαίλεη θάζε θνξά ζην ζηξψκα πγξνχ πνπ έρεη ηελ ίδηα κε απηφ ζεξκνθξαζία. Αλαθνξηθά κε ηελ εηθόλα 3.3 ην ζεξκφ λεξφ απφ ηνλ ειηαθφ ζπιιέθηε ζε ζεξκνθξαζία 60 C, εηζέξρεηαη αξγά ζηε δεμακελή ζην επίπεδν φπνπ ε ζεξκνθξαζία είλαη 50 C θαη αλεβαίλεη πξνο ηα επάλσ έσο φηνπ θηάζεη ζην ζηξψκα πγξνχ πνπ έρεη ηελ ίδηα ζεξκνθξαζία κε απηφ. Δηθόλα 3.3: Απνζήθεπζε ζεξκόηεηαο ζε δεμακελή λεξνύ δηαζηξσκαησκέλεο ζεξκνθξαζίαο [3] ηελ πξαγκαηηθφηεηα ε ηέιεηα δηαζηξσκάησζε δελ είλαη εθηθηή, δηφηη θαηά ηελ είζνδν ηνπ λεξνχ ζηε δεμακελή ζα δεκηνπξγεζεί αλαηαξαρή θαη αλάκεημε. Σν λα δεκηνπξγεζεί κία θαιή δηαζηξσκάησζε εμνπδεηεξψλνληαο ηελ αλάκεημε, είλαη εμίζνπ ζεκαληηθφ κε ηε δηαηήξεζε ησλ ζεξκνθξαζηαθψλ βαζκίδσλ. Δμαηηίαο ησλ απσιεηψλ ζεξκφηεηαο απφ ηελ επηθάλεηα ηεο δεμακελήο, ε ζεξκνθξαζία ηνπ λεξνχ θνληά ζηα θαηαθφξπθα ηνηρψκαηα ηεο δεμακελήο είλαη ρακειφηεξε, νδεγψληαο ζε θπζηθή κεηαθνξά ε νπνία θαηαζηξέθεη ηα ζεξκνθξαζηαθά ζηξψκαηα. Γηα λα δηαηεξεζεί ε δηαζηξσκάησζε γηα κεγάιν ρξνληθφ δηάζηεκα ε δεμακελή πξέπεη λα είλαη εθνδηαζκέλε κε εμαηξεηηθά θαιή ζεξκηθή κφλσζε. Σα θχξηα πιενλεθηήκαηα ηεο ζεξκηθήο δηαζηξσκάησζεο είλαη: Ζ ζεξκηθή απνζήθε δηαζηξσκαησκέλεο ζεξκνθξαζίαο δίλεη ηε δπλαηφηεηα ρξεζηκνπνίεζεο πγξνχ απφ ην πάλσ κέξνο ηεο απνζήθεο, ζε ζεξκνθξαζία κεγαιχηεξε απφ φηη εάλ απηφ ήηαλ αλακεκεηγκέλν, βειηηψλνληαο έηζη ηελ απφδνζε ηνπ ζπζηήκαηνο. 26

33 Ζ απφδνζε ησλ ειηαθψλ ζπιιεθηψλ βειηηψλεηαη, δηφηη ρξεζηκνπνηνχλ πγξφ απφ ην θάησ κέξνο ηεο δεμακελήο ζε ρακειφηεξε ζεξκνθξαζία απφ φηη εάλ απηφ ήηαλ αλακεκεηγκέλν. ηελ εηθόλα 3.4 απεηθνλίδεηαη έλα ζχζηεκα ζέξκαλζεο ρψξνπ δχν δσλψλ θαη δεζηνχ λεξνχ ρξήζεο πνπ ρξεζηκνπνηεί δεμακελή απνζήθεπζεο. Ζιηαθνί ζπιιέθηεο ζεξκαίλνπλ ην λεξφ πνπ βξίζθεηαη ζην θάησ κέξνο ηεο δεμακελήο (κέζσ θιεηζηνχ θπθιψκαηνο), ην νπνίν αλεβαίλεη πξνο ηα πάλσ, δεκηνπξγψληαο έηζη ηελ ζεξκηθή δηαζηξσκάησζε. Ζ ζέξκαλζε ησλ ρψξσλ απνηειείηαη απφ δχν δψλεο, κία πςειήο ζεξκνθξαζίαο (θαινξηθέξ) θαη κία ρακειήο (ελδνδαπέδηα). Ζ θάζε δψλε ρξεζηκνπνηεί ζεξκφ λεξφ απφ δηαθνξεηηθφ ζηξψκα ζεξκνθξαζίαο. Γηα ην δεζηφ λεξφ ρξήζεο ππάξρεη εζσηεξηθφ δνρείν ζην πάλσ κέξνο ηεο δεμακελήο (πςειή ζεξκνθξαζία), κέζα ζην νπνίν ζεξκαίλεηαη λεξφ ηνπ δηθηχνπ. Σν ζχζηεκα ειέγρεηαη απφ δηάηαμε απηνκαηηζκψλ θαη ζε πεξίπησζε κε θάιπςεο ησλ αλαγθψλ ηίζεηαη ζε ιεηηνπξγία ιέβεηαο θπζηθνχ αεξίνπ (εηθόλα 3.4). [3] (α) Δηθόλα 3.4: (α) ύζηεκα ζέξκαλζεο κε απνζήθε δηαζηξσκαησκέλεο ζεξκνθξαζίαο (β) Σνκή δεμακελήο απνζήθεπζεο δηαζηξσκαησκέλεο ζεξκνθξαζίαο [17] (β) Θεξκηθή θιίλε ζηεξεώλ (rock-bed) Μία ζεξκηθή θιίλε ζηεξεψλ απνηειείηαη απφ έλα ζψκα ζεξκναπνξξνθεηηθψλ ζηεξεψλ, δηά κέζνπ ησλ νπνίσλ έλα ξεπζηφ, ζπλήζσο αηκνζθαηξηθφο αέξαο, ξέεη κεηαθέξνληαο ζεξκηθή ελέξγεηα απφ ην ζηεξεφ πξνο ην ξεπζηφ ή αληίζηξνθα. Μπνξεί λα ρξεζηκνπνηεζεί κία πνηθηιία απφ ζηεξεά, φπσο ραιίθηα, ζίδεξν, ηζηκέλην, ηνχβια, θεξακηθά θηι. Σα πιενλεθηήκαηα ζηε ρξήζε κηαο ηέηνηαο ζεξκηθήο απνζήθεο, εηδηθά γηα ηηο ειηαθέο εθαξκνγέο, είλαη: 27

34 Ο κεγάινο ζπληειεζηήο ηεο ζεξκηθήο κεηαθνξάο κεηαμχ ηνπ αέξα θαη ηνπ ζηεξενχ πιηθνχ ηεο απνζήθεο. Ζ κηθξή αγσγηκφηεηα ηεο απνζήθεο φηαλ δελ ππάξρεη ξνή ξεπζηνχ. Σν κηθξφ θφζηνο ηφζν ηνπ πιηθνχ ηεο απνζήθεο φζν θαη ηνπ πεξηβιήκαηνο. Ωζηφζν, ε κέζνδνο απηή απνζήθεπζεο παξνπζηάδεη θαη κεηνλεθηήκαηα ηα νπνία είλαη ηα αθφινπζα: Ζ κεγάιε πηψζε πίεζεο πνπ απαηηείηαη γηα λα δηέιζεη ην ξεπζηφ κέζα απφ ηελ απνζήθε, πνπ ζεκαίλεη κεγάιν κέγεζνο αλεκηζηήξα θαη ηειηθά κεγάιε θαηαλάισζε ελέξγεηαο. Ο φγθνο ελφο ζεξκηθνχ ζηξψκαηνο είλαη ζπλήζσο ηξεηο θνξέο κεγαιχηεξνο απφ ηελ ηζνδχλακε ζεξκηθή απνζήθε λεξνχ. Σν ζεξκηθφ ζηξψκα παξνπζηάδεη πξνβιήκαηα ιεηηνπξγίαο πνπ είλαη ζρεηηθά κε ηνλ θαιφ θαζαξηζκφ ηνπ ζηεξενχ απφ ζθφλε φπσο θαη πξνβιήκαηα πγξαζίαο, απνρέηεπζεο θηι. Ζ ζεξκηθή δηαδηθαζία Ο κεραληζκφο κε ηνλ νπνίν κεηαθέξεηαη ζεξκφηεηα απφ ην ξεπζηφ ζηα ζηεξεά πνπ απαξηίδνπλ ηε ζεξκηθή θιίλε είλαη δχζθνιν λα πεξηγξαθεί θπζηθά θαη καζεκαηηθά θαη εμαξηάηαη απφ: Σε ζεξκηθή αγσγή εληφο θαη κεηαμχ ησλ ζηεξεψλ. Σελ αθηηλνβνιία ησλ ζηεξεψλ. Σε ξνή πνπ αθνινπζεί ην ξεπζηφ αλάκεζα ζηα ζηεξεά. Μαθξνζθνπηθά, εθείλν πνπ παξαηεξείηαη φηαλ ζεξκφο αέξαο πεξλά κέζα απφ κία ςπρξή ζεξκηθή θιίλε κε νκνηφκνξθε ζεξκνθξαζία, είλαη κία αχμεζε ηεο ζεξκνθξαζίαο ησλ ζηξσκάησλ ησλ ζηεξεψλ πνπ βξίζθνληαη θνληά ζηελ είζνδν ηνπ αέξα θαη βαζκηαία, κε κηα ρξνληθή πζηέξεζε, αχμεζε ηεο ζεξκνθξαζίαο ησλ ζηξσκάησλ πνπ βξίζθνληαη πξνο ηελ έμνδν ηνπ αέξα. Ζ ζεξκηθή θιίλε ζεσξείηαη θνξηηζκέλε φηαλ ππάξρεη νκνηφκνξθε πςειή ζεξκνθξαζία ζε φιν ην ζψκα ησλ ζηεξεψλ ίζε κε ηε ζεξκνθξαζία ηνπ ζεξκνχ εηζεξρφκελνπ αέξα. Μία εηθφλα απηήο ηεο θφξηηζεο δείρλεη ε εηθόλα 3.5. Δηθόλα 3.5: Φόξηηζε ηεο ζεξκηθήο θιίλεο [8] Σα ηειεπηαία ρξφληα έρνπλ δηεμαρζεί πνιιέο κειέηεο πάλσ ζηελ απνζήθεπζε ζεξκηθήο ελέξγεηαο σο αηζζεηή ζεξκφηεηα κε ζεξκηθέο θιίλεο ζηεξεψλ, γηα εθαξκνγέο ρακειήο 28

35 ζεξκνθξαζίαο φπσο ε ζέξκαλζε θαη ε ςχμε ειηαθψλ ζπηηηψλ. Καζψο ππάξρεη έληνλν ελδηαθέξνλ γηα ηε ρξήζε ηεο ειηαθήο ελέξγεηαο γηα ειεθηξνπαξαγσγή, έρεη πξνηαζεί ε ρξήζε ησλ ζεξκηθψλ θιηλψλ ζηεξεψλ γηα κεγάιεο θιίκαθαο εθαξκνγέο ζε πςειήο ζεξκνθξαζίαο απνζεθεπηηθά ζπζηήκαηα. Έλα ζχζηεκα ζέξκαλζεο θαη ςχμεο θηεξίσλ κε ζεξκηθή θιίλε ζηεξεψλ απνηειείηαη απφ κία ζεξκηθή θιίλε ζηεξεψλ, έλαλ ελαιιάθηε ζεξκφηεηαο, κία πεγή ζεξκφηεηαο, αλεκηζηήξεο θαη αγσγνχο. Καηά ηε θφξηηζε ηεο ζεξκηθήο θιίλεο ζηεξεψλ, ζεξκφο αέξαο απεπζείαο απφ ηνπο ειηαθνχο ζπιιέθηεο αέξα ή δηακέζνπ ησλ ελαιιαθηψλ ζεξκφηεηαο (εάλ ρξεζηκνπνηνχληαη ειηαθνί ζπιιέθηεο πγξνχ), δηέξρεηαη δηακέζνπ ηεο ζεξκηθήο θιίλεο απφ ην επάλσ κέξνο θαη θξχνο αέξαο ζπιιέγεηαη απφ ην θάησ κέξνο ηεο απνζεθεπηηθήο κνλάδαο, απφ φπνπ θαη κεηαθέξεηαη μαλά είηε θαηεπζείαλ ζηνλ ειηαθφ ζπιιέθηε είηε ζηελ είζνδν ηνπ ελαιιάθηε. Καηά ηελ εθθφξηηζε ηεο απνζήθεο ε ξνή ηνπ αέξα ζηε ζεξκηθή θιίλε ζηεξεψλ αληηζηξέθεηαη. Ζ δηαδηθαζία απεηθνλίδεηαη ζηελ εηθόλα 3.6.α. Γηα πςειέο ζεξκνθξαζίεο θαη κεγάιεο θιίκαθαο απνζήθεπζε ηεο ειηαθήο ελέξγεηαο ην παξαπάλσ ζχζηεκα δελ είλαη νχηε πξαθηηθφ νχηε νηθνλνκηθφ. Έλα ζχζηεκα απνζήθεπζεο κε ζεξκηθή θιίλε ζηεξεψλ θαηάιιειν γηα ηελ παξαπάλσ πεξίπησζε είλαη ην αθφινπζν. Έλαο νγθψδεο ζθαηξηθφο ζρεκαηηζκφο απφ πέηξεο δεκηνπξγείηαη θάησ απφ ην έδαθνο κε θαηάιιειεο ηερληθέο φπσο αλαηίλαμε θαη εμφξπμε. Καηά ηε δηάξθεηα ηεο θφξηηζεο αέξαο ζεξκαίλεηαη έσο ηε κέγηζηε ζεξκνθξαζία απφ ελαιιάθηε ζεξκφηεηαο θαη δηέξρεηαη δηακέζνπ ηεο ζεξκηθήο θιίλεο φπνπ θαη απνζεθεχεη ζεξκφηεηα. Ο ςπρξφο αέξαο εμέξρεηαη απφ ηελ άιιε πιεπξά θαη νδεγείηαη ζηνλ ελαιιάθηε ζεξκφηεηαο νινθιεξψλνληαο έηζη ηνλ θχθιν. Ο αέξαο κπνξεί λα απνθηήζεη πςειή ζεξκνθξαζία ζηνλ ελαιιάθηε, κε ηελ επηινγή θαη ρξήζε θαηάιιεινπ ξεπζηνχ κεηαθνξάο πνπ έρεη ζεξκαλζεί κε ζπγθεληξσηηθνχο ειηαθνχο ζπιιέθηεο (εηθόλα 3.6.β). Άιιε κία εθαξκνγή πεξηιακβάλεη ηε δεκηνπξγία ελφο ή πεξηζζνηέξσλ ηνχλει ζην έδαθνο, ηα νπνία γεκίδνληαη κε βξάρνπο θαηάιιεισλ δηαζηάζεσλ, δεκηνπξγψληαο έηζη έλα είδνο ζεξκηθήο θιίλεο. Έλα ηέηνην ζχζηεκα θαίλεηαη ζηελ εηθόλα 3.6.γ. [3,8] (α): Τπέξγεηα ζεξκηθή θιίλε ζηεξεώλ 29

36 (β): Τπόγεηα ζεξκηθή θιίλε ζηεξεώλ (γ): Απνζεθεπηηθό ζύζηεκα ζεξκηθήο θιίλεο πνπ ζπλίζηαηαη από ππόγεηα ηνύλει γεκηζκέλα κε βξάρνπο Δηθόλα 3.6: Θεξκηθέο θιίλεο ζηεξεώλ κε αέξα σο κέζν κεηαθνξάο [3] 3.4. ΓΗΔΠΟΥΗΑΚΖ ΑΠΟΘΖΚΔΤΖ Ζ αλάγθε απνζήθεπζεο ηεο δηαζέζηκεο ελέξγεηαο θάπνηαο επνρήο ηνπ ρξφλνπ γηα ρξεζηκνπνίεζή ηεο ζε κία άιιε, γέλλεζε ηηο δηεπνρηαθέο ζεξκηθέο απνζήθεο πνπ θαηά θαλφλα απνζεθεχνπλ ειηαθή ελέξγεηα ηνπο θαινθαηξηλνχο κήλεο γηα λα ηελ απνδψζνπλ ηνπο ρεηκεξηλνχο. Οη δηεπνρηαθέο απνζήθεο έρνπλ σο θχξην ραξαθηεξηζηηθφ ηε κεγάιε ζεξκνρσξεηηθφηεηα, πνπ βέβαηα εμαξηάηαη θπξίσο απφ ηηο θιηκαηνινγηθέο ζπλζήθεο, ηνπο ρξεζηκνπνηνχκελνπο ζπιιέθηεο θαη ηα θνξηία πνπ πξέπεη λα θαιπθζνχλ. Σα δχν θχξηα ραξαθηεξηζηηθά απηψλ ησλ απνζεθψλ, δειαδή ε κεγάιε ρξνληθή δηάξθεηα απνζήθεπζεο θαη ν θαηά θαλφλα κεγάινο φγθνο ηνπο, δεκηνπξγνχλ θαη ηα θχξηα πξνβιήκαηά ηνπο. Απηά είλαη νη κεγάιεο ζεξκηθέο απψιεηεο πνπ γηα λα απνθεπρζνχλ ρξεηάδνληαη ηζρπξέο κνλψζεηο, ην κεγάιν αξρηθφ θφζηνο θαη ν απαγνξεπηηθά κεγάινο πνιιέο θνξέο φγθνο ηνπο ζε ζρέζε κε ηνλ δηαζέζηκν ρψξν. [8] Έρνπλ εξεπλεζεί θαη ρξεζηκνπνηεζεί πνιιά ζπζηήκαηα ππφγεηαο απνζήθεπζεο. Μεξηθά απφ απηά είλαη ε απνζήθεπζε λεξνχ ζε ππφγεηεο δεμακελέο θαη ππφγεηεο ζπειηέο, ε απνζήθεπζε ζην ίδην ην μεξφ έδαθνο θαη ηα πδξνθφξα ζηξψκαηα, ελψ κία ππέξγεηα ηερλνινγία γηα δηεπνρηαθή απνζήθεπζε είλαη ε ειηαθή ιίκλε. 30

37 Τδάηηλε ππόγεηα δεμακελή Οη πδάηηλεο ππφγεηεο δεμακελέο ρξεζηκνπνηνχλ ην λεξφ εμαηηίαο ησλ εμαηξεηηθψλ ηδηνηήησλ ηνπ θαη ηνπ γεγνλφηνο φηη κπνξεί λα ιεηηνπξγήζεη θαη σο απνζεθεπηηθφ κέζν θαη σο κέζν κεηαθνξάο. πλήζσο νη δεμακελέο απηέο είλαη κεγάινπ κεγέζνπο (ζπλήζσο κεγαιχηεξεο ησλ ιίηξσλ). Ο κηθξφο ιφγνο ηεο επηθάλεηαο σο πξνο ηνλ φγθν ζε ζπλδπαζκφ κε ην κεγάιν κέγεζνο, κεηψλεη ηφζν ην θφζηνο φζν θαη ηηο απψιεηεο ζεξκφηεηαο αλά κνλάδα φγθνπ απνζήθεπζεο. Ζ βέιηηζηε κνξθή απηψλ ησλ ηεξάζηησλ δεμακελψλ είλαη ε θπιηλδξηθή κε ηνλ άμνλά ηνπο θάζεην σο πξνο ηελ επηθάλεηα ηεο γεο. Οη δεμακελέο απηέο κπνξνχλ λα είλαη πιήξσο ή κεξηθψο ζακκέλεο. πρλά ε επηθάλεηα πάλσ απφ ηε δεμακελή γίλεηαη εθκεηαιιεχζηκε γηα άιινπο ζθνπνχο φπσο ρψξνπο ζηάζκεπζεο, πάξθα θηι. Αμίδεη λα ζεκεησζεί φηη ε ηδαληθή γεσκεηξία ηεο δεμακελήο είλαη απηή ζηελ νπνία ην χςνο θαη ε αθηίλα είλαη ίζα. Οη δεμακελέο κπνξεί λα είλαη θαηαζθεπαζκέλεο απφ ζθπξφδεκα, αλνμείδσην αηζάιη θαη πιαζηηθφ εληζρπκέλν κε ίλεο. ην εζσηεξηθφ ηνπο ηνπνζεηείηαη κία επηπιένλ ζηξψζε απφ πνιπκεξέο ή απφ αλνμείδσην αηζάιη, γηα ηελ απνθπγή δηαξξνψλ. ην εμσηεξηθφ ηνπο ηνπνζεηείηαη κφλσζε γηα λα επηηεπρζεί κείσζε ησλ ζεξκηθψλ απσιεηψλ. ηηο πεξηπηψζεηο δεμακελψλ κεξηθψο ζακκέλσλ, ππάξρεη δπλαηφηεηα λα ρξεζηκνπνηεζνχλ ηα πξντφληα εθζθαθήο ηφζν γηα θπζηθή ζηήξημε ησλ ηνηρσκάησλ ηεο δεμακελήο φζν θαη γηα ηελ κφλσζε ηνπ πάλσ κέξνπο ηεο. Σαπηφρξνλα απηή ε κέζνδνο επηιχεη ην πξφβιεκα ηεο απφξξηςεο ησλ πξντφλησλ εθζθαθήο. [4] Μηα απφ ηηο κεγαιχηεξεο ππφγεηεο δεμακελέο γηα δηεπνρηαθή απνζήθεπζε ζεξκνχ λεξνχ θαηαζθεπάζηεθε ην 1996 ζηελ πφιε Friedrichshafen ηεο Γεξκαλίαο. ηελ εηθόλα 3.7 απεηθνλίδεηαη ε δεμακελή φγθνπ m 3 θαηά ηε δηάξθεηα ηεο θαηαζθεπήο ηεο. Ζ δεμακελή είλαη θαηαζθεπαζκέλε απφ ηζηκέλην, είλαη εζσηεξηθά επελδπκέλε κε 1,25 mm αλνμείδσηνπ αηζαιηνχ θαη έρεη κφλσζε απφ πεηξνβάκβαθα. Ζ ιεηηνπξγία ηνπ ζπζηήκαηνο ζην νπνίν είλαη ελζσκαησκέλε ε παξαπάλσ απνζήθε είλαη ε εμήο: ε ζεξκφηεηα πνπ απνθηάηαη κέζσ ησλ ειηαθψλ ζπιιεθηψλ, πνπ βξίζθνληαη ηνπνζεηεκέλνη ζηελ νξνθή ηνπ θηηξηαθνχ ζπγθξνηήκαηνο (εηθόλα 3.8), κεηαθέξεηαη ζε θεληξηθφ ζχζηεκα ζέξκαλζεο θαη απνδίδεηαη ζην θηίξην φηαλ απηφ απαηηεζεί. Σν πιεφλαζκα ζεξκφηεηαο θαηά ηε δηάξθεηα ηνπ θαινθαηξηνχ θνξηίδεη ηε ζεξκηθή απνζήθε, κε ζηφρν λα ρξεζηκνπνηεζεί ην θζηλφπσξν θαη ην ρεηκψλα γηα ζέξκαλζε ηφζν ησλ ρψξσλ φζν θαη ηνπ λεξνχ ρξήζεο. [5] Δηθόλα 3.7: Καηαζθεπή ηεο ππόγεηαο ηζηκεληέληαο δεμακελήο λεξνύ ζηελ πόιε Friedrichshafen ηεο Γεξκαλίαο [5] 31

38 Δηθόλα 3.8: Αξηζηεξά απεηθνλίδεηαη ην θηηξηαθό ζπγθξόηεκα πνπ εθκεηαιιεύεηαη ηελ απνζεθεπκέλε ζεξκόηεηα ζην Friedrichshafen ηεο Γεξκαλίαο θαη δεμηά απεηθνλίδεηαη ε ζακκέλε δεμακελή [5] Απνζήθεπζε ζεξκόηεηαο ζε ππόγεηα ζπήιαηα (Cavern Thermal Energy Storage) ην Lyckebo ηεο νπεδίαο θαηαζθεπάζηεθε έλα ζπειαίν πνπ ρξεζηκνπνηεί ην λεξφ σο κέζν γηα ηελ απνζήθεπζε ζεξκφηεηαο (εηθόλα 3.9). Σν ππφγεην ζπήιαην δεκηνπξγήζεθε κε κεζφδνπο εμφξπμεο, έρεη θπιηλδξηθφ ζρήκα θαη ρσξεηηθφηεηα 10 5 m 3. Μία ζηήιε βξάρνπ έρεη αθεζεί αλέπαθε ζην θέληξν ηνπ ζπειαίνπ γηα ηε ζηήξημε ηεο θαηαζθεπήο. Σν ζπήιαην έρεη χςνο 30 m θαη ην πάλσ κέξνο ηνπ βξίζθεηαη 30 m θάησ απφ ηελ επηθάλεηα ηνπ εδάθνπο. Δίλαη γεκηζκέλν κε λεξφ θαη νη αγσγνί γηα ηελ πξνζαγσγή θαη επηζηξνθή ηνπ λεξνχ κπνξνχλ λα κεηαθηλνχληαη θαηαθφξπθα, γηα λα κπνξνχλ λα εηζάγνπλ θαη λα απνκαθξχλνπλ λεξφ απφ δηάθνξα ζηξψκαηα. Σν λεξφ είλαη πςειά δηαζηξσκαησκέλν ζε ζεξκνθξαζίεο απφ 30 C έσο 80 C. Λφγσ ηεο ππφγεηαο θαηαζθεπήο, δελ ρξεζηκνπνηήζεθε ζεξκηθή κφλσζε. Σνλ δεχηεξν ρξφλν ιεηηνπξγίαο ηνπ ζπζηήκαηνο ζηάζεθε δπλαηή ε αλάθηεζε ηνπ 74% ηεο απνζεθεπκέλεο ζηελ απνζήθε ζεξκφηεηαο. [10] Δηθόλα 3.9: Σν ππόγεην ζπήιαην ζην Lyckebo ηεο νπεδίαο [13] 32

39 Απνζήθεπζε ζεξκόηεηαο ζε θπζηθά πδξνθόξα ζηξώκαηα (Aquifer Thermal Energy Storage) Ζ θχζε καο παξέρεη κία εμαηξεηηθή απνζήθε ζεξκφηεηαο κε ηε κνξθή ησλ θπζηθψλ πδξνθφξσλ ζηξσκάησλ (aquifer). Σα aquifer είλαη γεσινγηθέο δνκέο, κπνξεί λα βξεζνχλ ζε βάζνο πνπ θπκαίλεηαη απφ κεξηθά κέρξη εθαηνληάδεο κέηξα θαη έρνπλ ηε δπλαηφηεηα λα απνξξνθνχλ θαη λα παξαθξαηνχλ ην λεξφ. Ο ζρεκαηηζκφο ησλ βξάρσλ είλαη δηαπεξαηφο θαη πνξψδεο θαη ε θπθινθνξία ηνπ λεξνχ είλαη εθηθηή εμαηηίαο ηεο χπαξμεο ξσγκψλ ή δηαζπλδεδεκέλσλ αλνηγκάησλ. Σα πεηξψκαηα είλαη ηδεκαηνγελνχο πξνέιεπζεο, φπσο ακκφιηζνη, ακκνράιηθα θαη αζβεζηφιηζνη. Ζ δνκή πνπ πεξηέρεη ην λεξφ είλαη αλάκεζα ζε δχν νξηδφληηα ζηξψκαηα κε πδξναπνξξνθεηηθψλ πεηξσκάησλ (αξγηιψδε πεηξψκαηα), ελψ ην aquifer ζηελ θαηαθφξπθε δηεχζπλζε κπνξεί λα είλαη είηε πεξηνξηζκέλν είηε φρη. Σα aquifer γηα πνιιά ρξφληα ρξεζηκνπνηνχληαλ γηα ηελ απνζήθεπζε θξέζθνπ λεξνχ, πξντφλησλ πεηξειαίνπ θαη θπζηθνχ αεξίνπ. Ζ ηδέα ηεο ρξεζηκνπνίεζήο ηνπο γηα ηελ απνζήθεπζε ζεξκφηεηαο είλαη ζρεηηθά πξφζθαηε. Ζ βαζηθή ιεηηνπξγία ηνπο είλαη απιή: θξεάηηα ζθάβνληαη γηα ηελ έγρπζε ζεξκνχ λεξνχ ζην aquifer φηαλ ππάξρεη πιεφλαζκα ελέξγεηαο θαη αλάθηεζή ηνπ φηαλ νη ελεξγεηαθέο απαηηήζεηο είλαη πςειέο. Σα πεηξψκαηα πνπ βξίζθνληαη πάλσ θαη θάησ απφ ην aquifer έρνπλ κηθξή ζεξκηθή αγσγηκφηεηα θαη έηζη απνηξέπνπλ ηηο ελεξγεηαθέο απψιεηεο. Σα aquifer ηα νπνία είλαη πεξηνξηζκέλα θαη ζηελ θαηαθφξπθε δηεχζπλζε έρνπλ ζαθψο κηθξφηεξεο ζεξκηθέο απψιεηεο. Θεσξεηηθά, είλαη εθηθηή ε απνζήθεπζε λεξνχ κε ζεξκνθξαζία κέρξη θαη 200 C, αιιά παξφια απηά κέρξη ζήκεξα νη εθαξκνγέο πεξηνξίδνληαη ζηελ απνζήθεπζε λεξνχ 55 C. Σα πιενλεθηήκαηα ησλ aquifer σο κέζνδνη απνζήθεπζεο ζεξκφηεηαο είλαη ηα εμήο: Σα aquifer κπνξνχλ λα ζπγθξαηήζνπλ ηεξάζηην φγθν λεξνχ. Έηζη κπνξνχλ λα απνζεθεπηνχλ κεγάια πνζά ζεξκφηεηαο ζε θπζηθέο δνκέο νη νπνίεο παξέρνληαη δσξεάλ. Υξεζηκνπνηνχλ σο κέζν απνζήθεπζεο ην λεξφ, ην νπνίν έρεη κηα πιεζψξα πιενλεθηεκάησλ φπσο έρεη ήδε αλαθεξζεί. ηε δηεπνρηαθή απνζήθεπζε ην aquifer κπνξεί λα εθκεηαιιεπηεί είηε ηελ ειηαθή ελέξγεηα είηε ηελ απνξξηπηφκελε απφ βηνκεραληθέο δηεξγαζίεο ζεξκφηεηα, γηα απνζήθεπζε ην θαινθαίξη κε ζθνπφ ηε ρξήζε ην ρεηκψλα. Έξεπλεο πνπ έρνπλ γίλεη δείρλνπλ φηη ηα aquifer έρνπλ αξθεηά θαιέο πξννπηηθέο γηα ηελ νηθνλνκηθή απνζήθεπζε κεγάινπ πνζνχ ζεξκφηεηαο. Παξφια απηά κέρξη ζήκεξα ε ρξήζε ηνπο δελ είλαη ηδηαίηεξα δηαδεδνκέλε. Μία κεγάιε εθαξκνγή ηέηνηνπ ζπζηήκαηνο πινπνηήζεθε ην 2009 ζην αεξνδξφκην Αξιάληα ζηε ηνθρφικε ηεο νπεδίαο (εηθόλα 3.10). Σν ζχζηεκα ιεηηνπξγεί σο εμήο: θαηά ηε δηάξθεηα ηνπ θαινθαηξηνχ, ςπρξφ λεξφ αληιείηαη απφ ην aquifer θαη ηξνθνδνηεί ην ζχζηεκα ςχμεο ηνπ αεξνδξνκίνπ. Δλ ζπλερεία, ην ζεξκφ πιένλ λεξφ πνπ επηζηξέθεη, δηνρεηεχεηαη πίζσ ζην aquifer φπνπ θαη απνζεθεχεηαη. Σν ρεηκψλα, ην ζεξκφ λεξφ ρξεζηκνπνηείηαη γηα ην ιηψζηκν ησλ πάγσλ ζηνπο αεξνδηαδξφκνπο θαη γηα ηελ πξνζέξκαλζε ηνπ εηζαγφκελνπ ζην θηίξην αέξα. [1,3,6] 33

