ΑΠΟΘΗΚΕΥΣΗ ΘΕΡΜΟΤΗΤΑΣ Σύνοψη δραστηριοτήτων Σύνοψη δραστηριοτήτων 0-04-2009 ΣΥΝΑΝΤΗΣΕΙΣ ΓΝΩΡΙΜΙΑΣ ΙΠΤΑ
Γενικά Στοιχεία Αναγκαιότητα για γιααποθήκευση Θερμοτητας (ΑΘ) (ΑΘ): : Ηλιακή ακτινοβολία :: Παρέχεται σε σεαφθονία χωρίς κόστος, αλλά αλλά κυμαινόμενη και καιδιακεκομμένη η φύση φύσητης. Η ΗΑΘ ΑΘεπιτρέπει τη τηβέλτιστη εκμετάλλευση της τηςηλιακής ενέργειας :: μεγαλύτερα ποσοστά κάλυψης φορτίου Κριτήρια για γιατον τονσχεδιασμό μιας μιαςδιάταξης ΑΘ ΑΘ :: Ημερήσια, Εποχιακή ή διεποχιακή Αισθητή ή λανθάνουσα θερμότητα Χαμηλή, μέση μέσηή υψηλή θερμοκρασία αποθήκευσης Επιλογή αποθηκευτικού μέσου 0-04-2009 ΣΥΝΑΝΤΗΣΕΙΣ ΓΝΩΡΙΜΙΑΣ ΙΠΤΑ 2
Δεξαμενές ζεστού νερού : Νερό ως αποθηκευτικό μέσο (0-00 ο C ) Γεωμετρία (όγκος, σχήμα, διαστάσεις) Υλικό Κελύφους --Μόνωσης Κέλυφος Πλεονεκτήματα Μεγάλη διαθεσιμότητα, χαμηλό κόστος Χαμηλή θερμική αγωγιμότητα Διευκολύνει την διαστρωμάτωση Αποτελεί το τοίδιο το τοπροϊόν που ζητείται 0-04-2009 ΣΥΝΑΝΤΗΣΕΙΣ ΓΝΩΡΙΜΙΑΣ ΙΠΤΑ 3
. Μηχανισμοί Απωλειών Μεταφορά θερμότητας προς το τοπεριβάλλον Διάχυση θερμότητας από απόθερμά σε σεψυχρά στρώματα :: α) α) απευθείας (μέσω της τηςθερμοκλίνης) β) β) με μεαγωγή μέσω των τωντοιχωμάτων Ανάμιξη μεταξύ εισερχόμενων/ εξερχόμενων ρευμάτων νερού 2. Καταστάσεις Λειτουργίας Στατική κατάσταση :: π.χ., κατά τη τηνύχτα Δυναμική κατάσταση :: φόρτιση-εκφόρτιση Θερμοϋδραυλική ανάλυση Προσομοίωση των φαινομένων ροής και μεταφοράς θερμότητας (υπολογιστική ρευστομηχανική) Πειραματικές μετρήσεις 0-04-2009 ΣΥΝΑΝΤΗΣΕΙΣ ΓΝΩΡΙΜΙΑΣ ΙΠΤΑ 4
Χαρακτηριστικοί Τύποι Δεξαμενών 0-04-2009 ΣΥΝΑΝΤΗΣΕΙΣ ΓΝΩΡΙΜΙΑΣ ΙΠΤΑ 5
Υπόγεια Δεξαμενή : Στατική Κατάσταση 0 5 5 35 Κυβική Δεξαμενή 55 75 2 m 2 m 2 m (8 (8 m 33 )) 00 0,2 0,2 m τοίχοι τοίχοιαπό απόσκυρόδεμα Χωρίς Χωρίςμόνωση 25 45 65 85 200 20 220 225 235 255.5m Soil 0.2m L = 2m 0.2m 200 Insulated lid Water Concrete Ομοιόμορφη αρχική Θερμοκρασία T i 80 80 C T i 275 35 25 95 75 55 35 0 95 20 85 65.5m 45 25 0 Papanicolaou E. and V. Belessiotis, Transient hydrodynamic phenomena and conjugate heat transfer during cooling of water in an underground thermal storage tank, ASME J. Heat Transfer, Vol. 26(), pp. 84-96, 2004 0-04-2009 ΣΥΝΑΝΤΗΣΕΙΣ ΓΝΩΡΙΜΙΑΣ ΙΠΤΑ 6
