ΕΦΑΡΜΟΓΕΣ ΗΛΙΑΚΟΥ ΚΛΙΜΑΤΙΣΜΟΥ ΜΕΘΟΔΟΛΟΓΙΑ ΣΥΛΛΟΓΗΣ ΚΑΙ ΑΞΙΟΛΟΓΗΣΗΣ ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΤΙΚΩΝ

ΕΦΑΡΜΟΓΕΣ ΗΛΙΑΚΟΥ ΚΛΙΜΑΤΙΣΜΟΥ ΜΕΘΟΔΟΛΟΓΙΑ ΣΥΛΛΟΓΗΣ ΚΑΙ ΑΞΙΟΛΟΓΗΣΗΣ ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΤΙΚΩΝ Σ. Κοντογιαννίδης, M.Sc. Κ.Α. Μπαλαράς, Ph.D. Ομάδα Εξοικονόμησης Ενέργειας Ινστιτούτο Ερευνών Περιβάλλοντος & Βιώσιμης Ανάπτυξης Εθνικό Αστεροσκοπείο Αθηνών I. Mεταξά & Β. Παύλου, 152 36 Π. Πεντέλη Τηλ: 210 8109145 Fax: 210 8103236 Email: skonto@meteo.noa.gr URL: http://env.meteo.noa.gr ΠΕΡΙΛΗΨΗ Ο ηλιακός κλιματισμός εξακολουθεί να βρίσκεται στο στάδιο ανάπτυξης μολονότι τα τελευταία χρόνια έχει πραγματοποιηθεί σημαντική πρόοδος. Για την καταγραφή και αξιολόγηση των τεχνολογικών εξελίξεων αναπτύχθηκε στα πλαίσια ενός πρόσφατου Ευρωπαϊκού Προγράμματος (SACE - Solar Air Conditioning in Europe) μια τυποποιημένη μεθοδολογία συλλογής και αξιολόγησης των απαιτούμενων δεδομένων. Στην εργασία αυτή θα γίνει μια σύντομη παρουσίαση των αποτελεσμάτων που συγκεντρώθηκαν από τις καταγραφές 54 εφαρμογών, κυρίως στην Ευρώπη, καθώς επίσης και τα αποτελέσματα συγκριτικής προμελέτης συστήματος ηλιακού κλιματισμού για ένα τυπικό κτίριο γραφείων στο Ηράκλειο Κρήτης, στην Αθήνα και στη Θεσσαλονίκη με την χρήση του υπολογιστικού εργαλείου Ηλιακός Κλιματισμός το οποίο αναπτύχθηκε στα πλαίσια του SACE. 1. ΕΙΣΑΓΩΓΗ Η σημαντική εμπειρία που έχει αποκτηθεί τα τελευταία χρόνια από εφαρμογές ηλιακού κλιματισμού σε συνδυασμό με την βελτίωση της απόδοσης και την βελτιστοποίηση του σχεδιασμού των επιμέρους συστημάτων έχει δώσει σημαντική ώθηση στη χρήση της ηλιακής ενέργειας για κλιματισμό. Οι βασικές αρχές της ηλιακής ψύξης κατοχυρώθηκαν με δίπλωμα ευρεσιτεχνίας στην Γαλλία από τον Ferdinand Carré (1859) και η πρώτη μηχανή διατέθηκε στο εμπόριο από τον Edmond Carré το 1886. Ωστόσο, οι σύγχρονες εμπορικές εφαρμογές του ηλιακού κλιματισμού είναι σχετικά πρόσφατες. Οι βασικές τεχνολογίες περιλαμβάνουν τα παρακάτω συστήματα: (α) Κλειστού κύκλου. Διαθέτουν ψύκτες απορρόφησης (Η 2 Ο/LiBr ή NH 3 /H 2 O) και προσρόφησης (τυπικό παράδειγμα το μίγμα Η 2 Ο/πήκτωμα πυριτίου που είναι εμπορικά διαθέσιμο).. (β) Ανοικτού κύκλου. Ο όρος «ανοικτός» κύκλος χρησιμοποιείται για να δείξει ότι το ψυκτικό μέσο απορρίπτεται από το σύστημα μετά από τη ψυκτική του δράση και