Προσομοίωση ηλιακών θερμικών συστημάτων με την βοήθεια του λογισμικού T*SOL

Ντόρτος, Παναγιώτης; Ntortos, Panagiotis

dc.contributor.author	Ντόρτος, Παναγιώτης	el
dc.contributor.author	Ntortos, Panagiotis	en
dc.date.accessioned	2022-12-19T09:22:05Z
dc.date.available	2022-12-19T09:22:05Z
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/56498
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.24196
dc.description	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο--Μεταπτυχιακή Εργασία. Διεπιστημονικό-Διατμηματικό Πρόγραμμα Μεταπτυχιακών Σπουδών (Δ.Π.Μ.Σ.) “Παραγωγή και Διαχείριση Ενέργειας”	el
dc.rights	Default License
dc.subject	Ηλιακή ενέργεια	el
dc.subject	Ανανεώσιμες πηγές ενέργειας	el
dc.subject	Solar energy	en
dc.subject	Renewable energy sources	en
dc.title	Προσομοίωση ηλιακών θερμικών συστημάτων με την βοήθεια του λογισμικού T*SOL	el
heal.type	masterThesis
heal.secondaryTitle	Simulation of solar thermal systems with the help of T*SOL software	el
heal.classification	Μηχανική	el
heal.language	el
heal.access	free
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2022-10-03
heal.abstract	Στο πρώτο κεφάλαιο δόθηκαν οι βασικότερες έννοιες για την ηλιακή ακτινοβολία που είναι όμως απαραίτητες για την παρακολούθηση της συνέχειας της εργασίας. Από τις πιο σημαντικές παραμέτρους είναι η κλίση των ηλιακών συλλεκτών και το αζιμούθιο λαμβάνοντας πάντα υπόψιν την γεωγραφική περιοχή του τόπου. Στα συστήματα που εξετάστηκαν στην συνέχεια θεωρήθηκε ότι βρίσκονται στην Αττική, επομένως σύμφωνα με την βιβλιογραφία το αζιμούθιο της επιφάνειας τους θα πρέπει να είναι ίσο με μηδέν, δηλαδή να είναι στραμμένα προς τον νότο, ενώ η κλίση των συλλεκτών θα πρέπει να είναι ίση με το γεωγραφικό πλάτος της Αθήνας που είναι 38⁰. Η συγκεκριμένη κλίση επιλέχθηκε γιατί μεγιστοποιεί την συνολική ετήσια ηλιακή ενέργεια, αφού θεωρείται ότι τα συστήματα θα λειτουργούν όλο το έτος. Εάν θέλαμε να μεγιστοποιήσουμε την ηλιακή ενέργεια κάποια συγκεκριμένη εποχή του χρόνου τότε η κλίση των συλλεκτών θα έπρεπε να μεταβληθεί κατά ±15⁰ για χειμώνα ή καλοκαίρι αντίστοιχα. Στην συνέχεια παρουσιάστηκαν οι βασικότερες σχέσεις για την μετατροπή της ακτινοβολίας οριζόντιας επιφάνειας σε ακτινοβολία κεκλιμένης επιφανείας καθώς και οι βασικότερες αρχές λειτουργίας των ηλιακών συλλεκτών. Προς το τέλος του πρώτου κεφαλαίου έγινε αναφορά για την διείσδυση των ηλιακών θερμικών συστημάτων στην Ευρώπη και τον υπόλοιπο κόσμο όπως και για την σημαντική εξοικονόμηση ενέργειας που μπορεί να επιτευχθεί. Με την προσθήκη ενός ψυκτικού κύκλου μπορούν να καλυφθούν και φορτία ψύξης και έτσι αυξάνεται η ευελιξία του συστήματος. Τα βασικότερα χαρακτηριστικά και ο τρόπος λειτουργίας του λογισμικού αναλύθηκαν στο δεύτερο κεφάλαιο. Η βασική δομή ενός συστήματος, ο σχεδιασμός, τα ισοζύγια ενέργειας στα επιμέρους στοιχεία, οι βασικότερες σχέσεις υπολογισμού και η οικονομική αξιολόγηση αναλύονται διεξοδικά, πάντα σύμφωνα με το εγχειρίδιο λειτουργίας του T*SOL. Ο τρόπος διαστασιολόγησης των επιμέρους στοιχείων του συστήματος είτε πρόκειται για συλλέκτες είτε για δοχεία αποθήκευσης σε γενικές γραμμές είναι κοινός για όλα τα συστήματα. Για την μείωση των απωλειών ενέργειας, όλα τα στοιχεία είναι μονωμένα, όπου συνήθως το πάχος της μόνωσης αυξάνεται αναλογικά με το μέγεθος του στοιχείου, π.