40 Δηθόλα 3.10: Σν λέν ζύζηεκα απνζήθεπζεο ελέξγεηαο κε Aquifer ζηε ηνθρόικε ηεο νπεδίαο [14] Γεσηξήζεηο απνζήθεπζεο ζεξκόηεηαο ζε μεξό έδαθνο (Borehole Thermal Energy Storage) Σν έδαθνο (ρψκα, άκκνο, βξάρνη θηι) κπνξεί λα ρξεζηκνπνηεζεί γηα απνζήθεπζε ζεξκφηεηαο. Ζ δηαδηθαζία ζπλήζσο έρεη σο εμήο: γηα ηε θφξηηζε θαη εθθφξηηζε ηνπ εδάθνπο ρξεζηκνπνηνχληαη δηαηάμεηο αγσγψλ πνπ κεηαθέξνπλ ηα ζεξκά ξεπζηά. Οη αγσγνί κπνξεί λα είλαη είηε θαηαθφξπθνη ηχπνπ U, νη νπνίνη ηνπνζεηνχληαη ζε θαηάιιειεο κεηαμχ ηνπο απνζηάζεηο, είηε νξηδφληηνη ζακκέλνη ζε ηάθξνπο. Σέηνηα ζπζηήκαηα ζπλήζσο δελ είλαη κνλσκέλα θαζψο ην ίδην ην έδαθνο παξέρεη θάπνηνπ είδνπο κφλσζε. ηελ εηθόλα 3.11 αλαπαξίζηαηαη ε ιεηηνπξγία ελφο ηέηνηνπ ζπζηήκαηνο. Σν κεγαιχηεξν ηέηνηνπ είδνπο απνζεθεπηηθφ ζχζηεκα θαηαζθεπάζηεθε ζηε Lulea ηεο νπεδίαο. Απνηειείηαη απφ 120 θάζεηα θξεάηηα ηα νπνία έρνπλ ζθαθηεί ζε έλα βάζνο 65 m κέζα ζην πέηξσκα, ην νπνίν βξίζθεηαη 2-6 m θάησ απφ ην ρψκα. Σα θξεάηηα είλαη νξηνζεηεκέλα ζε ηεηξαγσληθή δηάηαμε θαη απέρνπλ 4 m ην έλα απφ ην άιιν. Ο ζπλνιηθφο φγθνο ηνπ βξάρνπ πνπ ζπκκεηέρεη ελεξγά ζηελ απνζήθεπζε είλαη πεξίπνπ 10 5 m 3. ε θάζε θξεάηην ηνπνζεηείηαη έλαο ζσιήλαο ν νπνίνο κεηαθέξεη ην ξεπζηφ έσο ηνλ ππζκέλα ηνπ. Με απηφλ ηνλ ηξφπν ην ξεπζηφ ζεξκαίλεη ην βξάρν. Ζ ξνή είλαη θαλνληζκέλε έηζη ψζηε ην θεληξηθφ κέξνο ηεο απνζήθεο λα είλαη ζεξκφηεξν θαη λα επηηπγράλεηαη έηζη ζεξκηθή δηαζηξσκάησζε. Πεξίπνπ ην 60% ηεο ελέξγεηαο πνπ απνζεθεχεηαη, αλαθηάηαη γηα λα παξέρεη ζέξκαλζε ζε θηίξηα. [10] 34

41 Δηθόλα 3.11: ρεδηάγξακκα ιεηηνπξγίαο ζπζηήκαηνο ζέξκαλζεο θαη ςύμεο ζε ζπλδπαζκό κε απνζήθεπζε ζε μεξό έδαθνο [15] Ζιηαθή ιίκλε Μία κέζνδνο γηα κεγάιεο δηάξθεηαο απνζήθεπζε ζεξκηθήο ελέξγεηαο κε ηε κνξθή αηζζεηήο ζεξκφηεηαο είλαη ε ειηαθή ιίκλε. ηελ ειηαθή ιίκλε ζπιιέγεηαη, απνηακηεχεηαη θαη αμηνπνηείηαη ζε κεγάιεο κάδεο λεξνχ ε ειηαθή ελέξγεηα. Οη ειηαθέο ιίκλεο αλάινγα κε ηε ζχζηαζε ηνπ πεξηερφκελνπ ζε απηέο λεξνχ, δηαθξίλνληαη ζε ιίκλεο γιπθνχ χδαηνο, πνπ πεξηέρνπλ θαζαξφ λεξφ θαη ζε ιίκλεο αικπξνχ χδαηνο, πνπ πεξηέρνπλ δηαιπκέλν θάπνην αιάηη κέζα ζηε κάδα ηνπ λεξνχ. Ζ ειηαθή ιίκλε αικπξνχ χδαηνο είλαη κηα αβαζήο ηερλεηή ιίκλε, κε πξννδεπηηθή απφ ηελ επηθάλεηα πξνο ην βπζφ αχμεζε ηεο πεξηεθηηθφηεηάο ηεο ζε αιάηη θαη ζπλήζσο ειηναπνξξνθεηηθφ βπζφ. Σα άιαηα πνπ ρξεζηκνπνηνχληαη ζπλήζσο είλαη ην ρισξηνχρν λάηξην (NaCl) θαη ην ρισξηνχρν καγλήζην (MgCl 2 ). Σν MgCl 2 παξνπζηάδεη ζε ζρέζε κε ην NaCl ην πιενλέθηεκα φηη δελ παξνπζηάδεη ηδηαίηεξε δπζθνιία ζηελ επίηεπμε ζηαζεξψλ ζπλζεθψλ εληφο ηεο ιίκλεο. Δπηπιένλ, ην MgCl 2 βξίζθεηαη ζε πνιχ κεγαιχηεξε αθζνλία, ζαλ ζηεξεφ ππφιεηκκα θαηά ηελ εμάηκηζε ζαιαζζηλνχ λεξνχ. Σν βάζνο ηεο ιίκλεο θπκαίλεηαη απφ 1-2 m θαη ζε απηφ δηαθξίλνπκε ηξία ζηξψκαηα λεξνχ. Σν πδάηηλν ζηξψκα επηθαλείαο, φπσο νλνκάδεηαη, ην νπνίν έρεη ηε κηθξφηεξε πεξηεθηηθφηεηα ζε αιάηη θαη ζπλήζσο απνηειείηαη απφ θπζηθφ λεξφ. Σν πδάηηλν ζηξψκα θξαγήο, πνπ έρεη κηα πξννδεπηηθά απμαλφκελε (αλάινγα κε ην βάζνο) πεξηεθηηθφηεηα ζε αιάηη θαη πξνθπιάζζεη ην θαηψηεξν ζηξψκα απφ ηηο ζεξκηθέο απψιεηεο πξνο ηνλ αέξα. Σέινο, ην θαηψηεξν ζεξκηθφ ζηξψκα, πνπ έρεη ηε κεγαιχηεξε πεξηεθηηθφηεηα ζε αιάηη (θαη ην κεγαιχηεξν εηδηθφ βάξνο) απφ ηα πξνεγνχκελα, απνηειεί ηελ θχξηα απνζήθε ηεο ειηαθήο ελέξγεηαο πνπ παγηδεχεηαη. Απηή ε ζηξσκάησζε ηνπ λεξνχ, ηδίσο ηνπ ζηξψκαηνο θξαγήο επηηπγράλεηαη θαηά ηελ θαηαζθεπή ηεο ειηαθήο ιίκλεο κε ηελ πξνζαγσγή λεξνχ κε κηθξή ηαρχηεηα (κέγηζηε ηηκή 0,12 m/sec) θαη ζε κηθξά ζηξψκαηα πάρνπο cm πξννδεπηηθά ειαηηνχκελεο 35

42 αιαηφηεηαο κέρξη ηελ ηειηθή πξνζζήθε θαζαξνχ λεξνχ ζηελ επηθάλεηα. Ζ εηθόλα 3.12 καο δίλεη έλα ζρεκαηηθφ δηάγξακκα κίαο ειηαθήο ιίκλεο. Δηθόλα 3.12: ρεκαηηθό δηάγξακκα ειηαθήο ιίκλεο [8] Ο βπζφο ηεο ιίκλεο είλαη ζπλήζσο βακκέλνο καχξνο γηα λα απνξξνθά θαη λα απνδίδεη ηελ ειηαθή ελέξγεηα πνπ θηάλεη εθεί, ζην ζεξκηθφ ζηξψκα (εηθόλα 3.14). Ο βπζφο θαη νη παξάπιεπξεο επηθάλεηεο πξέπεη λα απνηεινχληαη απφ πιηθά πνπ ζα παξνπζηάδνπλ ηηο ιηγφηεξεο δπλαηέο δηαξξνέο. Γηα λα εκπνδίζνπκε ηε δηαξξνή ζεξκφηεηαο πξνο ηε γε, ν βπζφο κνλψλεηαη αλ κεηξεζνχλ θάησ απφ απηφλ κεγάιεο ηαρχηεηεο θίλεζεο ησλ ππφγεησλ πδάησλ. Οη ηαρχηεηεο απηέο θπκαίλνληαη ζπλήζσο απφ 1 cm/έηνο κέρξη 1 m/εκέξα, θαη έηζη ε απφθαζε γηα ηε κφλσζε ηνπ βπζνχ εμαξηάηαη θαη απφ ην κέγεζνο ηεο ειηαθήο ιίκλεο. Αλ ε θίλεζε ησλ ππνγείσλ πδάησλ είλαη κηθξή, ν βπζφο δε κνλψλεηαη θαη ε ζεξκφηεηα απνζεθεχεηαη θαη ζην έδαθνο θάησ απφ ην βπζφ. Ζ απνζήθεπζε απηή ζην έδαθνο ηζνδπλακεί ζχκθσλα κε θάπνηνπο εξεπλεηέο κε λεξφ βάζνπο 1 m επηπιένλ. Ζ επηθάλεηα ηεο ιίκλεο ζθεπάδεηαη κε έλα πιαζηηθφ δίρηπ. Με απηφλ ηνλ ηξφπν απνθεχγεηαη ν θπκαηηζκφο ζε πεξίπησζε ηζρπξψλ αλέκσλ πνπ αθελφο κελ θαηαζηξέθεη ηε ζηξσκάησζε ηνπ λεξνχ ηεο ιίκλεο θαη αθεηέξνπ κεηψλεη ην πνζνζηφ ηεο απνξξνθνχκελεο ειηαθήο αθηηλνβνιίαο ιφγσ κεγαιχηεξεο αλαθιαζηηθφηεηαο πνπ παξνπζηάδνπλ νη θπκαηηζκνί ζηελ ειηαθή αθηηλνβνιία. Απφ θπζηθή άπνςε, ζε κία ειηαθή ιίκλε ζπκβαίλνπλ ηα εμήο: Ζ ειηαθή αθηηλνβνιία πνπ πέθηεη απνξξνθάηαη απφ ην πδάηηλν ζψκα θαηά πνζνζηφ (1-ξ), φπνπ ξ είλαη ν ζπληειεζηήο αλαθιαζηηθφηεηαο ηεο επηθάλεηαο ηνπ λεξνχ. Δηδηθφηεξα, νη ππέξπζξεο αθηηλνβνιίεο απνξξνθψληαη ην πνιχ ζηα πξψηα εθαηνζηά νη ππφινηπεο φκσο, δηαπεξλνχλ θαηά κεγάιν κέξνο ην πδάηηλν ζηξψκα θαη απνξξνθψληαη απφ ην βπζφ. Ήδε απφ ην βπζφ ε ζεξκφηεηα δηαδίδεηαη, κε κεηαθνξά θπξίσο, ζην ππεξθείκελν ζεξκηθφ ζηξψκα. Γηα ην ιφγν απηφ ην ζεξκηθφ ζηξψκα παξνπζηάδεη κηα δηαξθή θίλεζε φπσο ηελ εηθόλα 3.13 θαη πςειφηεξε ζεξκνθξαζία αιιά θαη ιφγσ κεγαιχηεξεο αιαηφηεηαο, κεγαιχηεξν εηδηθφ βάξνο (1,3). Έηζη δελ αλακεηγλχεηαη κε ην ππεξθείκελν ζηξψκα θξαγήο, ην νπνίν ζεσξείηαη αθίλεην. Ζ αλχςσζε ηεο ζεξκνθξαζίαο πνπ επηηπγράλεηαη κπνξεί λα θηάζεη ηνπο 90 C. 36

43 Δηθόλα 3.13: Η ζεξκηθή δηαζηξσκάησζε ηεο ειηαθήο ιίκλεο [8] Σα πξνβιήκαηα πνπ παξνπζηάδεη ε ειηαθή ιίκλε είλαη: Ζ πξννδεπηηθή ειάηησζε ηεο δηαθάλεηαο ηνπ λεξνχ πνπ νθείιεηαη ζηε ζθφλε πνπ κεηαθέξνπλ κέζα ζηε ιίκλε νη άλεκνη. Σν θαηλφκελν απηφ πξνθαιεί κείσζε ηεο απνξξνθνχκελεο ειηαθήο αθηηλνβνιίαο θαη αληηκεησπίδεηαη κε έλα πεξηθεξεηαθφ πέηαζκα χςνπο αλάινγνπ κε ηελ έθηαζε ηεο ιίκλεο. Ζ κεγάιε εμάηκηζε θπξίσο ην θαινθαίξη πνπ εμαθαλίδεη ην ζηξψκα επηθάλεηαο, πνπ πξέπεη λα αλαπιεξψλεηαη. Ζ κίμε ησλ δχν θαηψηεξσλ πδάηηλσλ ζηξσκάησλ, ηνπ ζηξψκαηνο θξαγήο θαη ηνπ ζεξκηθνχ ζηξψκαηνο. Απηφ έρεη σο απνηέιεζκα ηε κείσζε ηεο πςειήο ζεξκνθξαζίαο ηνπ ηειεπηαίνπ. Σν θαηλφκελν πξέπεη λα απνθεχγεηαη κε πξνζαγσγή λεξνχ θαηάιιειεο αιαηφηεηαο ζηα δχν θαηψηεξα ζηξψκαηα. [8] Ζιηαθέο ιίκλεο έρνπλ θαηαζθεπαζηεί ζε πνιιά ζεκεία ηνπ πιαλήηε, θπξίσο γηα ζέξκαλζε λεξνχ θαη ζέξκαλζε ζπγθξνηεκάησλ θαηνηθηψλ. Δίλαη κία θζελή θαη θαιή ιχζε πνπ ζπλδπάδεη ηε ζπιινγή θαη ηελ απνζήθεπζε κεγάισλ πνζνηήησλ ειηαθήο ελέξγεηαο. ηελ εηθόλα 3.14 απεηθνλίδεηαη κία ππφ θαηαζθεπή ειηαθή ιίκλε ζην El Paso ηνπ Σέμαο. Δηθόλα 3.14: Καηαζθεπή ειηαθήο ιίκλεο ζην El Paso ηνπ Σέμαο [16] 37

44 3.5. ΣΟΗΥΟ ΘΔΡΜΗΚΖ ΑΠΟΘΖΚΔΤΖ Ζ ιεηηνπξγία ησλ παζεηηθψλ ειηαθψλ ζπζηεκάησλ βαζίδεηαη ζην θαηλφκελν ηνπ ζεξκνθεπίνπ γηα ηε δέζκεπζε ηεο ειηαθήο αθηηλνβνιίαο θαη ηελ κεηαηξνπή ηεο ζε ζεξκφηεηα, ζηε ζεξκνρσξεηηθφηεηα ησλ πιηθψλ γηα ηελ απνζήθεπζε ηεο ζεξκφηεηαο θαη ζηνπο βαζηθνχο λφκνπο ηεο ζεξκνδπλακηθήο γηα ηε κεηαθνξά ηεο ζεξκφηεηαο απφ ην ρψξν ηεο ζπιινγήο ζηελ απνζήθε ζεξκφηεηαο. Σα πιηθά πνπ ρξεζηκνπνηνχληαη ζηα παζεηηθά ζπζηήκαηα, δηαθξίλνληαη ζε πιηθά ζπιινγήο ηεο ειηαθήο αθηηλνβνιίαο θαη ζε πιηθά απνζήθεπζεο ηεο ζεξκφηεηαο. Σα πιηθά ζπιινγήο ηεο ειηαθήο αθηηλνβνιίαο είλαη δηαθαλή πιηθά, δηαπεξαηά απφ ηελ ειηαθή αθηηλνβνιία. Σα ζπλεζέζηεξα δηαθαλή πιηθά πνπ ρξεζηκνπνηνχληαη ζε θηεξηαθέο θαηαζθεπέο είλαη νη παινπίλαθεο, ηα ζθιεξά πιαζηηθά (αθξπιηθά, πνιπεζηεξηθά θαη πνιπθαξβνληθά) θαη ε δηαθαλήο ζεξκνκφλσζε, δειαδή έλα εκηδηαθαλέο ζεξκνκνλσηηθφ πιηθφ θπςειηθήο δνκήο, θπξίσο πνιπθαξβνληθήο πξνέιεπζεο. Σα πιηθά πνπ ρξεζηκνπνηνχληαη γηα ηελ απνζήθεπζε ηεο ζεξκφηεηαο είλαη πιηθά κε κεγάιε ζεξκνρσξεηηθφηεηα. πλήζσο είλαη νηθνδνκηθά πιηθά ηνπ θέξνληα νξγαληζκνχ θαη ηνπ θειχθνπο γεληθφηεξα ή ησλ εζσηεξηθψλ δηαρσξηζηηθψλ ηνηρνπνηηψλ, θαζψο θαη πιηθά επελδχζεσλ ηνηρνπνηηψλ θαη δαπέδσλ. Σα πην ηθαλά πιηθά πνπ κπνξνχλ λα ρξεζηκνπνηεζνχλ γηα ηελ απνζήθεπζε ζεξκφηεηαο ζηα ειηαθά παζεηηθά ζπζηήκαηα είλαη ηα εμήο: Σν ζθπξφδεκα πνπ εκθαλίδεη ην πιενλέθηεκα φηη είλαη ζπγρξφλσο πιηθφ κε κεγάιε ζεξκνρσξεηηθφηεηα θαη ζηνηρείν ηνπ θέξνληα νξγαληζκνχ. Ζ πέηξα, νη σκφπιηλζνη, νη νπηφπιηλζνη (ζπκπαγείο θαη δηάηξεηνη) θαη ηα θεξακηθά πιαθίδηα είλαη ηα πιηθά πνπ θπξίσο ρξεζηκνπνηνχληαη γηα ηελ απνζήθεπζε ηεο ζεξκφηεηαο. Δίλαη πιηθά θεξφλησλ δνκηθψλ ζηνηρείσλ ή ζηνηρείσλ πιεξψζεσο ή πιηθά επελδχζεσο ηνίρσλ θαη δαπέδσλ. Σν λεξφ είλαη ην πιηθφ κε ηε κεγαιχηεξε ζεξκνρσξεηηθφηεηα, αιιά ππάξρνπλ θαηαζθεπαζηηθέο δπζθνιίεο γηα ηε ρξεζηκνπνίεζή ηνπ ζε δνκηθά ζηνηρεία. Μπνξεί λα ηνπνζεηεζεί ζε δεμακελέο λεξνχ πνπ ελζσκαηψλνληαη ζηα δνκηθά ζηνηρεία ή ζε κεκνλσκέλα ζηνηρεία-δνρεία. Σα πιηθά αιιαγήο θάζεο (π.ρ. ηα εχηεθηα άιαηα φπσο ην άιαο ηνπ Glauber), είλαη ζρεηηθά λέα πιηθά πνπ ρξεζηκνπνηνχληαη ζε επηιεγκέλεο ζέζεηο κέζα ζε εηδηθέο δεμακελέο γηα ηελ απνζήθεπζε ζεξκφηεηαο. Λεηηνπξγία ηνπ ηνίρνπ ζεξκηθήο απνζήθεπζεο Ο ηνίρνο ζεξκηθήο απνζήθεπζεο είλαη ε ζπλδπαζκέλε θαηαζθεπή ηνίρνπ θαη παινπίλαθα (ή άιινπ δηαθαλνχο ζηνηρείνπ κε πςειφ ζπληειεζηή δηαπεξαηφηεηαο ηεο ειηαθήο αθηηλνβνιίαο), ε νπνία απνηειεί ηκήκα ηνπ θηηξηαθνχ πεξηβιήκαηνο. Ζ ειηαθή αθηηλνβνιία πνπ εηζέξρεηαη απφ ην δηαθαλέο ζηνηρείν ζην ρψξν κεηαμχ ηνπ παινζηαζίνπ θαη ηνπ ηνίρνπ, κεηαηξέπεηαη ζε ζεξκφηεηα θαη απνζεθεχεηαη σο ζεξκηθή ελέξγεηα ζηνλ ηνίρν. Απφ εθεί κεηαδίδεηαη ζην ρψξν κε αγσγηκφηεηα, κε αθηηλνβνιία ή θαη κε κεηαθνξά, αλάινγα κε ηελ θαηαζθεπή ηνπ ζπζηήκαηνο. Σαπηφρξνλα, ην δηαθαλέο πιηθφ θαη ην αθίλεην ζηξψκα αέξα κεηαμχ ηνίρνπ θαη παινζηαζίνπ ιεηηνπξγεί σο κνλσηηθφ ζηξψκα γηα ηε κείσζε ησλ ζεξκηθψλ απσιεηψλ απφ ην ζεξκφ ηνίρν πξνο ην εμσηεξηθφ πεξηβάιινλ (εηθόλα 3.15). 38

45 Δηθόλα 3.15: Αξρή ιεηηνπξγίαο ηνίρνπ ζεξκηθήο απνζήθεπζεο [9] Όζν κεγαιχηεξε απνξξνθεηηθφηεηα ζηελ ειηαθή αθηηλνβνιία εκθαλίδεη ε εμσηεξηθή παξεηά ηνπ ηνίρνπ (βαθή κε ζθνχξν ρξψκα θαη ηξαρεία επηθάλεηα), ηφζν απμάλεηαη ε απφδνζε ηνπ ζπζηήκαηνο. ε ηνίρν κε ζθνπξφρξσκε επηθάλεηα αλαπηχζζεηαη επηθαλεηαθή ζεξκνθξαζία κέρξη 65 C. Γηα ηελ θαιή ιεηηνπξγία ηνπ ηνίρνπ, ην βάζνο ηνπ ζεξκαηλφκελνπ ρψξνπ δελ πξέπεη λα ππεξβαίλεη ηα 4,5-6 m, πνπ είλαη ε κέγηζηε απφζηαζε γηα λα είλαη απνηειεζκαηηθή ε ζέξκαλζε ηνπ ρψξνπ κε ηελ αθηηλνβνιία πνπ εθπέκπεηαη απφ ην ζεξκφ ηνίρν. Μηα παξαιιαγή ηνπ ζπζηήκαηνο είλαη ν ηνίρνο Trombe-Michelle. Δίλαη έλαο ηνίρνο ζεξκηθήο απνζήθεπζεο θαηαζθεπαζκέλνο απφ πιηθά ηνηρνπνηίαο, κε ζπξίδεο ζην επάλσ θαη θάησ ηκήκα ηνπ ζπκπαγνχο ηκήκαηνο, νπφηε ε κεηάδνζε ζεξκφηεηαο πξνο ηελ πιεπξά ηνπ εζσηεξηθνχ ρψξνπ γίλεηαη εθηφο απφ ηελ αγσγηκφηεηα θαη κε θπζηθφ ζεξκνζηθσληζκφ. Ο αέξαο πνπ βξίζθεηαη κεηαμχ ηνπ ειηνζηαζίνπ θαη ηνπ ηνίρνπ, ζεξκαίλεηαη θαζψο εθάπηεηαη ζην ζεξκφ ηνίρν θαη απφ ηηο ζπξίδεο πνπ βξίζθνληαη ζην επάλσ κέξνο ηνπ ηνίρνπ εηζέξρεηαη ζηνλ θαηνηθήζηκν ρψξν. πγρξφλσο εηζέξρεηαη απφ ηελ θάησ ζπξίδα ζην δηάθελν ςπρξφο αέξαο απφ ην εζσηεξηθφ ηνπ θηηξίνπ, ν νπνίνο ζεξκαίλεηαη. Με απηφλ ηνλ ηξφπν απνδίδεηαη πξφζζεηε ζεξκφηεηα ζην ρψξν ζηηο πεξηφδνπο ηεο ειηνθάλεηαο θαη ε ζέξκαλζε ηνπ ρψξνπ αξρίδεη ακέζσο κε ηε ζέξκαλζε ηνπ ηνίρνπ θαη ζπλερίδεηαη έσο 2-3 ψξεο κεηά ην ζθηαζκφ ηνπ. Καηά ηηο λπρηεξηλέο ψξεο ηεο ρεηκεξηλήο πεξηφδνπ νη ζπξίδεο πξέπεη λα θιείλνπλ ψζηε λα κελ πξνθαιείηαη αληίζηξνθε ξνή ηνπ αέξα. Οη ζπξίδεο κπνξνχλ λα θιείλνπλ ρεηξνθίλεηα ή κε απηνκαηηζκφ, κε ρξνλνκεηξεηή ή κε ζεξκηθή ή νπηηθή δηέγεξζε. Οη ζπξίδεο ηνπνζεηνχληαη θαηά κήθνο φινπ ηνπ ηνίρνπ θαη φζν ην δπλαηφλ πην θνληά ζηελ νξνθή θαη ζην δάπεδν. Ζ απφζηαζε κεηαμχ ησλ επάλσ θαη θάησ ζπξίδσλ δελ πξέπεη λα είλαη κηθξφηεξε απφ 2 m θαη ε ζπλνιηθή επηθάλεηα ησλ ζπξίδσλ πξέπεη λα κελ ππνιείπεηαη ηνπ 2% ηεο ζπλνιηθήο επηθάλεηαο ηνπ ηνίρνπ. Σν βέιηηζην πάρνο ηνπ ηνίρνπ κε πιηθά ηνηρνπνηίαο απμάλεηαη θαζψο απμάλεηαη θαη ν ζπληειεζηήο ζεξκηθήο αγσγηκφηεηαο ησλ πιηθψλ. Ζ ρξεζηκνπνίεζε ησλ ζπξίδσλ γίλεηαη απαξαίηεηε φζν απμάλεηαη ην πάρνο ηνπ ηνίρνπ, γηαηί ηφηε κεγαιχηεξν ξφιν ζηε γξήγνξε ζέξκαλζε ηνπ εζσηεξηθνχ ρψξνπ έρεη ε θπθινθνξία ηνπ ζεξκνχ αέξα, παξά ε κεηάδνζε ζεξκφηεηαο κε αγσγηκφηεηα απφ ηελ εμσηεξηθή ζηελ εζσηεξηθή επηθάλεηα ηνπ ηνίρνπ. 39

46 Γηα ην θαινθαίξη ζα πξέπεη λα πξνβιεθζεί ειηνπξνζηαζία θαη λα αλνίγνπλ ηκήκαηα ηνπ παινζηαζίνπ. Έηζη επηηξέπεηαη ε δηαθπγή ηνπ ζεξκνχ αέξα πνπ ππάξρεη ζην ρψξν κεηαμχ παινζηαζίνπ θαη ηνίρνπ πξνο ην εμσηεξηθφ πεξηβάιινλ θαη ζα εμαζθαιίδεηαη απνθφξηηζε ηεο ζεξκφηεηαο θαη ν δξνζηζκφο ηνπ ηνίρνπ (εηθόλα 3.16). Όηαλ πξφθεηηαη γηα ηνίρν Trombe (εηθόλα 3.17), πέξαλ ηεο εμσηεξηθήο ζθίαζεο, πξέπεη λα θιείλνπλ νη εζσηεξηθέο ζπξίδεο πξνο ην ρψξν, ψζηε λα κε ιεηηνπξγεί ην ζχζηεκα θαη κεηαθέξεη αέξα ζην εζσηεξηθφ ηνπ θηηξίνπ. Δπίζεο ππάξρεη ε δπλαηφηεηα, κε ηελ χπαξμε αληηδηακεηξηθψλ αλνηγκάησλ ζην ρψξν ζε ζπλδπαζκφ κε ηηο ζπξίδεο ηνπ ηνίρνπ θαη αλνηγκάησλ ζηα παινζηάζηα, λα δεκηνπξγείηαη δηακπεξήο αεξηζκφο πνπ ζα ζπκβάιεη ζην δξνζηζκφ ηνπ ρψξνπ. πγθεθξηκέλα, κπνξεί λα αλνίγεη έλαο θεγγίηεο ζην επάλσ κέξνο ηνπ παινζηαζίνπ θαη ζε ζπλδπαζκφ κε άλνηγκα ηεο βφξεηαο φςεο ηνπ θηεξίνπ, δηαηεξψληαο θιεηζηή ηελ επάλσ ζπξίδα αεξηζκνχ ηνπ ηνίρνπ θαη αλνηρηή ηελ θάησ, λα δεκηνπξγείηαη θίλεζε αέξα ζην ρψξν. [9] Δηθόλα 3.16: Υεηκεξηλή θαη ζεξηλή ιεηηνπξγία ηνίρνπ Trombe-Michelle [9] Δηθόλα 3.17: Μία πξαγκαηηθή απεηθόληζε ηνίρνπ Trombe [12] 40

47 ΒΗΒΛΗΟΓΡΑΦΗΑ 3 νπ ΚΔΦΑΛΑΗΟΤ 1. Francis de Winter, Michael Cox, SUN - Mankind's future source of energy, volume one, Pergamon Press, New York, Καπεηάλνο Γ., Εάθεξη., Υνζεΐλ Υ. (1988), «Απνζήθεπζε ελέξγεηαο», Γηπισκαηηθή Δξγαζία, Σκήκα Μεραλνιφγσλ Μεραληθψλ, Δλεξγεηαθφο Σνκέαο, Δξγαζηήξην Καηαζθεπήο πζθεπψλ Σερληθψλ Γηεξγαζηψλ, Δπηβιέπσλ: Γ.Σζηιηγθηξίδεο, Θεζζαινλίθε. 3. H.P. Garg, S.C.Mullick, A.C.Bhargava, Solar thermal energy storage, D.Reidel Publishing Company, Dordrecht, Ibraim Dinçer, Marc A.Rosen, Thermal energy storage - Systems and Applications, John Wiley and Sons Ltd, A.Bejan, I.Dinçer, S.Lorente, A.F.Miguel, A.H.Reis, Porous and complex flow structures in modern technologies, Springer Verlag, N. York, William C.Dickinson, Paul N.Cheremisinoff, Solar energy technology handbook - Part A - Engineering fundamentals, Marcel Dekker Inc, N. York, Αλδξέαο Δ. Μνζράηνο, Ζιηαθή ελέξγεηα, ζπληζηψζεο ηεο ειηαθήο ζεξκηθήο δηαδηθαζίαο, Δθδφζεηο ΣΔΔ, Δ.Αιεμαλδξή, Κ.Αμαξιή, Κ.Γξάςαο, Α.Γεκνχδε, Δ.Λακπξνπνχινπ, Δ.Υξνλάθε, «Βηνθιηκαηηθφο ρεδηαζκφο Κηεξίσλ», Σερληθή Οδεγία ΣΔΔ /2010, Αζήλα, John A. Duffie, William A. Beckman, Solar engineering of thermal processes, John Wiley and Sons Ltd, New Jersey,