αντικαθίσταται με τη παροχή νέου ψυκτικού μέσου σε ένα ανοικτό κύκλο. Χρησιμοποιούνται στερεοί αφυγραντές σε κεντρικές κλιματιστικές μονάδες (τροχοί αφύγρανσης, σε συνδυασμό με ηλιακούς συλλέκτες αέρα ή νερού) ή υγρά (νέας τεχνολογίας συστήματα που βρίσκονται σε ερευνητικό στάδιο και ουσιαστικά λειτουργούν σαν ανοικτού κύκλου συστήματα απορρόφησης, με νερό που χρησιμεύει σαν ψυκτικό μέσο). (γ) Θερμομηχανικά συστήματα, όπως για παράδειγμα, συνδυασμός κύκλου Rankine / συμπιεστή ατμών, και άλλα τα οποία βρίσκονται ακόμη στο στάδιο έρευνας (steam jet cycle). Στις ΗΠΑ και στην Ασία (Κίνα, Ιαπωνία, Ινδία) οι μονοβάθμιοι ψύκτες απορρόφησης (με COP από 0,7 έως 0,8) και διβάθμιοι (με COP από 1,0 έως 1,2) αποτελούν σήμερα δοκιμασμένη και εμπορικά διαθέσιμη τεχνολογία. Η έρευνα επικεντρώνεται πλέον σε ψύκτες τριών και τεσσάρων βαθμίδων, οι οποίοι μπορούν να πετύχουν βελτιωμένες αποδόσεις, με

COP λειτουργίας από 1,7 έως 2,2 (1-2), πλησιάζοντας έτσι τις αποδόσεις των συμβατικών ψυκτών συμπίεσης. Νέοι κύκλοι ατμού-απορρόφησης καθώς επίσης και ψυκτικά ρευστά λειτουργίας έχουν ερευνηθεί εκτενώς τα τελευταία χρόνια (3). Οι εμπορικά διαθέσιμοι ψύκτες απορρόφησης κυμαίνονται από μέσης ψυκτικής ισχύος μηχανήματα (40 έως 100 kw) μέχρι μεγάλες μονάδες (>300 kw). Με δεδομένη όμως τη συνεχιζόμενη αύξηση των απαιτήσεων για κλιματισμό σε κατοικίες και μικρά κτίρια, υπάρχει μια συνεχώς αυξανόμενη ζήτηση για μικρά μηχανήματα (<10 kw). Μια τυπική εγκατάσταση ηλιακού κλιματισμού συνήθως αποτελείται από: (α) ηλιακούς συλλέκτες (παρέχουν την απαιτούμενη θερμότητα για την λειτουργία του ψύκτη), (β) μια δεξαμενή αποθήκευσης ζεστού νερού, (γ) την μονάδα ψύξης, (δ) το σύστημα κλιματισμού και (ε) το εφεδρικό σύστημα θέρμανσης ψύξης (ενσωματώνεται στην εγκατάσταση είτε σαν εφεδρική θέρμανση, είτε σαν εφεδρικός ψύκτης ή και τα δύο). 2. ΜΕΘΟΔΟΛΟΓΙΑ ΣΥΛΛΟΓΗΣ - ΑΞΙΟΛΟΓΗΣΗΣ Η πρόοδος που καταγράφεται τα τελευταία χρόνια στην Ευρώπη, αλλά και διεθνώς, στον τομέα του ηλιακού κλιματισμού είναι σημαντική. Στα πλαίσια Ευρωπαϊκών και εθνικών προγραμμάτων έχουν αναπτυχθεί νέες τεχνολογίες συστημάτων και μηχανημάτων, αντιμετωπίστηκαν επιμέρους προβλήματα λειτουργίας, βελτιώθηκαν οι αποδόσεις των, και ολοκληρώθηκαν διαφορετικές εγκαταστάσεις σε διαφορετικής χρήσης κτίρια προσφέροντας την απαραίτητη εμπειρία για την δημιουργία