Ενεργειακή, εξεργειακή, οικονομική και περιβαλλοντική ανάλυση ενός ηλιακού – υβριδικού συστήματος ψύξης

Τσιφής, Γεώργιος; Tsifis, Georgios

dc.contributor.author	Τσιφής, Γεώργιος	el
dc.contributor.author	Tsifis, Georgios	en
dc.date.accessioned	2017-12-18T12:46:13Z
dc.date.available	2017-12-18T12:46:13Z
dc.date.issued	2017-12-18
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/46128
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.14657
dc.rights	Αναφορά Δημιουργού 3.0 Ελλάδα	*
dc.rights.uri	http://creativecommons.org/licenses/by/3.0/gr/	*
dc.subject	Solar refrigeration	en
dc.subject	Absorption-compression cascade system	el
dc.subject	Absorption chiller	el
dc.subject	Exergetic analysis	el
dc.subject	VCC	el
dc.title	Ενεργειακή, εξεργειακή, οικονομική και περιβαλλοντική ανάλυση ενός ηλιακού – υβριδικού συστήματος ψύξης	el
dc.title	Energetic, exergetic, economic and environmental (4E) analysis of a solar – hybrid refrigeration system	en
heal.type	bachelorThesis
heal.classification	Ηλιακή ψύξη	el
heal.language	el
heal.access	free
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2017-10-05
heal.abstract	Τα περιβαλλοντικά προβλήματα από την υπερβολική εκπομπή ρύπων, η εξάντληση των ορυκτών πόρων και η συνεχής αύξηση της τιμής του ηλεκτρικού ρεύματος αποτελούν καθοριστικούς παράγοντες για την στροφή προς την αξιοποίηση εναλλακτικών πηγών ενέργειας. Η ηλιακή ενέργεια αποτελεί μια από τις υποσχόμενες ανανεώσιμες πηγές ενέργειας εξαιτίας της αφθονίας της και της εύκολης εκμεταλλευσιμότητας της. Το χαμηλός κόστος επένδυσης για την αξιοποίηση της ηλιακής θερμικής ενέργειας είναι ένα επιπλέον θετικό στοιχείο το οποίο οδηγεί στην αξιοποίηση της σε μεγάλο πλήθος εφαρμογών, όπως η θέρμανση, η ψύξη, η παραγωγή ρεύματος αλλά και ορισμένες βιομηχανικές διεργασίες. Ο ηλιακός κλιματισμός και γενικότερα η ηλιακή ψύξη είναι μια συνεχώς εξελισσόμενη τεχνολογία διότι είναι μη επιβλαβής για το περιβάλλον και ταυτόχρονα παρουσιάζει ταύτιση της ζήτησης με τη δυνατότητα παραγωγής της απαιτούμενης ψυκτικής ενέργειας. Η παρούσα διπλωματική εργασία, συμβαδίζοντας με τις απαιτήσεις στον τομέα της ενέργειας, πραγματεύεται την αξιοποίηση της ηλιακής θερμικής ενέργειας σε ένα υβριδικό σύστημα ψύξης (cascade) το οποίο λειτουργεί με σύζευξη ενός ψύκτη απορρόφησης και ενός συμβατικού ψύκτη μηχανικής συμπίεσης. Συλλέκτες με σωλήνες κενού, συνολικής επιφανείας 300 m2, συζευγμένοι με δοχείο αποθήκευσης θερμικού ελαίου χρησιμοποιούνται για να τροφοδοτήσουν την ψυκτική διάταξη η οποία παράγει ψυκτική ισχύ της τάξης των 100 kW. Το εργαζόμενο μέσο στο ψύκτη απορρόφησης είναι διάλυμα LiBr-H2O, ενώ το ψυκτικό μέσο στο σύστημα μηχανικής συμπίεσης επιλέχτηκε να είναι R134a. Στόχος αυτής της μελέτης είναι η βελτιστοποίηση αυτού του συστήματος σε διαφορετικές συνθήκες λειτουργίας (θερμοκρασία παραγωγής ψύξης και θερμοκρασία απόρριψης θερμότητας προς το περιβάλλον) για τις κλιματολογικές συνθήκες της Αθήνας σε ετήσια βάση. Πιο συγκριμένα, κριτήριο βελτιστοποίησης επιλέχτηκε η μεγιστοποίηση της παραγόμενης ψυκτικής ενέργειας, ενώ παράλληλα εξετάστηκε και η οικονομική απόδοση της εκάστοτε επένδυσης. Η ανάλυση πραγματοποιήθηκε με ένα δυναμικό-θερμοδυναμικό μοντέλο που αναπτύχθηκε στο λογισμικό EES (Engineering Equation Solver) και επαληθεύτηκε με βιβλιογραφικά δεδομένα. Σύμφωνα με τα τελικά αποτελέσματα, η εξοικονόμηση ηλεκτρικής ενέργειας κυμαίνεται από 30% έως 80% και είναι μεγαλύτερη για υψηλότερες θερμοκρασίες παραγωγής ψύξης και απόρριψης θερμότητας προς το περιβάλλον. Για το σενάριο λειτουργίας με παραγωγή ψύξης στους -20οC και απόρριψη θερμότητας στο περιβάλλον στους 40οC, η εξοικονόμηση ενέργειας βρέθηκε ίση με 54%, η συνολική παραγωγή ψύξης 155 MWh, ο μέσος ετήσιος συντελεστής συμπεριφοράς του συστήματος 0.31, ο αντίστοιχος εξεργειακός βαθμός απόδοσης 5.1%, ο χρόνος αποπληρωμής της επένδυσης 14 έτη και ο εσωτερικός βαθμός απόδοσης αυτής (IRR) περίπου 6.6%	el
