ΕΝΩΣΗ ΒΙΟΜΗΧΑΝΙΩΝ ΗΛΙΑΚΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ ΣΕΜΙΝΑΡΙΟ ΘΕΡΜΙΚΩΝ ΗΛΙΑΚΩΝ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ ΗΛΙΑΚΟΣ ΚΛΙΜΑΤΙΣΜΟΣ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΑΝΟΙΚΤΟΥ ΚΥΚΛΟΥ ΧΡΙΣΤΟΔΟΥΛΑΚΗ ΡΟΖΑ MSc ENVIRONMENTAL DESIGN & ENGINEERING ΦΥΣΙΚΟΣ ΠΑΝ. ΑΘΗΝΩΝ ΤΜΗΜΑ ΘΗΣ ΚΑΠΕ Γιατί ηλιακός κλιματισμός; Σύμπτωση ψυκτικών αναγκών και ηλιακής ενέργειας 1200 1000 Ακτινοβολία Ακτινοβολία Ψυκτικά Ψυκτικά φορτία φορτία 190 170 150 800 130 W/m 600 ² 400 Θερμικά Θερμικά φορτία φορτία 110 90 70 kw 50 200 30 Januar 0 10 Jan Feb March April May June Jul Aug Sept Oct Nov Dec Februar März April Mai Juni Juli August September Oktober November Dezember
Διαθέσιμα Συστήματα Συστήματα Ανοικτού κύκλου DEC Παραγωγή κλιματιζόμενου αέρα Αφύγρανση και εξατμιστική ψύξη Κλειστού κύκλου Παραγωγή κρύου νερού για ψύξη χώρου με fan coil, chilled ceiling, ενδοδαπέδια ή ψύξη αέρα με εναλλάκτη Απορρόφηση υγρού (absorption) Προσρόφηση στερεού (adsorption) Ιδιότητες Εποχιακή σύμπτυξη υψηλών κλιματιστικών αναγκών και υψηλής ηλιακής ενεργείας Ενσωμάτωση σε υπάρχοντα συστήματα (Fan coils, ενδοδαπέδια θέρμανση) Η μαζική παραγωγή μικρών κλιματιστικών βρίσκεται ακόμα υπό ανάπτυξη Υψηλό κόστος για ψύκτες έως 30kW (1,000-2,000 /kw) Συστήματα ανοικτού κύκλου, DEC Πλεονεκτήματα Η αναγέννηση του υλικού απαιτεί χαμηλές θερμοκρασίες (45 C), οπότε μπορεί να χρησιμοποιηθεί ηλιακή ενέργεια Εξοικονόμηση φυσικού αερίου, σε σχέση με τα συμβατικά VCS, κατά 70% ετησίως. Εξοικονόμηση ενέργειας, σε σχέση με τα συμβατικά VCS, κατά 45% ετησίως. Δυνατότητα χημικής αποθήκευσης ενέργειας και μεγαλύτερος βαθμός απόδοσης στην περίπτωση υγρού αφυγραντή. Αυστηρός έλεγχος υγρασίας και θερμοκρασίας. (Νοσοκομεία, εργαστήρια, φαρμακοβιομηχανίες, σουπερμάρκετ, μουσεία). Διαθεσιμότητα στην αγορά (6 κατασκευαστές παγκοσμίως)
Αφυγραντικά Υλικά Υγρά: CaCl 2, LiCl, LiBr Στερεά: silica gel, zeolite. Ορισμός: Υγροσκοπικά υλικά, απορροφούν ή απελευθερώνουν υδρατμούς από την ατμόσφαιρα Λειτουργία: - Υγρασία υλικού > υγρασία ατμόσφαιρας: ψύξη Το υλικό απελευθερώνει υγρασία, απορροφά θερμότητα από τον αέρα. - Υγρασία υλικού < υγρασία ατμόσφαιρας: θέρμανση Το υλικό απορροφά υγρασία, απελευθερώνει θερμότητα στον αέρα. - Μεγάλη υγρασία: τα υλικά απορροφούν υδρατμούς 20-60% του βάρους τους. - Μικρή υγρασία (<10%): απορροφούν υδρατμούς 6-20% του βάρους τους. Επιθυμητά χαρακτηριστικά - Μεγάλη ικανότητα αποθήκευσης ενέργειας - Χαμηλή τάση ατμών - Χαμηλή θερμοκρασία αναγέννησης - Διαθεσιμότητα - Χαμηλό κόστος, LiCl-H2O(87 /kgr, 2008), CaCl2-H2O (16.28 /kgr, 2008), LiBr-H2O (169.4 /kgr, 2008) Στάδια κύκλου αφύγρανσης 1. Αφύγρανση Ψύξη αέρα Το καθαρό ψυχρό αφυγραντικό διάλυμα προψύχεται σε έναν εναλλάκτη και ψεκάζεται στο πάνω μέρος του αφυγραντή. Ο υγρός ατμοσφαιρικός αέρας εισάγεται στον αφυγραντή. Το διάλυμα τραβάει την υγρασία της ατμόσφαιρας και ένα ποσό θερμότητας. Ο κλιματιζόμενος αέρας εξέρχεται από το πάνω μέρος και το ζεστό αραιό διάλυμα φεύγειαπότοκάτωμέροςτουαφυγραντή.