τυποποιημένων λύσεων. Ενώ όμως υπάρχει πληθώρα εφαρμογών τα διαθέσιμα στοιχεία είναι συνήθως ελλιπή. Στα πλαίσια του Ευρωπαϊκού προγράμματος Solar Air Conditioning in Europe (SACE) αξιολογήθηκε η υπάρχουσα κατάσταση σε σχέση με τις τεχνολογίες και εφαρμογές του ηλιακού κλιματισμού, προσδιορίστηκαν οι μελλοντικές ανάγκες και προοπτικές ανάπτυξης των συναφών τεχνολογιών και δημιουργήθηκε μια τυποποιημένη μεθοδολογία συλλογής και αξιολόγησης των απαιτούμενων δεδομένων. Η καταγραφή έγινε χρησιμοποιώντας ένα τυποποιημένο ερωτηματολόγιο. Τα δεδομένα που συγκεντρώθηκαν αφορούσαν γενικά - αλλά και αναλυτικά - τεχνικά και οικονομικά στοιχεία για κάθε εγκατάσταση και τον επιμέρους εξοπλισμό. Στην συνέχεια πραγματοποιήθηκε προκαταρκτική τεχνοοικονομική μελέτη των διαφορετικών τεχνολογιών, με διαφορετικούς τύπους ηλιακών συλλεκτών, για διαφορετικά φορτία και κλιματολογικές συνθήκες. Συνολικά εντοπίστηκαν και αξιολογήθηκαν 54 εφαρμογές. Η προσπάθεια καταγραφής εστίασε σε εφαρμογές που έχουν γίνει στην Ευρωπαϊκή Ένωση (ΕΕ), αλλά συμπεριλήφθηκαν επίσης και χαρακτηριστικές εφαρμογές εκτός ΕΕ. Ο χαρακτήρας των καταγεγραμμένων εφαρμογών παρουσιάζεται στο Σχήμα 1. Τα κριτήρια αξιολόγησης που χρησιμοποιήθηκαν, διακρίνονται σε κριτήρια που βασίζονται σε παραμέτρους σχεδιασμού και σε κριτήρια που βασίζονται σε πραγματικά στοιχεία απόδοσης. Στην πρώτη κατηγορία ανήκουν ο συντελεστής θερμικής απόδοσης COP (ορίζεται ως το πηλίκο της ψυκτικής ισχύος του συστήματος και της θερμικής ισχύος που αποδίδεται στο σύστημα από τους ηλιακούς συλλέκτες, άμεσα ή έμμεσα μέσω της αποθήκης), η οδηγός θερμοκρασία υψηλής στάθμης (T hot ορίζεται ως η μέση θερμοκρασία του ρευστού μεταξύ της εισόδου και εξόδου του θερμικού συστήματος) και η θερμοκρασία απόρριψης (T heat_rej ), η θερμοκρασία ψυχρού νερού (T cold ), ο συντελεστής απόδοσης Carnot (CEF ορίζεται ως το πηλίκο της θερμικής απόδοσης COP προς το COP ενός κύκλου Carnot που λειτουργεί κάτω από τις ίδιες εξωτερικές συνθήκες), η ειδική επιφάνεια των ηλιακών συλλεκτών (A col,spec ), το μέγεθος της δεξαμενής αποθήκευσης ζεστού νερού, η ηλεκτρική απόδοση (Eff el ), η ειδική κατανάλωση νερού (m w,s ) και το κόστος, ενώ στη δεύτερη ο ετήσιος συντελεστής θερμικής απόδοσης COP, η ετήσια ηλεκτρική απόδοση, η ετήσια ειδική κατανάλωση ύδατος και το ετήσιο πραγματικό κόστος.