48 4. ΑΠΟΘΖΚΔΤΖ ΔΝΔΡΓΔΗΑ ΜΔ ΣΖ ΜΟΡΦΖ ΛΑΝΘΑΝΟΤΑ ΘΔΡΜΟΣΖΣΑ 4.1. ΓΔΝΗΚΑ Ζ απνζήθεπζε ζεξκηθήο ελέξγεηαο κε ηε κνξθή ιαλζάλνπζαο ζεξκφηεηαο βαζίδεηαη ζηελ ηδηφηεηα ησλ πιηθψλ πνπ αιιάδνπλ θάζε (Phase Change Materials, PCM) λα απνξξνθνχλ θαη λα απειεπζεξψλνπλ κεγάια πνζά ιαλζάλνπζαο ζεξκφηεηαο. Σα ζπζηήκαηα απνζήθεπζεο ιαλζάλνπζαο ζεξκφηεηαο παξνπζηάδνπλ πιενλεθηήκαηα έλαληη ησλ ζπζηεκάησλ απνζήθεπζεο αηζζεηήο ζεξκφηεηαο, θαζψο έρνπλ πςειφηεξε ππθλφηεηα απνζεθεπκέλεο ελέξγεηαο αλά κνλάδα κάδαο θαη έρνπλ ηε δπλαηφηεηα λα απνξξνθνχλ θαη λα απειεπζεξψλνπλ πνιχ κεγάιεο πνζφηεηεο ελέξγεηαο δηαηεξψληαο ζηαζεξή ηε ζεξκνθξαζία ηνπο θαζ' φιε ηε δηάξθεηα ηεο αιιαγήο θάζεο. Αιιαγή θάζεο νλνκάδεηαη ε δηαδηθαζία κεηάβαζεο ελφο ζεξκνδπλακηθνχ ζπζηήκαηνο απφ κία θάζε ζε κία άιιε. Ωο πξνο απηή ηελ αιιαγή θάζεο νη πηζαλέο κεηαβνιέο είλαη νη εμήο: 1. ζηεξεφ αέξην 2. πγξφ αέξην 3. ζηεξεφ πγξφ 4. ζηεξεφ ζηεξεφ Οη αιιαγέο θάζεο απφ ζηεξεφ ζε αέξην θαη απφ πγξφ ζε αέξην δελ ρξεζηκνπνηνχληαη ζηα ζπζηήκαηα απνζήθεπζεο, παξά ην γεγνλφο ηεο εκπιεθφκελεο πςειήο ιαλζάλνπζαο ζεξκφηεηαο. Απηφ ζπκβαίλεη δηφηη ν ζρεκαηηζκφο αεξίνπ θαη θαηά ζπλέπεηα ε ζεκαληηθή κεηαβνιή φγθνπ θάλεη ην ζχζηεκα πην νγθψδεο θαη ηε ιεηηνπξγία ηνπ πνιχπινθε θαη κε πξαθηηθή. ηε κεηαηξνπή ζηεξενχ-ζηεξενχ, ε ζεξκφηεηα απνζεθεχεηαη ζε έλα πιηθφ, θαζψο κεηαηξέπεηαη απφ κία θξπζηαιιηθή δνκή ζε κία άιιε. Απηέο νη κεηαηξνπέο ζπλήζσο εκθαλίδνπλ κηθξέο ηηκέο ιαλζάλνπζαο ζεξκφηεηαο, γεγνλφο πνπ ηηο θαζηζηά ιηγφηεξν εθαξκφζηκεο ζηα ζπζηήκαηα απνζήθεπζεο ελέξγεηαο. Οη πην ζπλεζηζκέλεο δηεξγαζίεο ινηπφλ, είλαη ε ηήμε θαη ε πήμε ηνπ κέζνπ απνζήθεπζεο. Ζ πην ζπλεζηζκέλε εθαξκνγή απηήο ηεο κεζφδνπ είλαη ε κεηαηξνπή ηνπ λεξνχ ζε πάγν γηα ηε ρξήζε ζηα ζπζηήκαηα ςχμεο. [1] Γηα παξάδεηγκα, ε απνζεθεπκέλε ζεξκφηεηα ελφο πιηθνχ πνπ κεηαβαίλεη απφ κία ζεξκνθξαζία Σ 1 ζε κηα πςειφηεξε ζεξκνθξαζία Σ 2, αλ ζπκβαίλεη θαη αιιαγή θάζεο απηνχ ζε κία ελδηάκεζε ζεξκνθξαζία Σ * είλαη ην άζξνηζκα ηεο αηζζεηήο ζεξκφηεηαο γηα ηε κεηάβαζε ηεο ζηεξεάο θάζεο ηνπ πιηθνχ απφ ηε ζεξκνθξαζία Σ 1 ζηε ζεξκνθξαζία Σ *, ηεο ιαλζάλνπζαο ζεξκφηεηαο ζηε ζεξκνθξαζία ηήμεο Σ * θαη ηεο αηζζεηήο ζεξκφηεηαο γηα ηε κεηάβαζε ηεο πγξήο θάζεο απφ ζεξκνθξαζία Σ * ζε Σ 2 : (4.1) φπνπ, m: ε κάδα ηνπ πιηθνύ C l,c s : είλαη νη εηδηθέο ζεξκνρσξεηηθόηεηεο ηεο πγξήο θαη ηεο ζηεξεάο θάζεο ηνπ πιηθνύ αληίζηνηρα ι: ε αηζζεηή ζεξκόηεηα ηεο αιιαγήο θάζεο [2] ην δηάγξακκα 4.1 απεηθνλίδεηαη ε απνζήθεπζε ιαλζάλνπζαο ζεξκφηεηαο θαηά ηε κεηαβνιή θάζεο απφ ζηεξεφ ζε πγξφ. 42

49 Γηάγξακκα 4.1: Απνζήθεπζε ελέξγεηαο σο ιαλζάλνπζα ζεξκόηεηα θαηά ηελ ηήμε [3] 4.2. ΚΡΗΣΖΡΗΑ ΔΠΗΛΟΓΖ ΣΩΝ PCM ε αληίζεζε κε ηα πιηθά απνζήθεπζεο αηζζεηήο ζεξκφηεηαο, ηα PCM ιεηηνπξγνχλ ζε ζπγθεθξηκέλε ζεξκνθξαζία, ηε ζεξκνθξαζία αιιαγήο θάζεο. Έηζη ην εθάζηνηε PCM πξέπεη λα πξνζαξκφδεηαη ζηε ζεξκνθξαζία ιεηηνπξγίαο ηνπ ζπζηήκαηνο. Έλα PCM δελ κπνξεί λα ρξεζηκνπνηεζεί ζε φιεο ηηο εθαξκνγέο. Δθηελήο έξεπλα πξέπεη λα δηαηαρζεί γηα ππνζρφκελα PCM, πνπ ζα ιεηηνπξγνχλ ζε δηαθνξεηηθά ζεξκνθξαζηαθά εχξε. [1] Σα θξηηήξηα ή δηαθνξεηηθά νη απαηηήζεηο γηα ηελ επηινγή ηνπ θαηάιιεινπ πιηθνχ θάζεο γηα απνζήθεπζε ζεξκφηεηαο παξνπζηάδνληαη παξαθάησ. Φπζηθέο απαηηήζεηο: Καηάιιειε ζεξκνθξαζία αιιαγήο θάζεο εμαζθάιηζε φηη ζα επηηεπρζεί απνζήθεπζε θαη απειεπζέξσζε ζεξκφηεηαο ζε κία εθαξκνγή κε ζπγθεθξηκέλν ζεξκνθξαζηαθφ εχξνο ιεηηνπξγίαο. Μεγάιε κεηαβνιή ελζαιπίαο θαηά ηελ αιιαγή θάζεο επίηεπμε πςειήο ελεξγεηαθήο ππθλφηεηαο απνζήθεπζεο ζε ζρέζε κε ηα ζπζηήκαηα απνζήθεπζεο αηζζεηήο ζεξκφηεηαο. Τςειή ζεξκηθή αγσγηκφηεηα εμαζθάιηζε αξθεηά κεγάιεο ξνήο ζεξκφηεηαο θαηά ηελ απειεπζέξσζε ηεο απνζεθεπκέλεο ελέξγεηαο γηα ρξήζε. Δπαλαιακβαλφκελεο αιιαγέο θάζεο δπλαηφηεηα ρξήζεο ηνπ απνζεθεπηηθνχ πιηθνχ πνιιέο θνξέο. Μείσζε ηνπ θαηλνκέλνπ ηεο ππφςπμεο ε ηήμε θαη ε ζηεξενπνίεζε ηνπ πιηθνχ ζπκβαίλνπλ ζε κία ζπγθεθξηκέλε ζεξκνθξαζία. Σερληθέο απαηηήζεηο: Μηθξή ηάζε αηκψλ κείσζε ησλ απαηηήζεσλ ζηαζεξφηεηαο ηνπ δνρείνπ πνπ ζα πεξηέρεη ην PCM. Μηθξέο κεηαβνιέο φγθνπ κείσζε ησλ απαηηήζεσλ ζηαζεξφηεηαο ηνπ δνρείνπ πνπ ζα πεξηέρεη ην PCM. Υεκηθή θαη θπζηθή ζηαζεξφηεηα εγγχεζε κεγάινπ θχθινπ δσήο ηνπ πιηθνχ. πκβαηφηεηα κε άιια πιηθά εγγχεζε κεγάινπ θχθινπ δσήο ηνπ δνρείνπ πνπ πεξηέρεη ην PCM, θαζψο θαη ησλ πεξηβαιιφλησλ πιηθψλ ζε πεξίπησζε δηαξξνήο. Οηθνλνκηθέο-Πεξηβαιινληηθέο απαηηήζεηο: Υακειή ηηκή εμαζθάιηζε αληαγσληζηηθφηεηαο ηεο κεζφδνπ γηα ςχμε θαη ζέξκαλζε, ζε ζρέζε κε ηηο ζπκβαηηθέο. Με ηνμηθφηεηα γηα πεξηβαιινληηθνχο ιφγνπο θαη ιφγνπο αζθαιείαο. 43

50 Αλαθπθισζηκφηεηα ηφζν γηα πεξηβαιινληηθνχο φζν θαη γηα νηθνλνκηθνχο ιφγνπο. [3] 4.3. ΣΑΞΗΝΟΜΖΖ ΤΛΗΚΩΝ PCM Όπσο θαίλεηαη ζην δηάγξακκα 4.2, ηα ππνςήθηα PCM γηα απνζήθεπζε ιαλζάλνπζαο ζεξκφηεηαο κπνξεί λα είλαη είηε νξγαληθά είηε αλφξγαλα. Απφ ηα αλφξγαλα PCM, νη πεξηζζφηεξεο έξεπλεο έρνπλ ζπγθεληξσζεί ζηα έλπδξα άιαηα. Σα νξγαληθά πιηθά πεξηιακβάλνπλ ηηο παξαθίλεο θαη ηα κε παξαθηλνχρα νξγαληθά ζηεξεά κε θχξην εθπξφζσπφ ηνπο ηα ιηπαξά νμέα. Σα ηειεπηαία ρξφληα έρεη αξρίζεη λα κειεηάηαη θαη ε ρξήζε εχηεθησλ κηγκάησλ, κηγκάησλ δειαδή δχν ή πεξηζζνηέξσλ ζπζηαηηθψλ, ηα νπνία έρνπλ ζπνπδαίεο πξννπηηθέο ζηηο εθαξκνγέο απνζήθεπζεο ζεξκηθήο ελέξγεηαο. [1] Γηάγξακκα 4.2: Καηάηαμε ησλ PCM αλάινγα κε ηε ζύζηαζε [1] ην δηάγξακκα 4.3 απεηθνλίδνληαη γηα ηηο πην ππνζρφκελεο θαηεγνξίεο, ην ηππηθφ εχξνο ελζαιπίαο θαηά ηελ ηήμε ζπλαξηήζεη ηεο ζεξκνθξαζίαο ηήμεο. Σα PCM κε ρακειφ ζεκείν ηήμεο (0-150 C) παξνπζηάδνπλ ελδηαθέξνλ γηα ηε ζέξκαλζε θαη ςχμε ρψξσλ, ελψ PCM κε πςειφηεξν ζεκείν ηήμεο είλαη θαηάιιεια γηα εθαξκνγέο φπσο εγθαηαζηάζεηο παξαγσγήο ξεχκαηνο, ζπζηήκαηα παξαγσγήο αηκνχ, θηλεηήξεο Sterling θ.α. 44

51 Γηάγξακκα 4.3: Σππηθό εύξνο ελζαιπίαο θαηά ηελ ηήμε ζπλαξηήζεη ηεο ζεξκνθξαζίαο ηήμεο γηα ζπλήζεηο θαηεγνξίεο PCM [3] Αλόξγαλα πιηθά Όπσο θαίλεηαη θαη απφ ην δηάγξακκα 4.3 ηα αλφξγαλα πιηθά θαιχπηνπλ κία επξεία ζεξκνθξαζηαθή θιίκαθα. ε ζεξκνθξαζίεο ρακειφηεξεο απφ 0 ºC ζπλαληψληαη πδαηηθά δηαιχκαηα αιάησλ, ζηνπο 0 ºC ζπλαληψληαη ην λεξφ, ζε ζεξκνθξαζίεο απφ 5 ºC έσο 130 ºC βξίζθνληαη ηα έλπδξα άιαηα, ελψ πάλσ απφ ηνπο 150 ºC βξίζθνληαη δηάθνξα άιια άιαηα θαη ηα κίγκαηά ηνπο. Δμαηηίαο ηεο πςειήο ηνπο ππθλφηεηαο, παξνπζηάδνπλ ηδηαίηεξα απμεκέλεο ηηκέο απνζήθεπζεο ελέξγεηαο αλά κνλάδα φγθνπ ζε ζρέζε κε ηα νξγαληθά. Σν ηζρπξφ ηνπο φκσο κεηνλέθηεκα είλαη ε ζπκβαηφηεηά ηνπο κε άιια πιηθά φπσο ηα κέηαιια, θαζψο θάπνηνη ζπλδπαζκνί ηνπο δχλαηαη λα πξνθαιέζνπλ ζνβαξέο δηαβξψζεηο. [3] Έλπδξα άιαηα Σα έλπδξα άιαηα είλαη ηα αξραηφηεξα θαη πην κειεηεκέλα πιηθά αιιαγήο θάζεο γηα ρξήζε ζηελ απνζήθεπζε ζεξκφηεηαο. Απνηεινχληαη απφ άιαηα θαη λεξφ, ηα νπνία ζπλελψλνληαη γηα λα δεκηνπξγήζνπλ κία θξπζηαιιηθή κήηξα θαηά ηε ζηεξενπνίεζε ηνπ πιηθνχ. Έλα απφ ηα πην δηάζεκα πιηθά αιιαγήο θάζεο είλαη ην άιαο Glauber κε ρεκηθφ ηχπν Na 2 SO 4-10H 2 O. ηα πιενλεθηήκαηα ησλ έλπδξσλ αιάησλ ζπγθαηαιέγνληαη ην ρακειφ θφζηνο θαη ε κεγάιε δηαζεζηκφηεηα, θαζψο κεγάιε πνηθηιία πξντφλησλ θπθινθνξεί ζην εκπφξην. Σαπηφρξνλα, έρνπλ επδηάθξηην ζεκείν ηήμεο θαη πςειή ζεξκηθή αγσγηκφηεηα ζε ζχγθξηζε κε άιια PCM. Αμίδεη λα αλαθεξζεί φηη γεληθά ε ζεξκηθή ηνπο αγσγηκφηεηα κπνξεί λα είλαη έσο θαη δχν θνξέο κεγαιχηεξε απφ απηή ησλ παξαθηλψλ. Σέινο ηα έλπδξα άιαηα ραξαθηεξίδνληαη σο κε ηνμηθά θαη ειάρηζηα ή θαη θαζφινπ εχθιεθηα. Σα πξνβιήκαηα πνπ πεξηνξίδνπλ ηηο εθαξκνγέο ηνπο είλαη ην θαηλφκελν ηνπ δηαρσξηζκνχ ησλ θάζεσλ, ν ζρεκαηηζκφο ηδήκαηνο θαη ε εκθάληζε ηνπ θαηλνκέλνπ ηεο ππφςπμεο. [4] ηνλ πίλαθα 4.1 πεξηιακβάλνληαη κεξηθά απφ ηα πην ζπρλά ρξεζηκνπνηνχκελα έλπδξα άιαηα. 45

52 Πίλαθαο 4.1: εκείν ηήμεο (ºC) θαη ιαλζάλνπζα ζεξκόηεηα (kj/kg) ησλ έλπδξσλ αιάησλ [4] a Οκάδα Η: πην ππνζρόκελα, νκάδα ΗΗ: ππνζρόκελα, νκάδα ΗΗΗ: ιηγόηεξν ππνζρόκελα, - : αλεπαξθή δεδνκέλα Οξγαληθά πιηθά Σα νξγαληθά πιηθά, φπσο θαίλεηαη θαη απφ ην δηάγξακκα 4.3, θαιχπηνπλ κηθξφηεξν ζεξκνθξαζηαθφ εχξνο, πεξίπνπ απφ C. Δμαηηίαο ησλ νκνηνπνιηθψλ δεζκψλ κε ηνπο νπνίνπο ζπλδένληαη, ηα πεξηζζφηεξα απφ απηά δελ είλαη ζηαζεξά ζε πςειφηεξεο ζεξκνθξαζίεο. Πεξηιακβάλνπλ θπξίσο ηηο παξαθίλεο, ηα ιηπαξά νμέα θαη ηηο ζαθραξψδεηο αιθνφιεο. ηηο πεξηζζφηεξεο πεξηπηψζεηο εκθαλίδνπλ κηθξέο ππθλφηεηεο θαη σο εθ ηνχηνπ έρνπλ κηθξφηεξεο ηηκέο ιαλζάλνπζαο ζεξκφηεηαο αλά φγθν ζε ζχγθξηζε κε ηα αλφξγαλα. Θα γίλεη εηδηθή αλαθνξά ζηηο παξαθίλεο θαζψο είλαη νη θπξηφηεξνη εθπξφζσπνη απηήο ηεο θαηεγνξίαο. [3] Παξαθίλεο Οη παξαθίλεο απνηεινχλ ηηο απινχζηεξεο νξγαληθέο ελψζεηο θαη αλήθνπλ ζηελ νηθνγέλεηα ησλ αιθαληθψλ πδξνγνλαλζξάθσλ κε γεληθφ ηχπν C n H 2n+2. Σα πξψηα πέληε ζηνηρεία ηεο ζεηξάο, απφ ην κεζάλην (CH 4 ) κέρξη ην πεληάλην (C 5 H 12 ), είλαη αέξηα ζε ζεξκνθξαζία δσκαηίνπ θαη αηκνζθαηξηθή πίεζε, ελψ ηα βαξχηεξα κφξηα παξαθηλψλ κε 5 έσο 19 άηνκα άλζξαθα (πρ: νθηάλην), εκθαλίδνληαη σο πγξά ζε ζπλήζεηο ζεξκνθξαζίεο. Σέινο, ηα θεξηά παξαθίλεο κε 20 έσο 40 άηνκα άλζξαθα ζην κφξηφ ηνπο, ζρεκαηίδνπλ ζηεξεά ζψκαηα. Πξέπεη λα ζεκεησζεί φηη φζν απμάλεηαη ην κήθνο ηεο αλζξαθηθήο αιπζίδαο ηφζν απμάλεηαη ην κνξηαθφ βάξνο θαη ε ζεξκνθξαζία ηήμεο ηεο παξαθίλεο. Οη θαηάιιειεο παξαθίλεο γηα ρξήζε σο PCM ζε απνζεθεπηηθά ζπζηήκαηα είλαη απηέο πνπ έρνπλ απφ 14 έσο 40 κφξηα άλζξαθα. Οη παξαθίλεο έρνπλ κεξηθά ραξαθηεξηζηηθά ηα νπνία ηηο θαζηζηνχλ ηδηαίηεξα επηζπκεηέο σο PCM γηα απνζεθεπηηθνχο ζθνπνχο. Καηαξράο είλαη θζελέο θαη άθζνλεο, ελψ είλαη δηαζέζηκεο ζε κεγάιν εχξνο ζεξκνθξαζηψλ. Παξά ην γεγνλφο φηη δελ είλαη ζπκβαηέο κε πιαζηηθέο δεμακελέο, δελ εκθαλίδνπλ πξνβιήκαηα δηάβξσζεο κε θαλέλα επξέσο ρξεζηκνπνηνχκελν κέηαιιν. Υαξαθηεξίδνληαη απφ ρεκηθή θαη ζεξκηθή ζηαζεξφηεηα θαη δελ πιήηηνληαη απφ θαηλφκελα φπσο ν δηαρσξηζκφο ησλ θάζεσλ θαη ε ππφςπμε. Όια ηα παξαπάλσ ππνδεηθλχνπλ φηη νη παξαθίλεο παξνπζηάδνπλ άξηζηε ζπκπεξηθνξά ζηελ θπθιηθή θαηαπφλεζε ρσξίο ππνβάζκηζε ησλ ηδηνηήησλ ηνπο. Σέινο, 46

53 ε ρακειή ζεξκηθή αγσγηκφηεηα πνπ παξνπζηάδνπλ κπνξεί λα εμαιεηθηεί κε ειαθξέο ηξνπνπνηήζεηο είηε ζην θεξί είηε ζηελ απνζεθεπηηθή κνλάδα(π.ρ. εκπινπηηζκφ κε κεηαιιηθά αληηθείκελα). Δμαηηίαο ηνπ πςεινχ θφζηνπο ησλ θαζαξψλ παξαθηλψλ, ρξεζηκνπνηνχληαη ηερλεηέο παξαθίλεο νη νπνίεο είλαη κίγκαηα δηαθφξσλ πδξνγνλαλζξάθσλ θαη νη νπνίεο είλαη εκπνξηθά δηαζέζηκεο ζε πξνζηηή ηηκή. Φπζηθά, δελ πξέπεη λα παξαιεθζεί ην γεγνλφο φηη νη παξαθίλεο είλαη ηδηαίηεξα εχθιεθηα πιηθά θαη επνκέλσο ζα πξέπεη ε ρξήζε ηνπο λα γίλεηαη κε ηδηαίηεξε πξνζνρή ηδίσο ζηηο θηηξηαθέο εθαξκνγέο. ηνλ πίλαθα 4.2 παξνπζηάδνληαη παξαδείγκαηα παξαθηλψλ πνπ ρξεζηκνπνηνχληαη σο PCM. [1,4] Πίλαθαο 4.2: εκείν ηήμεο (ºC) θαη ιαλζάλνπζα ζεξκόηεηα (kj/kg) ησλ παξαθηλώλ [4] a Οκάδα Η: πην ππνζρόκελα, νκάδα ΗΗ: ππνζρόκελα, νκάδα ΗΗΗ: ιηγόηεξν ππνζρόκελα Με παξαθηλνχρα πιηθά Απηή είλαη ε κεγαιχηεξε θαηεγνξία ππνςεθίσλ πιηθψλ γηα ρξήζε σο PCM ζηελ απνζήθεπζε ζεξκφηεηαο. Οη Lane et al δηεμήγαγαλ κηα εθηελή έξεπλα ζηα νξγαληθά απηά πιηθά θαη αλαγλψξηζαλ κία νκάδα πιηθψλ απνηεινχκελε απφ ιηπαξά νμέα, ζαθραξψδεηο αιθνφιεο θαη γιπθφιεο ηα νπνία θξίζεθαλ θαηάιιεια γηα ηε ρξήζε ηνπο ζηελ απνζήθεπζε ζεξκφηεηαο. Απφ απηά, ηα επηθξαηέζηεξα είλαη ηα ιηπαξά νμέα. Σα ηειεπηαία ζπγθεληξψλνπλ ηα πιενλεθηήκαηα ησλ νξγαληθψλ πιηθψλ αιιαγήο θάζεο. Σν κεγάιν εχξνο ζεξκνθξαζηψλ ηήμεο, ε έιιεηςε ησλ θαηλνκέλσλ ηφζν ηεο ππφςπμεο φζν θαη ηνπ δηαρσξηζκνχ ησλ θάζεσλ θαζψο θαη πεξηνξηζκέλε ηνμηθφηεηά ηνπο, είλαη κφλν κεξηθά απφ απηά. Παξφια απηά ε ρξήζε ηνπο πεξηνξίδεηαη απφ ην γεγνλφο φηη ην θφζηνο ηνπο είλαη 2-2,5 θνξέο πςειφηεξν απφ απηφ ησλ ηερλεηψλ παξαθηλψλ. ηνλ πίλαθα 4.3 παξνπζηάδνληαη παξαδείγκαηα ιηπαξψλ νμέσλ πνπ ρξεζηκνπνηνχληαη σο PCM. [1,4] 47

54 Πίλαθαο 4.3: εκείν ηήμεο (ºC) θαη ιαλζάλνπζα ζεξκόηεηα (kj/kg) ησλ ιηπαξώλ νμέσλ [4] a Οκάδα Η: πην ππνζρόκελα, νκάδα ΗΗ: ππνζρόκελα, νκάδα ΗΗΗ: ιηγόηεξν ππνζρόκελα, - : αλεπαξθή δεδνκέλα Δύηεθηα κίγκαηα Δχηεθηα νλνκάδνληαη ηα κίγκαηα νξγαληθψλ είηε αλφξγαλσλ πιηθψλ, ηα νπνία αλαπηχρζεθαλ ιφγσ ησλ δπλαηνηήησλ πνπ παξέρνπλ ψζηε λα επηηεπρζνχλ ηα επηζπκεηά ζεκεία ηήμεο γηα ηελ θάζε εθαξκνγή. Ζ βηβιηνγξαθία είλαη ζρεηηθά πεξηνξηζκέλε, θαζψο ε ρξήζε ηνπο ζε εθαξκνγέο απνζήθεπζεο ελέξγεηαο είλαη ζρεηηθά πξφζθαηε. ηνλ πίλαθα 4.4 παξνπζηάδνληαη παξαδείγκαηα εχηεθησλ κηγκάησλ πνπ ρξεζηκνπνηνχληαη σο PCM. [1] Πίλαθαο 4.4: εκείν ηήμεο (ºC) θαη ιαλζάλνπζα ζεξκόηεηα (kj/kg) ησλ εύηεθησλ κηγκάησλ [4] a Οκάδα Η: πην ππνζρόκελα, νκάδα ΗΗ: ππνζρόκελα, νκάδα ΗΗΗ: ιηγόηεξν ππνζρόκελα, - : αλεπαξθή δεδνκέλα 4.4. ΤΚΔΤΑΗΑ ΣΩΝ PCM ΤΝΘΔΣΑ ΤΛΗΚΑ ε γεληθέο γξακκέο, νη ιεηηνπξγίεο θαη νη απαηηήζεηο ηεο ζπζθεπαζίαο ησλ PCM είλαη νη παξαθάησ: Σήξεζε ησλ απαηηήζεσλ γηα ηελ αληνρή, ηελ αληίζηαζε ζε δηάβξσζε, ηε ζεξκηθή ζηαζεξφηεηα θαη ηελ επειημία. Πξνζηαζία ηνπ PCM απφ επηβιαβή αιιειεπίδξαζε κε ην πεξηβάιινλ. Παξνρή ηθαλνπνηεηηθήο επηθάλεηαο γηα ηε κεηαθνξά ζεξκφηεηαο. Παξνρή δνκηθήο ζηαζεξφηεηαο θαη δηεπθφιπλζε θαηά ην ρεηξηζκφ ηνπ PCM. [6] 48

55 Παξαθάησ πεξηγξάθνληαη ηα ζπλεζέζηεξα είδε ζπζθεπαζίαο θαη ελζσκάησζεο ησλ πιηθψλ αιιαγήο θάζεο Δλζσκάησζε ησλ πιηθώλ αιιαγήο θάζεο ζε θάςνπιεο Ζ ελζσκάησζε ζε θάςνπιεο ησλ PCM παξνπζηάδεη ελδηαθέξνληα πιενλεθηήκαηα γηα ηελ έληαμή ηνπο ζε δηάθνξεο εθαξκνγέο θαη έηζη έρεη πξνζειθχζεη ην ελδηαθέξνλ ησλ εξεπλεηψλ. Σαπηφρξνλα, πιεζψξα κειεηψλ έρνπλ δεκνζηεπηεί γηα ηα είδε ηεο ελζσκάησζεο ησλ PCM ζε θάςνπιεο, ηηο πηζαλέο γεσκεηξίεο απηψλ ησλ ζπζθεπαζηψλ θαη ηα ραξαθηεξηζηηθά ηεο θάζε κεζφδνπ. Παξαθάησ ζα αλαιπζνχλ δχν είδε ελζσκάησζεο ησλ PCM ζε θάςνπιεο, ε κηθξνελζσκάησζε θαη ε καθξνελζσκάησζε, νη νπνίεο δηαθξίλνληαη αλάινγα κε ην κέγεζνο ησλ θαςνπιψλ. [5] Μαθξνελζσκάησζε Ζ ελζσκάησζε ζε καθξνθάςνπιεο, πεξηιακβάλεη ηελ ελζσκάησζε ηνπ PCM ζε θάπνηα κνξθή ζπζθεπαζίαο φπσο ζσιήλεο, ζαθνχιεο, ζθαίξεο θαη πάλει, ε νπνία είλαη ζπλήζσο θηηαγκέλε απφ κέηαιιν ή πιαζηηθφ θαη έρεη ρσξεηηθφηεηα απφ κεξηθά ml κέρξη θαη αξθεηά lt. Ζ καθξνελζσκάησζε ησλ PCM είλαη πνιχ ζπλεζηζκέλε δηφηη ηέηνηα δνρεία ή ζαθνχιεο είλαη δηαζέζηκα ζηελ αγνξά ζε κεγάιε πνηθηιία. Κχξηνη ζηφρνη ηεο καθξνελζσκάησζεο είλαη λα απνθεπρζνχλ νη δηαξξνέο ηεο πγξήο θάζεο ησλ PCM αιιά θαη λα απνθεπρζνχλ αιινηψζεηο ηεο ζχζηαζήο ηνπο θαηά ηελ επαθή ηνπο κε ην πεξηβάιινλ. Δπηπξνζζέησο, εάλ ην δνρείν είλαη αξθεηά άθακπην, ε ελζσκάησζε κπνξεί λα ζπκβάιιεη ζηε κεραληθή ζηαζεξφηεηα ηνπ ζπζηήκαηνο. Γηα ηελ ελζσκάησζε ησλ έλπδξσλ αιάησλ ζε καθξνθάςνπιεο, ζπλήζσο ρξεζηκνπνηνχληαη πιαζηηθά δνρεία ιφγσ ηεο ζπκβαηφηεηαο ησλ πιηθψλ απηψλ, θαζψο ηα πιαζηηθά δελ πθίζηαληαη δηάβξσζε απφ ηα έλπδξα άιαηα. Πιαζηηθέο ζπζθεπαζίεο κπνξνχλ επίζεο λα ρξεζηκνπνηεζνχλ γηα ηελ καθξνελζσκάησζε νξγαληθψλ PCM, φκσο ζε απηή ηελ πεξίπησζε πξέπεη λα δνζεί ηδηαίηεξε πξνζνρή ζηελ επηινγή ζπλδπαζκνχ PCM-πιηθνχ ζπζθεπαζίαο, δηφηη ηα νξγαληθά πιηθά ηείλνπλ λα καιαθψλνπλ ηα πιαζηηθά. ηελ εηθόλα 4.1 απεηθνλίδνληαη δηάθνξα παξαδείγκαηα ελζσκάησζεο PCM ζε πιαζηηθέο καθξνθάςνπιεο. Δηθόλα 4.1: Μαθξνελζσκάησζε PCM ζε πιαζηηθέο ζπζθεπαζίεο [3] 49

