ΗΛΙΑΚΟ ΥΒΡΙ ΙΚΟ ΣΥΣΤΗΜΑ ΑΦΑΛΑΤΩΣΗΣ ΚΑΙ ΘΕΡΜΑΝΣΗΣ ΝΕΡΟΥ

ΗΛΙΑΚΟ ΥΒΡΙ ΙΚΟ ΣΥΣΤΗΜΑ ΑΦΑΛΑΤΩΣΗΣ ΚΑΙ ΘΕΡΜΑΝΣΗΣ ΝΕΡΟΥ Κ. Βορόπουλος, Ε. Μαθιουλάκης και Β. Μπελεσιώτης ΕΚΕΦΕ «ΗΜΟΚΡΙΤΟΣ», Εργαστήριο Ηλιακών - Ενεργειακών Συστηµάτων 15310, Αγία Παρασκευή Αττικής Tηλ. 010 6503821-6503817 - 6503815, Fax: 010 6544592 e-mail: sollab@ipta.demokritos.gr, http://www.solar.demokritos.gr ΠΕΡΙΛΗΨΗ Στην παρούσα εργασία διερευνάται ο υβριδικός χαρακτήρας ενός συστήµατος ηλιακής απόσταξης, αποτελούµενο από συµβατικό ηλιακό αποστακτήρα τύπου "θερµοκηπίου σε σύνδεση µε πεδίο συλλεκτών και δεξαµενή αποθήκευσης θερµότητας. Ένα τέτοιο σύστηµα παρουσιάζει σηµαντικά υψηλότερες απολαβές σε αφαλατωµένο νερό σε σχέση µε τον ασύνδετο αποστακτήρα, ενώ έχει το πλεονέκτηµα της ταυτόχρονης παραγωγής ζεστού νερού από την δεξαµενή αποθήκευσης. Μέσω πειραµατικών δεδοµένων στο σύστηµα που εγκαταστάθηκε και λειτούργησε στο Εργαστήριο αναδεικνύεται η καταλληλότητα της µεθόδου "πρόσπτωσης - απολαβής" για αξιόπιστη περιγραφή της λειτουργίας του. Στη συνέχεια και µε βάση το µοντέλο, γίνεται θεωρητική διερεύνηση της υβριδικής λειτουργίας του συστήµατος ως προς την µείωση της παραγόµενης ποσότητας αφαλατωµένου νερού θεωρώντας καθηµερινή αφαίρεση διαφόρων ποσοτήτων ζεστού νερού από την δεξαµενή στο τέλος της ηµέρας. ιαπιστώνεται ότι η αφαίρεση ζεστού νερού ποσοτήτων ίσων µε 1/4, 1/2 και 1 όγκου δεξαµενής µειώνει την παραγωγή αφαλατωµένου νερού κατά 36%, 57% και 75% αντίστοιχα, µε αντίστοιχες ενεργειακές απολαβές περίπου 1900, 3300 και 5200 MJ. Τα αποτελέσµατα της διερεύνησης οδηγούν στην χαρακτηριστική καµπύλη της υβριδικής συµπεριφοράς του συστήµατος, η οποία µπορεί να χρησιµοποιηθεί τόσο κατά τον σχεδιασµό όσο και κατά την χρήση του συστήµατος. 1. ΕΙΣΑΓΩΓΗ Η ηλιακή αφαλάτωση αλµυρού ή θαλάσσιου νερού είναι µία καλή εναλλακτική λύση για την τροφοδότηση µε νερό σχετικά µικρών κοινοτήτων απόµακρων, άγονων ή και νησιωτικών περιοχών. Οι ηλιακοί αποστακτήρες παρουσιάζουν ιδιαίτερα πλεονεκτήµατα όσον αφορά την τοποθέτηση τους στις εν λόγω περιοχές, όπως κυρίως ευκολία στην κατασκευή µε χρήση τοπικών υλικών, ελάχιστες απαιτήσεις λειτουργίας και συντήρησης και φιλικότητα στο περιβάλλον. Όµως κύριο µειονέκτηµα τους είναι η χαµηλή απολαβή αφαλατωµένου νερού σε σχέση µε άλλα συµβατικά συστήµατα αφαλάτωσης. Ωστόσο έχει αποδειχθεί ότι η µε κάποιο τρόπο αύξηση της θερµοκρασίας του νερού προς αφαλάτωση οδηγεί σε σηµαντικά υψηλότερες απολαβές [1]. Η