Σχήμα 1: Καταγραφές εφαρμογών τεχνολογιών στα πλαίσια του προγράμματος SACE. Η αξιολόγησης μιας εφαρμογής που περιλαμβάνεται στη βάση δεδομένων του SACE πραγματοποιήθηκε με την χρήση διαγραμμάτων αξιολόγησης (Σχήμα 2) όπου παρουσιάζονται συνοπτικά όλα τα κριτήρια αξιολόγησης. Σχήμα 2: Αντιπροσωπευτικό διάγραμμα αξιολόγησης της απόδοσης μιας εφαρμογής. Ο κάθετος άξονας περιλαμβάνει όλα τα κριτήρια αξιολόγησης, ομαδοποιημένα για τις συνθήκες σχεδιασμού και για πραγματικές συνθήκες λειτουργίας. Η τιμή για κάθε κριτήριο είναι το πηλίκο της συγκεκριμένης παραμέτρου για κάθε εφαρμογή προς τη μέση τιμή που προέκυψε για όλες τις εφαρμογές της βάσης δεδομένων. Η κάθετη γραμμή προσδιορίζει τη μέση κατάσταση για όλες τις εφαρμογές. Για κάποιο κριτήριο που η τιμή του βρίσκεται στα αριστερά της μέσης κατάστασης σημαίνει "χαμηλότερη απόδοση", ενώ στα δεξιά "υψηλότερη απόδοση", σε σχέση πάντα με το μέσο όρο. 3. ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ Σύμφωνα με τα στοιχεία που συγκεντρώθηκαν στη βάση δεδομένων του SACE μπορούμε να συνοψίσουμε τα εξής για τις βασικές παραμέτρους των διαθέσιμων αξιολογούμενων εφαρμογών: (1) Συντελεστής θερμικής απόδοσης (COP) Αναλυτικά για κάθε μια από τις διαθέσιμες τεχνολογίες προκύπτουν τα εξής: (α) Συστήματα απορρόφησης. Στα μονοβάθμια συστήματα απορρόφησης το COP κυμαίνεται μεταξύ 0,50-0,73. Για τα συστήματα H 2 O/LiBr η μέση τιμή είναι 0,66, ενώ για συστήματα NH 3 /H 2 O η μέση τιμή είναι 0,60. Στα διβάθμια συστήματα απορρόφησης το COP πλησιάζει το 1,3 (για οδηγό θερμοκρασία υψηλή). Γενικά, η οδηγός θερμοκρασία κυμαίνεται μεταξύ 60-165 C. Για την πλειοψηφία των

εφαρμογών, το γεγονός ότι η απαιτούμενη θερμοκρασία είναι μικρότερη από 97 C, χρησιμοποιούνται επίπεδοι ηλιακοί συλλέκτες. (β) Συστήματα προσρόφησης. Τα συστήματα προσρόφησης έχουν χαμηλότερο COP, με μέση τιμή 0,59. Δεδομένου όμως ότι λειτουργούν σε χαμηλότερη οδηγό θερμοκρασία (μεταξύ 52,5-82 C) και λαμβάνοντας υπόψη τις συνθήκες λειτουργίας (COP, Thot, Tcold και Theat_rej,) εμφανίζουν σχετικά υψηλή μέση τιμή CEF (0,38), υψηλότερη από τη μέση τιμή των αξιολογούμενων εφαρμογών (0,31). Όταν το σύστημα λειτουργεί με την χαμηλότερη οδηγό θερμοκρασία (52,5 C), το CEF μπορεί να φθάσει στην υψηλότερη τιμή του (0,54). (γ) Συστήματα ανοικτού κύκλου. Ένα σύστημα με υγρούς αφυγραντές είχε COP=0,74, με οδηγό θερμοκρασία 66,5 C, ενώ ένα σύστημα με στερεούς αφυγραντές είχε COP=0,51. Ένα σύστημα απορρόφησης-διάχυσης είχε το χαμηλότερο COP μεταξύ όλων των εφαρμογών με σχετικά υψηλή οδηγό θερμοκρασία (120 C). Με τα σημερινά δεδομένα, αυτή η τεχνολογία υπολείπεται των εμπορικά διαθέσιμων συστημάτων απορρόφησης ή προσρόφησης για εφαρμογές ηλιακού κλιματισμού. (δ) Θερμομηχανικά συστήματα. Μια πιλοτική εφαρμογή θερμομηχανικού συστήματος με κύκλο λειτουργίας steam jet είχε σχετικά υψηλό COP=0,85, με οδηγό θερμοκρασία=117,5 C. Δεδομένου ότι η θερμοκρασία προσαγωγής θερμότητας σε αυτήν την διαδικασία είναι περίπου 200 C, απαιτούνται συγκεντρωτικοί ηλιακοί συλλέκτες. (2) Ηλιακοί συλλέκτες Οι επίπεδοι ηλιακοί συλλέκτες χρησιμοποιούνται στο 