56 Όηαλ απαηηείηαη πςειφο ξπζκφο κεηαθνξάο ζεξκφηεηαο, ε ρακειή ζεξκηθή αγσγηκφηεηα ησλ πιαζηηθψλ δνρείσλ κπνξεί λα απνηειέζεη πξφβιεκα. ε απηή ηελ πεξίπησζε ππάξρεη δπλαηφηεηα επηινγήο κεηαιιηθνχ δνρείνπ ην νπνίν φκσο πξέπεη λα εθιεγεί θαηάιιεια, έηζη ψζηε λα κελ ππάξρεη θίλδπλνο δηάβξσζήο ηνπ απφ ην PCM. ηελ εηθόλα 4.2 απεηθνλίδνληαη παξαδείγκαηα ηέηνησλ κεηαιιηθψλ ζπζθεπαζηψλ. [3,5] Δηθόλα 4.2: Μαθξνελζσκάησζε PCM ζε κεηαιιηθέο ζπζθεπαζίεο [3] Μηθξνελζσκάησζε Ζ κηθξνελζσκάησζε είλαη ε δηαδηθαζία κε ηελ νπνία κεκνλσκέλα ζσκαηίδηα ηνπ PCM πεξηβάιινληαη απφ κία ζπλερή, ιεπηή θαη πςεινχ κνξηαθνχ βάξνπο κεκβξάλε πνιπκεξνχο πιηθνχ, ψζηε λα πξνθχςνπλ θάςνπιεο νη νπνίεο θπκαίλνληαη απφ κεξηθά κm έσο θαη θάπνηα mm θαη είλαη γλσζηέο σο κηθξνθάςνπιεο. Οη κηθξνθάςνπιεο κπνξνχλ ελ ζπλερεία λα ελζσκαησζνχλ ζε νπνηαδήπνηε κήηξα, ππφ ηελ πξνυπφζεζε φηη ην πιηθφ ηεο είλαη ζπκβαηφ κε απηφ ηεο κηθξνθάςνπιαο. Δθηφο απφ ηε ζπγθξάηεζε ηεο πγξήο θάζεο ηνπ PCM, νη κηθξνθάςνπιεο έρνπλ θαη άιια πιενλεθηήκαηα. Λφγσ ηεο κεγάιεο αλαινγίαο ηεο επηθάλεηαο πξνο ηνλ φγθν ηεο θάςνπιαο, βειηηψλεηαη ε κεηαθνξά ζεξκφηεηαο πξνο ην πεξηβάιινλ, ελψ δεδνκέλνπ φηη πεξηνξίδεηαη ν δηαρσξηζκφο ησλ θάζεσλ εμαζθαιίδεηαη ε ζηαζεξή θαηαπφλεζε θαηά ηε θπθιηθή θφξηηζε. Απφ ηελ άιιε πιεπξά, εθηφο ηεο πεξίπησζεο θαηά ηελ νπνία ε κήηξα πνπ ελζσκαηψλεη ην PCM έρεη πςειή ζεξκηθή αγσγηκφηεηα, ην ζχζηεκα ελζσκάησζεο ζε κηθξνθάςνπιεο πάζρεη απφ ρακειφ ξπζκφ κεηαθνξάο ζεξκφηεηαο. Ζ αθακςία ηεο κήηξαο απνηξέπεη ξεχκαηα ζπλαγσγήο θαη έηζη εμαλαγθάδεη ηε κεηαθνξά ζεξκφηεηαο λα γίλεηαη απνθιεηζηηθά κε αγσγή. Έλα άιιν κεηνλέθηεκα είλαη ε εκθάληζε ηνπ θαηλνκέλνπ ηεο ππφςπμεο. Δπί ηνπ παξφληνο, ιφγν ηεο ππάξρνπζαο ζήκεξα ηερλνινγίαο, κηθξνελζσκάησζε ζε θάςνπιεο ζε εκπνξηθή θιίκαθα εθαξκφδεηαη κφλν ζε PCM ηα νπνία δελ είλαη επδηάιπηα ζην λεξφ. Σα πξντφληα πνπ θπθινθνξνχλ ρξεζηκνπνηνχλ ζρεδφλ απνθιεηζηηθά παξαθίλεο. ηελ εηθόλα 4.3 απεηθνλίδνληαη κηθξνθάςνπιεο παξαθίλεο κε ηππηθή δηάκεηξν 2 κm κε 20 κm απφ ηελ εηαηξία BASF. Μηθξνθάςνπιεο PCM είλαη επίζεο δηαζέζηκεο θαη ζε πγξή κνξθή αιιά θαη ζε κνξθή ζθφλεο (εηθόλα 4.4). [3,5] 50

57 Δηθόλα 4.3: Μηθξνθάςνπιεο παξαθίλεο θαη αλνηγκέλε θάςνπια όπσο θαίλνληαη από ειεθηξνληθό κηθξνζθόπην [3] Δηθόλα 4.4: Μηθξνθάςνπιεο παξαθίλεο ζε πγξή κνξθή θαη ζε κνξθή ζθόλεο [3] Μαδηθή νγθώδεο απνζήθεπζε Σα ζπζηήκαηα καδηθήο απνζήθεπζεο αλαθέξνληαη ζηελ ελζσκάησζε PCM ζε δεμακελέο αληαιιαγήο ζεξκφηεηαο πνπ είλαη παξφκνηεο ζην ζρεδηαζκφ κε ηηο ππάξρνπζεο δεμακελέο πνπ ρξεζηκνπνηνχληαη γηα ηελ απνζήθεπζε ηεο ελέξγεηαο, αιιά κε κεξηθέο ζεκαληηθέο δηαθνξέο. Σν βαζηθφ ραξαθηεξηζηηθφ ησλ καδηθψλ ζπζηεκάησλ PCM είλαη ε αλάγθε γηα κηα πην εθηελή κεηαθνξά ζεξκφηεηαο απφ απηή πνπ ππάξρεη ζε δεμακελέο ρσξίο PCM, επεηδή ε ππθλφηεηα απνζήθεπζεο ζεξκφηεηαο ησλ PCM είλαη πςειφηεξε ζε ζχγθξηζε κε άιια κέζα απνζήθεπζεο. Ζ πεξηνρή κεηαθνξάο ζεξκφηεηαο είλαη κηθξφηεξε, αιιά εμαθνινπζεί λα απαηηεί έλα πςειφ ξπζκφ απειεπζέξσζεο ηεο ζεξκφηεηαο ή ηνπ θέξδνπο. Οη δηάθνξεο πξνζεγγίζεηο πνπ ρξεζηκνπνηνχληαη επξέσο είλαη ε εηζαγσγή πηεξπγίσλ ή ε ρξήζε πςειήο αγσγηκφηεηαο ζσκαηηδίσλ, νη κεηαιιηθέο θαηαζθεπέο, θ.α. [6] 51

58 Άκεζε ελζσκάησζε Ζ κέζνδνο ηεο άκεζεο ελζσκάησζεο είλαη κία απφ ηηο νηθνλνκηθφηεξεο κεζφδνπο, εθφζνλ δελ ρξεζηκνπνηείηαη επηπξφζζεηνο εμνπιηζκφο νχηε απαηηείηαη ηδηαίηεξε ηερλνγλσζία. Καηά ηε δηαδηθαζία παξαγσγήο δνκηθψλ πιηθψλ, ην PCM ζε κνξθή πγξή είηε πνχδξαο, πξνζηίζεηαη θαη αλακεηγλχεηαη κε ηα ππφινηπα πιηθά. Έλα παξάδεηγκα άκεζεο ελζσκάησζεο PCM ζε δνκηθά πιηθά πνπ πξαγκαηνπνηήζεθε ζε εξγαζηεξηαθφ επίπεδν είλαη ε παξαγσγή γπςνζαλίδαο ζηελ νπνία έγηλε ελζσκάησζε εκπνξηθνχ βνπηπιηθνχ εζηέξα. Ζ ίδηα ηερληθή ρξεζηκνπνηήζεθε γηα λα ελζσκαησζνχλ κηθξνθάςνπιεο PCM ζε ηζηκέλην. Με ην δνκηθφ πιηθφ πνπ δεκηνπξγήζεθε, θαηαζθεπάζηεθε έλα κηθξφ θηίζκα γηα ηε κειέηε ηεο ζεξκηθήο ζπκπεξηθνξάο ηνπ αλαβαζκηζκέλνπ πιηθνχ. [5] Δλζσκάησζε κε απνξξόθεζε Ζ κέζνδνο ηεο ελζσκάησζεο κε απνξξφθεζε θαηέρεη εμέρνλ ξφιν ζηε δεκηνπξγία ζχλζεησλ πιηθψλ ηα νπνία ζα αλαθεξζνχλ ζηε ζπλέρεηα. Ζ δηαδηθαζία έρεη σο εμήο: έλα πνξψδεο δνκηθφ πιηθφ βπζίδεηαη ζε θαπηφ ηεηεγκέλν PCM κε απνηέιεζκα ην ηειεπηαίν λα απνξξνθάηαη απφ ηνπο πφξνπο. Δλ ζπλερεία, ην πνξψδεο δνκηθφ πιηθφ απνκαθξχλεηαη απφ ην PCM θαη αθήλεηαη λα θξπψζεη, έηζη ψζηε ην PCM λα ελζσκαησζεί ζε απηφ. Έρνπλ ππάξμεη αξθεηά παξαδείγκαηα επηηπρνχο ελζσκάησζεο PCM ζε δνκηθά πιηθά κε ηε κέζνδν ηεο απνξξφθεζεο. Παξφια απηά, ζε βάζνο ρξφλνπ, ε δηαξξνή ηνπ PCM απφ ηνπο πφξνπο ηνπ δνκηθνχ πιηθνχ απνηειεί ζεκαληηθφ κεηνλέθηεκα απηήο ηεο κεζφδνπ. [5] ύλζεηα πιηθά Σα PCM κπνξνχλ, φπσο είδακε θαη παξαπάλσ, λα ζπλδπαζηνχλ κε άιια πιηθά δεκηνπξγψληαο έηζη ζχλζεηα πιηθά κε επηπξφζζεηεο ή ηξνπνπνηεκέλεο ηδηφηεηεο. Απηφ κπνξεί λα γίλεη είηε κε ελζσκάησζε άιινπ πιηθνχ ζην PCM είηε κε ελζσκάησζε ηνπ PCM ζηε κήηξα ελφο άιινπ πιηθνχ (πρ: κε ηε κέζνδν ηεο απνξξφθεζεο). Αμίδεη ηδηαίηεξα λα αλαθεξζεί κία θαηεγνξία ζχλζεησλ PCM πνπ ζπγθεληξψλνπλ ηειεπηαία ην ελδηαθέξνλ ησλ κειεηεηψλ θαη νλνκάδνληαη πιηθά αιιαγήο θάζεο ζηαζεξνπνηεκέλνπ ζρήκαηνο ( Shape-Stabilized PCM). Απνηεινχληαη απφ έλα καθξνκνξηαθφ πιηθφ πνπ ιεηηνπξγεί σο δνκή ζηήξημεο θαη παξαθίλε. Λφγσ ηνπ φηη ε παξαθίλε είλαη ελζσκαησκέλε ζε κηθξνζθνπηθφ επίπεδν ζηε δνκή ζηήξημεο, ην ζχλζεην πιηθφ κπνξεί λα δηαηεξεί ην ζρήκα ηνπ αθφκα θαη φηαλ ε παξαθίλε πθίζηαηαη αιιαγή θάζεο. Σαπηφρξνλα, ην ζχλζεην απηφ PCM κπνξεί λα θνπεί ζε δηάθνξα ηεκάρηα, ρσξίο λα ππάξρεη θίλδπλνο δηαξξνήο (εηθόλα 4.5). Έλα ηέηνην πιηθφ αιιαγήο θάζεο ζηαζεξνπνηεκέλνπ ζρήκαηνο απνηειείηαη απφ παξαθίλε θαη πςειήο ππθλφηεηαο πνιπαηζπιέλην (HDPE). Δπεηδή ην πνζνζηφ ηεο παξαθίλεο αγγίδεη ην 80%, ε ζπλνιηθή απνζεθεπκέλε ελέξγεηα είλαη ζπγθξίζηκε κε απηή ελφο παξαδνζηαθνχ PCM. Ζ εθαξκνγή ησλ λέσλ απηψλ πιηθψλ ζε ελδνδαπέδηα ζπζηήκαηα ζέξκαλζεο κειεηήζεθε πεηξακαηηθά. Σα απνηειέζκαηα αλέδεημαλ ηηο ζεκαληηθέο πξννπηηθέο απηψλ ησλ πιηθψλ θαη έδσζαλ έλαπζκα γηα ην ζρεδηαζκφ ηέηνησλ ζπζηεκάησλ. 52

59 Δηθόλα 4.5: Φσηνγξαθία από πιάθα ζηαζεξνπνηεκέλνπ ζρήκαηνο PCM θαη απεηθόληζε ηεο κηθξνδνκήο ηεο από ειεθηξνληθό κηθξνζθόπην [3] Σέινο αμίδεη λα αλαθεξζεί έλα αθφκε ζχλζεην πιηθφ φπνπ ην PCM είλαη ελζσκαησκέλν κέζα ζηε κήηξα ηνπ γξαθίηε (εηθόλα 4.6). Πιενλέθηεκα ηνπ πιηθνχ απηνχ είλαη ε απμεκέλε ηνπ ζεξκηθή αγσγηκφηεηα, ρσξίο ηδηαίηεξε κείσζε ηεο ελέξγεηαο πνπ κπνξεί λα απνζεθεχζεη. Ζ ηδέα ηεο ρξήζεο ηεο κήηξαο ηνπ γξαθίηε γηα αχμεζε ηεο ζεξκηθήο αγσγηκφηεηαο, αλαπηχρζεθε θαη παηεληαξίζηεθε απφ ηε ZAE Bayern θαη έηζη ζήκεξα ζχλζεηα πιηθά απφ γξαθίηε θαη PCM είλαη εκπνξηθά δηαζέζηκα. [3,5,7] Δηθόλα 4.6: ύλζεην πιηθό από PCM θαη γξαλίηε [3] 4.5. ΤΣΖΜΑΣΑ ΑΠΟΘΖΚΔΤΖ ΔΝΔΡΓΔΗΑ ΜΔ PCM: ΚΣΗΡΗΑΚΔ ΔΦΑΡΜΟΓΔ ε απηφ ην ζεκείν ζα πξέπεη λα επηζεκαλζεί φηη νη εθαξκνγέο ησλ ζπζηεκάησλ απνζήθεπζεο ελέξγεηαο ππφ ιαλζάλνπζα κνξθή είλαη αξθεηά εθηεηακέλεο. Έηζη ε εξγαζία απηή ζα πεξηνξηζηεί ζηελ αλάιπζε εθαξκνγψλ κεγάιεο θιίκαθαο, εμεηάδνληαο ηελ εθαξκνγή ησλ PCM ζηηο θηηξηαθέο εγθαηαζηάζεηο. Οη έξεπλεο γηα ηηο εθαξκνγέο ησλ PCM ζηε ζέξκαλζε θαη ςχμε ρψξσλ έρνπλ μεθηλήζεη εδψ θαη αξθεηέο δεθαεηίεο. Ζ εθαξκνγή ηνπο ζηα θηίξηα έρεη δηπιφ ζηφρν. Καηαξράο επηηπγράλεηαη ε εθκεηάιιεπζε ηεο θπζηθήο ζεξκφηεηαο πνπ παξέρεη ειηαθή ελέξγεηα ηελ εκέξα θαη ε ςχρξα θαηά ηε δηάξθεηα ηεο λχρηαο, γηα ζέξκαλζε θαη ςχμε αληίζηνηρα. Δπηπξνζζέησο, ηα PCM κπνξνχλ λα ρξεζηκνπνηεζνχλ ζε πεγέο ζεξκφηεηαο 53

60 ή ςχμεο θαηαζθεπαζκέλεο απφ ηνλ άλζξσπν. ε θάζε πεξίπησζε, ε απνζήθεπζε ηεο ζεξκφηεηαο ή ηεο ςχμεο είλαη απαξαίηεηε γηα ηελ εμηζνξξφπεζε ηεο δηαζεζηκφηεηαο θαη ηεο δήηεζεο ελέξγεηαο θαηά ηε δηάξθεηα ηεο εκέξαο. Οη ηξεηο βαζηθνί ηξφπνη γηα ηε ρξήζε ησλ PCM ζηε ζέξκαλζε θαη ςχμε θηηξίσλ είλαη νη εμήο: Υξήζε ησλ PCM ζε ηνίρνπο. Υξήζε ησλ PCM ζε άιια δνκηθά ζηνηρεία εθηφο ησλ ηνίρσλ. Υξήζε ησλ PCM ζε ζεξκέο θαη ςπρξέο απνζεθεπηηθέο κνλάδεο. Οη δχν πξψηνη αλαθέξνληαη ζε παζεηηθά ζπζηήκαηα, φπνπ ε ζέξκαλζε ή ε ςχμε πνπ απνζεθεχεηαη απνδίδεηαη απηφκαηα, φηαλ ε εζσηεξηθή ή ε εμσηεξηθή ζεξκνθξαζία απμεζεί ή κεησζεί θάησ απφ ην ζεκείν ηήμεο ηνπ PCM. Ο ηξίηνο, αλαθέξεηαη ζε ελεξγεηηθφ ζχζηεκα, φπνπ ην PCM βξίζθεηαη ζε δεμακελή ε νπνία δηαρσξίδεηαη ζεξκηθά απφ ην θηίξην κε κφλσζε. Έηζη ε ζεξκφηεηα ή ε ςχμε ρξεζηκνπνηνχληαη κφλν θαηφπηλ απαίηεζεο θαη φρη απηφκαηα. ηε ζπλέρεηα ζα γίλεη πεξηγξαθή ζπγθεθξηκέλσλ ζπζηεκάησλ απνζήθεπζεο ελέξγεηαο πνπ έρνπλ κειεηεζεί ζηνλ θηηξηαθφ ηνκέα. [8] Δθαξκνγέο ησλ PCM ζηελ ηνηρνπνηία θαη ινηπά ζηνηρεία ηνπ θηηξίνπ Σνίρνο Trombe κε ελζσκαησκέλν PCM Πνιινί ζπγγξαθείο έρνπλ πξνηείλεη ηελ ελζσκάησζε ησλ PCM ζε ηνίρνπο, νξνθέο θαη παηψκαηα κε ζηφρν ηε ξχζκηζε ηεο ζεξκνθξαζίαο ρψξσλ. Έηζη πξνέθπςε ε ηδέα ηνπ ηνίρνπ Trombe κε ελζσκαησκέλν PCM. Ο παξαδνζηαθφο ηνίρνο Trombe, ε ιεηηνπξγία ηνπ νπνίνπ ζηεξίδεηαη ζηελ απνζήθεπζε αηζζεηήο ζεξκφηεηαο, πεξηγξάθεθε ζε πξνεγνχκελν θεθάιαην. Ο ηνίρνο Trombe κε ελζσκαησκέλν PCM δελ είλαη παξά έλαο παξαδνζηαθφο ηνίρνο Trombe ηνπ νπνίνπ φκσο έλα κέξνο ή θαη φιε ε ιηζνδνκή έρεη αληηθαηαζηαζεί απφ πιηθφ αιιαγήο θάζεο. Καηά ηε δηάξθεηα ηεο εκέξαο ν ηνίρνο ζεξκαίλεηαη απφ ηελ ειηαθή αθηηλνβνιία θαη ην PCM ηήθεηαη απνξξνθψληαο ζεξκφηεηα. Σν βξάδπ ε απνζεθεπκέλε ζεξκφηεηα απνδίδεηαη ζην ρψξν, θαηά ηε ζηεξενπνίεζε ηνπ PCM. Πξνθεηκέλνπ λα δνζεί κία θαιχηεξε εηθφλα γηα ην πψο ε απνζήθεπζε ιαλζάλνπζαο ζεξκφηεηαο κε PCM κπνξεί λα βνεζήζεη ζηε βειηίσζε ηεο ζεξκηθήο απφδνζεο ελφο παξαδνζηαθνχ ηνίρνπ Trombe, πξαγκαηνπνηήζεθε έλαο απιφο ππνινγηζκφο κε ρξήζε δεδνκέλσλ ρεηκεξηλνχ θιίκαηνο απφ ην Raleigh-Durham, κία ηνπνζεζία ζηε Βφξεηα Καξνιίλα. Ζ αλάιπζε αμηνιφγεζε ηε κεηαβαηηθή ζεξκνθξαζία δχν παξαδνζηαθψλ ηνίρσλ Trombe απφ κπεηφλ, πάρνπο 30 cm θαη 10 cm. Σα δεδνκέλα πνπ πξνέθπςαλ ζπγθξίζεθαλ κε εθείλα ελφο παξφκνηνπ ηνίρνπ πάρνπο 10 cm, κε ηε δηαθνξά φηη είρε 20% θαηά βάξνο PCM ηχπνπ παξαθίλεο νκνηνγελέο αλακεκεηγκέλν κε ην πιηθφ ηνπ. ην δηάγξακκα 4.4 παξνπζηάδνληαη νη πξνθχπηνπζεο εζσηεξηθέο επηθαλεηαθέο ζεξκνθξαζίεο θαη γηα ηηο ηξεηο πεξηπηψζεηο ηνίρσλ, ε εμσηεξηθή ζεξκνθξαζία θαη ε εθηηκψκελε αθηηλνβνιία πνπ απνξξνθάηαη απφ ηελ εμσηεξηθή επηθάλεηα ηνπ ηνίρνπ. 54

61 Γηάγξακκα 4.4: ύγθξηζε ζεξκνθξαζηώλ εζσηεξηθώλ επηθαλεηώλ παξαδνζηαθώλ ηνίρσλ Trombe-ηνίρνπ Trombe κε PCM [9] Παξαηεξείηαη φηη ε ζεξκνθξαζία ηνπ ηνίρνπ κε PCM παξακέλεη ζρεδφλ ζηαζεξή ζε ηε δηάξθεηα ηεο εκέξαο ζε αληίζεζε κε ηνλ παξαδνζηαθφ ηνίρν απφ κπεηφλ ηνπ ίδηνπ πάρνπο, φπνπ ε δηαθχκαλζε ηεο ζεξκνθξαζίαο θηάλεη κέρξη θαη 8.5 ºC ζηελ ίδηα ρξνληθή πεξίνδν ηνπ 24-ψξνπ. Σαπηφρξνλα, ηα απνηειέζκαηα δείρλνπλ φηη ην πξνθίι ηεο ζεξκνθξαζίαο ηεο εζσηεξηθήο επηθάλεηαο ηνπ ηνίρνπ κε ην PCM είλαη ζρεδφλ παλνκνηφηππν κε εθείλν ηνπ ηνίρνπ κηαο θάζεο θαη πάρνπο 30 cm. Σέινο, ε ζεξκνθξαζία θαη ε δπλαηφηεηα ζέξκαλζεο ρψξνπ ηνπ ηνίρνπ κε PCM παξακέλεη πςειφηεξε απφ εθείλε ηνπ παξαδνζηαθνχ ηνίρνπ πάρνπο 30 cm θαηά ηε δηάξθεηα ηεο λχρηαο έσο θαη ην πξσί ηεο επφκελεο εκέξαο, γηα πεξίπνπ 12 ψξεο. Σα απνηειέζκαηα ινηπφλ πνπ πξνθχπηνπλ, απνδεηθλχνπλ φηη κε ην θαηάιιειν εχξνο ζεξκνθξαζίαο ηήμεο, κείγκα κε κφλν 20% θαηά βάξνο PCM κπνξεί λα ρξεζηκνπνηεζεί γηα λα κεησζεί ην πάρνο ελφο ζπκβαηηθνχ ηνίρνπ Trombe ηξεηο θνξέο, ρσξίο θακία ππνβάζκηζε ηεο ζεξκηθήο απφδνζεο γηα εθαξκνγέο ζέξκαλζεο ρψξσλ. [4,8,9] Σνίρνη PCM Οη ηνίρνη PCM είλαη ηνίρνη πνπ θαηαζθεπάδνληαη απφ δνκηθά πιηθά (γχςνο, ηζηκέλην, θηι), ζηα νπνία πξνεγνπκέλσο έρνπλ ελζσκαησζεί πιηθά αιιαγήο θάζεο. Έηζη, ζηνλ ηνίρν απνζεθεχεηαη ιαλζάλνπζα ζεξκφηεηα ηελ νπνία θαη κπνξεί λα απνδψζεη ζην ρψξν φηαλ ρξεηαζηεί. Γηεξγαζίεο φπνπ ην PCM ζα κπνξνχζε λα ελζσκαησζεί ζε γπςνζαλίδεο είηε κε άκεζε ελζσκάησζή ηνπ είηε κε απνξξφθεζε, ζηέθζεθαλ κε επηηπρία. Ζ ηδέα γηα βειηίσζε ηεο ζεξκηθήο άλεζεο ειαθξψλ θαηαζθεπψλ, ελζσκαηψλνληαο PCM ζηα δνκηθά ηνπο ζηνηρεία, κειεηήζεθε εδψ θαη δεθαεηίεο απφ πιεζψξα εξεπλεηψλ φπσο νη Kedl θαη Stovall, Salyer θαη Sircar, Shapiro et al, Feldman et al θαη πνιινί άιινη. ηηο πεξηζζφηεξεο απφ απηέο ηηο πξνζπάζεηεο, ηα PCM ρξεζηκνπνηήζεθαλ είηε ζε καθξνθάςνπιεο είηε κέζσ άκεζεο ελζσκάησζήο ηνπο ζηελ ηνηρνπνηία. Σα ζπζηήκαηα φκσο απηά εκθάληζαλ αξθεηέο αδπλακίεο κε απνηέιεζκα λα κελ κπνξέζνπλ λα θαζηεξσζνχλ επηηπρψο ζηελ επξεία αγνξά. Ωζηφζν κία πην απνηειεζκαηηθή ηερλνινγία θιεηδί πνπ άξρηζε λα κειεηάηαη ηα ηειεπηαία ρξφληα είλαη ε 55

62 ρξήζε ηνπ κηθξνζπζθεπαζκέλνπ PCM. Σν εγρείξεκα πξαγκαηνπνηήζεθε απφ ηε γεξκαληθή εηαηξεία Fraunhofer ISE, ε νπνία ρξεκαηνδνηνχκελε απφ ηε γεξκαληθή θπβέξλεζε επέθηεηλε ηηο θηηξηαθέο κειέηεο πξνζνκνίσζεο ζε πξαγκαηηθέο κεηξήζεηο θαλνληθψλ δσκαηίσλ εθνδηαζκέλσλ κε PCM. Σα πξψηα πξντφληα πνπ δηαηέζεθαλ ζηελ αγνξά απεηθνλίδνληαη ζηελ εηθόλα 4.7. [4] Δηθόλα 4.7: Απεηθόληζε ηνπ PCM ζαλ ζηξώκα ζηελ ηνηρνπνηία [4] Παξάζπξα κε PCM Σα παξάζπξα ησλ θηηξίσλ ζπληεινχλ ζε έλα κεγάιν πνζνζηφ ζηελ ελεξγεηαθή θαηαλάισζε γηα ζέξκαλζε θαη ςχμε ησλ ρψξσλ, γηαηί κέζσ απηψλ κεηαθέξεηαη κεγάιε πνζφηεηα ελέξγεηαο. Σν ρεηκψλα ράλεηαη ζεξκφηεηα απφ κέζα πξνο ηα έμσ, ελψ ην θαινθαίξη εηζέξρεηαη ζεξκφηεηα απφ ην δεζηφ εμσηεξηθφ πεξηβάιινλ. Ζ δηαδηθαζία απηή κπνξεί λα ειαρηζηνπνηεζεί κε ηε ρξήζε θαηάιιεια θαηαζθεπαζκέλσλ ελεξγεηαθά απνδνηηθψλ παξαζχξσλ. Ο Ismail θαη νη ζπλεξγάηεο ηνπ πξφηεηλαλ έλα είδνο ελεξγεηαθψλ παξαζχξσλ ηα νπνία απνηεινχληαη απφ PCM. Ζ δηάηαμε απεηθνλίδεηαη ζηελ εηθόλα 4.8. Δηθόλα 4.8: Απεηθόληζε παξαζύξνπ κε PCM [11] 56

