ΕΚΤΙΜΗΣΗ ΤΗΣ ΚΑΤΑΝΑΛΩΣΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ ΓΙΑ ΨΥΞΗ ΣΕ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΚΛΙΜΑΤΙΣΜΟΥ ΜΕ ΑΝΤΛΙΕΣ ΘΕΡΜΟΤΗΤΑΣ ΑΕΡΑ-ΑΕΡΑ ΕΝΟΣ ΣΥΜΠΙΕΣΤΗ

ΕΚΤΙΜΗΣΗ ΤΗΣ ΚΑΤΑΝΑΛΩΣΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ ΓΙΑ ΨΥΞΗ ΣΕ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΚΛΙΜΑΤΙΣΜΟΥ ΜΕ ΑΝΤΛΙΕΣ ΘΕΡΜΟΤΗΤΑΣ ΑΕΡΑ-ΑΕΡΑ ΕΝΟΣ ΣΥΜΠΙΕΣΤΗ Κ. Τ. Παπακώστας Τµήµα Μηχανολόγων Μηχανικών, Πολυτεχνική Σχολή, Αριστοτέλειο Πανεπιστήµιο Θεσσαλονίκης, 541 24 Θεσσαλονίκη, e-mail: dinpap@eng.auth.gr ΠΕΡΙΛΗΨΗ Στην εργασία αυτή παρουσιάζεται η ενεργειακή ανάλυση συστηµάτων ψύξης κτιριακών χώρων µε αντλίες θερµότητας αέρα-αέρα. Σκοπός της ενεργειακής ανάλυσης, η οποία βασίζεται στην τροποποιηµένη µέθοδο συχνοτήτων θερµοκρασιών (modified bin method, είναι να εκτιµήσει την κατανάλωση ηλεκτρικής ενέργειας των συστηµάτων αυτών σε όλη τη διάρκεια λειτουργίας τους. Με τη βοήθεια της ενεργειακής ανάλυσης µπορεί επίσης να γίνει σύγκριση ανάµεσα σε αντλίες θερµότητας διαφόρων τύπων, ώστε να βρεθεί η καλύτερη από άποψη λειτουργικού κόστους. Με βάση τη µεθοδολογία που παρουσιάζεται στην εργασία, υπολογίστηκε η ενεργειακή κατανάλωση σε ένα ιδεατό τυπικό κτίριο γραφείων στην Αθήνα και στην Θεσσαλονίκη. Το κτίριο-µοντέλο θεωρήθηκε και στις δύο περιοχές µε τα ίδια κατασκευαστικά χαρακτηριστικά και µε όµοιες συνθήκες δόµησης, ώστε τα αποτελέσµατα να είναι άµεσα συγκρίσιµα. Από την ανάλυση των αποτελεσµάτων προκύπτουν συγκριτικά συµπεράσµατα για τις δύο πόλεις που αφορούν στην µηνιαία και εποχιακή κατανάλωση ενέργειας για ψύξη στο συγκεκριµένο κτίριο, καθώς και συµπεράσµατα για την επίδραση που έχει ο προσανατολισµός των θερµικών ζωνών του κτιρίου στην ενεργειακή κατανάλωση. 1. ΕΙΣΑΓΩΓΗ Τα φορτία σχεδιασµού θέρµανσης και ψύξης ενός κτιρίου, θερµικής ζώνης ή χώρου, αν και χρησιµεύουν για την εκλογή των συσκευών θέρµανσης και κλιµατισµού, δεν είναι απόλυτα ενδεικτικά για την κατανάλωση ενέργειας των συστηµάτων σε πραγµατικές συνθήκες λειτουργίας. Επίσης ενώ τα µέγιστα θερµικά ή ψυκτικά φορτία καθορίζουν το µέγεθος των συσκευών, από τη στιγµή που θα ληφθεί η απόφαση για τον τύπο του συστήµατος θέρµανσης ή κλιµατισµού, δεν βοηθούν στην αξιολόγηση των διαφόρων επιλογών που υπάρχουν. Η αποδοτικότητα των συσκευών που διατίθενται από διάφορους κατασκευαστές µπορεί να υπολογισθεί και να αξιολογηθεί µόνο µε την εκτίµηση της κατανάλωσης ενέργειας σε εποχιακή ή ετήσια βάση. Οι ακραίες κλιµατολογικές συνθήκες, µε τις οποίες γίνονται οι υπολογισµοί των φορτίων σχεδιασµού, παρατηρούνται πολύ λίγες ώρες στη διάρκεια ενός έτους ενώ οι συνθήκες µερικού φορτίου είναι συνήθως ο κανόνας. Οι συνθήκες όµως µερικού φορτίου, που καθορίζουν κυρίως τις ενεργειακές απαιτήσεις ενός συστήµατος θέρµανσης ή κλιµατισµού, δεν είναι σταθερές. ιάφοροι παράγοντες όπως η µεταβολή της θερµοκρασίας του περιβάλλοντος, τα ηλιακά κέρδη, τα εσωτερικά θερµικά κέρδη από ανθρώπους, φώτα και συσκευές καθώς και η απόδοση των διαφόρων συσκευών µεταβάλλονται συνεχώς και επηρεάζουν τις ενεργειακές απαιτήσεις των κτιρίων. Ο υπολογισµός των ενεργειακών απαιτήσεων απαιτεί εποµένως την ενεργειακή ανάλυση των συστηµάτων και την εφαρµογή µιας µεθόδου εκτίµησης της κατανάλωσης ενέργειας. Η ενεργειακή ανάλυση, η οποία παρουσιάζεται στην παρούσα εργασία, αφορά σε αντλίες θερµότητας που λειτουργούν µε ηλεκτρισµό (ηλεκτροκίνητες, φέρουν ένα συµπιεστή και