63% των εφαρμογών που αξιολογήθηκαν. Άλλοι τύποι που χρησιμοποιούνται περιλαμβάνουν συλλέκτες κενού (21%), παραβολικούς χωρίς μηχανισμό κίνησης (10%) και τέλος σύνθετους παραβολικούς συλλέκτες με μηχανισμό κίνησης (σε πολύ μικρό αριθμό εφαρμογών). Η μέση ειδική επιφάνεια ηλιακών συλλεκτών για όλες τις εφαρμογές ήταν 3,6 m²/kw ψυκτικής ισχύος, ενώ η πλειοψηφία κυμαίνονταν από 0,5 έως 5,5 m²/kw. Τα συστήματα προσρόφησης και απορρόφησης συνήθως απαιτούν επιφάνεια επίπεδων ηλιακών συλλεκτών μεγαλύτερη από 2 m²/kw και μικρότερη από 5 m²/kw. Γενικά, τα συστήματα NH 3 /H 2 O απαιτούν μεγαλύτερες επιφάνειες ηλιακών συλλεκτών από τα συστήματα H 2 O/LiBr (Σχήμα 3) γεγονός που αυξάνει το κόστος των συγκεκριμένων εγκαταστάσεων. (3) Οδηγός θερμοκρασία Διαφορετικό διάστημα τιμών για την οδηγό θερμοκρασία απαιτεί και διαφορετικού τύπου ηλιακούς συλλέκτες. Με βάση τα διαθέσιμα στοιχεία, εάν η οδηγός θερμοκρασία κυμαίνεται μεταξύ 60-90 C, μπορεί να χρησιμοποιηθούν απλοί επίπεδοι ηλιακοί συλλέκτες. Χρησιμοποιώντας επίπεδους ηλιακούς συλλέκτες με επιλεκτική επιφάνεια, η οδηγός θερμοκρασία μπορεί να φτάσει μέχρι τους 120 C, ενώ χρησιμοποιώντας συλλέκτες με διαφανή μόνωση επιφάνειας μπορεί να φθάσει μέχρι και 150 C. Στις εφαρμογές με σταθερούς ηλιακούς συλλέκτες κενού, η οδηγός θερμοκρασία κυμαίνεται μεταξύ 80-120 C. Μπορούν να επιτευχθούν και υψηλότερες θερμοκρασίες αλλά τότε η απόδοση των ηλιακών συλλεκτών δεν διατηρείται σταθερή. Οι παραβολικοί συλλέκτες επιτυγχάνουν 97-165 C. Η μεταβολή του COP και της οδηγού θερμοκρασίας παρουσιάζεται στο Σχήμα 4. Όπως ήταν αναμενόμενο, το COP αυξάνεται με την οδηγό θερμοκρασία.

Σχήμα 3: Αρχικό κόστος σαν συνάρτηση της επιφάνειας του συλλέκτη. (4) Θερμοκρασία απόρριψης θερμότητας Η μέση θερμοκρασία απόρριψης θερμότητας για τις αξιολογούμενες εφαρμογές είναι 30 C (Σχήμα 5). Η θερμοκρασία (T heat_rej ).για τα συστήματα απορρόφησης NH 3 /H 2 O είναι γενικά χαμηλότερη από τις αντίστοιχες των συστημάτων απορρόφησης με H 2 O/LiBr, για παρόμοιες τιμές COP. Όπως ήταν αναμενόμενο, οι υψηλότερες θερμοκρασίες απόρριψης θερμότητας οδηγούν σε χαμηλότερες τιμές COP. Σχήμα 4: Ο συντελεστής θερμικής απόδοσης (COP) σε συνάρτηση με την οδηγό θερμοκρασία (Τ hot ). (5) Κόστος Το μέσο αρχικό κόστος όλων των αξιολογούμενων εφαρμογών είναι 4012 /kw. Το κόστος ποικίλλει σημαντικά ανάλογα με την ψυκτική ισχύ της μονάδας, τον τύπο ηλιακών συλλεκτών, το στάδιο ανάπτυξης και την αρχή λειτουργίας του συστήματος. Το ακριβότερο σύστημα είναι μια ερευνητική εφαρμογή με μια μηχανή απορρόφησης 10 kw NH 3 /H 2 O, η οποία συνδέεται με κινούμενους συγκεντρωτικούς ηλιακούς συλλέκτες. Το σύστημα με το χαμηλότερο κόστος είναι μια εφαρμογή στο στάδιο ανάπτυξης με μία μηχανή απορρόφησης 700 kw H 2 O/LiBr, η οποία λειτουργεί με επίπεδους ηλιακούς συλλέκτες. Τα συστήματα απορρόφησης με H 2 O/LiBr έχουν το χαμηλότερο μέσο αρχικό κόστος 3102 /kw. Τα συστήματα απορρόφησης NH 3 /H 2 O έχουν το υψηλότερο κόστος 6474 /kw. Τα συστήματα προσρόφησης κοστίζουν κατά μέσο όρο 3521 /kw ενώ για ένα σύστημα με υγρούς αφυγραντές το κόστος είναι 4444 /kw.