63 Σν παξάζπξν απνηειείηαη απφ δχν γπάιηλεο επηθάλεηεο νη νπνίεο έρνπλ κεηαμχ ηνπο θελφ, θαζψο επίζεο θαη απφ έλαλ αεξαγσγφ ζηελ πάλσ γσλία. Ζ βάζε θαη νη πιεπξέο ηνπ παξαζχξνπ είλαη ζθξαγηζκέλεο, κε εμαίξεζε δχν ηξχπεο ζηε βάζε νη νπνίεο είλαη ζπλδεδεκέλεο κέζσ ελφο πιαζηηθνχ αγσγνχ κε κία αληιία θαη κία δεμακελή κε PCM. Ζ αληιία κε ηε ζεηξά ηεο είλαη θαη απηή ζπλδεδεκέλε κε ηε δεμακελή πνπ πεξηέρεη ην πγξφ PCM. Ζ ιεηηνπξγία ηεο αληιίαο ξπζκίδεηαη απφ έλαλ αηζζεηήξα ζεξκνθξαζίαο. Έηζη, φηαλ ε δηαθνξά ζεξκνθξαζίαο εγγίδεη κία πξνθαζνξηζκέλε ηηκή, ε αληιία ηίζεηαη ζε ιεηηνπξγία θαη ην πγξφ PCM αξρίδεη λα πιεξψλεη ηνλ θελφ ρψξν κεηαμχ ησλ δχν γπάιηλσλ επηθαλεηψλ ηνπ παξαζχξνπ. Δμαηηίαο ηεο ρακειφηεξεο ζεξκνθξαζίαο πνπ επηθξαηεί ζηελ εμσηεξηθή επηθάλεηα, ην PCM αξρίδεη λα θξπψλεη ζρεκαηίδνληαο έλα ζηεξεφ ζηξψκα ην νπνίν κε ηελ πάξνδν ηνπ ρξφλνπ απμάλεηαη ζε πάρνο. Απηφ έρεη σο απνηέιεζκα ηε δηαηήξεζε ζηαζεξήο ζεξκνθξαζίαο ζηνλ εζσηεξηθφ ρψξν. Ζ ίδηα δηαδηθαζία ζπλερίδεηαη έσο φηνπ ην PCM λα κεηαηξαπεί φιν ζε ζηεξεφ. Ο Ismail θαη νη ζπλεξγάηεο ηνπ δηεμήγαγαλ έξεπλεο νη νπνίεο απέδεημαλ φηη ην ζχζηεκα κπνξεί λα ιεηηνπξγήζεη θαη ην θαινθαίξη γηα ςχμε ηνπ ρψξνπ θαηά ηε δηάξθεηα ηεο εκέξαο. Ζ πιήξσζε ηνπ παξαζχξνπ κε PCM βνεζάεη ζην θηιηξάξηζκα ηεο ειηαθήο αθηηλνβνιίαο θαη κεηψλεη ηηο ζεξκηθέο απψιεηεο, αθνχ ην κεγαιχηεξν κέξνο ηεο κεηαθεξφκελεο ελέξγεηαο απνξξνθάηαη απφ ην PCM θαηά ηε δηάξθεηα αιιαγήο θάζεο. Ζ ρξήζε ρξσκαηηζηνχ PCM, ηδηαίηεξα πξάζηλνπ ρξψκαηνο, απνδείρζεθε ηδηαίηεξα απνδνηηθή. [10,11,12] θίαζηξα κε PCM Έλα άιιν ζηνηρείν ηνπ θηηξίνπ ην νπνίν κπνξεί λα αλαβαζκηζηεί κε ρξήζε PCM είλαη ηα ζθίαζηξα. Δηδηθά ζηα κνληέξλα θηίξηα ηα νπνία είλαη θαηαζθεπαζκέλα κε ηεξάζηηεο ηδακαξίεο, γηα λα απνθεπρζεί ε είζνδνο άκεζεο ειηαθήο αθηηλνβνιίαο ζην ρψξν, κπνξνχλ λα ηνπνζεηεζνχλ είηε ζην εζσηεξηθφ είηε ζην εμσηεξηθφ ηνπ θηηξίνπ ζθίαζηξα. Σα εμσηεξηθά ζθίαζηξα έρνπλ δχν πνιχ κεγάια κεηνλεθηήκαηα. Πξψηνλ, είλαη εθηεζεηκέλα ζε ηζρπξνχο αλέκνπο θαη έηζη πξέπεη λα θαηαζθεπάδνληαη ψζηε λα έρνπλ κεγάιε κεραληθή ζηαζεξφηεηα, θάηη πνπ πξνθαλψο απμάλεη ην θφζηνο ηνπο. Γεχηεξνλ, ηδίσο ζε πεξηπηψζεηο πνιπφξνθσλ θηηξίσλ, ν θαζαξηζκφο ηνπο κπνξεί λα απνηειέζεη ζεκαληηθφ πξφβιεκα. Ωο εθ ηνχηνπ, ε ηνπνζέηεζε εζσηεξηθψλ ζθηάζηξσλ ζε πνιιέο πεξηπηψζεηο είλαη αλαπφθεπθηε. Γηα λα απνθεπρζεί ε έθθιεζε ζεξκφηεηαο απφ ην ζθίαζηξν πξνο ην εζσηεξηθφ ηνπ θηηξίνπ είλαη αλαγθαίν λα κεησζεί ε ζεξκνθξαζηαθή αχμεζε ζηα ζθίαζηξα. Απηφ κπνξεί λα επηηεπρζεί κε ελζσκάησζε PCM ζε απηά. Έηζη, παξφηη ηα ζθίαζηξα απνξξνθνχλ ην ίδην πνζφ ειηαθήο αθηηλνβνιίαο, ην PCM πνπ έρεη ελζσκαησζεί ζε απηά θαζπζηεξεί ηελ αχμεζε ηεο ζεξκνθξαζίαο θαη ηελ απειεπζέξσζε ηεο ζεξκφηεηαο πξνο ην ρψξν. ην πιαίζην ηνπ πξνγξάκκαηνο Innovative - PCM Technology πνπ πξαγκαηνπνηήζεθε κε ρξεκαηνδφηεζε απφ ην γεξκαληθφ ππνπξγείν νηθνλνκηθψλ, ε εηαηξεία Warema θαη ε ZAE Bayern εξεχλεζαλ ηελ ηδέα ησλ ζθηάζηξσλ κε PCM θαη έλα απφ ηα πξφηππα ζθίαζηξα πνπ ρξεζηκνπνηήζεθαλ ζηελ έξεπλα απεηθνλίδνληαη ζηελ εηθόλα 4.9. [3] 57

64 Δηθόλα 4.9: Απεηθόληζε πξόηππνπ ζθηάζηξνπ κε PCM [3] Δλδνδαπέδηα ζπζηήκαηα ζέξκαλζεο κε ελζσκαησκέλν PCM Σν δάπεδν είλαη έλα αθφκε θηηξηαθφ ζηνηρείν ην νπνίν κπνξεί λα αμηνπνηεζεί γηα ηελ απνζήθεπζε ελέξγεηαο, θαζψο έρεη ην πιενλέθηεκα ηεο κεγάιεο επηθάλεηαο κεηαθνξάο ζεξκφηεηαο. Δπηπιένλ, ν ζπληειεζηήο κεηαθνξάο ζεξκφηεηαο γηα ηε ζέξκαλζε απφ ην πάησκα κε ειεχζεξε ζπλαγσγή είλαη ηδηαίηεξα πςειφο. Δθηφο απφ ηε ζέξκαλζε κε ζεξκφ λεξφ κειεηήζεθε θαη ε ζέξκαλζε κε ειεθηξηζκφ, θαζψο θαη κε ζεξκφ αέξα απφ ηνπο ειηαθνχο ζπιιέθηεο. Έλα ελδνδαπέδην ζχζηεκα ζέξκαλζεο πνπ ρξεζηκνπνηεί ζεξκφ λεξφ σο κέζν κεηαθνξάο ζεξκφηεηαο θαη PCM σο κέζν απνζήθεπζεο, έρεη αλαπηπρζεί απφ ηελ εηαηξεία Rubitherm Technologies GmbH. ηελ εηθόλα 4.10 αξηζηεξά, απεηθνλίδεηαη ε δνκή ηνπ ζπζηήκαηνο. Οη ζσιήλεο απφ ηνπο νπνίνπο δηέξρεηαη ην ζεξκφ λεξφ είλαη ηνπνζεηεκέλνη κέζα ζην απνζεθεπηηθφ πιηθφ, ην νπνίν ζηε δεδνκέλε πεξίπησζε είλαη παξαθίλε. Παξά ην γεγνλφο φηη ην πάρνο ηνπ παηψκαηνο κεηψλεηαη, 0,5 kwh/m 2 ζεξκφηεηαο δχλαηαη λα απνζεθεπηνχλ ζην δάπεδν. Ζ εηαηξεία TEAP αλέπηπμε έλα παξφκνην ζχζηεκα πνπ απεηθνλίδεηαη δεμηά ζηελ εηθόλα Γηα ηελ ελζσκάησζε ηνπ PCM ζην δάπεδν ρξεζηκνπνηνχληαη πιαζηηθά θχιια πνπ πεξηέρνπλ ην έλπδξν άιαο. Δηθόλα 4.10: Απεηθόληζε δνκήο ελδνδαπέδησλ ζπζηεκάησλ απνζήθεπζεο κε PCM, αξηζηεξά από ηελ εηαηξεία Rubitherm θαη δεμηά από ηελ εηαηξεία TEAP [3] Έλα ελδνδαπέδην ζχζηεκα ζέξκαλζεο κε ειεθηξηθνχο ζεξκαληήξεο αλαπηχρζεθε απφ ηελ ηαπσληθή εηαηξεία Sumika Plastech. Σν ζχζηεκα απνηειείηαη απφ ειεθηξηθνχο 58

65 ζεξκαληήξεο νη νπνίνη βξίζθνληαη ζε επαθή κε εηδηθά ζρεδηαζκέλεο δνκέο PCM. Οη ηειεπηαίεο είλαη επίπεδεο πιαζηηθέο ζπζθεπαζίεο γεκηζκέλεο κε έλπδξν άιαο. Πξφζθαηα δηελεξγήζεθαλ έξεπλεο γηα ηε ρξήζε PCM ζηαζεξνπνηεκέλνπ ζρήκαηνο ζηα ελδνδαπέδηα ζπζηήκαηα ζέξκαλζεο. Οη Kunping, Yinping θαη νη ζπλεξγάηεο ηνπο πεξηγξάθνπλ έλα ηέηνην ζχζηεκα κε παξαθίλε ζηαζεξνπνηεκέλνπ ζρήκαηνο. ηελ εηθόλα 4.11 απεηθνλίδεηαη ε δνκή ηνπ ζπζηήκαηνο ην νπνίν απνηειείηαη απφ ηνπο ειεθηξηθνχο ζεξκαληήξεο, ηηο πιάθεο ζηαζεξνπνηεκέλνπ ζρήκαηνο θαη ηελ μχιηλε επηθάλεηα ηνπ δαπέδνπ. Έλα πεηξακαηηθφ θηίξην εμνπιίζηεθε κε ην παξαπάλσ ζχζηεκα θαη κεηά ηε δηεμαγσγή δηαθφξσλ πεηξακάησλ απνδείρζεθε φηη ην ζχζηεκα κπνξεί λα επηηχρεη ηελ νξζνινγηθή δηαρείξηζε ησλ ελεξγεηαθψλ θνξηίσλ ελφο ρψξνπ, κεηψλνληαο θαηά 30% ηηο δαπάλεο γηα ελέξγεηα. Δηθόλα 4.11: Γνκή ελδνδαπέδηνπ ζπζηήκαηνο ζέξκαλζεο κε ειεθηξηθνύο ζεξκαληήξεο. Από αξηζηεξά πξνο ηα δεμηά: ειεθηξηθνί ζεξκαληήξεο, μύιηλν πιαίζην κε πιάθεο PCM ζηαζεξνπνηεκέλνπ ζρήκαηνο θαη μύιηλε επηθάλεηα δαπέδνπ [3] ην πιαίζην ηνπ πξνγξάκκαηνο Innovative - PCM Technology ε εηαηξεία Grammer θαη ε ZAE Bayern εξεχλεζαλ ηελ εθαξκνγή ησλ PCM σο απνζεθεπηηθφ πιηθφ ζε ελδνδαπέδην ζχζηεκα ζέξκαλζεο κε ζεξκφ αέξα απφ ηνπο ειηαθνχο ζπιιέθηεο. Σν ζχζηεκα απηφ κεηά απφ εθηελείο έξεπλεο απεδείρζε κε εθαξκφζηκν. [3] Οξνθέο κε PCM Ζ νξνθή είλαη αθφκε έλα δνκηθφ ζηνηρείν ηνπ θηηξίνπ ην νπνίν κε ηε βνήζεηα ησλ PCM κπνξεί λα ρξεζηκνπνηεζεί ηφζν γηα ηε ζέξκαλζε φζν θαη γηα ην δξνζηζκφ ηνπ. Μέρξη ζήκεξα πνιιέο έξεπλεο έρνπλ πξαγκαηνπνηεζεί γηα ελαιιαθηηθά ζπζηήκαηα κε PCM ελζσκαησκέλα ζηελ νξνθή ελφο θηηξίνπ. Ωο παξάδεηγκα ζα αλαθέξνπκε ηελ εηαηξεία Dörken ε νπνία εκπνξεχεηαη κία νιφθιεξε ζεηξά PCM ππφ ηελ επσλπκία DELTA - COOL. Σα PCM είλαη έλπδξα άιαηα ηνπνζεηεκέλα ζε πνηθίιεο ζπζθεπαζίεο. Δηδηθά γηα παζεηηθφ δξνζηζκφ, ε Dörken αλέπηπμε έλα έλπδξν άιαο κε ην φλνκα DELTA COOL 24 ην νπνίν ηήθεηαη ζην ζεξκνθξαζηαθφ εχξνο ºC θαη ζηεξενπνηείηαη ζηνπο 22 ºC. Απηφ ην PCM ζπζθεπάδεηαη ζε αινπκηλέληεο ζαθνχιεο νη νπνίεο κε ηε ζεηξά ηνπο ηνπνζεηνχληαη ζηελ ςεπδνξνθή φπσο θαίλεηαη ζηελ εηθόλα Καηά ηε δηάξθεηα ηεο εκέξαο φηαλ ε ζεξκνθξαζία αλέιζεη ζηνπο 23 ºC, ην PCM αξρίδεη λα ηήθεηαη απνξξνθψληαο ζεξκφηεηα απφ ην δσκάηην. Σελ λχρηα, φηαλ ε ζεξκνθξαζία πέζεη θάησ απφ ηνπο 22 ºC μεθηλάεη ε δηαδηθαζία ηεο ζηεξενπνίεζεο θαη ε απνζεθεπκέλε ελέξγεηα απειεπζεξψλεηαη ζην ρψξν. 59

66 Σν παξαπάλσ ζχζηεκα είλαη έλα παζεηηθφ ζχζηεκα θαζψο δελ απαηηείηαη παξνρή ζπκπιεξσκαηηθήο ελέξγεηαο. Γηα θαιχηεξα απνηειέζκαηα ην ζχζηεκα κπνξεί λα κεηαηξαπεί ζε ελεξγεηηθφ, εάλ ζπλδπαζηεί κε έλα ζχζηεκα εμαλαγθαζκέλνπ αεξηζκνχ. [3] Δηθόλα 4.12: Σνπνζέηεζε DELTA COOL 24 πάλσ ζε ςεπδνξνθή [3] Υξήζε ησλ PCM ζε ζεξκέο θαη ςπρξέο απνζεθεπηηθέο κνλάδεο Μέρξη ζηηγκήο, φια ηα ζπζηήκαηα ζέξκαλζεο θαη ςχμεο πνπ ζπδεηήζεθαλ, ζεξκαίλνπλ ή ςχρνπλ έλα ρψξν κέζσ ηεο ζέξκαλζεο θαη ηεο ςχμεο κίαο εθ ησλ επηθαλεηψλ ηνπ. ηελ ζπλέρεηα ζα γίλεη κία πεξηγξαθή άιισλ ζπζηεκάησλ ζέξκαλζεο θαη ςχμεο κε PCM ηα νπνία έρνπλ κειεηεζεί θπξίσο πεηξακαηηθά. [3] πζηήκαηα ζέξκαλζεο κε PCM πζηήκαηα ζέξκαλζεο αέξα κε PCM Έλα απφ ηα πξνβιήκαηα ηεο ρξήζεο ηνπ αέξα σο κέζν κεηαθνξάο ζεξκφηεηαο είλαη ε ρακειή απνζήθεπζε ελέξγεηαο, πνπ νθείιεηαη ζηε ρακειή ζεξκνρσξεηηθφηεηα ηνπ αέξα. Λφγσ ηεο πςειήο ππθλφηεηαο ελέξγεηαο πνπ κπνξεί λα απνζεθεπηεί ζηα πιηθά αιιαγήο θάζεο, ε ρξεζηκνπνίεζή ηνπο θαίλεηαη λα είλαη κία πνιχ ππνζρφκελε ηερλνινγία. Σν παλεπηζηήκην ηεο Νφηηαο Απζηξαιίαο αλέπηπμε έλα ζχζηεκα απνζήθεπζεο ζεξκφηεηαο ην νπνίν ρξεζηκνπνηεί ηελ ππάξρνπζα νξνθή σο ειηαθφ ζπιιέθηε θαη ελζσκαηψλεη κία κνλάδα ζεξκηθήο απνζήθεπζεο, ε νπνία ρξεζηκνπνηεί PCM κε ζεκείν ηήμεο ηνπο 29 ºC. Σν ζχζηεκα ην νπνίν απεηθνλίδεηαη ζηελ εηθόλα 4.13 ιεηηνπξγεί κε ηξεηο δηαθνξεηηθνχο ηξφπνπο. Όζν έρεη ειηνθάλεηα θαη φηαλ απαηηείηαη ζέξκαλζε, ν αέξαο ζεξκαίλεηαη θαηά ηε δηέιεπζή ηνπ απφ ηνλ ειηαθφ ζπιιέθηε θαη ελ ζπλερεία νδεγείηαη κέζα ζην ζπίηη. Όηαλ δελ απαηηείηαη ζέξκαλζε, ν ζεξκφο αέξαο δηέξρεηαη κέζα απφ ηε ζεξκηθή απνζήθε, ιηψλεη ην PCM θαη απνζεθεχεη έηζη ζεξκφηεηα γηα κειινληηθή ρξήζε. Όηαλ δελ ππάξρεη ειηνθάλεηα, ν αέξαο ηνπ δσκαηίνπ δηέξρεηαη απφ ηε κνλάδα ζεξκηθήο απνζήθεπζεο, ζεξκαίλεηαη θαη σζείηαη κέζα ζην ζπίηη. Οη Bruno θαη Saman ην 2002 παξνπζίαζαλ ηα απνηειέζκαηα ησλ ηεζη θφξηηζεο θαη απνθφξηηζεο πνπ πξαγκαηνπνηήζεθαλ ζηελ απνζήθε. Απεδείρζε φηη θαηά ηελ απνθφξηηζε ηεο ζεξκηθήο απνζήθεο, ν αέξαο απνξξηπηφηαλ ζην ζπίηη ζε ζεξκνθξαζία άλσ ησλ 23 ºC, ζεξκνθξαζία ηθαλή λα θαιχςεη ηηο ζεξκηθέο αλάγθεο. [3,10] 60

67 Δηθόλα 4.13: ρεκαηηθή παξάζηαζε ειηαθνύ ζπζηήκαηνο ζέξκαλζεο αέξα κε απνζήθε PCM [10] πζηήκαηα ζέξκαλζεο λεξνχ κε PCM Ζ ρξήζε ειηαθψλ ζεξκαληήξσλ λεξνχ γηα ηε ζέξκαλζε θηηξηαθψλ εγθαηαζηάζεσλ είλαη ηδηαηηέξσο δηαδεδνκέλε, θαζψο απνηεινχλ κία ζρεηηθά θζελή θαη απιή ιχζε ηφζν σο πξνο ηε θαηαζθεπή φζν θαη σο πξνο ηε κεηέπεηηα ζπληήξεζή ηνπο. Σα πεξηζζφηεξα ζπκβαηηθά ζπζηήκαηα ζέξκαλζεο ρξεζηκνπνηνχλ απνζήθεο κε ζεξκφ λεξφ σο κέζν απνζήθεπζεο. Λφγσ φκσο ηεο πςειήο ελεξγεηαθήο ππθλφηεηαο αλά κνλάδα κάδαο πνπ πξνζθέξνπλ ηα PCM, κπνξνχλ λα ζπκβάινπλ ζεκαληηθά ζηελ εμνηθνλφκεζε ρψξνπ ζηα ζπζηήκαηα ζέξκαλζεο, κε ηε κείσζε ηνπ κεγέζνπο ηεο ζεξκηθήο απνζήθεο. Πνιινί εξεπλεηέο κειέηεζαλ ηελ ελζσκάησζε πιηθψλ αιιαγήο θάζεο ζε ηέηνηα ζπζηήκαηα θαη κία πιεζψξα πεηξακάησλ πξαγκαηνπνηήζεθαλ γηα λα εξεπλεζεί ε βησζηκφηεηα απηψλ ησλ ζπζηεκάησλ. Οη Velraj θαη Nallusamy ην 2006 δεκνζίεπζαλ ηα απνηειέζκαηα ελφο πεηξάκαηνο θαηά ην νπνίν κία απνζεθεπηηθή κνλάδα κε PCM ελζσκαηψζεθε ζε έλα ειηαθφ ζχζηεκα ζέξκαλζεο λεξνχ. Σν ζχζηεκα ην νπνίν απεηθνλίδεηαη ζηελ εηθόλα 4.14 απνηειείηαη απφ ηε ζεξκηθή απνζήθε, έλαλ ειηαθφ ζπιιέθηε, ξνφκεηξν θαη αληιία. Ζ ζεξκηθή απνζήθε είλαη κία κνλσκέλε θπιηλδξηθή δεμακελή ε νπνία πεξηέρεη παξαθίλε ζε ζθαηξηθέο θάςνπιεο δηακέηξνπ 55 mm. Οη θάςνπιεο θαηαιακβάλνπλ ην 51% ηνπ ζπλνιηθνχ φγθνπ ηεο δεμακελήο ελψ ν ππφινηπνο φγθνο θαηαιακβάλεηαη απφ λεξφ. Σν ζχζηεκα ραξαθηεξίδεηαη σο πβξηδηθφ, θαζψο κεγάιν πνζνζηφ ηεο ζεξκφηεηαο απνζεθεχεηαη κε ηε κνξθή αηζζεηήο ζεξκφηεηαο ζην λεξφ. Ζ απφδνζε απηνχ ηνπ ζπζηήκαηνο ζπγθξίζεθε κε ηελ απφδνζε ελφο ζπκβαηηθνχ ζπζηήκαηνο απνζήθεπζεο κε λεξφ. Οη εξεπλεηέο θαηέιεμαλ φηη ην πβξηδηθφ ζχζηεκα κπνξεί λα κεηψζεη αηζζεηά ην κέγεζνο ηεο δεμακελήο απνζήθεπζεο ζεξκφηεηαο θαη θαη επέθηαζε ην κέγεζνο φινπ ηνπ ζπζηήκαηνο. Παξά ηα ελζαξξπληηθά απνηειέζκαηα ησλ εξεπλψλ, ηα πεξηζζφηεξα ζρέδηα ηέηνησλ ζπζηεκάησλ είλαη πξνθαηαξθηηθήο θχζεσο θαη θαλέλα ζχζηεκα δελ είλαη εκπνξηθά δηαζέζηκν πξνο ην παξφλ. [3,4,13] 61

68 Δηθόλα 4.14: Απεηθόληζε ηνπ πεηξακαηηθνύ ζπζηήκαηνο ησλ Velraj θαη Nallusamy 1:Ηιηαθόο ζπιιέθηεο 2:Αληιία 3,4:Βαιβίδεο ειέγρνπ ξνήο 5:Ρνόκεηξν 6:Γεμακελή απνζήθεπζεο 7:Κάςνπιεο PCM 8:Αηζζεηήξεο [13] πζηήκαηα ςχμεο κε PCM Ζ ελέξγεηα ζε ςπθηηθά ζπζηήκαηα κπνξεί λα απνζεθεπηεί είηε σο αηζζεηή είηε σο ιαλζάλνπζα. Σν ζπλεζέζηεξν κέζν απνζήθεπζεο ζηελ πξψηε πεξίπησζε είλαη ην λεξφ, ηνπ νπνίνπ ηα ηδηαίηεξα ραξαθηεξηζηηθά ην θαζηζηνχλ θαηαιιειφηεξν γηα ηηο πεξηζζφηεξεο εθαξκνγέο. Λφγσ απηψλ αθξηβψο ησλ ηδηνηήησλ ηνπ, ην λεξφ κε ηε κνξθή πάγνπ απνηειεί ηδαληθή επηινγή θαη γηα ηε δεχηεξε πεξίπησζε, απηή ηεο απνζήθεπζεο ιαλζάλνπζαο ζεξκφηεηαο ζε ςπθηηθέο εθαξκνγέο. ην ζπγθεθξηκέλν ππνθεθάιαην ζα γίλεη κία πεξηγξαθή ησλ ζεκαληηθφηεξσλ ςπθηηθψλ εθαξκνγψλ ζηηο νπνίεο ν πάγνο ρξεζηκνπνηείηαη σο πιηθφ αιιαγήο θάζεο. χζηεκα απνζήθεπζεο ςχμεο ηχπνπ ζπεηξψκαηνο (ice on coil) Απηή ε ηερληθή είλαη πηζαλφηαηα ε πξψηε πνπ ρξεζηκνπνηήζεθε ζε εθαξκνγέο απνζήθεπζεο ςχμεο. Πξφθεηηαη γηα έλα ζχζηεκα ζσιελψζεσλ ή ζπεηξσκάησλ ηνπνζεηεκέλσλ ζε δεμακελή απνζήθεπζεο ςχμεο, ε νπνία είλαη γεκάηε κε λεξφ. Σν εζσηεξηθφ ηνπ ζπεηξψκαηνο δηαξξέεηαη απφ δηάιπκα θάπνηαο ςπθηηθήο νπζίαο, πξνθαιψληαο ην ζρεκαηηζκφ πάγνπ ζηελ εμσηεξηθή επηθάλεηα. Ζ αλάθηεζε ηεο απνζεθεπκέλεο ελέξγεηαο ζπλήζσο πξαγκαηνπνηείηαη ηξνθνδνηψληαο άκεζα λεξφ απφ ηελ απνζήθε, ζε έλα δεπηεξεχνλ ζχζηεκα εθνδηαζκέλν κε ελαιιάθηε ζεξκφηεηαο. Έλα παξάδεηγκα ηέηνηνπ ζπζηήκαηνο απφ ηελ εηαηξεία CALMAC απεηθνλίδεηαη ζηελ εηθόλα Ζ κνλσκέλε δεμακελή απνζήθεπζεο είλαη θαηαζθεπαζκέλε απφ πνιπαηζπιέλην θαη πεξηέρεη ζπεηξνεηδείο ζσιήλεο βπζηζκέλνπο ζην λεξφ. Καηά ηε θφξηηζε ηεο δεμακελήο, ην ξεπζηφ κεηαθνξάο ζεξκφηεηαο (λεξφ κε 25% αηζπιέλην) ςχρεηαη ζε ζεξκνθξαζία αξθεηψλ βαζκψλ ºC θάησ απφ ην ζεκείν πήμεο ηνπ λεξνχ. ηε ζπλέρεηα θπθινθνξεί δηακέζνπ ησλ ζσιελψζεσλ θαη ςχρεη ην λεξφ πνπ βξίζθεηαη ζηελ απνζήθε, έσο φηνπ ην 95% ηνπ λεξνχ κεηαηξαπεί ζε πάγν. Ζ απνθφξηηζε ηεο δεμακελήο γίλεηαη θαη πάιη κέζσ ησλ ζσιελψζεσλ. Έλα απφ ηα κεγαιχηεξα ζπζηήκαηα απνζήθεπζεο ςχμεο ηχπνπ ζπεηξψκαηνο είλαη ελζσκαησκέλν ζε κία κνλάδα ςχμεο ελφο θηηξηαθνχ ζπγθξνηήκαηνο ζην ηθάγν. Σν ζχζηεκα εθκεηαιιεχεηαη ηελ ειεθηξηθή ελέξγεηα θαηά ηηο ψξεο ρακειήο δήηεζεο, θαζψο παξάγεη θαη απνζεθεχεη kg πάγνπ θάζε βξάδπ. Μέζα ζηελ ηζηκεληέληα απνζήθε, φγθνπ m 3, έρνπλ ηνπνζεηεζεί πνιιέο δέζκεο ζπεηξνεηδψλ ζσιήλσλ γηα ηελ παξαγσγή ηνπ πάγνπ (εηθόλα 4.16). [3,14] 62

69 Δηθόλα 4.15: Αξηζηεξά: Σνκή ηεο δεμακελήο απνζήθεπζεο ςύμεο ηύπνπ ζπεηξώκαηνο ηεο CALMAC. Γεμηά: Πξαγκαηηθή εγθαηάζηαζε [3] Δηθόλα 4.16: Αξηζηεξά: Καηαζθεπή ηεο δεμακελήο απνζήθεπζεο ςύμεο ηύπνπ ζπεηξώκαηνο ζην ηθάγν. Γεμηά: Σνπνζέηεζε ησλ ζπεηξνεηδώλ ζσιήλσλ ζην εζσηεξηθό ηεο δεμακελήο [15] χζηεκα Sheet Ice Harvester Σν ζχζηεκα απηφ δεκηνπξγεί πάγν είηε πάλσ ζε κία κεγάιε επίπεδε επηθάλεηα ελφο αηκνπνηεηή είηε ζηελ εζσηεξηθή ή εμσηεξηθή επηθάλεηα ελφο θπιηλδξηθνχ αηκνπνηεηή ν νπνίνο βξίζθεηαη πάλσ απφ κία δεμακελή πάγνπ-λεξνχ. Ο πάγνο δεκηνπξγείηαη σο εμήο: ην λεξφ 0 ºC θπθινθνξεί απφ ηε δεμακελή απνζήθεπζεο ζηελ θνξπθή ησλ επίπεδσλ επηθαλεηψλ ηνπ αηκνπνηεηή, φπνπ θαη θπιά ειεχζεξα ζρεκαηίδνληαο έλα ιεπηφ πκέλα πάλσ απφ απηέο ηηο επηθάλεηεο. Σα θνκκάηηα πάγνπ πνπ δεκηνπξγνχληαη απφ απηή ηε δηαδηθαζία, απειεπζεξψλνληαη ζπλήζσο κε ηελ θπθινθνξία δεζηνχ ςπθηηθνχ αεξίνπ ζηνλ αηκνπνηεηή θαη πέθηνπλ κέζα ζηε δεμακελή, φπνπ θαη αλαθαηεχνληαη κε ην ςπρξφ λεξφ. Καηά ηελ απνθφξηηζε, λεξφ ζε ζεξκνθξαζία άλσ ησλ 0 ºC νδεγείηαη ζηελ απνζήθε θαη ςχρεηαη θαηά ηελ άκεζε επαθή ηνπ κε ηα θνκκάηηα ηνπ πάγνπ. Δμαηηίαο ηεο κεγάιεο επηθάλεηαο ησλ θχιισλ ηνπ πάγνπ (ice sheets), ην λεξφ κπνξεί λα ςπρζεί κέρξη θαη ζηνπο 0,5 ºC. Σν ςπρξφ λεξφ ελ ζπλερεία δηαρσξίδεηαη απφ ηνλ πάγν ιφγσ ηεο δηαθνξεηηθήο ηνπ ππθλφηεηαο θαη νδεγείηαη ζηηο θαηαλαιψζεηο. 63

70 Οη δεμακελέο πνπ ρξεζηκνπνηνχληαη είλαη γεληθά απιέο θαη ρσξίο εζσηεξηθά εμαξηήκαηα, ζε ζρέζε κε άιια ζπζηήκαηα απνζήθεπζεο. Δίλαη ζπρλά ρηηζκέλεο ζηνλ ηφπν ηεο εγθαηάζηαζεο θαη ζπλήζσο θαηαζθεπάδνληαη απφ ηζηκέλην. Παξφια απηά έηνηκνη ηνίρνη, ράιπβαο ή παινβάκβαθαο είλαη πιηθά πνπ κπνξνχλ λα ρξεζηκνπνηεζνχλ γηα ηελ θαηαζθεπή ηεο. Ο αηκνπνηεηήο θαηαζθεπάδεηαη ζπλήζσο απφ αλνμείδσην ράιπβα. Σν ζχζηεκα απηφ ρξεζηκνπνηείηαη ζηε βηνκεραληθή ςχμε, ελψ δελ βξέζεθαλ παξαδείγκαηα ρξεζηκνπνίεζήο ηνπ ζηελ ςχμε ρψξσλ. ηελ εηθόλα 4.17 απεηθνλίδεηαη ζρεκαηηθά έλα ηέηνην ζχζηεκα. Άιινη ηχπνη ηέηνησλ ζπζηεκάησλ ρξεζηκνπνηνχλ κεραληθέο κεζφδνπο γηα ηελ απειεπζέξσζε ηνπ πάγνπ. [3,14] Δηθόλα 4.17: ρεκαηηθή παξάζηαζε ζπζηήκαηνο Sheet Ice Harvester [14] χζηεκα απνζήθεπζεο ςχμεο κε θάςνπιεο πάγνπ Απηή ε ηερληθή βαζίδεηαη ζε κηθξά πιαζηηθά δνρεία (θάςνπιεο), παξαιιειεπίπεδα, δαθηπιηνεηδή ή ζθαηξηθά, ηα νπνία γεκίδνληαη κε λεξφ θαη ηνπνζεηνχληαη ζε κία δεμακελή απνζήθεπζεο. Καηά ηε θφξηηζε ηεο απνζήθεο ην λεξφ ζην εζσηεξηθφ ηεο θάςνπιαο παγψλεη, ελψ θαηά ηελ απνθφξηηζε, δεπηεξεχνλ ςπθηηθφ, πρ κείγκα λεξνχγιπθφιεο θπθινθνξεί ζεξκφ κέζα ζηε δεμακελή θαη ιηψλεη ηνλ πάγν. Σν ζρήκα θαη ην κέγεζνο ηεο δεμακελήο θαζψο θαη ν αξηζκφο ησλ θαςνπιψλ πνπ απαηηνχληαη γηα ηελ εθάζηνηε εθαξκνγή εμαξηάηαη απφ ηελ απαηηνχκελε απνζεθεπηηθή ηθαλφηεηα. Ζ δεμακελή απνζήθεπζεο κπνξεί λα είλαη αλνηρηή ζε αηκνζθαηξηθή πίεζε ή θιεηζηή ππφ πίεζε θαη κπνξεί λα είλαη θαηαζθεπαζκέλε απφ ράιπβα, ηζηκέλην θαη παινβάκβαθα. Γεληθά δελ ππάξρνπλ πνιιέο εκπνξηθέο εθαξκνγέο κεγάιεο θιίκαθαο απηνχ ηνπ ζπζηήκαηνο. Αμίδεη λα αλαθεξζεί έλα ζχζηεκα απνζήθεπζεο ςχμεο κε θάςνπιεο PCM ην νπνίν ιεηηνπξγεί ζε έλα εηθνζηηεηξαφξνθν θηίξην ζην Λνο Αληδειεο ησλ ΖΠΑ απφ ην Ζ απνζεθεπηηθή δπλαηφηεηα ηνπ ζπζηήκαηνο είλαη kwh πάγνπ απφ κία ηζηκεληέληα δεμακελή φγθνπ 681 m 3 πνπ πεξηέρεη ζθαηξηθέο θάςνπιεο θαη είλαη ηνπνζεηεκέλε ζην ππφγεην γθαξάδ. [14] χζηεκα απνζήθεπζεο ςχμεο κε δηθαζηθφ κείγκα (ice slurry) ηα ζπζηήκαηα απνζήθεπζεο ςχμεο απηνχ ηνπ ηχπνπ, ν πάγνο κπνξεί λα δεκηνπξγεζεί ζην εζσηεξηθφ ελφο θπιηλδξηθνχ ελαιιάθηε απφ ηνλ νπνίν θαη ζα απνκαθξπλζεί κε πεξηζηξεθφκελα καραίξηα ή άιια κεραληθά κέζα. Μηα ελαιιαθηηθή κέζνδνο ε νπνία ρξεζηκνπνηείηαη επξέσο γηα λα απνθεπρζεί ην πξφβιεκα ηεο 64