Μοντέλο προσομοίωσης : Πρόβλημα φυσικής συναγωγής Ra) (Ra Χρονική εξέλιξη πεδίου ροής =0 (-,) (-,-) 2.0m Domain Extension h (0,) (0,0).5m Soil Water 0.2m Concrete (,) (.35,) =0 =0 0.2m (,) L=2m.5m 2.0m Insulated lid (.35,) (.35,) (.35,0) x/l.75.5 0.5 0.25 0-0.25-0.5 - - - - -0.5-0.25 0 0.25 0.5 y/l.75 a) a) 0.00-0.057.75 b) b) 0.05.75 c) c) 0.020.75 d) d) 0.03-0.06-0.06.75.75 e) e) 0.045 0.045-0.06-0.06.5.5-0.36-0.36-0.057.5.5-0.293-0.293-0.36-0.36-0.057-0.057.5.5-0.36-0.36-0.293-0.293.5.5-0.270-0.270.5.5-0.270-0.270-0.24-0.24-0.450-0.450-0.686-0.686-0.450-0.450-0.607-0.607-0.764-0.764-0.92-0.92-0.479-0.479-0.79-0.79 0.043 0.043 0.47 0.47 0.356 0.356-0.687-0.687-0.479-0.479 0.043 0.043 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0-04-2009 ΣΥΝΑΝΤΗΣΕΙΣ ΓΝΩΡΙΜΙΑΣ ΙΠΤΑ 7
Στατική κατάσταση : Μοντέλο προσομοίωσης.75.5 4hrs..75.5 8hrs..75.5 4 hrs. 0.929 Χρονική εξέλιξη πεδίου θερμοκρασίας 0.500 0.07 0.929 0.929 0.500 0.07 0.500 0.07 7 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5.75.5 0.5 0.25 0-0.25-0.5 - - - - -0.5-0.25 24 hrs. 0 0.25 0.5 0.07 0.500 7 0.74.75.5 0.5 0.25 0-0.25-0.5 - - - - -0.5-0.25 7 24 hrs. 0 0.25 0.5 0.07 0.57 0.357 0.286 0.24.75.5 0.5 0.25 0-0.25-0.5 - - - - -0.5-0.25 2 24 hrs. 0 0.25 0.5 0.07 0.286 0.24 0.357 0.8 0.6 0.4 Num - Surface Num - Depth = 0.5 Num - Depth = 0.83 Num - Depth = 0.93 Num - Bottom Surface 0.2 Depth = 0.5 Depth = 0.825 Depth = 0.925 Depth = (Bottom) 0 0 00 200 300 400 500 600 700 t [ Hours ] 0-04-2009 ΣΥΝΑΝΤΗΣΕΙΣ ΓΝΩΡΙΜΙΑΣ ΙΠΤΑ 8
Δυναμική Κατάσταση ΕΚΕΦΕ ΔΗΜΟΚΡΙΤΟΣ / ΙΠΤΑ Κατάσταση (φόρτιση)) : Σχεδιασμός Διαχυτών Ορθογωνική Δεξαμενή : Γραμμικοί διαχύτες για ομοιόμορφη, οριζόντια εκροή Αδιάστατοι αριθμοί: Reynolds Re i, Froude Fr i 0-04-2009 ΣΥΝΑΝΤΗΣΕΙΣ ΓΝΩΡΙΜΙΑΣ ΙΠΤΑ 9
Μοντέλο προσομοίωσης : Πρόβλημα μικτής συναγωγής (Re, Ar=Gr/Re 2 ) Χαρακτηριστικές Καμπύλες φόρτισης.2 0.8 inl inl 0.6 0.4 0.2 Constant inl inl Solar Heating Electric Heating 0 0 60 60 20 80 240 300 360 420 480 t[min] Papanicolaou Ε. and Belessiotis V., Transient development of flow and temperature fields in an underground thermal storage tank under various charging modes, Solar Energy 2009 (in press) 0-04-2009 ΣΥΝΑΝΤΗΣΕΙΣ ΓΝΩΡΙΜΙΑΣ ΙΠΤΑ 0
Δυναμική Κατάσταση : Αποτελέσματα προσομοίωσης Τυρβώδης Ροή : Μοντέλα Low-Re k-ε, Two-Layer Υπολογιστικό Πλέγμα : 24 62 Σταθερή T in t=6min t=8min t=30min t=60min t=6min t=8min t=30min t=60min 0-04-2009 ΣΥΝΑΝΤΗΣΕΙΣ ΓΝΩΡΙΜΙΑΣ ΙΠΤΑ
Δυναμική Κατάσταση : Μοντέλο προσομοίωσης Αποτελέσματα για φόρτιση από ηλιακό πεδίο t=6min t=8min 0 0.2 0.4 0.6 0.8 m 0 4 0 0.2 0.4 0.6 0.8 0 0.2 0.4 0.6 0.8 m m 0-04-2009 ΣΥΝΑΝΤΗΣΕΙΣ ΓΝΩΡΙΜΙΑΣ ΙΠΤΑ 2
Εφαρμογή : Πρότυπο Κτίριο 3 δεξαμενές αποθήκευσης ενέργειας (συν. 200 m 3 ): Διεποχιακή αποθήκευση (θερμό ψυχρό νερό) Εσωτερική θερμομόνωση : Πάνελ πολυουρεθάνης 5cm Εσωτερική υγρομόνωση : Φύλλο PPR Είσοδος νερού 0-04-2009 ΣΥΝΑΝΤΗΣΕΙΣ ΓΝΩΡΙΜΙΑΣ ΙΠΤΑ 3