Σχήμα 5: Ο συντελεστής COP σε συνάρτηση τη θερμοκρασίας απόρριψης (T heat_rej ) θερμότητας. (6) Ετήσιος συντελεστής θερμικής απόδοσης COP Σύμφωνα με διαθέσιμα στοιχεία για την πραγματική απόδοση των διαφόρων εφαρμογών, η μέση ετήσια τιμή του συντελεστή θερμικής απόδοσης (COP) είναι 0,58 λίγο μικρότερη από το COP για τις συνθήκες σχεδιασμού (0,65). (7) Ηλεκτρική κατανάλωση ενέργειας Η μέση ηλεκτρική κατανάλωση ενέργειας για τον βοηθητικό εξοπλισμό (πχ ανεμιστήρες και αντλίες) ανά kw ψυκτικής ισχύος για τα συστήματα που αξιολογήθηκαν είναι περίπου 225 W/kW. Κατά μέσον όρο οι συνολικές απώλειες από τον βοηθητικό εξοπλισμό είναι περίπου 22,5%. (8) Κατανάλωση νερού Η μέση κατανάλωση νερού είναι 5,3 kg/h ανά kw μέσης ψυκτικής ισχύος. Για την πλειοψηφία των εφαρμογών η κατανάλωση νερού κυμαίνεται μεταξύ 4,0 και 6,0 kg/h ανά kw ψυκτικής ισχύος. 4. ΛΟΓΙΣΜΙΚΟ ΣΥΓΚΡΙΤΙΚΗ ΠΡΟΜΕΛΕΤΗ Στα πλαίσια του SACE αναπτύχθηκε ένα απλουστευμένο λογισμικό με την επωνυμία Easy Solar Cooling για την αξιολόγηση της σχέσης κόστους-απόδοσης των διαφορετικών τεχνολογιών και συστημάτων. Το συγκεκριμένο εργαλείο χρησιμοποιήθηκε για μια συγκριτική προμελέτη συστήματος ηλιακού κλιματισμού (ψύκτης απορρόφησης μιας βαθμίδας, H 2 O/LiBr με COP=0,66 και θερμοκρασία λειτουργίας 90 C σε συνδυασμό με επίπεδους ηλιακούς συλλέκτες) και ενός συμβατικού συστήματος κλιματισμού, για ένα τυπικό κτίριο γραφείων (συνολικού εμβαδού 930 m 2 ) στο Ηράκλειο Κρήτης, στην Αθήνα και στη Θεσσαλονίκη. Στόχος της μελέτης ήταν η εξασφάλιση ενός υψηλού ποσοστού κάλυψης (SF) των ψυκτικών φορτίων από την ηλιακή ενέργεια (Σχήμα.6) Σημειώνεται ότι ακόμη και στην περίπτωση κάλυψης 100% από την ηλιακή ενέργεια, καταναλώνεται συμβατική (ηλεκτρική) ενέργεια για την λειτουργία των αντλιών ή και των ανεμιστήρων του πύργου ψύξης κλπ. Συνεπώς, πρέπει να συνυπολογιστεί στο ισοζύγιο, η κατανάλωση ηλεκτρικής ενέργειας των ηλεκτροκινητήρων. Είναι φανερό ότι υπάρχει πληθώρα συνδυασμών μεταξύ επιφάνειας ηλιακών συλλεκτών και δεξαμενών αποθήκευσης που οδηγούν στο επιθυμητό αποτέλεσμα. Ωστόσο ένας επιπλέον παράγοντας που πρέπει να λάβει κανείς υπόψη είναι το κόστος (εγκατάστασης και εκμετάλλευσης).