71 απνκάθξπλζεο ηνπ πάγνπ απφ ηελ επηθάλεηα ηνπ ελαιιάθηε, απεηθνλίδεηαη ζηελ εηθόλα Τπφςπθην λεξφ παξάγεηαη ζην εζσηεξηθφ ηνπ ελαιιάθηε θαη νδεγείηαη πάλσ ζε κία πιάθα. Καηά ηε ζχγθξνπζε πξνθαιείηαη ζηεξενπνίεζε κέξνο απηνχ. ηε ζπλέρεηα ην δηθαζηθφ κείγκα πνπ έρεη πξνθχςεη νδεγείηαη γηα απνζήθεπζε ζε κία δεμακελή. ηα ζπζηήκαηα απηά επηβάιιεηαη νη θξχζηαιινη πάγνπ λα έρνπλ δηάκεηξν κηθξφηεξε ηνπ 1 mm έηζη ψζηε λα είλαη εθηθηή ε άληιεζε ηνπ κείγκαηνο. Μία απφ ηηο κεγαιχηεξεο εθαξκνγέο απηνχ ηνπ ζπζηήκαηνο, βξίζθεηαη ζην θηηξηαθφ ζπγθξφηεκα ηνπ ζηαζκνχ ηνπ Κηφην ζηελ Ηαπσλία. Σν ζχζηεκα απηφ ιεηηνπξγεί γηα παξνρή ζπκπιεξσκαηηθήο ςχμεο. Ζ ζπλνιηθή επηθάλεηα ηνπ ζπγθξνηήκαηνο είλαη m 2 θαη πεξηιακβάλεη θαηνηθίεο, ην ζηαζκφ ησλ ηξέλσλ, έλα μελνδνρείν, έλα ζέαηξν θαη άιιεο εγθαηαζηάζεηο. Ζ κνλάδα ςχμεο πεξηιακβάλεη δχν ηζηκεληέληεο δεμακελέο ρσξεηηθφηεηαο 400 m 3 έθαζηε, νη νπνίεο είλαη ηνπνζεηεκέλεο ζην ππφγεην ηνπ θηηξίνπ. Σν δηθαζηθφ κείγκα παξάγεηαη θαηά ηε δηάξθεηα ηεο λχρηαο θαη απνζεθεχεηαη ζηηο δεμακελέο. Λφγσ ηεο δηαθνξάο ππθλφηεηαο, ν πάγνο κέλεη ζηελ επηθάλεηα ηεο απνζήθεο θαη ην λεξφ ζηνλ πάην. Καηά ηελ απνθφξηηζε, λεξφ απφ ην θάησ κέξνο ηεο δεμακελήο νδεγείηαη ζηνπο ελαιιάθηεο φπνπ θαη ςχρεη ην λεξφ ηνπ θπθιψκαηνο ςχμεο ηνπ θηηξίνπ. [14,16] Δηθόλα 4.18: Παξαγσγή δηθαζηθνύ κείγκαηνο από ππόςπθην λεξό [3] 65

72 ΒΗΒΛΗΟΓΡΑΦΗΑ 4 νπ ΚΔΦΑΛΑΗΟΤ 1. H.P. Garg, S.C.Mullick, A.C.Bhargava, Solar thermal energy storage, D.Reidel Publishing Company, Dordrecht, John A. Duffie, William A. Beckman, Solar engineering of thermal processes, John Wiley and Sons Ltd, New Jersey, H.Mehling, L.F.Cabeza, Heat and cold storage with PCM - an up to date introduction into basics and applications, Springer Verlag Berlin Heidelberg, Atul Sharma, V.V.Tyagi, C.R.Chen, D.Buddhi, «Review on thermal energy storage with phase change materials and application», Renewable & sustainable energy reviews, 13 (2009) Pablo Arce Maldonado (2011), «Application of passive thermal energy storage in buildings using PCM and awnings», University of Lleida, Supervisors: Dr. Luisa F. Cabeza, Dr. Marc Medrano Martorell, Lleida, May. 6. Regin A.F., Solanki S.C., Saini J.S., «Heat transfer characteristics of thermal energy storage system using PCM capsules», Renewable & sustainable energy reviews, 12/9 (2008) Xu Xu, Yinping Zhang, Kunping Lin, Hongfa Di, Rui Yang, «Modeling and simulation on the thermal performance of shape-stabilized phase change material floor used in passive solar buildings», Energy and buildings, 37 (2005). 8. V.V. Tyagi, D. Buddhi, «PCM thermal storage in buildings: A state of art», Renewable and sustainable energy reviews, 11/6 (2007) C. Eiamworawutthikul, Ph. D., Prof. John Strohbehn, Prof. Charles Harman, «Investigation of Phase-Change Thermal Storage in Passive Solar Design for Light- Construction Building in the Southeastern Climate Region», A research program to promote energy conservation and the use of renewable energy, Pratt School of Engineering, Duke University, R. Velraj, A. Pasupathy, «Phase change material based thermal storage for energy conservation in building architecture», Technical Paper, Institute for energy studies, India. 11. Cao Sunliang (2010), «State of the art thermal energy storage solutions for high performance buildings», Master s Thesis, University of Jyväskylä, Department of Physics, Supervisors: Professor Arild Gustavsen, Dr. Jussi Maunuksela, Jyväskylä, June Nallusamy N., Sampath S., Velraj R., «Study on performance of a packed bed latent heat thermal energy storage unit integrated with solar water heating system», Journal of Zhejiang University SCIENCE A, 7/8 (2006) J.Bergman, J.Peltomaki, P.Woods, G.Vitterso, H.C.Mortensen, A.J.W.Sijben, «Optimization of Cool Thermal Storage and Distribution», Technical Paper, Netherlands agency for energy and the environment, Netherlands, I.Bellas, S.A.Tassou, «Present and future of ice slurries», International journal of refrigeration, 28 (2005)

73 5. ΖΛΗΑΚΟ ΤΣΖΜΑ ΓΖΜΟΣΗΚΟΤ ΑΘΛΖΣΗΚΟΤ ΚΔΝΣΡΟΤ ΔΤΟΜΟΤ 5.1. ΔΗΑΓΩΓΖ Σν Γεκνηηθφ Αζιεηηθφ Κέληξν (Γ.Α.Κ.) Δπφζκνπ θαηαζθεπάζηεθε ηελ πεξίνδν θαη ιεηηνπξγεί απφ ην Βξίζθεηαη ζην Γήκν Δπφζκνπ, ζε απφζηαζε 6 ρηιηφκεηξα πεξίπνπ απφ ην θέληξν ηεο Θεζζαινλίθεο. Σν θηηξηαθφ ζπγθξφηεκα ηνπ Γ.Α.Κ. (εηθόλα 5.1) πεξηιακβάλεη ηελ θεληξηθή αίζνπζα ηνπ Γπκλαζηεξίνπ, ρψξνπο πξνπφλεζεο-γπκλαζηηθήο, απνδπηήξηα, γξαθεία ηεο δηνίθεζεο, foyer θαη ζπλαθείο ρψξνπο εμππεξέηεζεο, απνζήθεο θαη ην κεραλνζηάζην (εηθόλα 5.2). Ζ θεληξηθή αίζνπζα έρεη ρσξεηηθφηεηα ζέζεσλ κε δπλαηφηεηα λα θηάζεη ηηο κε ηελ ηνπνζέηεζε θηλεηψλ θαζηζκάησλ ζην ρψξν ηεο πιαηείαο. Δηθόλα 5.1: Γεκνηηθό Αζιεηηθό Κέληξν Δπόζκνπ [1] Δηθόλα 5.2: Σνκή Γεκνηηθνύ Αζιεηηθνύ Κέληξνπ Δπόζκνπ 67

74 Γεληθφο ζηφρνο ηεο κειέηεο θαη ηεο θαηαζθεπήο ηνπ Γ.Α.Κ. ήηαλ ε αμηνπνίεζε ηεο ειηαθήο ελέξγεηαο γηα ηε ζέξκαλζε ηνπ ζπγθξνηήκαηνο κε πιήξε ππνθαηάζηαζε ηεο απαηηνχκελεο γηα ζέξκαλζε ζπκβαηηθήο ελέξγεηαο. Γηα ηελ αμηνπνίεζε ηεο ειηαθήο ελέξγεηαο κειεηήζεθαλ θαη ελζσκαηψζεθαλ, παζεηηθά θαη ελεξγεηηθά ζπζηήκαηα γηα ηε ζέξκαλζε ηνπ θηηξίνπ, αιιά θαη ηελ παξνρή δεζηνχ λεξνχ ρξήζεο, αλαγθαίνπ γηα ηηο ιεηηνπξγηθέο απαηηήζεηο ηνπ γπκλαζηεξίνπ. Σν Γ.Α.Κ. ήηαλ έλα παξάδεηγκα επηηπρνχο ελζσκάησζεο ειηαθψλ ζπζηεκάησλ ζε δεκφζην λεναλαγεηξφκελν θηίξην, αθνχ θαηά ηελ δηάξθεηα ηεο ιεηηνπξγίαο ηνπ ειηαθνχ ζπζηήκαηνο, θαιχπηνληαλ πιήξσο νη αλάγθεο ζε ζέξκαλζε ρσξίο ηελ ππνβνήζεζε απφ θάπνηα ζπκβαηηθή κνλάδα. Παξάιιεια ην ζχζηεκα θάιππηε πιήξσο ηηο αλάγθεο ζε δεζηφ λεξφ ρξήζεο ηνπο επηά απφ ηνπο δψδεθα κήλεο ηνπ ρξφλνπ, απφ ηνλ Απξίιην έσο θαη ηνλ Οθηψβξην. [1] 5.2. ΠΑΘΖΣΗΚΑ ΤΣΖΜΑΣΑ ηνλ παζεηηθφ ζρεδηαζκφ πεξηιακβάλνληαη: Ζ εμνηθνλφκεζε ελέξγεηαο κε ηελ απμεκέλε ζεξκνκφλσζε. Σν ειηαθφ θέξδνο κε ηα κεγάια αλνίγκαηα ζην λφην θαη ηα κηθξά ζην βνξξά. Οη ηνίρνη κάδαο ζηε λφηηα πιεπξά ηνπ θηηξίνπ. Αμηνπνίεζε ησλ εζσηεξηθψλ θνξηίσλ (άλζξσπνη, θσηηζκφο θηι.) κε πξφβιεςε δνκηθψλ πιηθψλ κεγάιεο ζεξκνρσξεηηθφηεηαο ζην θηίξην. Ζ εμαζθάιηζε πξνζηαζίαο απφ ηνλ ήιην ην θαινθαίξη. Ο θπζηθφο αεξηζκφο-θσηηζκφο. Ζ ζεξκνκφλσζε πεξηνξίδεη ηηο απψιεηεο ζεξκφηεηαο. Σν γπκλαζηήξην ιφγσ πνιχ θαιήο ζεξκνκφλσζεο έρεη κεησκέλεο ζεξκηθέο αλάγθεο πνπ είλαη κηθξφηεξεο θαηά 50-60% ζε ζρέζε κε παξφκνην θηίξην ρσξίο φκσο ζεξκνκφλσζε. Σα κηθξά αλνίγκαηα ζην βνξξά βνεζνχλ επίζεο ζηελ εμνηθνλφκεζε ελέξγεηαο γηαηί πεξηνξίδνπλ ηφζν ηηο απψιεηεο αγσγηκφηεηαο (ν ηνίρνο κε ζεξκνκφλσζε έρεη 4-5 θνξέο κηθξφηεξεο ζεξκηθέο απψιεηεο απ φηη έλα αληίζηνηρν παξάζπξν κε δηπιφ ηδάκη) φζν θαη ηηο απψιεηεο απφ εηζξνή αέξα απφ ηνπο αξκνχο ησλ αλνηγκάησλ. Πξφζζεην ειηαθφ θέξδνο εμαζθαιίδνπλ θαη νη ηνίρνη κάδαο. ηελ πεξίπησζε ηνπ γπκλαζηεξίνπ, νη ηνίρνη κάδαο βξίζθνληαη ζε δχν δψλεο, άλσ θαη θάησ ηεο λφηηαο πιεπξάο, θαιχπηνληαο ην πάλσ κέξνο ηεο θχξηαο αίζνπζαο θαη ηνπο βνεζεηηθνχο ρψξνπο (ινπηξά, απνδπηήξηα) αληίζηνηρα. Ζ επάλσ δψλε απνηειείηαη απφ δψδεθα ηνίρνπο δηαζηάζεσλ 2,07 m χςνο θαη 3,56 m πιάηνο, ελψ ε θάησ δψλε απφ νρηψ ηνίρνπο αλαιφγσλ δηαζηάζεσλ. [1] 5.3. ΔΝΔΡΓΖΣΗΚΑ ΤΣΖΜΑΣΑ Ζ εθαξκνγή ησλ ελεξγεηηθψλ ζπζηεκάησλ ζπλίζηαηαη ζηε ρξεζηκνπνίεζε 294 ειηαθψλ ζπιιεθηψλ ζπλνιηθήο επηθάλεηαο 588 m², ηνπνζεηεκέλσλ ζηελ νξνθή ηνπ θηηξίνπ (εηθόλεο 5.3 θαη 5.4), γηα ηελ θφξηηζε δεμακελήο ρσξεηηθφηεηαο 209 m 3. Ζ απνζεθεπκέλε ζεξκηθή ελέξγεηα ρξεζηκνπνηνχληαλ γηα ηε ζέξκαλζε ησλ δηαθφξσλ ρψξσλ ηνπ αζιεηηθνχ θέληξνπ κέζσ ελδνδαπέδησλ ζπζηεκάησλ, θαζψο θαη γηα ζέξκαλζε λεξνχ ρξήζεο γηα ηηο ηξέρνπζεο θαζεκεξηλέο αλάγθεο ησλ αζινπκέλσλ. ηελ εηθόλα 5.5 δίλεηαη ην δηάγξακκα ξνήο ησλ ελεξγεηηθψλ ειηαθψλ ζπζηεκάησλ. Με κε ζπκβαηηθέο εγθαηαζηάζεηο θαη κε ηελ παξεκβνιή ζπζθεπψλ θαη κεραλψλ, ηα αληίζηνηρα πνζά ζεξκφηεηαο κεηαθέξνληαλ κέζσ δηαθφξσλ ξεπζηψλ, ηα νπνία 68

75 θπθινθνξνχζαλ ζε θαηάιιειεο ζσιελψζεηο. Οη εγθαηαζηάζεηο απηέο πεξηιάκβαλαλ ηα αθφινπζα ηδηαίηεξα ζπζηήκαηα: χζηεκα ειηαθψλ ζπιιεθηψλ-ελαιιαθηψλ ζεξκφηεηαο. χζηεκα πιήξσζεο κε ειηαθφ πγξφ. χζηεκα ελαιιαθηψλ ζεξκφηεηαο-δεμακελήο. χζηεκα δεμακελήο-ελαιιαθηψλ ζεξκνχ λεξνχ ρξήζεο. χζηεκα δεμακελήο-ελδνδαπέδηαο ζέξκαλζεο. [1] Δηθόλα 5.3: Δλαέξηα θσηνγξαθία ηνπ Γ.Α.Κ όπνπ θαίλνληαη νη ζπζηνηρίεο ησλ ειηαθώλ ζπιιεθηώλ [1] Δηθόλα 5.4: Οη ειηαθνί ζπιιέθηεο ζηελ νξνθή ηνπ Γ.Α.Κ. [1] 69

76 ύζηεκα ειηαθώλ ζπιιεθηώλ ελαιιαθηώλ ζεξκόηεηαο Όπσο πξναλαθέξζεθε, ην ζχλνιν ησλ ειηαθψλ ζπιιεθηψλ ήηαλ ηνπνζεηεκέλν ζηελ νξνθή ηνπ θηηξηαθνχ ζπγθξνηήκαηνο. Σν φιν ζχζηεκα απνηεινχληαλ απφ δχν μερσξηζηά θαη αλεμάξηεηα κεηαμχ ηνπο πεδία Η θαη ΗΗ, κε 3 θαη 4 θιάδνπο ειηαθψλ ζπιιεθηψλ αληίζηνηρα (εηθόλα 5.5). Ο θάζε θιάδνο πεξηιάκβαλε 42 ζπιιέθηεο επηθάλεηαο 2 m 2 ν θαζέλαο. Σν πγξφ πνπ ρξεζηκνπνηνχληαλ γηα ηε δέζκεπζε ηεο ειηαθήο ελέξγεηαο ήηαλ έλα κίγκα λεξνχ-αιθνφιεο. Σν πγξφ κίγκα νδεγνχληαλ κέζσ δχν θχξησλ αγσγψλ παξνρήο (έλαο γηα θάζε πεδίν) ζηνπο ειηαθνχο ζπιιέθηεο ησλ δηαθφξσλ θιάδσλ, φπνπ θαη ζεξκαηλφηαλ. Αληίζηνηρα ζηελ έμνδν, δχν θχξηνη αγσγνί ζπιινγήο (έλαο γηα θάζε πεδίν) δηνρέηεπαλ ην ζεξκφ πιένλ πγξφ ζηνπο ελαιιάθηεο πνπ ήηαλ ηνπνζεηεκέλνη ζην ππφγεην ηνπ θηηξίνπ. Οη ελαιιάθηεο (δχν γηα θάζε πεδίν) ήηαλ ηνπνζεηεκέλνη ζε ζεηξά θαη ήηαλ ηχπνπ δέζκεο ζσιήλσλ 4-πιεο δηαδξνκήο, κε αληηξνή πγξνχ-πγξνχ. ε απηνχο γηλφηαλ ε κεηάδνζε ηεο ζεξκηθήο ελέξγεηαο ηνπ κίγκαηνο ε νπνία είρε ζπιιερζεί απφ ηνπο ειηαθνχο ζπιιέθηεο, ζην λεξφ ηνπ θιεηζηνχ θπθιψκαηνο ηεο θχξηαο δεμακελήο. ηε ζπλέρεηα, ην ςπρξφ πιένλ κίγκα κέζσ αληιίαο κεηαθεξφηαλ θαη πάιη ζηνπο ειηαθνχο ζπιιέθηεο γηα έλα θαηλνχξγην θχθιν ιεηηνπξγίαο. Πξέπεη λα ζεκεησζεί φηη ζην θχθισκα ππήξρε ζεξκνζηάηεο, ν νπνίνο επέηξεπε ηελ δηέιεπζε ηνπ πγξνχ απφ ηνπο ζπιιέθηεο πξνο ηνπο ελαιιάθηεο κφλν εθφζνλ ε ζεξκνθξαζία ηνπ ηειεπηαίνπ ήηαλ πάλσ απφ θάπνην φξην, ην νπνίν κπνξνχζε λα θαζνξηζηεί κε αλάινγε ξχζκηζε. [1] Δηθόλα 5.5: Γηάγξακκα ξνήο ελεξγεηηθώλ ειηαθώλ ζπζηεκάησλ [1] ύζηεκα πιήξσζεο κε ειηαθό πγξό Πξφθεηηαη γηα δχν δεμακελέο ηνπνζεηεκέλεο ελ ζεηξά, κέζσ ησλ νπνίσλ γηλφηαλ ε πιήξσζε ηνπ δηθηχνπ ησλ ειηαθψλ ζπιιεθηψλ κε ην απαξαίηεην κίγκα, είηε γηα λα θαιπθζνχλ θάπνηεο πηζαλέο απψιεηεο ιφγσ δηαξξνψλ είηε γηα ηελ εθ λένπ ηνπνζέηεζε 70

77 δηαθνξεηηθνχ κίγκαηνο. ηελ έμνδν ησλ δεμακελψλ ππήξρε εηδηθή βαιβίδα αληεπηζηξνθήο πνπ απαγφξεπε ηελ επηζηξνθή ηνπ πγξνχ ζε απηέο. [1] Θεξκηθή δεμακελή Ζ παξνχζα εξγαζία κειεηάεη ηε ζπκπεξηθνξά ηεο ζεξκηθήο δεμακελήο ηνπ Γ.Α.Κ. Ζ ζεξκηθή δεμακελή είλαη ηνπνζεηεκέλε θάησ απφ κία απνζήθε εξγαιείσλ ηνπ Γ.Α.Κ., ε νπνία είλαη ζακκέλε θαη έρεη ρσξεηηθφηεηα 209 m 3. Πεξηγξαθή ηεο δεμακελήο θαη ησλ ζπζηεκάησλ ηεο ζα γίλεη εθηελψο ζε επφκελν θεθάιαην Ζ ΛΔΗΣΟΤΡΓΗΑ ΣΟΤ ΤΣΖΜΑΣΟ ΚΑΣΑ ΣΖΝ ΠΔΡΗΟΓΟ ΠΑΡΑΚΟΛΟΤΘΖΖ ΣΟΤ Απηφ πνπ πξέπεη λα ζεκεησζεί είλαη φηη κεηά απφ πεξίνδν ιεηηνπξγίαο ηξηψλ εηψλ ( ) θαηά ηελ νπνία ηα δηάθνξα ηκήκαηα ηνπ ζπζηήκαηνο ζέξκαλζεο ιεηηνπξγνχζαλ κε απφδνζε ιίγν έσο πνιχ εληφο ησλ πξνθαζνξηζκέλσλ απφ ηελ κειέηε ηνπο νξίσλ, ην ζχζηεκα ηέζεθε εθηφο ιεηηνπξγίαο ιφγσ ειιηπνχο ζπληήξεζεο, ζθαικάησλ ζην ρεηξηζκφ θαη αζηνρίαο δηαθφξσλ ηκεκάησλ ηνπ, ιφγσ ρξήζεο ππνδεέζηεξεο πνηφηεηαο πιηθψλ γηα ηελ θαηαζθεπή ηνπο. Απφ ηνλ Μάην ηνπ 1995 είραλ εληνπηζηεί απφ ππεχζπλν ηερληθφ ηεο Γεκνηηθήο Αξρήο πξνβιήκαηα ζηα ελεξγεηηθά ειηαθά ζπζηήκαηα, κε ζεκαληηθφηεξα ηε δηάβξσζε ζπιιεθηηθψλ επηθαλεηψλ, ηελ θαηαζηξνθή παινπηλάθσλ ζπιιεθηψλ θαη ηε δηαξξνή πγξνχ απφ ηηο ζσιελψζεηο ησλ ελαιιαθηψλ πξνο ηε ζεξκηθή απνζήθε. Σα πξνβιήκαηα απηά ζε ζπλδπαζκφ κε ηελ απνπζία κφληκνπ ζπληεξεηή πξηλ απφ ην 1996, θαηέζηεζαλ πξνβιεκαηηθή ηε ιεηηνπξγία ησλ ζπζηεκάησλ θαη επνκέλσο ηε δηαθνπή ηεο γηα δχν πεξίπνπ ρξφληα. Μεηά ηνλ εληνπηζκφ ησλ πξνβιεκάησλ βιαβψλ, αθνινχζεζε ζεηξά εξγαζηψλ κε ζθνπφ ηελ απνθαηάζηαζε φζσλ ήηαλ δπλαηφ ζηα πιαίζηα ηνπ έξγνπ, ψζηε ην ζχζηεκα λα κπνξέζεη λα ιεηηνπξγήζεη κε ην βέιηηζην δπλαηφ ηξφπν. εκεηψλεηαη φηη ην Γεθέκβξην ηνπ 1998 απφ ηνπο 294 ειηαθνχο ζπιιέθηεο ησλ δχν πεδίσλ ιεηηνπξγνχζαλ νη 171, δειαδή πνζνζηφ 58%. ην πξψην πεδίν ιεηηνπξγνχζε πιήξεο ε πξψηε ζπζηνηρία θαη κεξηθψο ε δεχηεξε θαη ε Σξίηε (87 ζπιιέθηεο). ην δεχηεξν πεδίν ιεηηνπξγνχζε πιήξεο ε ηέηαξηε θαη ε πέκπηε ζπζηνηρία θαη θαζφινπ ε έθηε θαη ε έβδνκε (84 ζπιιέθηεο). Καηά ζπλέπεηα ε αμηνιφγεζε ησλ απνηειεζκάησλ πνπ ζα παξνπζηαζηεί, ζα αθνξά ην ζχζηεκα ζε θαηάζηαζε δπλακηθφηεηαο ιεηηνπξγίαο αλάινγεο κε ην πνζνζηφ απηφ. εκαληηθφ γεγνλφο γηα ηε ιεηηνπξγία ηεο ελδνδαπέδηαο ζέξκαλζεο ηεο θχξηαο αίζνπζαο, απνηειεί ε ηνπνζέηεζε απφ ηε δεκνηηθή αξρή πξφζζεηνπ μχιηλνπ δαπέδνπ, γηα ηηο αγσληζηηθέο αλάγθεο ησλ ηνπηθψλ νκάδσλ, ε νπνία έγηλε ην ρεηκψλα ηνπ Σν ειηαθφ ζχζηεκα ζην Γ.Α.Κ. ιεηηνχξγεζε κέρξη θαη ην ηε ζπλέρεηα ηνπνζεηήζεθε ιέβεηαο πεηξειαίνπ πνπ ρξεζηκνπνηεί ηελ ππάξρνπζα δεμακελή. [1] 5.5. ΤΣΖΜΑ ΠΑΡΑΚΟΛΟΤΘΖΖ ΣΖ ΔΝΔΡΓΔΗΑΚΖ ΤΜΠΔΡΗΦΟΡΑ ΣΟΤ Γ.Α.Κ. ΔΤΟΜΟΤ Γηα ηελ ελεξγεηαθή αμηνιφγεζε ησλ ελεξγεηηθψλ θαη παζεηηθψλ ειηαθψλ ζπζηεκάησλ θαζψο θαη ηελ παξαθνινχζεζε θαη ηνλ έιεγρν ηεο ιεηηνπξγίαο ηνπο, εγθαηαζηάζεθε ζχζηεκα παξαθνινχζεζεο ηεο ιεηηνπξγίαο ησλ ειηαθψλ ζπζηεκάησλ θαη θαηαγξαθήο 71

78 ελεξγεηαθψλ θαη θιηκαηηθψλ κεγεζψλ. Σν ζχζηεκα απηφ απνηεινχληαλ απφ ην πιηθφ ηκήκα (hardware) θαη ην ινγηζκηθφ (software). ε φηη αθνξά ην πιηθφ ηκήκα ρξεζηκνπνηήζεθαλ θαηάιιεινη αηζζεηήξεο γηα ηελ αλάγλσζε ησλ ζεξκνθξαζηψλ ησλ ξεπζηψλ, ησλ ηνίρσλ θαη ηνπ αέξα, θαζψο θαη ππξαλφκεηξν γηα ηε κέηξεζε ηεο έληαζεο ηεο ειηαθήο αθηηλνβνιίαο. Δθηφο ησλ αηζζεηψλ, ην ζχζηεκα απνηεινχληαλ απφ δεθαηέζζεξηο απηφλνκεο κνλάδεο αλάγλσζεο θαη ηνπηθήο επεμεξγαζίαο ζεκάησλ (modules), πνπ ζπλδένληαλ κε θεληξηθή κνλάδα (ειεγθηήο) ειέγρνπ ιεηηνπξγίαο θαη ηξνθνδνζίαο (ζχζηεκα Direct Bus θαηαζθεπήο ΖΛΠΡΑ) θαη ήηαλ ηνπνζεηεκέλεο ζην Γ.Α.Κ. ζε θαηάιιειεο ζέζεηο ψζηε λα εμαζθαιίδεηαη ην κηθξφηεξν κήθνο θαισδηψζεσλ θαη ε κέγηζηε πξνζηαζία ηνπο. Ζ θεληξηθή κνλάδα ηνπ ζπζηήκαηνο Direct Bus επηθνηλσλνχζε κε Ζ/Τ ζηνλ νπνίν κεηέθεξε ηηο ηηκέο ησλ ζεκάησλ ησλ κεηξνχκελσλ κεγεζψλ κε ηε ρξήζε ινγηζκηθνχ θαηαζθεπήο ΖΛΠΡΑ. ηελ εηθόλα 5.6 παξνπζηάδεηαη ε ηνπνζέηεζε ησλ ρξεζηκνπνηνχκελσλ modules αλάγλσζεο ζεκάησλ ζην θηίξην ηνπ Γ.Α.Κ. [1] Γψκα Κεξθίδεο Κχξηα αίζνπζα Μεραλνζηάζην Δηθόλα 5.6: Υσξνζέηεζε ησλ κνλάδσλ αλάγλσζεο κεγεζώλ ζην θηίξην ηνπ Γ.Α.Κ. [1] 5.6. ΚΑΣΑΓΡΑΦΟΜΔΝΑ ΜΔΓΔΘΖ ηνλ πίλαθα 5.1 παξνπζηάδνληαη ηα κεηξνχκελα θαη θαηαγξαθφκελα κεγέζε ζην Γ.Α.Κ. θαη ε αληηζηνίρεζή ηνπο κε ηα ρξεζηκνπνηνχκελα modules. 72