αρχή αυτή έχει εφαρµοστεί στο Εργαστήριο µε την σύνδεση πειραµατικού συµβατικού ηλιακού αποστακτήρα µε πεδίο ηλιακών συλλεκτών και δεξαµενή αποθήκευσης ενέργειας, αποτελώντας έτσι ένα υβριδικό ολοκληρωµένο σύστηµα ηλιακής αφαλάτωσης, το οποίο µπορεί να παρέχει ταυτόχρονα τόσο αφαλατωµένο όσο και ζεστό νερό χρήσης. Ο υβριδικός, ως προς την απολαβή, χαρακτήρας του συστήµατος διερευνάται θεωρητικά χρησιµοποιώντας

συγκεκριµένα σενάρια χρήσης λαµβάνοντας υπόψη την συµπεριφορά του συστήµατος στην βάση πειραµατικών δεδοµένων. 2. Η ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΗ ΙΑΤΑΞΗ Το ηλιακό υβριδικό σύστηµα αφαλάτωσης και θέρµανσης νερού, το οποίο κατασκευάστηκε και εγκαταστάθηκε στο Εργαστήριο Ηλιακών - Ενεργειακών Συστηµάτων του ΕΚΕΦΕ «ηµόκριτος», αποτελείται από έναν συµβατικό ηλιακό αποστακτήρα τύπου greenhouse συνδεδεµένο µε πεδίο ηλιακών συλλεκτών (Σχήµα - 1). Η κύρια επιφάνεια του καλύµµατος του αποστακτήρα έχει προσανατολισµό στον νότο και κλίση 30 0, η δε βόρεια πλευρά 60 0. Σχήµα - 1: Σχηµατική παράσταση του πειραµατικού συστήµατος ηλιακής απόσταξης Η µαύρη λεκάνη διαστάσεων 5 x 2,5 µέτρα περιέχει το προς αφαλάτωση νερό, ενώ ακριβώς κάτω βρίσκεται η καλά µονωµένη δεξαµενή αποθήκευσης θερµότητας όγκου V s = 3750 lt. Το νερό της δεξαµενής θερµαίνεται µέσω σωληνωτού εναλλάκτη θερµότητας από πεδίο 24 ηλιακών συλλεκτών συνολικής συλλεκτικής επιφάνειας 43 m 2. Περιµετρικό κανάλι εντός του αεροστεγούς χώρου του αποστακτήρα εξασφαλίζει τη συλλογή του απεσταγµένου νερού, ενώ ταυτόχρονα το ζεστό νερό της δεξαµενής αποθήκευσης παραλαµβάνεται από την έξοδο της. Παράλληλα εγκαταστάθηκε σύστηµα µετρήσεων το οποίο καταγράφει συνεχώς την στιγµιαία ηλιακή ακτινοβολία, τις θερµοκρασίες του νερού δεξαµενής, λεκάνης, καλύµµατος, αεροστεγούς χώρου και περιβάλλοντος καθώς και την παραγόµενη ποσότητα νερού. 3. ΜΕΘΟ ΟΛΟΓΙΑ «ΠΡΟΣΠΤΩΣΗΣ - ΑΠΟΛΑΒΗΣ» Η αξιόπιστη εκτίµηση της αναµενόµενης απολαβής σε νερό ενός ηλιακού αποστακτήρα αποτελεί ουσιώδες στοιχείο στην φάση του σχεδιασµού αλλά και της αξιολόγησής του. Η µεθοδολογία "πρόσπτωσης - απολαβής", η οποία έχει αναπτυχθεί από τους συγγραφείς [2, 3], συνίσταται στην θεώρηση του αποστακτήρα ως µαύρο κουτί και συσχετίζει την προσπίπτουσα ηλιακή ακτινοβολία και τις απώλειές του µε την µάζα του παραγόµενου νερού για µία περίοδο αναφοράς µε την χρήση χαρακτηριστικών συντελεστών, οι οποίοι εκφράζονται σαν συνάρτηση των κατασκευαστικών του χαρακτηριστικών. Το µοντέλο θεωρεί ότι το σύνολο των εκροών από το σύστηµα κατά τη διάρκεια της ηµερήσιας περιόδου