έχουν ψυκτική ισχύ έως 20 kw [1]. Οι κυριότερες αντλίες θερµότητας, οι οποίες µπορούν να αξιολογηθούν ενεργειακά µε τη µεθοδολογία που παρουσιάζεται στην εργασία, είναι: α αυτοδύναµες τύπου παραθύρου ή οροφής (single package units. β διαιρούµενου τύπου, δαπέδου, τοίχου ή οροφής µε ξεχωριστό εξωτερικό στοιχείο (split system units. Οι µονάδες αυτές µπορούν να συνδεθούν και µε δίκτυο αεραγωγών σε µεγάλους χώρους ή σε σύνολα χώρων. Επίσης τα εσωτερικά στοιχεία αυτών των αντλιών θερµότητας µπορούν να ενσωµατωθούν σε κλιµατιστικές µονάδες για την ψύξη του αέρα προσαγωγής σε συστήµατα κλιµατισµού. Οι µονάδες αυτού του τύπου ελέγχονται από ένα θερµοστάτη, ο οποίος ορίζει την επιθυµητή θερµοκρασία του χώρου. Η σχηµατική παράσταση της λειτουργίας τους σε ψύξη δίνεται στην εικ. 1. Όταν η ψυκτική ισχύς της αντλίας θερµότητας υπερβαίνει το ψυκτικό φορτίο του χώρου στη συγκεκριµένη θερµοκρασία, ο συµπιεστής τίθεται συνεχώς σε έναρξη και παύση λειτουργίας (cycling. Στην περίπτωση που η ψυκτική ισχύς της αντλίας θερµότητας δεν µπορεί να καλύψει το ψυκτικό φορτίο του χώρου ή της θερµικής ζώνης, ο συµπιεστής λειτουργεί συνεχώς. Ο σκοπός της ενεργειακής ανάλυσης είναι να υπολογισθεί η κατανάλωση σε ηλεκτρική ενέργεια των συστηµάτων αυτών σε όλη τη διάρκεια λειτουργίας τους καθώς και ο εποχιακός βαθµός απόδοσης σε ψύξη. Επίσης µε τη βοήθεια της ενεργειακής ανάλυσης µπορεί να γίνει σύγκριση ανάµεσα σε αντλίες θερµότητας διαφόρων τύπων και να βρεθεί η καλύτερη από άποψη λειτουργικού κόστους. 2. ΜΕΘΟ ΟΛΟΓΙΑ ΕΝΕΡΓΕΙΑΚΗΣ ΑΝΑΛΥΣΗΣ Η ενεργειακή ανάλυση βασίζεται στην τροποποιηµένη µέθοδο συχνοτήτων θερµοκρασιών (modified bin method [2], [3], [4], [5]. Η µέθοδος αυτή συνίσταται στον υπολογισµό της ενεργειακής κατανάλωσης ενός συστήµατος κλιµατισµού σε διάφορα θερµοκρασιακά διαστήµατα του εξωτερικού αέρα και στον πολλαπλασιασµό των ποσοτήτων ενέργειας που προκύπτουν µε τον αριθµό των ωρών, στις οποίες εµφανίζεται το κάθε θερµοκρασιακό διάστηµα. Η διαδικασία αυτή έχει το πλεονέκτηµα ότι λαµβάνει υπόψη της τη µεταβολή του βαθµού απόδοσης των συσκευών κλιµατισµού σε σχέση µε την εξωτερική θερµοκρασία ή σε µερικό φορτίο. Για την ενεργειακή αξιολόγηση των συστηµάτων απαιτείται να υπάρχουν διαθέσιµα τα παρακάτω στοιχεία: i Θερµοκρασιακά δεδοµένα της περιοχής, στην οποία είναι εγκατεστηµένο το σύστηµα κλιµατισµού, σε µορφή bin data (συχνότητα εµφάνισης θερµοκρασιών σε διάφορα θερµοκρασιακά διαστήµατα ii Συνάρτηση του ψυκτικού φορτίου του κτιρίου σε σχέση µε την εξωτερική θερµοκρασία iii Χαρακτηριστικά λειτουργίας της αντλίας θερµότητας (ψυκτική ισχύς, κατανάλωση ηλεκτρικής ισχύος σε συνάρτηση µε την εξωτερική θερµοκρασία (πιν. 1 και εικ. 1. Τα δεδοµένα αυτά προκύπτουν από τις πιστοποιηµένες δοκιµές λειτουργίας των συσκευών και περιλαµβάνονται στους τεχνικούς καταλόγους των εταιρειών που τις κατασκευάζουν. Η ανάλυση περιλαµβάνει τα παρακάτω βήµατα υπολογισµού : α Καθορισµός διαστηµάτων θερµοκρασίας (bins για τη θερινή περίοδο. Καθορίζονται τα θερµοκρασιακά διαστήµατα από την µέγιστη εξωτερική θερµοκρασία περιβάλλοντος µέχρι τη θερµοκρασία ξηρού θερµοµέτρου, στην οποία εκτιµάται ότι σταµατά η λειτουργία του συστήµατος ψύξης. Πίνακας 1: Απαραίτητα χαρακτηριστικά λειτουργίας, για την ενεργειακή ανάλυση αντλιών θερµότητας αέρα - αέρα µε ένα συµπιεστή σταθερής ταχύτητας και λειτουργία σε ψύξη.

a5 ΘΕΡΜΟΚΡΑΣΙΑ ΑΝΑΦΟΡΑΣ t = 35 0 C t = 28 0 C a6 ΨΥΚΤΙΚΗ ΙΣΧΥΣ Α.Θ. (W ΚΑΤΑΝΑΛΩΣΗ ΗΛΕΚΤΡΙΚΗΣ ΙΣΧΥΟΣ Α.Θ. (W q& ss ( t a5 E& ss ( t a5 q& ss ( t a6 E& ss ( t a6 ΑΛΛΑ ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΤΙΚΑ C D = συντελεστής απωλειών σε απόδοση, λόγω της συνεχούς έναρξης και παύσης της συσκευής (συνήθως C = 0.20 D β Υπολογισµός της µέσης τιµής του κάθε θερµοκρασιακού διαστήµατος t. γ Καθορισµός της µέσης συµπίπτουσας θερµοκρασίας υγρού θερµοµέτρου MCWB για κάθε θερµοκρασιακό διάστηµα. δ Υπολογισµός της απόλυτης υγρασίας του εξωτερικού αέρα W για κάθε θερµοκρασιακό διάστηµα σε (kg νερού/kg ξηρού αέρα, η οποία αντιστοιχεί στις θερµοκρασίες ξηρού t και υγρού θερµοµέτρου MCWB. ε Καθορισµός της συχνότητας εµφάνισης του κάθε θερµοκρασιακού διαστήµατος σε n ώρες (h. Κατά τους ενεργειακούς υπολογισµούς οι 24 ώρες της ηµέρας µπορούν να χωριστούν σε 6 τετράωρα ή ανάλογα χρονικά διαστήµατα, ώστε να γίνει διάκριση ανάµεσα στις χρονικές περιόδους στις οποίες ο θερµοστάτης είναι ρυθµισµένος σε διαφορετικές θερµοκρασίες ή το σύστηµα είναι εκτός λειτουργίας. στ Υπολογισµός των ψυκτικών φορτίων BL( t του χώρου ή της θερµικής ζώνης σε κάθε θερµοκρασιακό διάστηµα σε (W. Ο υπολογισµός γίνεται σύµφωνα µε την τροποποιηµένη µέθοδο συχνοτήτων θερµοκρασιών (modified bin method. Τα αισθητά ψυκτικά φορτία υπολογίζονται ως συνάρτηση της εξωτερικής θερµοκρασίας ξηρού θερµοµέτρου, ενώ τα λανθάνοντα ψυκτικά φορτία υπολογίζονται ως συνάρτηση της απόλυτης υγρασίας του εξωτερικού αέρα. BL t = f ( t, W (1 ( ζ Υπολογισµός της ψυκτικής ισχύος της αντλίας θερµότητας στο κάθε θερµοκρασιακό k =1 διάστηµα q& t σε (W. Η ψυκτική ισχύς είναι συνάρτηση της εξωτερικής ( θερµοκρασίας ξηρού θερµοµέτρου t. k = 1 ss a5 ss ( t = q& ss ( t a5 + & t a5 [ q& ( t q ( t ] ( t t q& (2 t η Υπολογισµός της απορροφούµενης ηλεκτρικής ισχύος από τον συµπιεστή της αντλίας θερµότητας & k =1 E ( t στο κάθε θερµοκρασιακό διάστηµα σε (W. ( t = E& ( t a6 a6 a5 [ E& ( t E& ( t ] ( t t k = 1 ss a5 ss a6 a5 E & ss a5 + (3 t t θ Καθορισµός του τρόπου λειτουργίας του συµπιεστή της αντλίας θερµότητας. ιακρίνονται δύο περιπτώσεις: a5 a6