χ. την διάμετρο ενός αγωγού. 8 Θα πρέπει να καθοριστούν και τα μήκη των σωληνώσεων καθώς παίζουν και αυτά σημαντικό ρόλο στις απώλειες θερμότητας, για παράδειγμα ένα πολύπλοκο σύστημα με πολλά στοιχεία και πολλές σωληνώσεις είναι αναμενόμενο να έχει αυξημένες απώλειες σε σχέση με ένα απλούστερο. Μετα τα δυο πρώτα κεφάλαια που ήταν εισαγωγικά, ακολούθησε το τρίτο κεφάλαιο όπου μελετήθηκε η παροχή ζεστού νερού χρήσης για μια μικρή κατοικία που θα εξυπηρετεί συνολικά τέσσερα άτομα. Ιδιαίτερη βαρύτητα δόθηκε στις τεχνικές οδηγίες του ΤΕΕ, για τον καθορισμό των βασικών χαρακτηριστικών όπως τις καταναλώσεις ανά άτομο, τις θερμοκρασίες του νερού στο δίκτυο κτλ. Έγινε ιδιαίτερη προσπάθεια να υπάρχει μεγάλη ακρίβεια στα δεδομένα, για να προκύψει ένα ακριβές αποτέλεσμα. Όσα δεδομένα δεν μπόρεσαν να βρεθούν είτε από τις οδηγίες του ΤΕΕ, είτε από το εγχειρίδιο λειτουργίας του λογισμικού πάρθηκαν από την διεθνή βιβλιογραφία κάνοντας πάντα τις αντίστοιχες αναφορές. Μελετήθηκαν αρκετές υλοποιήσεις για διάφορες χωρητικότητες του δοχείου αποθήκευσης από 150lt έως και 500lt και για διάφορες συλλεκτικές επιφάνειες από 2m2 έως και 16m2 . Τελικά το σύστημα που είχε τον μικρότερο χρόνο απόσβεσης είχε δοχείο αποθήκευσης χωρητικότητας 300lt και 6m2 συλλεκτική επιφάνεια, ενώ ταυτόχρονα είχε και το μικρότερο κόστος ηλιακής ενέργειας που ήταν 0.045€/kwh. Οποιαδήποτε μεταβολή στα εν λόγω στοιχεία θα οδηγούσε σε ένα λιγότερο αποδοτικό σύστημα. Για να γίνουν περισσότερο κατανοητά τα αποτελέσματα παρουσιάστηκαν και διαγράμματα για τα ετήσια έσοδα, τα κόστη του εξοπλισμού, τα κόστη λειτουργίας, την παραγόμενη ηλιακή ενέργεια, την κατανάλωση ηλεκτρικού ρεύματος κτλ. Το συμπέρασμα που προέκυψε ήταν όσο αυξάνονταν είτε η συλλεκτική επιφάνεια είτε η χωρητικότητα του αποθηκευτικού μέσου το σύστημα παρουσίαζε συνεχώς καλύτερα αποτελέσματα ενώ παράλληλα αυξάνονταν και το κόστος. Μετα από ένα σημείο το κόστος του εξοπλισμού αύξανε υπέρμετρα χωρίς να υπάρχει η αντίστοιχη αύξηση των εσόδων, με αποτέλεσμα το σύστημα να είναι οικονομικά ασύμφορο. Εκτός όμως από τα οικονομικά οφέλη ενός τέτοιου συστήματος υπάρχουν και τα περιβαλλοντικά. Συνεπώς δεν θα μπορούσε να παραληφθεί η σημαντική μείωση το εκπομπών διοξειδίου του άνθρακα, όπου για το σύστημα με το δοχείο των 300lt και 6m2 , αποδείχθηκε ότι με την χρήση ηλιακών συλλεκτών μπορούν να μειωθούν έως και 90% οι ετήσιες εκπομπές σε σχέση με έναν λέβητα πετρελαίου. Η επόμενη περίπτωση που μελετήθηκε ήταν για μια μικρή ξενοδοχειακή μονάδα, όπου το ηλιακό σύστημα θα παρείχε ζεστό νερό χρήσης και θέρμανση χώρων. Οι θερμικές απώλειες του κτηρίου και η ονομαστική ισχύς του λέβητα προέκυψαν από υπάρχουσα μελέτη η οποία παρουσιάζεται στο αντίστοιχο κεφάλαιο της εργασίας. Ιδιαίτερη προσοχή απαιτεί το χρονοπρόγραμμα για την ζήτηση ενέργειας, όπου πρακτικά είναι το ίδιο με το ποσοστό πληρότητας της μονάδας για κάθε ημέρα του έτους. Οι παράμετροι που μελετήθηκαν είναι η συλλεκτική επιφάνεια όπου κυμάνθηκε από 4m2 έως 164m2 με βήμα 4m2 , η χωρητικότητα του δοχείου για το