Σχήμα 6: Ποσοστό κάλυψης από την ηλιακή ενέργεια (SF) για διαφορετικές επιφάνειες συλλέκτη (άξονας Χ) και διαφορετικό μέγεθος δεξαμενής αποθήκευσης, για τυπικό κτίριο γραφείων στην Αθήνα. Για παράδειγμα: Ειδική επιφάνεια συλλέκτη 0,2 σημαίνει 0,2 m 2 συλλέκτη ανά m 2 κτιρίου. Η καμπύλη SF / 1 h απεικονίζει το SF για δεξαμενή αποθήκευσης μεγέθους ικανού να καλύψει την ενεργειακή ζήτηση (φορτίου αιχμής) για μια ώρα. Με τη χρήση αντίστοιχων διαγραμμάτων για το Ηράκλειο και την Θεσσαλονίκη είναι δυνατή η επιλογή της βέλτιστης επιφάνειας των ηλιακών συλλεκτών και του μεγέθους της δεξαμενής αποθήκευσης ζεστού νερού για τον αριθμό ωρών λειτουργίας που θα πρέπει να καλύπτει, για το συγκεκριμένο σύστημα ψύξης. Τα αποτελέσματα και για τις τρεις πόλεις συνοψίζονται στον Πίνακα 1. Πίνακας 1: Χαρακτηριστικά συστήματος ηλιακής ψύξης για τυπικό κτίριο γραφείων Ειδική επιφάνεια συλλέκτη [m 2 / m 2 κτιρίου] Δεξαμενή αποθήκευσης [Ώρες] Ψυκτικό φορτίο [kwh/ m 2 κτιρίου] Εφεδρική ψύξη [kwh/ m 2 κτιρίου] Ηράκλειο 0,2 6 59,2 0,65 99,12 Αθήνα 0,4 6 53,7 0,61 98,81 Θεσσαλονίκη 0,3 12 35,8 0,53 96,56 Για την πόλη της Θεσσαλονίκης απαιτείται μικρότερη επιφάνεια συλλεκτών καθώς το ψυκτικό φορτίο είναι μικρότερο (για τον ίδιο λόγο έχουμε και μικρότερες απαιτήσεις για εφεδρική ψύξη του κτιρίου) ενώ στο Ηράκλειο καταγράφεται το μεγαλύτερο ποσοστό κάλυψης από την ηλιακή ενέργεια 5. ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ O ηλιακός κλιματισμός βρίσκεται ακόμη στο στάδιο ανάπτυξης. Για την περαιτέρω ανάπτυξή του πρέπει να ξεπεραστούν προβλήματα, κυρίως στον τομέα σχεδιασμού του υδραυλικού συστήματος και των συστημάτων ελέγχου. Μολονότι υπάρχει πληθώρα εφαρμογών τα διαθέσιμα στοιχεία είναι συνήθως ελλιπή. Η εμπειρία από πραγματικές εγκαταστάσεις είναι απαραίτητη για την δημιουργία τυποποιημένων λύσεων. Παράλληλα απαιτείται η οικονομική ενίσχυση των εφαρμογών ηλιακού κλιματισμού για την διείσδυσή τους στην αγορά. (1) Συστήματα απορρόφησης H 2 O/LiBr Βελτίωση αποδόσεων και μείωση κόστους ηλιακών συλλεκτών για την επίτευξη υψηλών θερμοκρασιών. Βελτίωση αποδόσεων και μείωση κόστους δεξαμενών θερμικής αποθήκευσης (πχ θερμοχημικές). Ανάπτυξη και διάθεση στην αγορά μηχανημάτων με μικρή ψυκτική ισχύ για εφαρμογές σε κατοικίες. SF [%]

