Σχεδίαση συστημάτων ηλιακού κλιματισμού με στερεά αφυγραντικά μέσα

Abstract

Τα τελευταία χρόνια η ραγδαία αύξηση των φορτίων κλιματισμού, σε συνδυασμό με την όξυνση των προβλημάτων που σχετίζονται με τις κλιματικές αλλαγές και τις εντάσεις στο πεδίο της ενεργειακής τροφοδοσίας έχουν στρέψει το ενδιαφέρον στις τεχνολογίες κλιματισμού που βασίζονται ενεργειακά στις ανανεώσιμες πηγές ενέργειας. Ειδικότερα, ιδιαίτερο ενδιαφέρον παρουσιάζουν οι τεχνολογίες ηλιακού κλιματισμού. Στα πλαίσια της παρούσας εργασίας εξετάζεται μια από τις διαθέσιμες τεχνολογίες ηλιακού κλιματισμού, αυτή που χρησιμοποιεί στερεά αφυγραντικά μέσα (solar desiccant cooling). Ειδικότερος στόχος της εργασίας είναι η διερεύνηση των προβλημάτων που σχετίζονται με το σχεδιασμό στην πράξη τέτοιων εγκαταστάσεων, καθώς και η διατύπωση μεθοδολογικών προσεγγίσεων για την επίλυσή τους. Αρχικά συζητούνται οι προσπάθειες αναζήτησης εναλλακτικών μεθόδων και τεχνολογιών κλιματισμού που βασίζονται ενεργειακά στις ανανεώσιμες πηγές ενέργειας. Αναλύονται τα πλεονεκτήματα που έχουν οι τεχνολογίες ηλιακού κλιματισμού, με έμφαση στο βασικό τους χαρακτηριστικό που είναι ο ταυτοχρονισμός μεταξύ προσφοράς (αυξημένη ηλιοφάνεια) και ζήτησης (αυξημένα φορτία ψύξης). Στη συνέχεια, παρουσιάζονται η αρχή λειτουργίας ενός τυπικού συστήματος ηλιακού κλιματισμού με αφυγραντικά μέσα, που περιλαμβάνει τον τροχό αφύγρανσης (desiccant), τον εναλλάκτη, τους υγραντήρες (άμεσο και έμμεσο) και την πηγή θερμότητας για την αναγέννηση του τροχού. Από τη συζήτηση προκύπτει ότι το βασικό πλεονέκτημα αυτής της μεθόδου είναι ότι γίνεται ταυτόχρονη ρύθμιση θερμοκρασίας και υγρασίας, συνδυάζοντας έτσι την αντιμετώπιση τόσο του αισθητού όσο και του λανθάνοντος φορτίου κλιματισμού. Παρουσιάζεται επίσης η έννοια της ποιότητας εσωτερικού χώρου, εισάγοντας την ιδέα ότι ο κλιματισμός ενός χώρου υπόκειται σε κάποιους περιορισμούς που αφορούν όχι μόνο τη θερμική άνεση των ατόμων που βρίσκονται σε αυτόν, αλλά και τη διασφάλιση της υγιεινής του αέρα. Ακολουθεί η παρουσίαση των δομικών στοιχείων ενός τυπικού συστήματος ηλιακού κλιματισμού με αφυγραντικά μέσα, καθώς και η αρχή λειτουργίας τους, και αξιολογούνται οι δυνατές εναλλακτικές διαμορφώσεις τους, που είναι δυνατόν να υλοποιηθούν στην πράξη, συμπεριλαμβανομένων πληροφοριών που σχετίζονται με την αποδοτικότητα, το κόστος αλλά και την εμπορική διαθεσιμότητά τους. Επιχειρείται στη συνέχεια η διατύπωση ενός συνόλου οδηγιών που σκοπό έχουν να κατευθύνουν, βήμα προς βήμα, τον ενδιαφερόμενο ως προς το σχεδιασμό συστημάτων ηλιακού κλιματισμού με στερεά αφυγραντικά μέσα. Διατυπώνονται κανόνες που επιτρέπουν τον υπολογισμό της δυναμικότητας (διαστασιολόγηση) των υποσυστημάτων με βάση τις επιθυμητές συνθήκες του χώρου, τις περιβαλλοντικές συνθήκες και τα φορτία του χώρου. Ακόμα δίνεται έμφαση σε στοιχεία και παραμέτρους που πρέπει να λάβει κανείς υπόψη προκειμένου να σχεδιάσει ένα σύστημα που να ανταποκρίνεται στους στόχους που έχουν τεθεί και να είναι όσο το δυνατόν συμφέρον από τεχνοοικονομικής άποψης. Στη συνέχεια παρουσιάζεται ένα αντιπροσωπευτικό παράδειγμα εφαρμογής της προτεινόμενης μεθοδολογίας, αφενός για την καλύτερη επεξήγησή της και αφετέρου για να φωτιστούν πτυχές του ζητήματος και ενδεχόμενα προβλήματα που δεν είχαν γίνει φανερά στη προηγούμενη ανάλυση. Πιο συγκεκριμένα μελετάται, ακολουθώντας βήμα προς βήμα την προτεινόμενη μεθοδολογία σχεδιασμού, εργασιακός χώρος που βρίσκεται στο Εργαστήριο Ηλιακών & άλλων Ενεργειακών Συστημάτων του ΕΚΕΦΕ «ΔΗΜΟΚΡΙΤΟΣ», όπου άλλωστε και εκπονήθηκε η παρούσα εργασία. Στο τελευταίο μέρος της εργασίας παραθέτονται συμπεράσματα από την προηγούμενη ανάλυση, τα οποία εστιάζονται στη διατύπωση κριτηρίων σχετικά με τις συνθήκες κάτω από τις οποίες είναι εφικτή και συμφέρουσα η χρήση τέτοιων συστημάτων, καθώς και ορισμένων γενικών κανόνων βάση των οποίων θα μπορεί να επιλέγεται η καταλληλότερη διάταξη, ανάλογα με τα χαρακτηριστικά του κλιματιζόμενου χώρου.

Solar desiccant air-conditioning systems design.