Τρόπος λειτουργίας 1 (ή Ι: Η ψυκτική ισχύς της αντλίας θερµότητας υπερβαίνει το ψυκτικό φορτίο του χώρου και ο συµπιεστής τίθεται συνεχώς σε έναρξη και παύση λειτουργίας (cycling. Τρόπος λειτουργίας 4 (ή IV: Η ψυκτική ισχύς της αντλίας θερµότητας είναι µικρότερη από το ψυκτικό φορτίο του χώρου και ο συµπιεστής λειτουργεί συνεχώς. ι Υπολογισµός του συντελεστή ψυκτικού φορτίου της αντλίας θερµότητας σε κάθε θερµοκρασιακό διάστηµα, CLF t. ( ( BL( t CLF t = (4 k q & = 1 ( t Η τιµή του συντελεστή δεν µπορεί να υπερβεί τη µονάδα δηλ. CLF t 1. ( Εικόνα 1: Σχηµατική παράσταση της λειτουργίας σε ψύξη µιας αντλίας θερµότητας µε ένα συµπιεστή κ Υπολογισµός του συντελεστή µερικής λειτουργίας σε κάθε θερµοκρασιακό διάστηµα, PLF t. ( [ 1 CLF ( t ] PLF ( t = 1 C D (5 λ Υπολογισµός της ψυκτικής ενέργειας που παρέχει η συσκευή στον κλιµατιζόµενο χώρο, σε κάθε θερµοκρασιακό διάστηµα Q t σε (Wh. ( k = 1 Q ( t = q& ( t CLF ( t n (6 µ Υπολογισµός της κατανάλωσης ηλεκτρικής ενέργειας από τον συµπιεστή της συσκευής σε κάθε θερµοκρασιακό διάστηµα E t σε (Wh. ( k E& = 1 ( t CLF ( t E ( t = n (7 PLF ( t v Υπολογισµός του εποχιακού βαθµού απόδοσης (συντελεστή συµπεριφοράς της αντλίας θερµότητας σε ψύξη, σύµφωνα µε τη σχέση:

SEER = Q( t E ( t (8 Πίνακας 2: Φύλλο υπολογισµού για την ενεργειακή αξιολόγηση συστηµάτων ψύξης µε αντλία θερµότητας αέρα - αέρα (µε ένα συµπιεστή ΙΑΣΤΗΜΑ ΘΕΡΜ/ΣΙΑΣ 1 2 3 4 5 6 7 8 t MCWB W n BL(t q k=1 (t E k=1 (t ( C ( C ( C (kgh 2 O/kgξα (h (W (W (W 16.8/19.6... 39.2/42.0 ΣΥΝΟΛΟ ΙΑΣΤΗΜΑ ΘΕΡΜ/ΣΙΑΣ 9 10 11 12 13 14 Τρόπος λειτουργίας CLF(t PLF(t Q(t E(t SEER ( C (Wh (Wh 16.8/19.6... 39.2/42.0 ΣΥΝΟΛΟ x x x Η παραπάνω µεθοδολογία παρέχει µεγαλύτερη ακρίβεια σε σχέση µε απλούστερες µεθόδους (π.χ. µέθοδος βαθµοηµερών ψύξης, διότι λαµβάνει υπόψη της τη µεταβολή του βαθµού απόδοσης των αντλιών θερµότητας σε διάφορες θερµοκρασίες, την επίδραση της έναρξης και παύσης λειτουργίας των συσκευών καθώς και τη µερική λειτουργία τους όταν δεν υπάρχει απαίτηση φορτίου. Οι αντλίες θερµότητας στις οποίες αναφέρεται η ανάλυση µπορούν να χρησιµοποιηθούν µόνο για ψύξη ή να χρησιµοποιούνται συγχρόνως για ψύξη και θέρµανση (για την περίπτωση της θέρµανσης υπάρχει αντίστοιχη µεθοδολογία ενεργειακής ανάλυσης. Σε κάθε περίπτωση το ψυκτικό φορτίο είναι αυτό που καθορίζει την εκλογή των αντλιών θερµότητας, γιατί η θερµική απόδοση καλύπτει πάντοτε τις θερµικές απαιτήσεις του χώρου ή της θερµικής ζώνης. Όλοι οι υπολογισµοί µπορούν να γίνουν εύκολα σε ένα φύλλο λογισµικού (π.χ. Excel, όπως στον πίνακα 2. 3. ΕΦΑΡΜΟΓΗ ΤΗΣ ΜΕΘΟ ΟΛΟΓΙΑΣ Για την εκτίµηση της απαιτούµενης ενέργειας για ψύξη, η µεθοδολογία εφαρµόσθηκε σε τυπικό κτίριο γραφείων, το οποίο κατά τη διάρκεια της θερινής περιόδου ψύχεται µε ηµικεντρικές αντλίες θερµότητας αέρα-αέρα. Το κτίριο είναι µοντέλο, µε απλό σχεδιασµό και θεωρήθηκε κατασκευασµένο µε συµβατικά υλικά. 3.1 Χαρακτηριστικά κτιρίου Το κτίριο είναι πενταόροφο, πανταχόθεν ελεύθερο, µε επίπεδη οροφή. Το ύψος των ορόφων είναι 3 m. Τα ανοίγµατα είναι κατανεµηµένα στη βόρεια και νότια πλευρά του κτιρίου, και αντιπροσωπεύουν το 25% της εξωτερικής επιφάνειας των αντίστοιχων

