Υπολογιστική προσομοιώση αφυγραντικού τροχού με χρήση της εφαρμογής "COMSOL"

Abstract

Η ολοένα αυξανόμενη ανάγκη για την κατασκευή αποδοτικών και αποτελεσματικών κλιματιστικών συσκευών για κατοικίες και χώρους εργασίας, έχει οδηγήσει τα τελευταία χρόνια στην ραγδαία εξέλιξη τους. Αυτή η εξέλιξη προέκυψε από την ανάγκη να ελέγχουμε τη θερμοκρασία και την υγρασία του αέρα. Ωστόσο, το κόστος της ηλεκτρικής ενέργειας, που αυξάνεται ραγδαία και οι πιέσεις των προσφάτων νομοθεσιών για μείωση των επιβλαβών, για το περιβάλλον ρύπων, απαιτούν αλλαγές στον τρόπο λειτουργίας τους, ακόμα και επανεξέταση των συστημάτων αυτών. Στο πλαίσιο αυτό, την τελευταία δεκαετία έχει αρχίσει η εφαρμογή των αφυγραντικών τροχών. Τα συστήματα αυτά απαιτούν λιγότερη ισχύ για τη λειτουργία τους ενώ δεν εκπέμπουν επιβλαβή αέρια για το περιβάλλον. Χρησιμοποιώντας προσροφητικά μέσα και μέταλλα με μεγάλη θερμοχωρητικότητα, επιτυγχάνουμε ρύθμιση της θερμοκρασίας και της υγρασίας του κλιματιζόμενου αέρα. Τα συστήματα που έχουν επικρατήσει αποκλειστικά για τον κλιματισμό των κλειστών χώρων είναι δύο, τα DEC( Dessicant evaporative cooling) και τα ERV(Enthalpy Recovery Ventilation). Το δεύτερο είναι και το αντικείμενο μελέτης μας. Αρχικά, θα γίνει μία ιστορική αναδρομή και θα ασχοληθούμε με κάποια βασικά στοιχεία των προσροφητικών μέσων και θα γίνει σύντομη αναφορά στον τρόπο λειτουργίας του DEC. Στη συνέχεια, θα αναφέρουμε όλα τα είδη των τροχών που χρησιμοποιούν αφυγραντικά μέσα, τα πεδία εφαρμογής τους και θα γίνει η σύγκριση τους βάσει των χαρακτηριστικών λειτουργίας τους. Επίσης, θα αναφερθούν τα πλεονεκτήματα και τα μειονεκτήματα του enthalpy wheel, δηλαδή τροχό που ρυθμίζει παράλληλα θερμοκρασία και υγρασία. Ο τροχός αυτός χρησιμοποιείται στο ERV. Ακολούθως, μαθηματικοποιούμε το πρόβλημα μας ακολουθώντας το μοντέλο του Simonson. Στην περίπτωση αυτή, μελετάμε ένα στοιχειώδες κανάλι του προσροφητικού μέσου όπου θέλουμε να γνωρίζουμε τις μεταβολές της θερμοκρασίας και της υγρασίας του κλιματιζόμενου αέρα. Η ανάλυση αυτή είναι μονοδιάστατη και εξαρτάται από το χρόνο. Τέλος, φθάνουμε στο σκοπό της μελέτης που είναι η υπολογιστική προσομοίωση του καναλιού με την εφαρμογή ‘COMSOL’. Αρχικά, μετατρέπουμε τις μαθηματικοφυσικές εξισώσεις ώστε να περιγράφουν διδιάστατο πεδίο και στη συνέχεια τις εισάγουμε στην εφαρμογή. Διαθέτει πολλά εργαλεία επεξεργασίας των αποτελεσμάτων και προσφέρει σχηματική απεικόνιση των αποτελεσμάτων. Αποδεικνύεται πως τα συστήματα αυτά αποτελούν μία εναλλακτική λύση κλιματισμού με κύρια οφέλη την εξοικονόμηση ρύπων και ενέργειας. Ωστόσο, η εφαρμογή τους είναι περιορισμένη στην Ελλάδα, καθώς τα συναντάμε κυρίως σε βιομηχανίες όπου χρησιμοποιούνται αποκλειστικά ως αφυγραντικά συστήματα, για τη διατήρηση των προϊόντων. Κλείνοντας, θα ήθελα να ευχαριστήσω την επιβλέπων της μελέτης αυτής, κ.Κορωνάκη Ειρήνη, λέκτορα του τομέα Θερμότητας, για την εκπαιδευτική της στήριξη στη διπλωματική μου εργασία.

The continuously increasing need for the manufacture efficient and effective air-conditionning appliances for residences and working places, has led in the past few year to their rapid development. This development resulted from the need to check the temperature and the humidity of air. However, the cost of electric energy, that is increased rapidly and the pressures of recent legislation on reduction of harmful, for the environment of pollutants, require changes in their way of operation, even review of this systems. In this frame, the last decade has begun the application of dehumidifier wheels. This systems require less force for their operation while they do not emit harmful airy for the environment. Using adsorptive means and metals with big heat capacity, we achieve regulation of temperature and humidity of conditioned air. The systems that have prevailed exclusively for the air conditioning of closed spaces are two, the DEC (Dessicant evaporative cooling) and the ERV (Enthalpy Recovery Ventilation). Second is also our object of study. Initially, will become a historical retrospection and will deal with certain basic elements of adsorptive means and will become short report in the way of operation of DEC. Afterwards, we will report the all types of wheels that use dehumidification in, their fields of application and will become their comparison based on their characteristics of operation. Also, will be reported the advantages and the disadvantages enthalpy wheel, that is to say wheel that regulates at the same time temperature and humidity. This wheel is used in the ERV. Followingly, we insert the mathematical equations of our problem following the model of Simonson. In this case, we study a elementary channel of adsorptive means where we want to know the changes of temperature and humidity of conditioned air. This analysis is monodimensional and depends from per year. Finally, we reach in the aim of study that is the calculating simulation of channel with application ` COMSOL'. Initially, we change the mathematical equations so that they describe field and afterwards him we import in the application. It allocates a lot of tools of treatment of results and offers schematic depiction of results. It is proved that this systems constitute a alternative solution of air conditioning with main profits the saving of pollutants and energy. However, their application is limited in Greece, while meets him mainly in industries where they are used exclusively as dehumidifier systems, for the maintenance of products. Closing, I would want to thank supervisor of this study, k. Koronaki Eirini, lecturer of sector of Heat, for her educational support in my diplomatic work.