79 Πίλαθαο 5.1: Μεηξνύκελα κεγέζε ζην ΓΑΚ Δπόζκνπ θαη αληηζηνίρεζή ηνπο κε ηα ρξεζηκνπνηνύκελα modules [1] Module Θέζε Μεηξνύκελν κέγεζνο, ιεηηνπξγία πκβνιηζκόο 0 Γψκα, Ν-Γ Θεξκνθξαζία ειηαθνχ πγξνχ 1 εο πζηνηρίαο, θξχν 1_in Γψκα, Γ Θεξκνθξαζία ειηαθνχ πγξνχ 2 εο πζηνηρίαο, θξχν 2_in Γψκα, Γ Θεξκνθξαζία ειηαθνχ πγξνχ 3 εο πζηνηρίαο, θξχν 3_in Γψκα, Ν-Γ Θεξκνθξαζία αέξα πεξηβάιινληνο Ta 1 Γψκα, Γ Θεξκνθξαζία ειηαθνχ πγξνχ 7 εο πζηνηρίαο, θξχν 7_in Γψκα, Γ Θεξκνθξαζία ειηαθνχ πγξνχ 6 εο πζηνηρίαο, θξχν 6_in Γψκα, Γ Θεξκνθξαζία ειηαθνχ πγξνχ 5 εο πζηνηρίαο, θξχν 5_in Γψκα, Γ Θεξκνθξαζία ειηαθνχ πγξνχ 4 εο πζηνηρίαο, θξχν 4_in 2 Γψκα, Α Θεξκνθξαζία ειηαθνχ πγξνχ 4 εο πζηνηρίαο, δεζηφ 4_out Γψκα, Α Θεξκνθξαζία ειηαθνχ πγξνχ 5 εο πζηνηρίαο, δεζηφ 5_out Γψκα, Α Θεξκνθξαζία ειηαθνχ πγξνχ 6 εο πζηνηρίαο, δεζηφ 6_out Γψκα, Α Θεξκνθξαζία ειηαθνχ πγξνχ 7 εο πζηνηρίαο, δεζηφ 7_out 3 Ηθξίσκα νξνθήο Ηθξίσκα νξνθήο Θεξκνθξαζία αέξα θχξηαο αίζνπζαο ζε χςνο 6m Θεξκνθξαζία αέξα θχξηαο αίζνπζαο ζε χςνο 2m ΓΤ_6m ΓΤ_2m 4 Γψκα, Α Θεξκνθξαζία ειηαθνχ πγξνχ 1 νπ Πεδίνπ, θξχν Π1_in Γψκα, Α Θεξκνθξαζία ειηαθνχ πγξνχ 2 νπ Πεδίνπ, θξχν Π2_in Γψκα, Α Θεξκνθξαζία ειηαθνχ πγξνχ 2 νπ Πεδίνπ, δεζηφ Π2_out Γψκα, Α Θεξκνθξαζία ειηαθνχ πγξνχ 1 νπ Πεδίνπ, δεζηφ Π1_out 5 Β. ηνίρνο Θεξκνθξαζία βφξεηνπ ηνίρνπ, εμσηεξηθή επηθάλεηα ΣΒ_out Β. ηνίρνο Θεξκνθξαζία βφξεηνπ ηνίρνπ, εζσηεξηθή επηθάλεηα ΣΒ_in Β. ηνίρνο Θεξκνθξαζία αέξα θχξηαο αίζνπζαο πξνο ηνλ βφξεην ηνίρν ζε χςνο 2m ΓΤ_βη 6 Κεξθίδεο ςειά Κεξθίδεο ρακειά Θεξκνθξαζία αέξα θχξηαο αίζνπζαο ζηηο θεξθίδεο ζε χςνο 4m Θεξκνθξαζία αέξα θχξηαο αίζνπζαο ζηηο θεξθίδεο ζε χςνο 2m KE_up ΚE_do Σνίρνο κάδαο Θεξκνθξαζία ηνίρνπ κάδαο, εζσηεξηθή επηθάλεηα ΣM_in Σνίρνο κάδαο Θεξκνθξαζία ηνίρνπ κάδαο, εμσηεξηθή επηθάλεηα ΣM_out 7 Φνπαγηέ Θεξκνθξαζία αέξα Φνπαγηέ, Ν/Α πιεπξά Φ_1 Φνπαγηέ Θεξκνθξαζία αέξα Φνπαγηέ Ν/Γ πιεπξά Φ_2 Λεβεηνζηάζην Κπθινθνξεηήο ελδνδαπέδηαο Κχξηαο Αίζνπζαο (On/Off) Κπθι.ΓΤ Λεβεηνζηάζην Κπθινθνξεηήο ελδνδαπέδηαο 1 νπ νξφθνπ (On/Off) Κπθι.1νο 73

80 Πίλαθαο 5.1: Μεηξνύκελα κεγέζε ζην ΓΑΚ Δπόζκνπ θαη αληηζηνίρεζή ηνπο κε ηα ρξεζηκνπνηνύκελα modules (πλέρεηα) Module Θέζε Μεηξνύκελν κέγεζνο, ιεηηνπξγία πκβνιηζκόο 8 Λεβεηνζηάζην Θεξκνθξαζία ειηαθνχ πγξνχ ζηνλ Δλαιιάθηε 2 νπ Πεδίνπ, δεζηφ Λεβεηνζηάζην Θεξκνθξαζία ειηαθνχ πγξνχ ζηνλ Δλαιιάθηε 2 νπ Πεδίνπ, θξχν Λεβεηνζηάζην Θεξκνθξαζία ειηαθνχ πγξνχ ζηνλ Δλαιιάθηε 1 νπ Πεδίνπ, δεζηφ Λεβεηνζηάζην Θεξκνθξαζία ειηαθνχ πγξνχ ζηνλ Δλαιιάθηε 1 νπ Πεδίνπ, θξχν 9 Λεβεηνζηάζην Θεξκνθξαζία λεξνχ δεμακελήο ζηνλ Δλαιιάθηε 2 νπ Πεδίνπ, θξχν ΔΠ2_in ΔΠ2_out ΔΠ1_in ΔΠ1_out ΔΓ2_in Λεβεηνζηάζην Λεβεηνζηάζην Λεβεηνζηάζην Θεξκνθξαζία λεξνχ δεμακελήο ζηνλ Δλαιιάθηε 2 νπ Πεδίνπ, δεζηφ Θεξκνθξαζία λεξνχ δεμακελήο ζηνλ Δλαιιάθηε 1 νπ Πεδίνπ, θξχν Θεξκνθξαζία λεξνχ δεμακελήο ζηνλ Δλαιιάθηε 1 νπ Πεδίνπ, δεζηφ ΔΓ2_out ΔΓ1_in ΔΓ1_out 10 Λεβεηνζηάζην Θεξκνθξαζία λεξνχ ελδνδαπέδηαο Κχξηαο Αίζνπζαο, δεζηφ ΓΤ_in Λεβεηνζηάζην Θεξκνθξαζία λεξνχ ελδνδαπέδηαο Κχξηαο Αίζνπζαο, θξχν ΓΤ_out Λεβεηνζηάζην Θεξκνθξαζία λεξνχ ελδνδαπέδηαο 1 νπ νξφθνπ, δεζηφ 1νο_in Λεβεηνζηάζην Θεξκνθξαζία λεξνχ ελδνδαπέδηαο 1 νπ νξφθνπ, θξχν 1νο_out 11 Λεβεηνζηάζην Καηαλάισζε 1 (Λνπηξά), δεζηφ Λ_in Λεβεηνζηάζην Καηαλάισζε 1 (Λνπηξά), θξχν Λ_out Λεβεηνζηάζην Κπθινθνξεηήο ζεξκνδνρείσλ Λνπηξψλ (On/Off) Kπθι.Λ Λεβεηνζηάζην Αληιία αλαπιήξσζεο πγξνχ (On/Off) Αλαπι. 12 Λεβεηνζηάζην Θεξκνθξαζία ειηαθνχ πγξνχ 1 νπ Πεδίνπ, θξχν Κπθι.Π2 Λεβεηνζηάζην Θεξκνθξαζία ειηαθνχ πγξνχ 1 νπ Πεδίνπ, θξχν Κπθι.Π1 Λεβεηνζηάζην Θεξκνθξαζία ειηαθνχ πγξνχ 1 νπ Πεδίνπ, θξχν Κπθι.Γ2 Λεβεηνζηάζην Θεξκνθξαζία ειηαθνχ πγξνχ 1 νπ Πεδίνπ, θξχν Κπθι.Γ1 13 Γψκα, ΝΑ Ζιηαθή αθηηλνβνιία ζηνπο ζπιιέθηεο (θιίζε 60º) I60 Γψκα, ΝΑ Θεξκνθξαζία ειηαθνχ πγξνχ 1 εο πζηνηρίαο, δεζηφ 1_out Γψκα, Α Θεξκνθξαζία ειηαθνχ πγξνχ 2 εο πζηνηρίαο, δεζηφ 2_out Γψκα, Α Θεξκνθξαζία ειηαθνχ πγξνχ 3 εο πζηνηρίαο, δεζηφ 3_out Σν ρξνληθφ δηάζηεκα κεηαβνιήο ησλ κεηξνχκελσλ κεγεζψλ είλαη ην πεληάιεπην ηεο ψξαο, ελψ κε επεμεξγαζία ησλ ηηκψλ απηψλ έρνπλ πξνθχςεη ηηκέο αλά ηέηαξην, αλά ψξα θαη αλά εκέξα. 74

81 ΒΗΒΛΗΟΓΡΑΦΗΑ 5 νπ ΚΔΦΑΛΑΗΟΤ 1. Κσλζηαληίλνο Ν. Πάηηαο, Γηψξγνο Σζηιηγθηξίδεο, Παλαγηψηεο Πηζηηθφπνπινο, «Αλάπηπμε γεληθψλ πξνδηαγξαθψλ γηα ηνλ ελεξγεηαθφ ζρεδηαζκφ κεγάισλ απηφλνκσλ ειηαθψλ εγθαηαζηάζεσλ, Μειέηε πεξηπηψζεσο: Γεκνηηθφ Αζιεηηθφ Κέληξν Δχνζκνπ, Σειηθή έθζεζε Α θάζεο», Θεζζαινλίθε Αζαλάζηνο Φνπληνπιάθεο, (2002), «Αμηνιφγεζε ελεξγεηηθψλ ειηαθψλ ζπζηεκάησλ δεκνηηθνχ αζιεηηθνχ θέληξνπ Δχνζκνπ», Γηπισκαηηθή Δξγαζία, Σκήκα Μεραλνιφγσλ Μεραληθψλ, Δλεξγεηαθφο Σνκέαο, Δξγαζηήξην Καηαζθεπήο πζθεπψλ Σερληθψλ Γηεξγαζηψλ, Δπηβιέπσλ: Γ.Σζηιηγθηξίδεο, Θεζζαινλίθε. 75

82 6. ΓΔΞΑΜΔΝΖ ΕΔΣΟΤ ΝΔΡΟΤ (ΘΔΡΜΗΚΖ ΑΠΟΘΖΚΖ) 6.1. ΠΔΡΗΓΡΑΦΖ ΚΑΗ ΛΔΗΣΟΤΡΓΗΑ ΓΔΞΑΜΔΝΖ ΕΔΣΟΤ ΝΔΡΟΤ ηελ εηθόλα 6.1 απεηθνλίδεηαη ε ηνκή ηεο δεμακελήο ε νπνία έρεη βάζνο 2,65 m θαη κήθνο 12,5 m, ελψ ζηελ εηθόλα 6.2, θαίλεηαη ε θάηνςή ηεο. Σν εκβαδφλ ηεο ππνινγίδεηαη ίζν κε 81,925 m 2. Σν χςνο ηνπ λεξνχ έθηαλε ηα 2,55 m δειαδή ζηε δεμακελή ππήξραλ 81,925 [m 2 ] x 2,55 [m] = 208,92 [m 3 ] λεξνχ. Ζ δεμακελή ήηαλ ζπλδεδεκέλε κε ην δίθηπν ηεο χδξεπζεο γηα απηφκαηε ζπκπιήξσζε κε λεξφ φπνηε απηφ ρξεηαδφηαλ. Ζ δεμακελή δεζηνχ λεξνχ ρξεζηκνπνηνχληαλ σο απνζήθε ηεο ελέξγεηαο πνπ ζπιιεγφηαλ απφ ην ζχζηεκα ησλ ειηαθψλ ζπιιεθηψλ. Σαπηφρξνλα ρξεζηκνπνηνχληαλ θαη σο πεγή ελέξγεηαο γηα ηελ εμππεξέηεζε ησλ ζεξκηθψλ αλαγθψλ ηνπ θηηξηαθνχ ζπγθξνηήκαηνο. [2] Δηθόλα 6.1: Σνκή ζεξκηθήο δεμακελήο ηνπ Γ.Α.Κ. [2] Δηθόλα 6.2: Κάηνςε ζεξκηθήο δεμακελήο ηνπ Γ.Α.Κ. [2] 76

83 Γεμακελή σο απνζήθε ζεξκφηεηαο Ζ δεμακελή σο απνζήθε ζεξκφηεηαο ιεηηνπξγνχζε σο εμήο: λεξφ ρακειήο ζεξκνθξαζίαο κεηαθεξφηαλ κέζσ θιεηζηνχ θπθιψκαηνο απφ ηα θαηψηεξα ζηξψκαηα ηεο δεμακελήο ζηνπο ελαιιάθηεο, απφ φπνπ παξαιάκβαλε ηε ζεξκηθή ελέξγεηα ηνπ ειηαθνχ πγξνχ θαη ζεξκφ πιένλ εηζεξρφηαλ ζην πάλσ κέξνο ηεο ζεξκηθήο απνζήθεο. Ο θπθινθνξεηήο λεξνχ δεμακελήο ζπλδεφηαλ κε ηνλ απηνκαηηζκφ πξνγξακκαηηζκέλεο ιεηηνπξγίαο ηνπ θπθινθνξεηή ηνπ θπθιψκαηνο ησλ ειηαθψλ ζπιιεθηψλ, έηζη ψζηε φηαλ ιεηηνπξγεί, λα ιεηηνπξγεί νπσζδήπνηε θαη ν θπθινθνξεηήο ησλ ειηαθψλ ζπιιεθηψλ. Ο θπθινθνξεηήο ηεο δεμακελήο ιεηηνπξγνχζε κφλν φηαλ ε ζεξκνθξαζία εμφδνπ απφ ηνπο ειηαθνχο ζπιιέθηεο παξνπζίαδε κία επηζπκεηή δηαθνξά σο πξνο ηε ζεξκνθξαζία εηζφδνπ ηνπ λεξνχ ζηε δεμακελή. Απηή ε δηαθνξά ζεξκνθξαζίαο είρε ξπζκηζηεί ην ρεηκψλα λα είλαη 2 ºC θαη ην θαινθαίξη 5 ºC. [1,2] Γεμακελή σο πεγή ελέξγεηαο Ζ δεμακελή ρξεζηκνπνηνχληαλ σο πεγή ζεξκηθήο ελέξγεηαο ζηα αθφινπζα αλεμάξηεηα κεηαμχ ηνπο ζπζηήκαηα: ύζηεκα ελδνδαπέδηαο ζέξκαλζεο Μέζσ θιεηζηνχ θπθιψκαηνο, ην ζεξκφ λεξφ ηεο δεμακελήο θπθινθνξνχζε κέζσ αγσγψλ θαη αληιηψλ ελδνδαπέδηα ζηνπο πξνο ζέξκαλζε ρψξνπο, φπνπ απέδηδε ην ζεξκηθφ ηνπ πεξηερφκελν θαη επέζηξεθε ηειηθά ζηε δεμακελή. Ζ ελδνδαπέδηα ζέξκαλζε ρσξηδφηαλ ζε ηξία πεδία. Σν πξψην πεδίν πεξηιάκβαλε ηελ ελδνδαπέδηα ζέξκαλζε ηεο θχξηαο αίζνπζαο ηνπ γπκλαζηεξίνπ, ε νπνία κε ηε ζεηξά ηεο ρσξηδφηαλ επίζεο ζε ηξείο θιάδνπο. Οη θιάδνη απηνί ήηαλ ρσξηζκέλνη κε ηέηνην ηξφπν ψζηε λα επηηξέπνπλ ηε ζέξκαλζε ηεο αίζνπζαο ζε ηξείο μερσξηζηνχο ρψξνπο (δειαδή ιεηηνπξγία κέξνπο ηεο αίζνπζαο κε ηε βνήζεηα θηλεηψλ ρσξηζκάησλ). Σν δεχηεξν πεδίν ρξεζηκνπνηνχληαλ γηα ηε ζέξκαλζε ησλ βνεζεηηθψλ ρψξσλ (ινπηξά, απνδπηήξηα, αίζνπζα βαξψλ θηι), ελψ ην ηξίην ζέξκαηλε ηνλ πξψην φξνθν θαη ην foyer (εηθόλα 6.3). [1] ύζηεκα παξαγσγήο ζεξκνύ λεξνύ ρξήζεο Σν ζχζηεκα απηφ απνηεινχληαλ απφ δχν θπθιψκαηα: Σν θιεηζηφ θχθισκα ηνπ λεξνχ ηεο δεμακελήο θαη ην αλνηρηφ ηνπ δηθηχνπ χδξεπζεο. Σν ζεξκφ λεξφ ηνπ θιεηζηνχ θπθιψκαηνο ηεο δεμακελήο απέδηδε ην ζεξκηθφ ηνπ πεξηερφκελν ζην ςπρξφ λεξφ ηνπ αλνηρηνχ θπθιψκαηνο. Ζ κεηάδνζε ηεο ζεξκφηεηαο πξαγκαηνπνηνχληαλ ζε δχν δεμακελέο πξνζέξκαλζεο (εηθόλα 6.3). ηε ζπλέρεηα, ην ζεξκφ πιένλ λεξφ ηνπ αλνηρηνχ θπθιψκαηνο ρξεζηκνπνηνχληαλ ζηα απνδπηήξηα θαη ηα ινπηξά ηνπ γπκλαζηεξίνπ. Δλαιιαθηηθά, γηα νπνηαδήπνηε πεξίπησζε αλεπάξθεηαο (ζεξκνθξαζία λεξνχ δεμακελήο κηθξφηεξε απφ 38 C), είρε πξνβιεθζεί ζχζηεκα ζέξκαλζεο ηνπ λεξνχ ρξήζεο κε ειεθηξηθέο αληηζηάζεηο. [1] ηελ εηθφλα 6.3 θαίλεηαη φηη ζηελ αξρηθή κειέηε πξνβιεπφηαλ έλα ζχζηεκα ζέξκαλζεο αέξα ηεο θχξηαο αίζνπζαο, θαζψο θαη έλα ζχζηεκα αλάθηεζεο ηεο ζεξκφηεηαο ηνπ απνξξηπηφκελνπ αέξα. Σν ζχζηεκα απηφ δελ ιεηηνχξγεζε πνηέ. 77

84 Δηθόλα 6.3: ύζηεκα δεμακελήο απνζήθεπζεο ζεξκόηεηαο θαηαλαιώζεσλ 6.2. ΔΠΔΞΔΡΓΑΗΑ ΚΑΣΑΓΔΓΡΑΜΜΔΝΩΝ ΜΔΓΔΘΩΝ ΜΔΘΟΓΟΛΟΓΗΑ ΠΟΤ ΑΚΟΛΟΤΘΖΘΖΚΔ Αμηνιόγεζε θαη επεμεξγαζία ησλ θαηαγεγξακκέλσλ κεγεζώλ Σα δεδνκέλα πνπ ηέζεθαλ πξνο επεμεξγαζία αθνξνχλ ηελ πεξίνδν Ηαλνπαξίνπ 2001 Ηνπιίνπ Απηά δφζεθαλ ζε αξρεία αλά κήλα, ην θαζέλα εθ ησλ νπνίσλ πεξηιάκβαλε απφ έσο θαη ζεηξέο δεδνκέλσλ, αλάινγα κε ηνλ αξηζκφ ησλ εκεξψλ ηνπ κήλα, δειαδή ζεηξέο ζην ζχλνιν. Αξρηθά έγηλε έιεγρνο ησλ δεδνκέλσλ γηα λα δηαπηζησζεί ε πιεξφηεηά ηνπο. Γηα θάπνηα κηθξά ρξνληθά δηαζηήκαηα φκσο δελ ππάξρνπλ ηηκέο είηε γηα φια ηα κεηξνχκελα κεγέζε είηε γηα θάπνηα ζπγθεθξηκέλα. ηελ πξψηε πεξίπησζε ε αηηία ζπλήζσο ήηαλ θάπνηα δηαθνπή ξεχκαηνο, κε απνηέιεζκα λα ζηακαηήζνπλ φιεο νη θαηαγξαθέο κέρξη λα επαλέιζεη ην ξεχκα. Ζ δεχηεξε πεξίπησζε αθνξά ηελ αμηνπηζηία ηνπ θάζε νξγάλνπ κέηξεζεο, ην νπνίν ιφγσ θάπνηνπ πξφζθαηξνπ ζθάικαηνο δελ έδηλε κεηξήζεηο. Γηα απηφ ην ιφγν, φπνπ ππήξρε δηαθνπή δεδνκέλσλ έγηλε ζπκπιήξσζε κε θελέο ζεηξέο, ψζηε λα ππάξρνπλ ζπλερείο ρξνλνζεηξέο θαη λα κπνξέζνπλ λα ππνινγηζηνχλ ηα πνζνζηά ησλ κεηξήζεσλ γηα θάζε κήλα, θαζψο θαη γηα λα δηαζθαιηζηεί ε νξζή αμηνιφγεζε ησλ απνηειεζκάησλ. ηελ παξνχζα εξγαζία ε κειέηε επηθεληξψζεθε ζηε ζεξκηθή απνζήθε ηνπ Γ.Α.Κ. θαη ηα δεδνκέλα πνπ θξίζεθαλ θαηάιιεια πξνο αμηνπνίεζε αθνξνχλ ηελ πεξίνδν απφ ηνλ Ηαλνπάξην ηνπ 2002 έσο θαη ην Μάην ηνπ 2003, γηα ηελ νπνία ππήξραλ ζπλερή κεηξνχκελα κεγέζε. ην δηάγξακκα 6.1 παξνπζηάδνληαη ηα πνζνζηά ησλ κεηξήζεσλ πνπ ππάξρνπλ γηα θάζε κήλα ηεο επηιεγκέλεο πεξηφδνπ. Παξαηεξείηαη φηη ν Μάξηηνο, ν Απξίιηνο, ν Οθηψβξηνο θαη ν Ννέκβξηνο ηνπ 2002 έρνπλ ειιηπή δεδνκέλα, κε πνζνζηά κεηξήζεσλ πνπ θπκαίλνληαη απφ 67,14% έσο θαη 83,22%. Οη ππφινηπνη κήλεο έρνπλ πνιχ ηθαλνπνηεηηθά πνζνζηά κεηξήζεσλ πνπ ππεξβαίλνπλ ην 97%, σο επί ην πιείζηνλ. Δμαίξεζε απνηειεί ν Γεθέκβξηνο ηνπ 2002 φπνπ ην πνζνζηφ ησλ κεηξήζεσλ είλαη εμαηξεηηθά ρακειφ (38,32%). 78

85 Γηάγξακκα 6.1: Πνζνζηό κεηξήζεσλ αλά κήλα Τπνινγηζκόο ειηαθήο ελέξγεηαο Απφ ην ζχζηεκα θαηαγξαθήο, ζπγθεληξψζεθαλ γηα θάζε κήλα νη ηηκέο ηεο έληαζεο ηεο ειηαθήο αθηηλνβνιίαο ζην επίπεδν ησλ ζπιιεθηψλ (ζε W/m 2 ). Λακβάλνληαο ππ φςηλ φηη ηελ εμεηαδφκελε ρξνληθή πεξίνδν ιεηηνπξγνχζε κφλν ην 58% ηεο ζπλνιηθήο ζπιιεθηηθήο επηθάλεηαο, δειαδή 171 ζπιιέθηεο επηθάλεηαο 2 m 2 έθαζηνο, ππνινγίζηεθε ε ζπιιεγφκελε κεληαία ειηαθή ελέξγεηα (ζε kwh). Λφγσ ηνπ γεγνλφηνο φηη ηα πνζνζηά κεηξήζεσλ πνπ ππάξρνπλ γηα θάζε κήλα δηαθνξνπνηνχληαη θαη ηαπηφρξνλα θάζε κήλαο έρεη δηαθνξεηηθφ αξηζκφ εκεξψλ, θξίζεθε ζθφπηκν λα αλαρζεί ε ζπλνιηθή κεληαία ειηαθή ελέξγεηα αλά εκέξα ψζηε λα γίλεη κία αθξηβέζηεξε ζχγθξηζε ησλ κέζσλ εκεξήζησλ ηηκψλ ύζηεκα κέηξεζεο ζεξκνθξαζηώλ ππνινγηζκόο κέζεο ζεξκνθξαζίαο ηεο δεμακελήο Γηα ηε κειέηε ηεο ζπκπεξηθνξάο ηεο δεμακελήο ρξεζηκνπνηήζεθαλ ηα δεδνκέλα πνπ ζπιιέρζεθαλ απφ ηέζζεξα ζεξκφκεηξα πνπ βξίζθνληαλ ζην εζσηεξηθφ ηεο. Γηα λα ππάξρεη κηα φζν ην δπλαηφλ θαιχηεξε επνπηεία ησλ ζεξκνθξαζηψλ ηνπ λεξνχ ζε νιφθιεξε ηε δεμακελή, ηα ηέζζεξα ζεξκφκεηξα ηνπνζεηήζεθαλ ζε χςε 0,1 m, 0,8 m, 1,5 m θαη 2,2 m απφ ηνλ ππζκέλα ηεο δεμακελήο θαη νη ελδείμεηο ηνπο ζπκβνιίδνληαη κε Σ 1, Σ 2, Σ 3 θαη Σ 4 αληίζηνηρα (εηθόλα 6.4). 79

86 Δηθόλα 6.4: Θεξκόκεηξα ζηε δεμακελή ηνπ Γ.Α.Κ Απφ ηηο ηέζζεξηο απηέο ζεξκνθξαζίεο ππνινγίδεηαη ε κέζε ζεξκνθξαζία Σ av ηεο δεμακελήο. Γηα ην ιφγν απηφ ε δεμακελή ρσξίδεηαη ζε ηέζζεξα ηκήκαηα κε φγθνπο V 1, V 2, V 3 θαη V 4 ζηνπο νπνίνπο αληηζηνηρνχλ νη κεηξνχκελεο κέζεο ζεξκνθξαζίεο Σ 1, Σ 2, Σ 3 θαη Σ 4 αληίζηνηρα. Σα ζεξκφκεηξα πνπ κεηξνχλ ηηο Σ 1,Σ 2, Σ 3 θαη Σ 4 είλαη ηνπνζεηεκέλα ζην κέζν ηνπ εθάζηνηε φγθνπ. Οη φγθνη δηαθξίλνληαη ζηελ εηθόλα 6.4 κε ηηο δηαθεθνκκέλεο γξακκέο. Γλσξίδνληαο φηη ε δεμακελή έρεη εκβαδφλ 81,925 m 2, φηη ην χςνο ηνπ λεξνχ θηάλεη ηα 2,55 m θαη φηη νη ζεξκνθξαζίεο κεηξηνχληαη ζε απνζηάζεηο 0,1 m, 0,8 m, 1,5 m θαη 2,2 m απφ ηνλ ππζκέλα, ππνινγίδεηαη φηη: V 1 =0,45 [m] x 81,925 [m 2 ] = 36,87 [m 3 ] V 2 =V 3 =V 4 =0,70 [m] x 81,925 [m 2 ] = 57,35 [m 3 ] Ζ κέζε ζεξκνθξαζία ηεο δεμακελήο ππνινγίδεηαη ζχκθσλα κε ηνλ ηχπν: [ C] Τπνινγηζκόο ελεξγεηαθώλ κεηαβνιώλ ζεξκηθήο απνζήθεο Ζ κεζνδνινγία πνπ αθνινπζήζεθε γηα ηνλ ππνινγηζκφ ησλ ελεξγεηαθψλ κεηαβνιψλ ηεο δεμακελήο έρεη σο εμήο: απφ ηε κεηαβνιή ηεο κέζεο ζεξκνθξαζίαο ηεο δεμακελήο ππνινγίζηεθαλ νη κεηαβνιέο ηνπ ζεξκηθνχ πεξηερνκέλνπ ηεο γηα θάζε πεληάιεπην ζχκθσλα κε ηε ζρέζε: [kwh] φπνπ, ξ: ε ππθλφηεηα ηνπ λεξνχ ζε [kg/m 3 ] V: ν ζπλνιηθφο φγθνο ηνπ λεξνχ ηεο δεμακελήο ζε [m 3 ] c p : ε εηδηθή ζεξκνρσξεηηθφηεηα ηνπ λεξνχ ζε [kj/kgk] ΓΣ av : ε κεηαβνιή ηεο κέζεο ζεξκνθξαζίαο ηεο δεμακελήο ζε [K] 80

87 Ζ ππθλφηεηα ηνπ λεξνχ ζε θάζε ζεξκνθξαζία ππνινγίζηεθε ζχκθσλα κε ηελ εμίζσζε, ε νπνία πξνήιζε απφ ην δηάγξακκα ππθλφηεηαο - ζεξκνθξαζίαο: [kg/m 3 ]. Ο ζπλνιηθφο φγθνο ηνπ λεξνχ ηεο δεμακελήο ηζνχηαη κε 208,91 m 3 φπσο ππνινγίζηεθε ζηελ παξάγξαθν 6.1. Ζ εηδηθή ζεξκνρσξεηηθφηεηα ηνπ λεξνχ εθιέρζεθε γηα κέζε ζεξκνθξαζία 30 C, 4,177 kj/kgk. Όηαλ ε δεμακελή θνξηίδεηαη νη κεηαβνιέο είλαη ζεηηθέο, ελψ φηαλ απνθνξηίδεηαη νη κεηαβνιέο είλαη αξλεηηθέο. ηε ζπλέρεηα δηαρσξίζηεθαλ νη αξλεηηθέο κεηαβνιέο απφ ηηο ζεηηθέο. Όηαλ παξαηεξείηαη απνθφξηηζε ηεο δεμακελήο ε ζεξκφηεηα είηε αμηνπνηείηαη ζηηο θαηαλαιψζεηο είηε ράλεηαη σο απψιεηα πξνο ην πεξηβάιινλ. Ζ παξαδνρή πνπ έγηλε εδψ είλαη φηη φηαλ ιεηηνπξγεί έζησ θαη έλαο εθ ησλ θπθινθνξεηψλ ησλ θαηαλαιψζεσλ, φιε ε ελέξγεηα αμηνπνηείηαη ζηηο θαηαλαιψζεηο. Αληίζεηα φηαλ δε ιεηηνπξγεί θαλέλαο απφ απηνχο, φιε ε ελέξγεηα πνπ θεχγεη απφ ηε δεμακελή ζεσξείηαη απψιεηα πξνο ην πεξηβάιινλ. Με απηή ηε δηαδηθαζία ππνινγίζηεθαλ γηα θάζε κήλα ην πνζφ ηεο ζεξκφηεηαο πνπ εηζήιζε ζηε δεμακελή, ην πνζφ ηεο ζεξκφηεηαο πνπ ρξεζηκνπνηήζεθε γηα ηε ζέξκαλζε ηνπ Γ.Α.Κ. θαη ηνπ λεξνχ ρξήζεο θαη ην πνζφ ησλ απσιεηψλ ζεξκφηεηαο πξνο ην πεξηβάιινλ. Δλ ζπλερεία ππνινγίζηεθαλ γηα ηηο παξαπάλσ ζεξκφηεηεο νη κέζεο εκεξήζηεο ηηκέο γηα θάζε κήλα. 81

88 ΒΗΒΛΗΟΓΡΑΦΗΑ 6 νπ ΚΔΦΑΛΑΗΟΤ 1. Κσλζηαληίλνο Ν. Πάηηαο, Γηψξγνο Σζηιηγθηξίδεο, Παλαγηψηεο Πηζηηθφπνπινο, «Αλάπηπμε γεληθψλ πξνδηαγξαθψλ γηα ηνλ ελεξγεηαθφ ζρεδηαζκφ κεγάισλ απηφλνκσλ ειηαθψλ εγθαηαζηάζεσλ, Μειέηε πεξηπηψζεσο: Γεκνηηθφ Αζιεηηθφ Κέληξν Δχνζκνπ, Σειηθή έθζεζε Α θάζεο», Θεζζαινλίθε Αζαλάζηνο Φνπληνπιάθεο, (2002), «Αμηνιφγεζε ελεξγεηηθψλ ειηαθψλ ζπζηεκάησλ δεκνηηθνχ αζιεηηθνχ θέληξνπ Δχνζκνπ», Γηπισκαηηθή Δξγαζία, Σκήκα Μεραλνιφγσλ Μεραληθψλ, Δλεξγεηαθφο Σνκέαο, Δξγαζηήξην Καηαζθεπήο πζθεπψλ Σερληθψλ Γηεξγαζηψλ, Δπηβιέπσλ: Γ.Σζηιηγθηξίδεο, Θεζζαινλίθε. 82