προσανατολισµών. Οι πλευρές του κτιρίου µε ανατολικό και δυτικό προσανατολισµό θεωρούνται ότι δεν έχουν ανοίγµατα. Κάθε όροφος του κτιρίου αποτελείται από τέσσερις θερµικές ζώνες µε διαφορετικό προσανατολισµό. Κάθε θερµική ζώνη περιλαµβάνει 5 γραφεία και έχει επιφάνεια κάτοψης 130 m 2 (µαζί µε τους βοηθητικούς χώρους και τους διαδρόµους. Το κτίριο θεωρήθηκε ότι λειτουργεί πέντε ηµέρες την εβδοµάδα, από τις 8:00 π.µ. έως τις 20:00 µ.µ., µε θερµοκρασία των χώρων γραφείων ίση µε 26 C, κατά τις ώρες λειτουργίας, και ίση µε 30 C κατά τις υπόλοιπες ώρες. Η σχετική υγρασία λήφθηκε σταθερή και ίση µε 50%. Σε κάθε χώρο γραφείου θεωρήθηκε ότι υπάρχουν 2 άτοµα και ότι σε κάθε άτοµο αντιστοιχεί 1 Η/Υ και ένας εκτυπωτής. Για τα εσωτερικά φορτία, λαµβάνοντας υπόψη κατάλληλους συντελεστές ταυτοχρονισµού, προέκυψε ισχύς φωτισµού ίση µε 5 W/m 2, ισχύς συσκευών 8 W/m 2 και ισχύς ατόµων ίση µε 7 W/m 2. Για την ανανέωση του αέρα του κτιρίου υπολογίστηκε 1 εναλλαγή του όγκου των γραφείων ανά ώρα, µόνο κατά τις ώρες λειτουργίας. Σε κάθε θερµική ζώνη για την ψύξη των χώρων εγκαταστάθηκε µία αντλία θερµότητας αέρα-αέρα µε ένα συµπιεστή, µε ψυκτική ισχύ τέτοια ώστε να καλύπτει ακόµη και το µέγιστο φορτίο κάθε ζώνης. Οι αντλίες θερµότητας για κάθε θερµική ζώνη επιλέχθηκαν από καταλόγους κατασκευαστών. 3.2 Θερµοκρασιακά δεδοµένα Τα δεδοµένα για τον υπολογισµό των καταναλώσεων ενέργειας ελήφθησαν από: α Για την περιοχή των Αθηνών από τις ωριαίες µετρήσεις θερµοκρασίας ξηρού θερµοµέτρου και σχετικής υγρασίας των ετών 1983 έως 1992, του µετεωρολογικού σταθµού του Εθνικού Αστεροσκοπείου Αθηνών. β Για την περιοχή της Θεσσαλονίκης από τις ωριαίες µετρήσεις θερµοκρασίας ξηρού θερµοµέτρου των ετών 1983 έως 1992 και από τις ωριαίες µετρήσεις σχετικής υγρασίας των ετών 1989 έως 1992, του µετεωρολογικού σταθµού του Α.Π.Θ. Από την στατιστική επεξεργασία των παραπάνω µετρήσεων υπολογίστηκαν θερµοκρασιακά δεδοµένα κατάλληλα για την εφαρµογή της µεθόδου συχνοτήτων θερµοκρασιών [5], [6], [7], [8]. Τα δεδοµένα αυτά είναι η συχνότητα εµφάνισης σε ώρες διαστηµάτων θερµοκρασίας ξηρού θερµοµέτρου εύρους 2.8 C (bins για κάθε µήνα και σε έξι τετράωρα, και η µέση συµπίπτουσα θερµοκρασία υγρού θερµοµέτρου (MCWB που αντιστοιχεί σε κάθε θερµοκρασιακό διάστηµα. 3.3 ιαδικασία υπολογισµών Για κάθε θερµική ζώνη του κτιρίου η διαδικασία υπολογισµών είναι η εξής: Υπολογισµός του ψυκτικού φορτίου της θερµικής ζώνης, ως συνάρτηση της εξωτερικής θερµοκρασίας. Επιλογή αντλίας θερµότητας. Καθορισµός της ψυκτικής ισχύος του εξατµιστήρα και της ηλεκτρικής ισχύος του συµπιεστή, σε σχέση µε την εξωτερική θερµοκρασία, όπως αυτές προκύπτουν από τα δεδοµένα των κατασκευαστών. Υπολογισµός της ψυκτικής ενέργειας που παρέχει η αντλία θερµότητας στους κλιµατιζόµενους χώρους και της κατανάλωσης ηλεκτρικής ενέργειας από τον συµπιεστή της. Οι απαραίτητοι υπολογισµοί γίνονται για κάθε θερµοκρασιακό διάστηµα και σε κάθε µήνα της θερινής περιόδου ξεχωριστά. Από την συνολική ψυκτική ενέργεια που παρέχει κάθε αντλία θερµότητας και από την συνολική κατανάλωση ηλεκτρικής ενέργειας του συµπιεστή, προκύπτει ο εποχιακός βαθµός απόδοσης.