είναι ίσο µε τις εισροές µείον τις απώλειες προς το περιβάλλον, σύµφωνα µε µια σχέση η οποία έχει την ακόλουθη µορφή: M out, d f1 d H d + f2d (Twd, in T ad ) + f3d = (1) όπου οι χαρακτηριστικοί συντελεστές f 1d, f 2d και f 3d εκφράζουν την απόδοση, τις απώλειες και την αδράνεια του συνδεδεµένου αποστακτήρα αντίστοιχα. Ανάλογα, και µε δεδοµένη την µηδενική ηλιακή ακτινοβολία κατά τη διάρκεια της νύκτας, η εξίσωση "πρόσπτωσης - απολαβής" για την νυκτερινή περίοδο έχει την ακόλουθη µορφή: M out,n f2 n (Twn, in T an ) + f3n = (2) Με βάση τις σχέσεις του µοντέλου που αναπτύσσονται αναλυτικά σε προηγούµενες εργασίες [2,3] υπολογίζεται η θερµοκρασία του νερού λεκάνης στο τέλος της ηµερήσιας ή της νυχτερινής περιόδου. 4. ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑ ΤΟΥ ΗΛΙΑΚΟΥ ΑΠΟΣΤΑΚΤΗΡΑ ΣΕ ΣΥΝ ΕΣΗ ΜΕ ΤΟ ΠΕ ΙΟ ΣΥΛΛΕΚΤΩΝ Η λειτουργία του ασύνδετου ηλιακού αποστακτήρα διερευνήθηκε µέσω εκτεταµένης σειράς πειραµάτων, τα οποία αποτέλεσαν την βάση για την επικύρωση και διαπίστωση ισχύος της µεθόδου "πρόσπτωσης - απολαβής" [4]. Στην συνέχεια διερευνήθηκε πειραµατικά η λειτουργία του συνδεδεµένου ηλιακού αποστακτήρα. Τα πειραµατικά δεδοµένα έδειξαν ότι η σύνδεση του συµβατικού ηλιακού αποστακτήρα µε το πεδίο των συλλεκτών και την δεξαµενή αποθήκευσης είναι ένας από τους πλέον καλύτερους τρόπους αύξησης της παραγωγής αφαλατωµένου νερού, τόσο σε ηµερήσια όσο κυρίως σε νυχτερινή βάση, καθότι η συνολική παραγωγή του συνδεδεµένου αποστακτήρα είναι σχεδόν διπλάσια από αυτήν του ασύνδετου, και µάλιστα ανεξάρτητα από τις επικρατούσες κλιµατολογικές συνθήκες. [5]. Η σηµαντική αύξηση της απολαβής του συνδεδεµένου αποστακτήρα οφείλεται στην αύξηση της θερµοκρασιακής διαφοράς νερού λεκάνης και καλύµµατος (Τ w - T c ), η οποία οφείλεται στην υψηλότερη θερµοκρασία Τ w του νερού λεκάνης, αποτέλεσµα της µετάδοσης θερµότητας προς αυτό από το θερµότερο νερό της δεξαµενής αποθήκευσης ακόµη και σε όλη την νυχτερινή περίοδο [4]. Η πειραµατική διερεύνηση του συνδεδεµένου αποστακτήρα απέδειξε την εγκυρότητα της µεθόδου "πρόσπτωσης - απολαβής" να περιγράψει την λειτουργία του και να εκτιµήσει µε ικανοποιητική ακρίβεια την απολαβή σε µακροχρόνια βάση [5]. Χρησιµοποιήθηκαν δεδοµένα περίπου ενός µήνα, όπου η πραγµατική απολαβή του συστήµατος συγκρίθηκε µε την θεωρητικά εκτιµούµενη από το µοντέλο για όλη την χρονική περίοδο των