89 7. ΑΠΟΣΔΛΔΜΑΣΑ Ο φγθνο ησλ ζπιιερζέλησλ δεδνκέλσλ θαη απνηειεζκάησλ δελ επηηξέπεη ηε ζπλνιηθή παξνπζίαζή ηνπο. Γηα ηνλ ιφγν απηφ: Γηα ην ζχλνιν ηνπ ρξνληθνχ δηαζηήκαηνο ιεηηνπξγίαο ηνπ ζπζηήκαηνο θαηαγξαθήο κεγεζψλ, ζα παξνπζηαζηνχλ κεληαίεο ηηκέο ραξαθηεξηζηηθψλ κεγεζψλ. Γηα ραξαθηεξηζηηθέο πεξηφδνπο θαηά ηε δηάξθεηα ηνπ έηνπο ζα παξνπζηαζηνχλ δηαγξάκκαηα ραξαθηεξηζηηθψλ κεγεζψλ ζηε κέγηζηε ρξνληθή δηαθξηηφηεηα κέηξεζεο (5 min). Δπηιέρζεθαλ δχν ρξνληθέο πεξίνδνη, έλαο ζεξηλφο κήλαο, ν Ηνχληνο ηνπ 2002 θαη έλαο ρεηκεξηλφο, ν Ηαλνπάξηνο ηνπ Οη πεξίνδνη απηνί επηιέρζεθαλ ιφγσ ησλ ελδεηθηηθψλ ζπλζεθψλ θιίκαηνο θαη ιεηηνπξγίαο θαη ηεο χπαξμεο πιήξνπο ζεηξάο δεδνκέλσλ ΜΖΝΗΑΗΔ ΣΗΜΔ ΥΑΡΑΚΣΖΡΗΣΗΚΩΝ ΜΔΓΔΘΩΝ ην δηάγξακκα 7.1 παξνπζηάδεηαη ε δηαθχκαλζε ηεο κέζεο εκεξήζηαο ζπιιεγφκελεο ειηαθήο ελέξγεηαο ζηνπο ζπιιέθηεο (νη ζπιιεθηηθέο επηθάλεηεο είλαη ηνπνζεηεκέλεο ππφ γσλία 60 σο πξνο ηνλ νξίδνληα), ζε κεληαία βάζε. Ζ θαηψηεξε κέζε εκεξήζηα ηηκή ηεο ειηαθήο ελέξγεηαο παξνπζηάδεηαη ην Γεθέκβξην ηνπ 2002 (490,91 kwh). πγθεθξηκέλα γηα ην κήλα απηφ, ην πνζνζηφ κεηξήζεσλ είλαη ηδηαίηεξα ρακειφ (38,32%), ελψ απφ ηα δεδνκέλα πνπ ππάξρνπλ κφλν ην 33% αθνξά ψξεο ειηνθάλεηαο. Απηφ κπνξεί λα εμεγήζεη ηε ρακειή ηηκή ηεο κέζεο εκεξήζηαο ειηαθήο ελέξγεηαο θαηά ην κήλα απηφ. Παξαηεξείηαη επίζεο φηη ε ειηαθή ελέξγεηα απφ ηνπο ζπιιέθηεο, θαηά ηε δηάξθεηα ησλ ηεζζάξσλ πξψησλ κελψλ ηεο κειεηψκελεο πεξηφδνπ (Ηαλνπάξηνο 2002 Απξίιηνο 2002), είλαη ζεκαληηθά κηθξφηεξε απφ ηελ ειηαθή ελέξγεηα ησλ αληίζηνηρσλ κελψλ ηνπ Απηφ ζπκβαίλεη δηφηη ηε ζπγθεθξηκέλε πεξίνδν ιήθζεθε ππ φςηλ ζηνπο ππνινγηζκνχο κφλν ε ελέξγεηα πνπ ζπιιέρζεθε απφ ηνπο ζπιιέθηεο ηνπ πξψηνπ πεδίνπ (51% ησλ ελεξγψλ ζπιιεθηψλ), θαζψο κφλν απηφ ην πεδίν ζπληεινχζε ζηε θφξηηζε ηεο δεμακελήο. Οη ηηκέο πνπ αθνξνχλ ηνπο ππφινηπνπο κήλεο παξνπζηάδνπλ κία θπζηνινγηθή δηαθχκαλζε. ην ίδην δηάγξακκα παξνπζηάδεηαη ε δηαθχκαλζε ηεο κέζεο ζεξκνθξαζίαο ηνπ αέξα πεξηβάιινληνο γηα ηε κειεηψκελε ρξνληθή πεξίνδν. Παξαηεξείηαη φηη γηα ηνλ Ηαλνπάξην ηνπ 2002 θαη ηελ πεξίνδν Γεθεκβξίνπ 2002 Μαξηίνπ 2003, ε κέζε ζεξκνθξαζία είλαη θαηψηεξε ησλ 10 C. Γηα ηηο πεξηφδνπο Φεβξνπαξίνπ 2002 Απξηιίνπ 2002, Οθησβξίνπ 2002 Ννεκβξίνπ 2002 θαζψο θαη ηνλ Απξίιην ηνπ 2003, είλαη κεηαμχ 10 C θαη 20 C. Γηα φινπο ηνπο ππφινηπνπο κήλεο ε ζεξκνθξαζία ππεξβαίλεη ηνπο 20 C. Οη ηηκέο απηέο είλαη θπζηνινγηθέο. 83

90 [ C ] [kwh/ημ] [ C ] Διακύμανζη μέζηρ ημεπήζιαρ ζςλλεγόμενηρ ηλιακήρ ενέπγειαρ και μέζηρ μηνιαίαρ θεπμοκπαζίαρ αέπα πεπιβάλλονηορ Ι60 Τa Ιαν-02 Φεβ-02 Μαρ-02 Απρ-02 Μαϊ-02 Ιουν-02 Ιουλ-02 Αυγ-02 Σεπ-02 Οκτ-02 Νοε-02 Δεκ-02 Ιαν-03 Φεβ-03 Μαρ-03 Απρ-03 Μαϊ-03 Μήναρ Γηάγξακκα 7.1: Γηαθύκαλζε κέζεο εκεξήζηαο ζπιιεγόκελεο ειηαθήο ελέξγεηαο θαη κέζεο κεληαίαο ζεξκνθξαζίαο αέξα πεξηβάιινληνο ην δηάγξακκα 7.2 παξηζηάλεηαη ε δηαθχκαλζε ηεο κέζεο κεληαίαο ζεξκνθξαζίαο ηεο δεμακελήο γηα ηε κειεηψκελε ρξνληθή πεξίνδν. Σν θαινθαίξη ε ζεξκνθξαζία απηή πιεζηάδεη ηνπο 55 C, ελψ ηνπο πεξηζζφηεξνπο ρεηκεξηλνχο κήλεο είλαη ιίγν πάλσ απφ ηνπο 18 C Μέζη μηνιαία θεπμοκπαζία δεξαμενήρ Ιαν-02 Φεβ-02 Μαρ-02 Απρ-02 Μαϊ-02 Ιουν-02 Ιουλ-02 Αυγ-02 Σεπ-02 Οκτ-02 Νοε-02 Δεκ-02 Ιαν-03 Φεβ-03 Μαρ-03 Απρ-03 Μαϊ-03 Μήναρ Γηάγξακκα 7.2: Μέζε κεληαία ζεξκνθξαζία δεμακελήο ην δηάγξακκα 7.3 απεηθνλίδνληαη γηα θάζε κήλα ε ζπλνιηθή ζπιιεγφκελε ειηαθή ελέξγεηα, ην ζπλνιηθφ πνζφ ζεξκφηεηαο πνπ εηζέξρεηαη ζηελ απνζήθε θαη ην ζπλνιηθφ πνζφ ζεξκφηεηαο πνπ αμηνπνηείηαη ζηηο θαηαλαιψζεηο, ελψ ζην δηάγξακκα 7.4 απεηθνλίδνληαη νη κέζεο εκεξήζηεο ηηκέο ησλ ίδησλ κεγεζψλ, γηα θάζε κήλα. Καη ζηα δχν δηαγξάκκαηα παξαηεξείηαη φηη απφ ηνλ Ηαλνπάξην ηνπ 2002 έσο θαη ην Μάην ηνπ 2002 ππήξμε πνιχ κηθξή εθκεηάιιεπζε ηεο απνζεθεπκέλεο ζηε ζεξκηθή δεμακελή 84

91 ελέξγεηαο. Απφ ηνλ Ηνχλην ηνπ 2002 έσο θαη ηνλ Μάην ηνπ 2003 ην κεγαιχηεξν πνζνζηφ ηεο απνζεθεπκέλεο ζεξκφηεηαο θαηαλαιψζεθε γηα ηηο αλάγθεο ηνπ Γ.Α.Κ. Γηάγξακκα 7.3: Ηιηαθή ελέξγεηα-ζεξκόηεηα πνπ εηζέξρεηαη ζηελ απνζήθε-ζεξκόηεηα πνπ θαηαλαιώλεηαη Γηάγξακκα 7.4: Ηιηαθή ελέξγεηα-ζεξκόηεηα πνπ εηζέξρεηαη ζηελ απνζήθε-ζεξκόηεηα πνπ θαηαλαιώλεηαη (κέζεο εκεξήζηεο ηηκέο) ην δηάγξακκα 7.5 παξηζηάλεηαη ην πνζνζηφ ηεο ειηαθήο ελέξγεηαο πνπ απνζεθεχεηαη ζηε δεμακελή ζε κεληαία βάζε. Σν ρακειφηεξν πνζνζηφ απνζήθεπζεο εκθαλίδεηαη ηνλ Ηαλνπάξην ηνπ 2002 (πεξίπνπ 15%). Σνπο ππφινηπνπο κήλεο ηα πνζνζηά θπκαίλνληαη ζε ηθαλνπνηεηηθά επίπεδα απφ 20% έσο 30%, ελψ ην πςειφηεξν πνζνζηφ παξαηεξείηαη ην Γεθέκβξην ηνπ 2002 (60%), πνπ φκσο ιφγσ κηθξνχ πνζνζηνχ θαηαγξαθψλ, είλαη ακθηζβεηήζηκν. 85

92 Ποζοζηό Γηάγξακκα 7.5: Πνζνζηό ειηαθήο ελέξγεηαο πνπ απνζεθεύεηαη ην δηάγξακκα 7.6 παξηζηάλεηαη ην πνζνζηφ ηεο απνζεθεπκέλεο ελέξγεηαο πνπ θαηαλαιψλεηαη ζε κεληαία βάζε, δειαδή ν βαζκφο εθκεηάιιεπζεο ηεο απνζεθεπκέλεο ελέξγεηαο. Σελ πεξίνδν Ηαλνπαξίνπ 2002 Ηνπλίνπ 2002, ηνλ Ννέκβξην ηνπ 2002 θαη ηνλ Μάην ηνπ 2003 ηα πνζνζηά ήηαλ θάησ απφ 65%, κε ηνλ Μάην λα έρεη 0%. Όινπο ηνπο ππφινηπνπο κήλεο ην πνζνζηφ είλαη άλσ ηνπ 85% πνπ ζεκαίλεη φηη ην κεγαιχηεξν πνζφ ηεο απνζεθεπκέλεο ζεξκφηεηαο θαηαλαισλφηαλ γηα ηηο αλάγθεο ηνπ γπκλαζηεξίνπ. Γηα ην Γεθέκβξην ηνπ 2002 θαη ην Φεβξνπάξην ηνπ 2003 παξαηεξείηαη φηη ην πνζνζηφ μεπεξλάεη ην 100%. Απηφ είλαη εθηθηφ, δηφηη κπνξεί θαηά ηε δηάξθεηα θάπνηνπ κήλα λα γίλεη εθκεηάιιεπζε ηεο ελέξγεηαο πνπ έρεη απνζεθεπηεί ηνλ πξνεγνχκελν κήλα. 180% Ποζοζηό αποθηκεςμένηρ θεπμόηηηαρ πος καηαναλώνεηαι 160% 140% 120% 100% 80% 60% 40% 20% 0% Ιαν-02 Φεβ-02 Μαρ-02 Απρ-02 Μαϊ-02 Ιουν-02 Ιουλ-02 Αυγ-02 Σεπ-02 Οκτ-02 Νοε-02 Δεκ-02 Ιαν-03 Φεβ-03 Μαρ-03 Απρ-03 Μαϊ-03 Μήναρ Γηάγξακκα 7.6: Πνζνζηό απνζεθεπκέλεο ζεξκόηεηαο πνπ θαηαλαιώλεηαη 86

93 ην δηάγξακκα 7.7 παξηζηάλεηαη ην πνζνζηφ ειηαθήο ελέξγεηαο πνπ θαηαλαιψλεηαη αλά κήλα. Σα απνηειέζκαηα είλαη αλάινγα κε απηά ηνπ δηαγξάκκαηνο 7.6. Δάλ εμαηξεζεί ε πεξίνδνο Ηαλνπαξίνπ 2002 Μαΐνπ 2002, ηα πνζνζηά γηα φινπο ηνπο ππφινηπνπο κήλεο θπκαίλνληαη απφ 13% έσο θαη 35%. Γηάγξακκα 7.7: Πνζνζηό ειηαθήο ελέξγεηαο πνπ θαηαλαιώλεηαη ην δηάγξακκα 7.8 απεηθνλίδεηαη ζπζζσξεπηηθά ε ζεξκφηεηα πνπ εηζέξρεηαη ζηε δεμακελή, ε ζεξκφηεηα πνπ θαηαλαιψλεηαη θαη νη απψιεηεο ζεξκφηεηαο πξνο ην πεξηβάιινλ, γηα φιε ηελ εμεηαδφκελε πεξίνδν. Παξαηεξείηαη φηη απφ ηνλ Ηαλνπάξην ηνπ 2002 έσο θαη ην Μάην ηνπ 2002 νη ζπλνιηθέο απψιεηεο πξνο ην πεξηβάιινλ είλαη πεξηζζφηεξεο απφ ηελ εθκεηαιιεπφκελε ζεξκφηεηα. Απφ ηνλ Ηνχληνπ ηνπ 2002 έσο θαη ην Μάην ηνπ 2003 νη απψιεηεο πξνο ην πεξηβάιινλ αλά κήλα είλαη ειάρηζηεο, ελψ ε ζεξκφηεηα πνπ εηζέξρεηαη ζηελ απνζήθε θαη ε ζεξκφηεηα πξνο ηηο θαηαλαιψζεηο, αθνινπζνχλ κία γξακκηθή πνξεία. Γηάγξακκα 7.8: πζζσξεπηηθέο ζεξκόηεηεο 87

94 7.2. ΣΗΜΔ Δ ΜΔΓΑΛΖ ΥΡΟΝΗΚΖ ΓΗΑΚΡΗΣΟΣΖΣΑ ην ππνθεθάιαην απηφ ζα παξνπζηαζηνχλ θαη ζα ζρνιηαζηνχλ δεδνκέλα πνπ αθνξνχλ ζηνηρεία πεξηβάιινληνο θαη ραξαθηεξηζηηθά κεγέζε πνπ αθνξνχλ ζηε ιεηηνπξγία ηεο ζεξκηθήο δεμακελήο, κεηξεκέλα ζηε κέγηζηε ρξνληθή δηαθξηηφηεηα. Όπσο έρεη ήδε αλαθεξζεί νη επηιεγκέλνη κήλεο είλαη ν Ηνχληνο ηνπ 2002 θαη ν Ηαλνπάξηνο ηνπ ην δηάγξακκα 7.9 παξνπζηάδεηαη ε δηαθχκαλζε ηεο ζεξκνθξαζίαο ηνπ αέξα πεξηβάιινληνο θαη ηεο ειηαθήο αθηηλνβνιίαο ζην επίπεδν ησλ ζπιιεθηψλ, γηα ηνλ Ηνχλην ηνπ Οη κηθξφηεξεο ζεξκνθξαζίεο παξαηεξνχληαη ηηο λπρηεξηλέο ψξεο, ελψ νη κέγηζηεο ην κεζεκέξη θαη θπκαίλνληαη ζε θπζηνινγηθά γηα ηελ επνρή επίπεδα. Ζ ειάρηζηε ηηκή είλαη 15 C θαη εκθαλίδεηαη ιίγν πξηλ ηελ αλαηνιή ηνπ ειίνπ ηεο 1 εο Ηνπλίνπ, ελψ ε κέγηζηε ηηκή είλαη 42 C θαη εκθαλίδεηαη ην κεζεκέξη ηεο 24 εο Ηνπλίνπ. Οη παξνπζηαδφκελεο απμνκεηψζεηο ηεο έληαζεο ηεο ειηαθήο αθηηλνβνιίαο θαηά ηε δηάξθεηα ησλ εκεξψλ ηνπ κήλα απηνχ (έσο θαη 900 W/m 2 ), ζεσξνχληαη ελδεηθηηθέο απηψλ ησλ θαηξηθψλ ζπλζεθψλ. Όπσο είλαη αλακελφκελν, νη απμνκεηψζεηο ηεο ειηαθήο αθηηλνβνιίαο επηδξνχλ αλάινγα ζηε ζεξκνθξαζία ηνπ πεξηβάιινληνο. Γηάγξακκα 7.9: Γηαθύκαλζε ηεο ζεξκνθξαζίαο αέξα πεξηβάιινληνο θαη ηεο ειηαθήο αθηηλνβνιίαο ζην επίπεδν ησλ ζπιιεθηώλ (Ινύληνο 2002) ην δηάγξακκα 7.10 παξνπζηάδνληαη ηα ίδηα ζηνηρεία πεξηβάιινληνο γηα ηελ επηιεγκέλε ρεηκεξηλή πεξίνδν, δειαδή ηνλ Ηαλνπάξην ηνπ Καηά ηελ πεξίνδν απηή, ε ζεξκνθξαζία ηνπ αέξα θπκαίλεηαη ζε ηππηθά γηα ηελ επνρή επίπεδα, απφ -4 C έσο θαη 21 C. Ζ ρξνληθή απηή πεξίνδνο πεξηιακβάλεη εκέξεο κε ηζρπξή λέθσζε, θαζψο θαη εκέξεο κε κεγάιε ειηνθάλεηα. Ζ κέγηζηε ειηαθή αθηηλνβνιία έθηαζε ηελ ηηκή ησλ 1100 W/m 2. Παξαηεξείηαη φηη ε ειηαθή αθηηλνβνιία ηνλ ρεηκεξηλφ κήλα είλαη κεγαιχηεξε απφ απηή ηνπ ζεξηλνχ, δηφηη νη ζπιιέθηεο είλαη ηνπνζεηεκέλνη κε γσλία θιίζεο 60. Έηζη ε αθηηλνβνιία πξνζπίπηεη θάζεηα ζε απηνχο ηνλ ρεηκψλα. 88

95 Γηάγξακκα 7.10: Γηαθύκαλζε ηεο ζεξκνθξαζίαο αέξα πεξηβάιινληνο θαη ηεο ειηαθήο αθηηλνβνιίαο ζην επίπεδν ησλ ζπιιεθηώλ (Ιαλνπάξηνο 2003) ηα δηαγξάκκαηα 7.11 θαη 7.12 παξνπζηάδνληαη γηα ηνλ Ηνχλην ηνπ 2002 νη ζεξκνθξαζίεο εηζφδνπ εμφδνπ ηνπ λεξνχ ηεο δεμακελήο ζηνλ ελαιιάθηε ηνπ 1 νπ θαη 2 νπ πεδίνπ αληίζηνηρα θαη νη ρξφλνη ιεηηνπξγίαο ησλ θπθινθνξεηψλ λεξνχ ηεο δεμακελήο. Όηαλ νη θπθινθνξεηέο ιεηηνπξγνχλ, νη ζεξκνθξαζίεο εμφδνπ ηνπ λεξνχ απφ ηνπο ελαιιάθηεο είλαη κεγαιχηεξεο απφ απηέο ηεο εηζφδνπ. Απηφ ζεκαίλεη φηη ηφηε ε δεμακελή θνξηίδεηαη θαη επνκέλσο ε ιεηηνπξγία γίλεηαη ζσζηά. Παξαηεξείηαη επίζεο φηη εμαηηίαο ηνπ γεγνλφηνο φηη ζην 1 ν πεδίν ιεηηνπξγνχζαλ πεξηζζφηεξνη ζπιιέθηεο απφ φηη ζην 2 ν, νη ζεξκνθξαζίεο εμφδνπ ηνπ λεξνχ ηεο δεμακελήο απφ ηνπο ελαιιάθηεο ηνπ 1 νπ πεδίνπ είλαη θαηά βάζε κεγαιχηεξεο απφ απηέο ηνπ 2 νπ. Έηζη ζην 1 ν πεδίν ε ζεξκνθξαζία έθηαζε ηνπο 60 C, ελψ ζην 2 ν ηνπο 55 C. Γηάγξακκα 7.11: Γηαθύκαλζε ηεο ζεξκνθξαζίαο εηζόδνπ-εμόδνπ ηνπ λεξνύ ηεο δεμακελήο ζηνλ ελαιιάθηε ηνπ 1νπ πεδίνπ θαη ρξόλνο ιεηηνπξγίαο ηνπ θπθινθνξεηή (Ινύληνο 2002) 89

96 Γηάγξακκα 7.12: Γηαθύκαλζε ηεο ζεξκνθξαζίαο εηζόδνπ-εμόδνπ ηνπ λεξνύ ηεο δεμακελήο ζηνλ ελαιιάθηε ηνπ 2νπ πεδίνπ θαη ρξόλνο ιεηηνπξγίαο ηνπ θπθινθνξεηή (Ινύληνο 2002) ηα δηαγξάκκαηα 7.13 θαη 7.14 παξνπζηάδνληαη γηα ηνλ Ηαλνπάξην νη ζεξκνθξαζίεο εηζφδνπ εμφδνπ ηνπ λεξνχ ηεο δεμακελήο ζηνλ ελαιιάθηε ηνπ 1 νπ θαη ηνπ 2 νπ πεδίνπ αληίζηνηρα θαη νη ρξφλνη ιεηηνπξγίαο ησλ θπθινθνξεηψλ λεξνχ ηεο δεμακελήο. Παξαηεξείηαη φηη ε ζεξκνθξαζία εηζφδνπ ηνπ λεξνχ ζηνπο ελαιιάθηεο ησλ πεδίσλ είλαη πςειφηεξε απφ απηή ηεο εμφδνπ κέρξη θαη 26 Ηαλνπαξίνπ. Απηφ πηζαλφηαηα νθείιεηαη ζε αληίζηξνθε θαηαγξαθή ησλ δεδνκέλσλ, θαζψο ζηελ ζέζε ησλ ηηκψλ ησλ ζεξκνθξαζηψλ εηζφδνπ εκθαλίδνληαλ νη ζεξκνθξαζίεο εμφδνπ θαη ην αλάπνδν. Δπίζεο θαίλεηαη πσο ηηο πξψηεο 26 εκέξεο, ελψ ν θπθινθνξεηήο ιεηηνπξγνχζε ζεξκαίλνληαο ην λεξφ ηεο δεμακελήο, ν ρξφλνο ιεηηνπξγίαο ηνπ δελ θαηαγξάθεθε απφ ην ζχζηεκα. Ζ ζεξκνθξαζία εμφδνπ ηνπ λεξνχ απφ ηνλ ελαιιάθηε ηνπ 1 νπ πεδίνπ έθηαζε ηνπο 32 C, ελψ ζην 2 ν ηνπο 29 C. Γηάγξακκα 7.13: Γηαθύκαλζε ηεο ζεξκνθξαζίαο εηζόδνπ-εμόδνπ ηνπ λεξνύ ηεο δεμακελήο ζηνλ ελαιιάθηε ηνπ 1νπ πεδίνπ θαη ρξόλνο ιεηηνπξγίαο ηνπ θπθινθνξεηή (Ιαλνπάξηνο 2003) 90

97 Γηάγξακκα 7.14: Γηαθύκαλζε ηεο ζεξκνθξαζίαο εηζόδνπ-εμόδνπ ηνπ λεξνύ ηεο δεμακελήο ζηνλ ελαιιάθηε ηνπ 2νπ πεδίνπ θαη ρξόλνο ιεηηνπξγίαο ηνπ θπθινθνξεηή (Ιαλνπάξηνο 2003) ην δηάγξακκα 7.15 απεηθνλίδεηαη γηα ηνλ Ηνχλην ηνπ 2002 ε δηαθχκαλζε ησλ ζεξκνθξαζηψλ ηνπ λεξνχ ηεο δεμακελήο ζηα ηέζζεξα ζηξψκαηα, θαζψο θαη ε κέζε ζεξκνθξαζία ηεο δεμακελήο. ε ζπλδπαζκφ κε ηα δηαγξάκκαηα 7.11 θαη 7.12 παξαηεξείηαη φηη φηαλ ιεηηνπξγνχλ νη θπθινθνξεηέο ηεο δεμακελήο, νη νπνίνη πξνζδίδνπλ ζε απηή ζεξκφηεηα απφ ηνπο ελαιιάθηεο, ε ζεξκνθξαζία ηνπ λεξνχ πνπ πεξηέρεηαη ζε απηή απμάλεηαη. Όηαλ ζηακαηνχλ, ε ζεξκνθξαζία κεηψλεηαη είηε ιφγσ ησλ απσιεηψλ πξνο ην πεξηβάιινλ είηε ιφγσ ηεο ηξνθνδφηεζεο ησλ θαηαλαιψζεσλ. Ζ κέγηζηε κέζε ζεξκνθξαζία πνπ παξαηεξήζεθε ζηε δεμακελή είλαη 52 C θαη ε ειάρηζηε 37 C πνπ ζεκεηψζεθε ζηελ αξρή ηεο πεξηφδνπ. ην πάλσ κέξνο ηεο δεμακελήο ην λεξφ είλαη ζεξκφηεξν ζε ζρέζε κε ηα θαηψηεξα επίπεδα, φπσο ήηαλ αλακελφκελν. Δπίζεο παξαηεξείηαη φηη ε ζεξκνθξαζία είλαη πνιχ πςειή ζηηο ηξεηο αλψηεξεο δψλεο, ελψ ζηελ θαηψηεξε είλαη αηζζεηά ρακειφηεξε. Γηα ην ιφγν απηφ, ην λεξφ γηα ηηο δηάθνξεο ρξήζεηο ιακβαλφηαλ απφ ην πάλσ κέξνο ηεο δεμακελήο. Γηάγξακκα 7.15: Θεξκνθξαζίεο δεμακελήο αλά πέληε ιεπηά (Ινύληνο 2002) 91

98 ην δηάγξακκα 7.16 παξνπζηάδνληαη νη ίδηεο ζεξκνθξαζίεο γηα ηνλ Ηαλνπάξην ηνπ Σηο εκέξεο θαηά ηηο νπνίεο νη θπθινθνξεηέο θφξηηζεο ηεο δεμακελήο ιεηηνπξγνχζαλ θαλνληθά, παξαηεξείηαη θπζηνινγηθή δηαθχκαλζε ηεο κέζεο ζεξκνθξαζίαο ηεο δεμακελήο. Ζ ζεξκνθξαζία είλαη πνιχ ρακειή ζηηο ηξεηο θαηψηεξεο δψλεο, ελψ ζηελ αλψηεξε, φπνπ θαη εηζάγεηαη ην ζεξκφ λεξφ, είλαη αηζζεηά πςειφηεξε. Γηάγξακκα 7.16: Θεξκνθξαζίεο δεμακελήο αλά πέληε ιεπηά (Ιαλνπάξηνο 2003) ηα δηαγξάκκαηα 7.17 θαη 7.18 παξνπζηάδεηαη ε κεηαβνιή ηνπ ελεξγεηαθνχ πεξηερνκέλνπ ηεο δεμακελήο θαη ν ρξφλνο ιεηηνπξγίαο ησλ θπθινθνξεηψλ ησλ θαηαλαιψζεσλ γηα ηε ζεξηλή θαη ηε ρεηκεξηλή πεξίνδν αληίζηνηρα. Απηφ πνπ παξαηεξείηαη είλαη φηη ηνλ Ηνχλην ηνπ 2002 ε ελέξγεηα πνπ απνζεθεχεηαη ζηε δεμακελή ππεξθαιχπηεη ηηο απαηηήζεηο ησλ θαηαλαιψζεσλ, δειαδή ηε ζέξκαλζε ηνπ λεξνχ ρξήζεο. Ζ πιενλάδνπζα ζεξκφηεηα επνκέλσο, απνζεθεχεηαη ζηε δεμακελή. Αληίζεηα, ηνλ Ηαλνπάξην ηνπ 2003 ε απνζεθεπκέλε ζεξκφηεηα ζε νξηζκέλεο εκέξεο δελ αξθεί γηα ηελ θάιπςε ησλ ζεξκηθψλ αλαγθψλ (ζέξκαλζε ρψξσλ) ηνπ Γ.Α.Κ. γεγνλφο πνπ νθείιεηαη ζηηο απμεκέλεο αλάγθεο ζε ζέξκαλζε θαηά ηε δηάξθεηα απηνχ ηνπ κήλα ζε ζπλδπαζκφ κε ηηο δπζκελείο θαηξηθέο ζπλζήθεο. 92

99 Γηάγξακκα 7.17: Μεηαβνιή ηνπ ελεξγεηαθνύ πεξηερνκέλνπ ηεο δεμακελήο θαη ρξόλνο ιεηηνπξγίαο ησλ θπθινθνξεηώλ ησλ θαηαλαιώζεσλ (Ινύληνο 2002) Γηάγξακκα 7.18: Μεηαβνιή ηνπ ελεξγεηαθνύ πεξηερνκέλνπ ηεο δεμακελήο θαη ρξόλνο ιεηηνπξγίαο ησλ θπθινθνξεηώλ ησλ θαηαλαιώζεσλ (Ιαλνπάξηνο 2003) ην δηάγξακκα 7.19 παξνπζηάδνληαη γηα ηνλ Ηαλνπάξην ηνπ 2003 νη ζεξκνθξαζίεο ηεο θχξηαο αίζνπζαο ηνπ γπκλαζηεξίνπ, νη νπνίεο θαηαγξάθεθαλ απφ πέληε ζεξκφκεηξα ηνπνζεηεκέλα ζε δηάθνξα ζεκεία ηεο αίζνπζαο, θαζψο θαη ε κέζε ζεξκνθξαζία ηεο. Ο Ηαλνπάξηνο επηιέρζεθε δηφηη είλαη έλαο απφ ηνπο κήλεο κε ηηο πςειφηεξεο απαηηήζεηο ζε ζέξκαλζε. Παξαηεξείηαη φηη εθηφο απφ ηξεηο εκέξεο (13, 14 θαη 22 Ηαλνπαξίνπ) ε κέζε ζεξκνθξαζία ηνπ γπκλαζηεξίνπ ήηαλ πςειφηεξε απφ 15 C, ζεξκνθξαζία επηζπκεηή γηα ρψξν άζιεζεο. 93

100 Γηάγξακκα 7.19: Θεξκνθξαζίεο θύξηαο αίζνπζαο γπκλαζηεξίνπ (Ιαλνπάξηνο 2003) 94