2. Αναγέννηση διαλύματος Το ζεστό αραιό διάλυμα θερμαίνεται σε έναν εναλλάκτη. Το καυτό αραιό διάλυμα ψεκάζεται στο πάνω μέρος του αναγεννητή και ο αέρας του δωματίου εισέρχεται στο κάτω μέρος. Το διάλυμα μεταφέρει την υγρασία του και ένα μέρος της θερμότητάς του στον αέρα. Ο θερμός, υγρός αέρας εξέρχεται από το πάνω μέρος και το ψυχρό πυκνό διάλυμα εξέρχεται από κάτω και επιστρέφει στον αφυγραντή. Απόδοση συστημάτων ηλιακού κλιματισμού Σύστημα Ψυκτικό μέσο Ψυκτική Ικανότητα Απόδοση COP Τλειτουργίας Συλλέκτες Κλειστού Κύκλου Κλειστός ψυκτικός κύκλος Στερεό Silica gel, άλας Απορροφητικός ψύκτης 50-430kW 0.3-0.7 60-90 0 C Κενού, επιλεκτικοί Υγρό LiBr, NH 3 Προσροφητικός ψύκτης 20kW-50MW 0.6-0.75 80-110 0 C Κενού Ανοικτού Κύκλου Το ψυκτικό υγρό (νερό) βρίσκεται σε επαφή με την ατμόσφαιρα Στερεό Υγρό Silica gel, LiCl LiCl, CaCl 2 Εξατμιστική ψύξη 20kW-50MW - 0.5-1 0.9-1 45-95 0 C 45-70 0 C Επιλεκτικοί Επιλεκτικοί desiccant, liquid 0.6% 1.5% 4.4% collector area cooling capacity number of systems desiccant, rotor 8.7% 14.1% 23.5% adsorption 11.8% 26.3% 32.7% absorption 57.8% 57.9% 58.8% 0.0% 10.0% 20.0% 30.0% 40.0% 50.0% 60.0% 70.0%
Απόδοση συστημάτων Ηλιακού κλιματισμού σε σχέση με τη θερμοκρασία λειτουργίας. Αρχικό κόστος Ηλιακού Κλιματισμού και απαιτούμενη επιφάνεια συλλεκτών, 2007. Case studies συστημάτων ανοικτού κύκλου Γερμανία, Freiburg SOBIC Κλιματισμός γραφείων Τεχνολογία Liquid DEC Κλιματιζόμενος χώρος: 310 m² Ροή αέρα 1500 m³/h Συλλέκτες: 17m 2 επίπεδοι 1,5 m 3 buffer storage Αποθήκευση ηλιακής ενέργειας χωρία απώλειες Στόχος: 100% ηλιακή ψύξη
Γερμανία, Freiburg Εμπορικό επιμελητήριο Κλιματισμός 2 χώρων σεμιναρίου Σε λειτουργία από το 2001 Τεχνολογία Solid DEC Κλιματιζόμενος χώρος: 213 m² Ροή αέρα 10200 m³/h Συλλέκτες: 92m 2 επίπεδοι αέρα Όχι υποβοηθητικό σύστημα θέρμανσης Όχι αποθήκευση ενέργειας Κόστος 210,000 Κλιματισμός το καλοκαίρι Συλλέκτης V1 V3 Φρέσκος αέρας αποβάλλεται V2 αποβάλλεται Φρέσκος αέρας V6 V5 V4 Αφυγραντής Τροχός ανάκτησης θερμότητας Υγραντής αποβάλλεται από το δωμάτιο Ζεστός, υγρός Παρεχόμενος αέρας Κρύος, ξηρός
Θέρμανση το χειμώνα Συλλέκτης V2 V1 V3 Φρέσκος αέρας αποβάλλεται αποβάλλεται Φρέσκος αέρας V6 V5 Αφυγραντής V4 Τροχός ανάκτησης θερμότητας Υγραντής αποβάλλεται από το δωμάτιο Ζεστός, υγρός Παρεχόμενος αέρας Κρύος, ξηρός Κόστος Σύστημα DEC: 69% Anlage gesamt: 69% luftkollektoren Συλλέκτες : 10% gesamt: 10 % Επεξεργασία RLT-Gerät αέρα 46% Αεραγωγοί Luftkanäle & + Geräteinstallation τοποθέτηση 17% 17% Hydraulik + Υδραυλικά & Elektrotechnik ηλεκτροτεχνικά 6% 6% Kollektorkosten Συλλέκτες 8% 8% Σχεδιασμός Planung 3% 3% Monitoring 5% Kollektorinstallation Εγκατάσταση συλλεκτών 2% 2% Bauseitige Εγκατάσταση Anpassung 13% 13%
Δανία, EZK Heemstede Τεχνολογία DEC Συλλέκτες: 77 m² επίπεδοι Ψυκτική ισχύς: 40 kwf Έτος λειτουργίας: 11/99 Ροή αέρα: 8,500 m3/h Ηλιακή κάλυψη: 36% Θερμοκρασία αναγέννησης: 65 C