πειραµάτων. Η θεωρητική εκτίµηση της µακροχρόνιας απολαβής από το µοντέλο γίνεται ως εξής: αρχικά υπολογίζονται οι χαρακτηριστικοί συντελεστές f 1d, f 2d και f 3d για την ηµερήσια και οι συντελεστές f 2n και f 3n για την νυχτερινή περίοδο λειτουργίας από τα κατασκευαστικά στοιχεία των διαφόρων τµηµάτων του συστήµατος και τις συνθήκες λειτουργίας του. Στη συνέχεια, και για τα κλιµατολογικά δεδοµένα της θεωρούµενης περιόδου, υπολογίζεται η θεωρητική ηµερήσια απολαβή του αποστακτήρα M out,d κάθε ηµέρας από την σχέση - 1, καθώς και η θερµοκρασία του νερού της λεκάνης T wd,f στο τέλος της ηµερήσιας περιόδου, η οποία

είναι και η αρχική θερµοκρασία T wn,in της νυχτερινής περιόδου. Από την σχέση - 2 βρίσκεται στην συνέχεια η θεωρητική απολαβή M out,n της κάθε νύχτας του αποστακτήρα, ενώ υπολογίζεται και η θερµοκρασία του νερού της λεκάνης T wn,f στο τέλος της νυχτερινής περιόδου. Αυτή είναι η αρχική θερµοκρασία του νερού της λεκάνης T wd,in της επόµενης ηµερήσιας περιόδου, βάσει της οποίας υπολογίζεται η απολαβή της από την σχέση - 1. Η διαδικασία αυτή ακολουθείται διαδοχικά για όλες τις επόµενες ηµέρες και νύχτες της θεωρούµενης περιόδου. Ο Πίνακας - 1 δίνει τα αποτελέσµατα της σύγκρισης µεταξύ της συνολικής πραγµατικής απολαβής (για το σύνολο των 28 ηµερών - περίοδος µετρήσεων άνοιξη 2001) και της αντίστοιχης συνολικής θεωρητικά υπολογιζόµενης από το µοντέλο, η οποία είναι το άθροισµα (M out,d + M out,n ) Τα αποτελέσµατα αναδεικνύουν την καταλληλότητα του µοντέλου για την αξιόπιστη εκτίµηση της απολαβής του αποστακτήρα σε µακροχρόνια βάση. Πίνακας 1: Σύγκριση πραγµατικής και θεωρητικής παραγωγής αφαλατωµένου νερού Ηµερήσια Νυχτερινή Συνολική Παραγωγή παραγωγή παραγωγή Θεωρητική 374,4 kg 435,4 809,8 kg Πειραµατική 386,3 kg 447,5 833,8 kg ιαφορά 3,2 % 2,8 % 3,0 % 5. ΙΕΡΕΥΝΗΣΗ ΤΟΥ ΥΒΡΙ ΙΚΟΥ ΧΑΡΑΚΤΗΡΑ ΤΟΥ ΣΥΣΤΗΜΑΤΟΣ Η παραπάνω διερεύνηση δεν θεωρεί αφαίρεση ζεστού νερού από την δεξαµενή αποθήκευσης θερµότητας, συνεπώς η συνολική παραγωγή αφαλατωµένου νερού του συστήµατος είναι η µέγιστη δυνατή. Η χρήση του ηλιακού συστήµατος ως υβριδικό σηµαίνει την αποµάστευση ορισµένης ποσότητας ζεστού νερού από την δεξαµενή σε συγκεκριµένες χρονικές στιγµές µε αποτέλεσµα την µείωση της θερµοκρασίας του νερού της δεξαµενής T sw λόγω της ανάµιξης του µε το εισερχόµενο κρύο του δικτύου T c. Το γεγονός αυτό µειώνει την θερµότητα που µεταφέρεται από το νερό της δεξαµενής αποθήκευσης προς το νερό της λεκάνης του