3.4 Αποτελέσµατα - σχόλια Τα αποτελέσµατα των υπολογισµών, που αφορούν στην συνολική κατανάλωση ηλεκτρικής ενέργειας των συστηµάτων κλιµατισµού µε αντλίες θερµότητας αέρα-αέρα για τις δύο επιλεγµένες περιοχές, δίνονται στον πίνακα 3. Τα συµπεράσµατα τα οποία µπορούν να προκύψουν είναι: Ο εποχιακός βαθµός απόδοσης των αντλιών θερµότητας αέρα-αέρα είναι µεταξύ 2.75 και 2.85 τόσο για την περιοχή Θεσσαλονίκης όσο και για την περιοχή Αθηνών. Φυσικά οι βαθµοί αυτοί απόδοσης αφορούν στις συγκεκριµένες αντλίες θερµότητας που επιλέχθηκαν, χωρίς να γίνει κάποια συγκριτική µελέτη αξιολόγησης µεταξύ διαφόρων τύπων αντλιών θερµότητας. Η συνολική εποχιακή κατανάλωση ενέργειας για ψύξη (kwh/m 2 κατοικήσιµης επιφάνειας των αντλιών θερµότητας όλου του κτιρίου είναι κατά 4.5 % µεγαλύτερη στην περιοχή Αθηνών σε σχέση µε την κατανάλωση στην περιοχή Θεσσαλονίκης. Οι διαφορές στην κατανάλωση ανά µήνα παρουσιάζουν µεγαλύτερες ή µικρότερες διαφορές και κυµαίνονται από 3.2% έως 6%. Οι διαφορές στην εποχιακή κατανάλωση ενέργειας ανά θερµική ζώνη εξαρτώνται από τον προσανατολισµό και τη θέση των θερµικών ζωνών και είναι από 3.5% έως 7.5% µεγαλύτερες στην περιοχή Αθηνών. Οι µηνιαίες διαφορές στην κατανάλωση ανά θερµική ζώνη είναι µεγαλύτερες ή µικρότερες, εξαρτώνται και αυτές από τη θέση και τον προσανατολισµό των θερµικών ζωνών του κτιρίου, και κυµαίνονται από 2.6% έως 8%. Οι θερµικές ζώνες του κτιρίου µε ΝΑ και Ν προσανατολισµό παρουσιάζουν κατά 60% µεγαλύτερη ενεργειακή απαίτηση και στις δύο περιοχές. Αυτό που αξίζει να σηµειωθεί είναι η σηµαντική διαφορά στη κατανάλωση ενέργειας για την αφύγρανση του νωπού εξωτερικού αέρα. Η κατανάλωση αυτή είναι εξαπλάσια στην περιοχή Θεσσαλονίκης, λόγω της αυξηµένης υγρασίας του ατµοσφαιρικού αέρα. Αν συγκριθούν οι καταναλώσεις των αντλιών θερµότητας χωρίς το ποσό της αφύγρανσης του αέρα, η συνολική κατανάλωση ενέργειας των αντλιών θερµότητας του κτιρίου είναι κατά 10% µεγαλύτερη στην περιοχή Αθηνών σε σχέση µε την περιοχή Θεσσαλονίκης. Ο µήνας µε τη µεγαλύτερη κατανάλωση ενέργειας είναι ο Ιούλιος και ακολουθούν ο Αύγουστος, ο Ιούνιος και ο Σεπτέµβριος. 4. ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ Με τη µεθοδολογία που παρουσιάζεται στην παρούσα εργασία είναι δυνατή η εκτίµηση της κατανάλωσης ηλεκτρικής ενέργειας αντλιών θερµότητας αέρα-αέρα, µε ένα συµπιεστή σταθερής ταχύτητας. Με την εφαρµογή της µεθοδολογίας µπορούν επίσης να προκύψουν µε γρήγορο τρόπο, αξιόπιστα συµπεράσµατα που αφορούν στον τύπο και στο µέγεθος της αντλίας θερµότητας που είναι κατάλληλη για ένα χώρο ή µία θερµική ζώνη ενός κτιρίου, ώστε να βρεθεί η βέλτιστη από ενεργειακή άποψη λύση. Είναι ευνόητο ότι η ακριβής εκτίµηση των ενεργειακών απαιτήσεων µπορεί να γίνει µόνο µε ακριβή µετεωρολογικά δεδοµένα.