Δεξαμενές Επιφανείας - Τύποι d L L L L D D d d 2 s s2 D D 0-04-2009 ΣΥΝΑΝΤΗΣΕΙΣ ΓΝΩΡΙΜΙΑΣ ΙΠΤΑ 4
0 4 2 3 4 5 0 3 Nu lam - Correlation Nu tur - Correlation Turbulent Flow (no stratification) ΕΚΕΦΕ ΔΗΜΟΚΡΙΤΟΣ / ΙΠΤΑ Δεξαμενές Επιφανείας Προσομοίωση Nu z 0 2 Laminar Flow (no stratification) = σταθερό σταθερό = μεταβλητό καθ καθ ύψος ύψος 0 0 8 0 9 0 0 0 0 2 0 3 0 4 0 5 Ra z = σταθερό σταθερό L L μανδύα μανδύα L L μανδύα μανδύα L L μανδύα μανδύα Papanicolaou E. and Belessiotis V., Transient natural convection in a cylindrical enclosure at high Rayleigh numbers, Int. J. Heat Mass Transfer, Vol. 45(7), pp 425- Τ Τ τοιχώματος συλλέκτη συλλέκτη = σταθερό σταθερό 444, 2002 0-04-2009 ΣΥΝΑΝΤΗΣΕΙΣ ΓΝΩΡΙΜΙΑΣ ΙΠΤΑ 5
Κυλινδρική δεξαμενή από σκυρόδεμα Δεξαμενή Ηλιακό Πεδίο Πεδίο 48 ηλιακών συλλεκτών Όγκος δεξαμενής V=32 m 3 Εσωτερική υγρομόνωση, θερμομόνωση ΣΤΟΧΟΣ Ελαχιστοποίηση του βαθμού ανάμιξης που οφείλεται στον τρόπο προσαγωγής του ζεστού νερού μέσα στη δεξαμενή 0-04-2009 ΣΥΝΑΝΤΗΣΕΙΣ ΓΝΩΡΙΜΙΑΣ ΙΠΤΑ 6
Αξιολόγηση Διαχυτών : γεωμετρίες Σταυρός (Cross) Ακτινικός Διαχύτης (Diffuser) Αδιάστατοι αριθμοί: Reynolds Re i <850, Froude Fr i <2 E. Καλούδης, Η. Παπανικολάου, Β. Μπελεσιώτης και Θ. Πανίδης, «Υπολογιστική και πειραματική διερεύνηση εναλλακτικών μορφών φόρτισης κυλινδρικής δεξαμενής αποθήκευσης νερού μεγάλου κυβισμού», 9 ο Εθνικό Συνέδριο του ΙΗΤ για τις "Ήπιες μορφές ενέργειας", Γεροσκήπου, Κύπρος 26-29 Μαρτίου 2009 0-04-2009 ΣΥΝΑΝΤΗΣΕΙΣ ΓΝΩΡΙΜΙΑΣ ΙΠΤΑ 7
Αξιολόγηση Διαχυτών : Υπολογιστικό Μοντέλο Ακτινικός Διαχύτης (Diffuser) Ακτινικός Διαχύτης (Diffuser) 3-D αξονοσυμμετρικό μοντέλο (γωνία 0 ) Επίλυση εξισώσεων ροής, μεταφοράς θερμότητας και τύρβης Αριθμός πεπερασμένων όγκων 36000 Μοντέλο τύρβης: SST 3-D μοντέλο, επίλυση για το ¼ του όγκου της δεξαμενής (γωνία 90 ) Επίλυση εξισώσεων ροής, μεταφοράς θερμότητας και τύρβης Αριθμός πεπερασμένων όγκων 07000 Μοντέλο τύρβης: SST Σταυρός (Cross) Σταυρός (Cross) 0-04-2009 ΣΥΝΑΝΤΗΣΕΙΣ ΓΝΩΡΙΜΙΑΣ ΙΠΤΑ 8
Αξιολόγηση Διαχυτών : Αποτελέσματα Πεδίο Ροής t=60 min ΕΚΕΦΕ ΔΗΜΟΚΡΙΤΟΣ / ΙΠΤΑ Cross T in =cst. Diffuser T in =cst. Cross T in =f(t) Diffuser T in =f(t) Πεδίο Θερμοκρασίας t=60 min 0-04-2009 ΣΥΝΑΝΤΗΣΕΙΣ ΓΝΩΡΙΜΙΑΣ ΙΠΤΑ 9
Αξιολόγηση Διαχυτών : Αποτελέσματα Αριθμός Ανάμιξης MI M M str str ΕΚΕΦΕ ΔΗΜΟΚΡΙΤΟΣ / ΙΠΤΑ M M actual mix Αδιάστατη Ειδική Εξέργεια * mix str mix 0-04-2009 ΣΥΝΑΝΤΗΣΕΙΣ ΓΝΩΡΙΜΙΑΣ ΙΠΤΑ 20