Προσομοίωση ηλιακά υποβοηθούμενης σντλίας θερμότητας

Abstract

Η διπλωματκή εργασία αυτή ασχολείται με την προσομοίωση μιας ηλιακά υποβοηθούμενης αντλίας θερμότητας για θέρμανση νερού . Αποτελείται από δυο μέρη: το θεωρητικό και το υπολογιστικό. Στο θεωρητικό μέρος παρουσιάζεται αρχικά η λειτουργία των αντλιών θερμότητας. Αναφέρεται ο ορισμός τους , ο τρόπος λειτουργίας τους, οι πηγές ενέργειας που χρησιμοποιούν οι αντλίες θερμότητας και διάφορες εφαρμογές τους. Στη συνέχεια ακολουθεί μια σύντομη αναφορά στην ηλιακή ενέργεια και στα ενεργητικά ηλιακά συστήματα , στα οποία συμπεριλαμβάνεται και ο ηλιακός συλλέκτης που είναι μέρος του συστήματος που μελετάμε. Στο επόμενο κεφάλαιο έχουμε συγκεντρωμένες δάιφορες εργασίες και μελέτες που υπάρχουν πάνω στις ηλιακά υποβοηθούμενες αντλίες θερμότητας. οι μελέτες αυτές χωίζονται σε τέσσερις κατηγορίες: στις μελέτες για θέρμανση νερού με χρήση Η.Υ.Α.Θ. , στις μελέτες για θέρμανση χώρου με εναποθήκευση, στις μελέτες για θέρμανση χώρου άμεσης εκτόνωσης και στις μελέτες με χρήση γεωθερμικής ηλιακά υποβοηθούμενης αντλίας θερμότητας για θέρμανση θερμοκηπίου. Στην συνέχεια γίνεται μια αναφορά στα επιμέρους στοιχεία που περιλαμβάνει το σύστημα: στον συμπιεστή , στον συμπυκνωτή , στον ατμοποιητή –ηλιακό συλλέκτη, στην εκτονωτική διάταξη , στο ψυκτικό μέσο ( R-134a) και στον εναλλάκτη θερμότητας. Στην πορεία παρουσιάζεται σε συντομία ο τρόπος λειτουργίας του προγράμματος που χρησιμοποιήθηκε στο υπολογιστικό μέρος. Το πρόγραμμα είναι το Ε.Ε.S. (Engineering Equation Solver) και είναι της F-Chart Software. Στο υπολογιστικό μέρος μελετάμε την λειτουργίας της Η.Υ.Α.Θ. τους μήνες Αύγουστο, Απρίλιο και Δεκέμβριο στην περιοχή της Αθήνας. Με βάση την ηλιακή ακτινοβολία και την θερμοκρασία του περιβάλλοντος την κάθε μέρα υπολογίσαμε όλα τα σημεία του κύκλου και βρήκαμε και τη θερμοκρασία του νερού που θέλουμε να θερμάνουμε. Η απόδοση του συστήματος είναι ικανοποιητική και βλέπουμε ότι και τους χειμερινούς μήνες όπου η ηλιακή ακτινοβολία είναι μικρή ή μηδενική (συννεφιά) η αντλία θερμότητας έχει ικανοποιητική απόδοση.

This thesis deals with the simulation of a solar assisted heat pump for heating water. It consists of two parts: theoretical and computational. In the theoretical part presents at first the operation of a heat pumps. Indicates the definition, the mode, the energy sources and various applications. Then follows a brief reference to solar energy and active solar systems, including the solar collector which is part of the study system. In the next chapter we have concentrated variables studies dealing with solar assisted heat pumps. These studies divided into four categories: studies for heating water using S.A.H.P, on studies for heat storage area, for studies on space heating with direct expansion and studies using solar assisted geothermal heat pump for heating greenhouse. The following is a reference to elements within the system: the compressor, the condenser, the evaporator - solar collector, the expansion valve, the refrigerant (R-134a) and the heat exchanger. Then a sort manual of the program that we used is presenting. The program is E.E.S. (Engineering Equation Solver) by the F-Chart Software. In the computational part, we study the function of this S.A.H.P. in August,in December and in April in Athens. We calculate all the thermo dynamical properties based on the solar radiation and the ambient temperature and also we calculate the temperature rise of the water we want to heat. The system performance is satisfactory and we see that the winter months when solar radiation is small or zero(clouds) the heat pump system has a stable satisfactory performance.