Πίνακας 3: Εκτίµηση της κατανάλωσης ηλεκτρικής ενέργειας για ψύξη (kw/m 2 επιφάνειας σε πενταόροφο κτίριο γραφείων µε ποσοστό ανοιγµάτων 25% κατοικήσιµης ΚΑΤΑΝΑΛΩΣΗ ΗΛΕΚΤΡΙΚΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ ΓΙΑ ΨΥΞΗ (kwh/m 2 ΣΕ ΘΕΡΜΟΜΟΝΩΜΕΝΟ ΠΕΝΤΑΟΡΟΦΟ ΚΤΙΡΙΟ ΓΡΑΦΕΙΩΝ ΜΕ ΠΟΣΟΣΤΟ ΑΝΟΙΓΜΑΤΩΝ 25% ΜΗΝΑΣ ΙΝ ΙΛ ΑΥ ΣΕ Σύνολο Θερµοκρασία κτιρίου κατά την περίοδο λειτουργίας, ( C 26 26 26 26 Θερµοκρασία κτιρίου στη περίοδο µη λειτουργίας, ( C 30 30 30 30 ΑΘΗΝΑ (Θερµοκρασιακά δεδοµένα µετεωρολογικού σταθµού Εθνικού Αστεροσκοπείου Αθηνών ΘΕΡΜΙΚΗ ΖΩΝΗ ΜΕ ΒΑ - Β ΠΡΟΣΑΝΑΤΟΛΙΣΜΟ ΣΕ ΕΝ ΙΑΜΕΣΟ ΟΡΟΦΟ Ψύξη χώρου και νωπού εξωτερικού αέρα, (kwh/m 2 3.35 4.56 4.45 2.86 15.22 Αφύγρανση του νωπού εξωτερικού αέρα, (kwh/m 2 0.04 0.06 0.06 0.03 0.19 Συνολική κατανάλωση ηλεκτρικής ενέργειας, (kwh/m 2 3.39 4.62 4.51 2.89 15.41 ΘΕΡΜΙΚΗ ΖΩΝΗ ΜΕ ΝΑ - Ν ΠΡΟΣΑΝΑΤΟΛΙΣΜΟ ΣΕ ΕΝ ΙΑΜΕΣΟ ΟΡΟΦΟ Ψύξη χώρου και νωπού εξωτερικού αέρα, (kwh/m 2 5.85 7.09 7.00 5.31 25.25 Αφύγρανση του νωπού εξωτερικού αέρα, (kwh/m 2 0.04 0.06 0.06 0.03 0.19 Συνολική κατανάλωση ηλεκτρικής ενέργειας, (kwh/m 2 5.89 7.15 7.06 5.34 25.44 ΘΕΡΜΙΚΗ ΖΩΝΗ ΜΕ ΒΑ - Β ΠΡΟΣΑΝΑΤΟΛΙΣΜΟ ΣΤΟΝ ΤΕΛΕΥΤΑΙΟ ΟΡΟΦΟ Ψύξη χώρου και νωπού εξωτερικού αέρα, (kwh/m 2 3.87 5.30 5.17 3.27 17.61 Αφύγρανση του νωπού εξωτερικού αέρα, (kwh/m 2 0.04 0.06 0.06 0.03 0.19 Συνολική κατανάλωση ηλεκτρικής ενέργειας, (kwh/m 2 3.91 5.36 5.23 3.30 17.80 ΘΕΡΜΙΚΗ ΖΩΝΗ ΜΕ ΝΑ - Ν ΠΡΟΣΑΝΑΤΟΛΙΣΜΟ ΣΤΟΝ ΤΕΛΕΥΤΑΙΟ ΟΡΟΦΟ Ψύξη χώρου και νωπού εξωτερικού αέρα, (kwh/m 2 6.44 7.91 7.79 5.78 27.92 Αφύγρανση του νωπού εξωτερικού αέρα, (kwh/m 2 0.04 0.06 0.06 0.03 0.19 Συνολική κατανάλωση ηλεκτρικής ενέργειας, (kwh/m 2 6.48 7.97 7.85 5.81 28.11 ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗ (Θερµοκρασιακά δεδοµένα µετεωρολογικού σταθµού Α.Π.Θ. ΘΕΡΜΙΚΗ ΖΩΝΗ ΜΕ ΒΑ - Β ΠΡΟΣΑΝΑΤΟΛΙΣΜΟ ΣΕ ΕΝ ΙΑΜΕΣΟ ΟΡΟΦΟ Ψύξη χώρου και νωπού εξωτερικού αέρα, (kwh/m 2 3.02 4.15 3.98 2.54 13.69 Αφύγρανση του νωπού εξωτερικού αέρα, (kwh/m 2 0.27 0.35 0.34 0.24 1.20 Συνολική κατανάλωση ηλεκτρικής ενέργειας, (kwh/m 2 3.29 4.50 4.32 2.78 14.89 ΘΕΡΜΙΚΗ ΖΩΝΗ ΜΕ ΝΑ - Ν ΠΡΟΣΑΝΑΤΟΛΙΣΜΟ ΣΕ ΕΝ ΙΑΜΕΣΟ ΟΡΟΦΟ Ψύξη χώρου και νωπού εξωτερικού αέρα, (kwh/m 2 5.34 6.60 6.45 4.76 23.15 Αφύγρανση του νωπού εξωτερικού αέρα, (kwh/m 2 0.27 0.35 0.34 0.24 1.20 Συνολική κατανάλωση ηλεκτρικής ενέργειας, (kwh/m 2 5.61 6.95 6.79 5.00 24.35 ΘΕΡΜΙΚΗ ΖΩΝΗ ΜΕ ΒΑ - Β ΠΡΟΣΑΝΑΤΟΛΙΣΜΟ ΣΤΟΝ ΤΕΛΕΥΤΑΙΟ ΟΡΟΦΟ Ψύξη χώρου και νωπού εξωτερικού αέρα, (kwh/m 2 3.38 4.70 4.50 2.82 15.40 Αφύγρανση του νωπού εξωτερικού αέρα, (kwh/m 2 0.27 0.35 0.34 0.24 1.20 Συνολική κατανάλωση ηλεκτρικής ενέργειας, (kwh/m 2 3.65 5.05 4.84 3.06 16.60 ΘΕΡΜΙΚΗ ΖΩΝΗ ΜΕ ΝΑ - Ν ΠΡΟΣΑΝΑΤΟΛΙΣΜΟ ΣΤΟΝ ΤΕΛΕΥΤΑΙΟ ΟΡΟΦΟ Ψύξη χώρου και νωπού εξωτερικού αέρα, (kwh/m 2 5.89 7.36 7.17 5.21 25.63 Αφύγρανση του νωπού εξωτερικού αέρα, (kwh/m 2 0.27 0.35 0.34 0.24 1.20 Συνολική κατανάλωση ηλεκτρικής ενέργειας, (kwh/m 2 6.16 7.71 7.51 5.45 26.83

ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ 1. ANSI/ASHRAE 116-1995, Methods of Testing for Rating Seasonal Efficiency of Unitary Air Conditioners and Heat Pumps,, American Society of Heating, Refrigerating and Air- Conditioning Engineers, Atlanta, USA. 2. ASHRAE, Fundamentals, American Society of Heating, Refrigerating and Air- Conditioning Engineers, Atlanta, USA, 1993. 3. Knebel D., Simplified energy analysis using the modified bin method, ASHRAE, Atlanta, 1983. 4. Knebel D. and Silver S., Upgrated documentation of the TC 4.7 simplified energy analysis procedure, ASHRAE Trans. 91(2, pp. 354-368, 1985. 5. Παπακώστας Κ.Τ., Συµβολή στην εκτίµηση της κατανάλωσης ενέργειας σε συστήµατα θέρµανσης και κλιµατισµού στην Ελλάδα, µε τη χρήση µεθόδων απλής και πολλαπλής µέτρησης, ιδακτορική διατριβή, Τµήµα Μηχανολόγων Μηχανικών Α.Π.Θ., Θεσσαλονίκη, 2001. 6. Papakostas K.T. and Sotiropoulos B.A., Bin Weather data of Thessaloniki, Greece, Renewable Energy, 11, pp. 69-76, 1997. 7. Papakostas K.T., Bin Weather data of Athens, Greece, Renewable Energy, Vol. 17, No 2, pp. 265-275, 1998. 8. Παπακώστας Κ.Τ. (1998, Θερµοκρασιακά δεδοµένα Αθηνών και Θεσσαλονίκης κατάλληλα για την ενεργειακή αξιολόγηση συστηµάτων θέρµανσης και κλιµατισµού, ΚΤΙΡΙΟ, Επιστηµονική έκδοση, τεύχος Γ, σελ. 39-45.