heal.abstract	The environmental problems caused by excessive pollutant emissions, the depletion of mineral resources and the constant increase in the price of electricity have been decisive factors in the change of course towards the exploitation of renewable energy sources. Solar energy is one of the promising renewable energy sources because of its abundance and its easy exploitation. The low cost of investment for the utilization of solar thermal energy is an additional positive element which leads to its exploitation in a large number of applications such as heating, cooling, power generation and some industrial processes. Solar airconditioning and solar refrigeration in general is a constantly evolving technology because it is non-harmful to the environment and at the same time shows demand matching with the ability to produce the required refrigerating energy. This diploma thesis, in keeping with energy requirements, addresses the use of solar thermal energy in a hybrid cascade system that operates by coupling an absorption chiller and a conventional mechanical compression chiller. Vacuum tube collectors with a total surface area of 300 m2 coupled to a thermal oil storage tank are used to supply the refrigerating device which produces a cooling capacity of 100 kW. The working pair in the absorption chiller is LiBr-H2O solution, while the refrigerant in the mechanical compression system was chosen to be R134a. The aim of this study is to optimize this system in various different operating conditions (temperature of refrigerating production and temperature of heat rejection to the environment) for the climatic conditions of Athens on an annual basis. More comparatively, an optimization criterion was chosen to maximize the refrigerating capacity produced, while also examining the economical performance of the investment. The analysis was performed with a dynamic-thermodynamic model developed in the Engineering Equation Solver (EES) software and verified with bibliographic data. According to the final results, electricity savings range from 30% to 80% and are higher for higher refrigerating and heat production temperatures to the environment. For the operating scenario with refrigerating output at -20⁰C and heat rejection to the environment at 40⁰C, the energy savings were 54%, the total refrigerating output 155 MWh, the average annual coefficient of behavior of the system 0.31, the corresponding efficiency level 5.1%, The repayment time of the investment is 14 years and its internal rate of return (IRR) is about 6.6%.	en
heal.advisorName	Τζιβανίδης, Χρήστος	el
heal.committeeMemberName	Κορωνάκη, Ειρήνη	el
heal.committeeMemberName	Ρογδάκης, Εμαννουήλ	el
heal.committeeMemberName	Τζιβανίδης, Χρήστος	el
heal.academicPublisher	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Μηχανολόγων Μηχανικών. Τομέας Θερμότητας	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.numberOfPages	226 σ.
heal.fullTextAvailability	true