αποστακτήρα µε συνέπεια την χαµηλότερη θερµοκρασία του νερού λεκάνης, άρα και την χαµηλότερη απολαβή του αποστακτήρα σε αφαλατωµένο νερό. Στην παράγραφο αυτή γίνεται θεωρητική διερεύνηση της µείωσης της συνολικής απολαβής του συστήµατος σε αφαλατωµένο νερό µε την καθηµερινή αφαίρεση διαφόρων ποσοτήτων ζεστού νερού σε καθορισµένη χρονική στιγµή, και συγκεκριµένα στο τέλος της ηµέρας. Η διερεύνηση γίνεται για το χρονικό διάστηµα των πειραµάτων της προηγούµενης παραγράφου χρησιµοποιώντας τα πραγµατικά κλιµατολογικά δεδοµένα. Ο θεωρητικός υπολογισµός της συνολικής απολαβής του αποστακτήρα M out για όλη της θεωρούµενη περίοδο γίνεται σύµφωνα µε την µεθοδολογία της προηγούµενης παραγράφου. Στην περίπτωση αυτή όµως λαµβάνεται υπόψη η αποµάστευση του νερού στο τέλος της ηµέρας, η οποία µειώνει την τελική θερµοκρασία του νερού δεξαµενής από Τ swd,1 σε Τ swd,2 ανάλογα µε την παροχή m και την διάρκεια της αποµάστευσης t, λόγω της εισόδου του κρύου νερού θερµοκρασίας T c. Η θερµοκρασία του νερού της δεξαµενής στο τέλος της αποµάστευσης υπολογίζεται από την ακόλουθη σχέση:

T swd, 2 = ( Tswd,1 Tc ) e m. T. c p / Cw + T c (3) θεωρώντας ότι το νερό της δεξαµενής αποθήκευσης είναι πλήρως οµογενοποιηµένο. Επιπλέον, τα πειραµατικά δεδοµένα έδειξαν ότι η θερµοκρασία του νερού της δεξαµενής T sw την στιγµή της αποµάστευσης είναι κατά 3-5 0 C υψηλότερη από αυτή του νερού της λεκάνης T w, [4] και συνεπώς οι υπολογισµοί έγιναν για τις δύο ακραίες θερµοκρασίες. Θεωρήθηκαν τρεις διαφορετικές παροχές αποµάστευσης ζεστού νερού δεξαµενής m = 0,2 lt/s, 0,5 lt/s και 1,0 lt/s (720, 1800, 3600 lt/h) και για διάρκειες αποµάστευσης t = 15, 30, 45 και 60 min. Παράλληλα, και για κάθε θεωρούµενη αποµάστευση υπολογίζεται η συνολική ποσότητα ενέργειας Q s,tot που παραλαµβάνεται από την δεξαµενή, η οποία είναι το άθροισµα των ηµερήσιων ποσοτήτων ενέργειας Q s,d : Q = m. ρ. t. c.( T swd, av T ) (4) s, d p c όπου: T swd av = ( T + T ) / 2 2 (5), swd,1 swd, Στους υπολογισµούς θεωρήθηκαν πυκνότητα νερού ρ = 0,994 kg/lt, ειδική θερµότητα νερού c p = 4178 J/kg.K, και θερµοχωρητικότητα νερού δεξαµενής C w = (ρ. V s. c p ) = 15675000 J/K (που αντιστοιχούν σε µέση θερµοκρασία νερού δεξαµενής ίση µε 35 ο C). Ο Πίνακας - 2 δίνει τα αποτελέσµατα. Πίνακας - 2: Αποτελέσµατα θεωρητικής διερεύνησης της υβριδικής λειτουργίας του συστήµατος ιάρκεια m = 0,2 lt/s m = 0,5 lt/s m = 1,0 lt/s min M out, [kg] Q s,tot, [MJ] M out, [kg] Q s,tot, [MJ] M