Ανάπτυξη αερόψυκτων μηχανημάτων για την αποφυγή χρήσης πύργων ψύξης και την μείωση του αρχικού κόστους και του κόστους συντήρησης. (2) Συστήματα απορρόφησης NH 3 /H 2 O Βελτίωση της αξιοπιστίας, με χαμηλό κόστος, ανεξάρτητο έλεγχο ροής του ψυκτικού μέσου. Βελτίωση της αξιοπιστίας των αντλιών, με χαμηλό κόστος, και των ανιχνευτών στάθμης των ρευστών. Βελτίωση της απόδοσης και των μεθόδων μεταφοράς θερμότητας και μάζας (τεχνικές ροής λόγω βαρύτητας). Απλοποίηση σχεδιασμού των συστημάτων. (3) Συστήματα προσρόφησης Βελτίωση της μετάδοσης θερμότητας, ανάπτυξη νέων προσροφητικών υλικών και προηγμένων κύκλων λειτουργίας. (4) Συστήματα με υγρούς αφυγραντές Βελτίωση αποδόσεων και μείωση κόστους ηλιακών συλλεκτών και δεξαμενών θερμικής αποθήκευσης, σε συνδυασμό με συστήματα ψύξης του αέρα. Ανάπτυξη ηλιακών συλλεκτών για την άμεση αναγέννηση των διαλυμάτων. Βελτίωση της απόδοσης και των μεθόδων μεταφοράς θερμότητας. (5) Συστήματα με στερεούς αφυγραντές Βελτίωση των στρατηγικών ελέγχου. Τυποποίηση του σχεδιασμού και μείωση του μεγέθους των κεντρικών κλιματιστικών μονάδων. Μείωση της κατανάλωσης ηλεκτρικής ενέργειας του βοηθητικού εξοπλισμού. Απλούστευση των διαδικασιών επεξεργασίας νερού για τους υγραντές. Περαιτέρω ερευνητικές δραστηριότητες και εφαρμογές επίδειξης είναι απαραίτητες προκειμένου αφενός να επιλυθούν ορισμένα τεχνικά προβλήματα και αφετέρου να προωθηθούν στην αγορά και να μειωθεί το κόστος των συστημάτων ηλιακού κλιματισμού. 5. ΕΥΧΑΡΙΣΤΙΕΣ Το πρόγραμμα SACE (NNE5 /2001/00025) ολοκληρώθηκε το 2003 και συγχρηματοδοτήθηκε από την Ευρωπαϊκή Επιτροπή (Γενική Διεύθυνση Έρευνας XII). Το πρόγραμμα συντονίστηκε από το TU Delft και συμμετείχαν οι οργανισμοί: Fraunhofer Insitute Solare Energiesysteme (Γερμανία), Joanneum Research (Αυστρία), Εθνικό Αστεροσκοπείο Αθηνων (Ελλάδα) και Technion Israel Institute of Technologie (Ισραήλ). Η ιστοσελίδα του SACE είναι: www.ocp.tudelft.nl/ev/res/sace.htm. H εργασία αφιερώνεται στο φίλο και συνάδελφό μας τον καθ. Cees Machielsen, ο οποίος ήταν αρχικά ο συντονιστής του SACE. 6. ΑΝΑΦΟΡΕΣ [1] Lee S-F., Sherif S.A. Second-law analysis of multi-effect lithium bromide/water absorption chillers, ASHRAE Transactions, 105(1), 1256-1266, 1999. [2] Grossman G., Zaltash A., DeVault R.C. Simulation and performance analysis of a four-effect lithium bromide-water absorption chiller, ASHRAE Transactions, 101(1), 1302-1312, 1995. [3] Wu S., Eames I.W. Innovations in vapour-absorption cycles, Applied Energy, 66, 251-266, 2000. [4] Henning H-M. (Ed.), Solar Assisted Air-Conditioning in Buildings A Handbook for Planners, Springer-Verlag, Wien, 2004, ISBN 3-211-00647-8.