out, [kg] Q s,tot, [MJ] 0 834 0 834 0 834 0 15 757 431 659 1029 530 1902 30 689 837 530 1902 364 3290 45 630 1215 435 2648 267 4351 60 577 1570 364 3290 207 5217 Τα αποτελέσµατα του Πίνακα - 2 παρίστανται σε διαγραµµατική µορφή στο Σχήµα - 2 που δείχνει την πτώση της παραγωγής αφαλατωµένου νερού σε σχέση µε την αύξηση του χρόνου αποµάστευσης για τις τρεις παροχές. Από το διάγραµµα αυτό προκύπτει το διάγραµµα του Σχήµατος - 3 που δείχνει την ποσοστιαία µείωση της παραγωγής αφαλατωµένου νερού µε τον όγκο αποµάστευσης. Τα δύο διαγράµµατα δείχνουν την δυνατότητα χρήσης του συστήµατος αφαλάτωσης ως υβριδικό, παρέχοντας την δυνατότητα ταυτόχρονης παραγωγής αφαλατωµένου νερού και ζεστού νερού από την δεξαµενή. Όπως είναι αναµενόµενο, η αύξηση της ποσότητας ζεστού νερού που αποµαστεύεται, η οποία εκφράζεται είτε µε την αύξηση του χρόνου αποµάστευσης είτε µε την αύξηση της παροχής αποµάστευσης, µειώνει την παραγωγή αφαλατωµένου νερού. Έτσι, για το συγκεκριµένο σύστηµα, η αποµάστευση ποσότητας νερού ίσης µε 1/4, 1/2 ή 1 όγκου δεξαµενής µειώνει την παραγωγή αφαλατωµένου νερού κατά 36%, 57% ή 75%. Το

διάγραµµα του Σχήµατος - 3 συνεπώς αποτελεί έναν οδηγό όσον αφορά τα όρια της αποµαστευµένης ποσότητας ζεστού νερού σε σχέση µε την επιθυµητή ποσότητα αφαλατωµένου νερού. Συνολική παραγωγή αφαλατωµένου νερού, [kg] 950 850 750 650 550 450 350 250 150 0 20 40 60 80 ιάρκεια αποµάστευσης, [min] m = 0.2 lt/s m = 0.5 lt/s m = 1.0 lt/s % µείωση στην παραγωγή αφαλ. νερού 100 80 60 40 20 0 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 Ογκος αποµάστευσης, [lt] Σχήµα - 2: Μεταβολή της παραγωγής αφαλατωµένου νερού σε σχέση µε τον χρόνο αποµάστευσης Σχήµα -3: Μείωση της παραγωγής αφαλατωµένου νερού σε σχέση µε τον όγκο αποµάστευσης Το Σχήµα - 4 δείχνει την µεταβολή της παραλαµβανόµενης ενέργειας από τη δεξαµενή αποθήκευσης κατά την αποµάστευση, ενώ το Σχήµα - 5 δείχνει την µεταβολή της παραγωγής αφαλατωµένου νερού µε την παραλαµβανόµενη ενέργεια για τις δύο θεωρούµενες ακραίες θερµοκρασιακές διαφορές T sw - T w. Η καµπύλη του διαγράµµατος του Σχήµατος - 5 χαρακτηρίζει την υβριδική συµπεριφορά του συγκεκριµένου συστήµατος και µπορεί να χρησιµοποιηθεί τόσο κατά τον σχεδιασµό όσο και κατά την χρήση του. Μέσω του διαγράµµατος µπορούν να καθοριστούν τα µέγιστα όρια παραλαµβανόµενης ενέργειας από την αποµάστευση ζεστού νερού έτσι ώστε να διασφαλίζονται τα επιθυµητά επίπεδα παραγωγής αφαλατωµένου νερού. Όµως και το αντίστροφο, δηλ. για δεδοµένες αποµαστεύσεις ζεστού νερού, η καµπύλη δίνει τις µειώσεις στην παραγωγή αφαλατωµένου νερού που συνεπάγονται. 6. ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ Η απολαβή του συµβατικού ηλιακού αποστακτήρα παρουσιάζει σηµαντική αύξηση όταν αυτός συνδεθεί µε πεδίο ηλιακών συλλεκτών και δεξαµενή αποθήκευσης θερµότητας. Στην περίπτωση αυτή αποτελεί τµήµα ηλιακού συστήµατος αφαλάτωσης και θέρµανσης νερού µε υβριδικό χαρακτήρα, τόσο όσον αφορά τον τρόπο θέρµανσης του υπό αφαλάτωση νερού στην λεκάνη του αποστακτήρα όσο κυρίως την ταυτόχρονη παραγωγή αφαλατωµένου και ζεστού νερού χρήσης. Μέσω πειραµατικών δεδοµένων στο σύστηµα αποδεικνύεται η καταλληλότητα της µεθόδου "πρόσπτωσης - απολαβής" να περιγράψει ικανοποιητικά την λειτουργία του συστήµατος και να εκτιµήσει την απολαβή του σε αφαλατωµένο νερό σε µακροχρόνια βάση µε αποκλίσεις που δεν ξεπερνούν το 3% σε ηµερήσια, νυχτερινή ή και συνολική βάση.

Παραλαµβανόµενη ενέργεια, [MJ] 6000 5000 4000 3000 2000 1000 0 m = 0.2 lt/s m = 0.5 lt/s m = 1.0 lt/s 0 20 40 60 80 ιάρκεια αποµάστευσης, [min] Συνολική παραγωγή αφαλατωµένου νερού, [kg] 900 700 500 300 Tsw - Tw Tt - Tw = 5K Tt - Tw = 3K 7.0 5.0 3.0 1.0 0 5 10 15 20 25 30 35 Αριθµός ηµέρας 100 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 Παραλαµβανόµενη ενέργεια, [MJ] Σχήµα - 4: Παραλαµβανόµενη ενέργεια κατά την αποµάστευση ζεστού νερού Σχήµα - 5: Σχέση παραλαµβανόµενης ενέργειας και παραγωγής αφαλατωµένου νερού Ο υβριδικός χαρακτήρας του συστήµατος διερευνήθηκε θεωρητικά λαµβάνοντας υπόψη καθηµερινές αποµαστεύσεις ζεστού νερού συγκεκριµένων ποσοτήτων στο τέλος της ηµέρας. Η αφαίρεση ζεστού νερού από την δεξαµενή αποθήκευσης του συστήµατος προκαλεί µείωση στην παραγωγή αφαλατωµένου νερού, η οποία µεγαλώνει µε την αύξηση της παραλαµβανόµενης ενέργειας. Η καθηµερινή αφαίρεση ζεστού νερού ποσοτήτων ίσων µε 1/4, 1/2 και 1 όγκου δεξαµενής µειώνει την παραγωγή αφαλατωµένου νερού κατά 36%, 57% και 75% αντίστοιχα, µε αντίστοιχες ενεργειακές απολαβές περίπου 1900, 3300 και 5200 MJ. Η µεταβολή της µείωσης της παραγωγής νερού σε σχέση µε την παραλαµβανόµενη ενέργεια οδηγεί σε χαρακτηριστική καµπύλη της υβριδικής συµπεριφοράς του συστήµατος, η οποία µπορεί να χρησιµοποιηθεί τόσο κατά τον σχεδιασµό όσο και κατά την χρήση του συστήµατος. ΣΥΜΒΟΛΑ c p Ειδική θερµότητα του νερού J/kg.K C w Θερµοχωρητικότητα του νερού της δεξαµενής αποθήκευσης J/K f 1d, f 2d, f 3d Χαρακτηριστικοί συντελεστές της εξίσωσης "πρόσπτωσης - απολαβής", ηµερήσια λειτουργία f 2n, f 3n Χαρακτηριστικοί συντελεστές της εξίσωσης "πρόσπτωσης - απολαβής", νυχτερινή λειτουργία H d Ολική ηµερήσια ηλιακή ακτινοβολία σε επίπεδο 45 ο MJ/m 2 m Παροχή αποµάστευσης ζεστού νερού από την δεξαµενή lt/s M exp Πραγµατική συνολική απολαβή αφαλατωµένου νερού kg M out Εκτιµούµενη συνολική απολαβή αφαλατωµένου νερού kg M out,d Εκτιµούµενη ηµερήσια απολαβή αφαλατωµένου νερού kg M out,n Εκτιµούµενη νυχτερινή απολαβή αφαλατωµένου νερού kg Q s,d Ηµερήσια ποσότητα αφαιρούµενης ενέργειας από την δεξαµενή MJ

Q s,tot Συνολική ποσότητα αφαιρούµενης ενέργειας από την δεξαµενή MJ T ad Μέση ηµερήσια θερµοκρασία περιβάλλοντος T an Μέση νυχτερινή θερµοκρασία περιβάλλοντος T c T sw Θερµοκρασία κρύου νερού δικτύου Θερµοκρασία νερού δεξαµενής αποθήκευσης T swd, av Μέση θερµοκρασία αποµάστευσης νερού δεξαµενής Τ swd,1 Τ swd,2 Τ w T wd,f T wd,in T wn,f T wn,in Θερµοκρασία νερού δεξαµενής στην αρχή της αποµάστευσης Θερµοκρασία νερού δεξαµενής στο τέλος της αποµάστευσης Θερµοκρασία νερού λεκάνης αποστακτήρα Θερµοκρασία νερού λεκάνης στο τέλος της ηµερήσιας περιόδου Θερµοκρασία νερού λεκάνης στην αρχή της ηµερήσιας περιόδου Θερµοκρασία νερού λεκάνης στο τέλος της νυχτερινής περιόδου Θερµοκρασία νερού λεκάνης στην αρχή της νυχτερινής περιόδου V s Όγκος δεξαµενής αποθήκευσης lt t ιάρκεια αποµάστευσης sec ρ Πυκνότητα του νερού kg/lt ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ 1. K. Voropoulos, E. Mathioulakis, V. Belessiotis, The effectiveness of solar distillation as a means for water supply in islands, Πρακτικά του Mediterranean Conference on Policies and Strategies for Desalination and Renewable Energies, Santorini, 21-23 Ιουνίου 2000 2. V. Belessiotis, K. Voropoulos, E. Delyannis, Experimental and theoretical method for the determination of the daily output of a solar still; input-output method, Desalination, 100, pp. 99-104, 1995 3. K. Voropoulos, E. Delyannis, V. Belessiotis, Thermo-hydraulic simulation of a solar distillation system under pseudo steady-state conditions, Desalination, 107, pp. 45-51, 1996 4. E. Mathioulakis, K. Voropoulos, V. Belessiotis, Modeling and prediction of long-term performance of solar stills, Desalination, 122, pp. 85-93, 1999 5. K. Voropoulos, E. Mathioulakis, V. Belessiotis, Experimental investigation of a solar still coupled with solar collectors, Desalination, 138, pp. 103-110, 2001