ζεστό νερό χρήσης (DHW tank) από 150lt έως 3000lt και η χωρητικότητα του δοχείου για την θέρμανση χώρων (SH tank) που κυμάνθηκε επίσης 150lt έως 3000lt. Το σύστημα με τον μικρότερο χρόνο απόσβεσης επιτυγχάνεται για 150lt DHW, 150lt SH και 8m2 ,αλλά με μικρή ηλιακή συνεισφορά που είναι μόλις στο 10%. Καθώς αυξάνονταν η συλλεκτική επιφάνεια παρατηρήθηκε ότι τα συστήματα που είχαν μικρής χωρητικότητας δοχεία αποθήκευσης γίνονταν εντελώς ασύμφορα οικονομικά, δηλαδή θα έπρεπε η αύξηση της συλλεκτικής επιφάνειας να συνοδεύεται από ταυτόχρονη αύξηση στην χωρητικότητα προκειμένου να πετύχουμε ένα αποδοτικό σύστημα. Στην συνέχεια παρουσιάστηκαν τα διαγράμματα για την προσφερόμενη ηλιακή ενέργεια, τα κέρδη και την εξοικονόμηση των εκπομπών διοξειδίου του άνθρακα, όπου διαπιστώθηκε ότι όσο αύξανε είτε η συλλεκτική επιφάνεια είτε η χωρητικότητα τόσο αύξαναν οι εν λόγω παράμετροι. Για την εύρεση ενός συστήματος που θα μεγιστοποιεί την ηλιακή συνεισφορά με τα μικρότερα έτη απόσβεσης, ορίστηκε ο λόγος λ1. Επίσης ορίστηκε ο λόγος λ2 που έχει πάλι σαν αριθμητή την ηλιακή συνεισφορά αλλά με παρονομαστή το κόστος της ηλιακής ενέργειας. Τελικά σαν περισσότερο αποτελεσματικό προέκυψε ένα σύστημα με 1500lt DHW, 3000lt SH και 108m2 το οποίο πέτυχε 47% ηλιακή συνεισφορά με κόστος ηλιακής ενέργειας 0,092€/kwh και αποφασίστηκε να μελετηθεί περαιτέρω. Το κόστος της ηλιακής ενέργειας έχει διπλασιαστεί σε σχέση με την προηγούμενη περίπτωση, κυρίως λόγω του αυξημένου κόστους του εξοπλισμού και της μεγάλης συλλεκτικής επιφάνειας. Μόνο κατά τους χειμερινούς μήνες λειτουργούσε το βοηθητικό σύστημα ενέργειας, συνολικά για τέσσερις μήνες, ενώ για τους υπόλοιπους οκτώ μήνες οι ενεργειακές ανάγκες καλυπτόταν από τον ήλιο. Στην συνέχεια προστέθηκαν συλλέκτες κενού και μια αντλία θερμότητας και παρουσιάστηκαν αποτελέσματα για όλους τους πιθανούς συνδυασμούς. Παρατηρήθηκε ότι η αντλία θερμότητας συνέβαλε σημαντικά στην μείωση του χρόνου απόσβεσης λόγω του καλύτερου βαθμού απόδοσης και των αυξημένων εσόδων της έναντι του λέβητα πετρελαίου. Από την άλλη πλευρά οι συλλέκτες κενού αύξησαν τον χρόνο απόσβεσης αφού έχουν αρκετά αυξημένο κόστος αγοράς αλλά αύξησαν και την διείσδυση της ηλιακής ενέργειας, τα έσοδα ενώ μείωσαν κατά πολύ την κατανάλωση ενέργειας από το βοηθητικό σύστημα. Στο τέλος του κεφαλαίου παρουσιάστηκαν οι απώλειες θερμότητας μεταξύ των διαφόρων στοιχείων του συστήματος καθώς και μεταξύ των επίπεδων συλλεκτών και των συλλεκτών κενού. Οι θερμικές απώλειες των συλλεκτών καταλαμβάνουν το μεγαλύτερο ποσοστό επί των συνολικών απωλειών του συστήματος, αμέσως μετα ακολουθούν οι οπτικές απώλειες ενώ πολύ μικρές είναι οι απώλειες των δοχείων αποθήκευσης. Οι συλλέκτες κενού κατάφεραν να μειώσουν έως και 34% τις θερμικές απώλειες των συλλεκτών και κατά 15% τις οπτικές, σε σύγκριση με τους επίπεδους συλλέκτες. Στο πέμπτο κεφάλαιο προστέθηκε μια θερμαινόμενη πισίνα εσωτερικού χώρου στην λειτουργία του συστήματος, ενώ όλα τα υπόλοιπα χαρακτηριστικά παρέμειναν αναλλοίωτα. Η περίοδος λειτουργίας της θεωρήθηκε από 10 Οκτωβρίου έως 10 Απριλίου και ο συνολικός όγκος της ήταν 64m3 . Την πισίνα θα την τροφοδοτεί με ενέργεια το κύκλωμα των ηλιακών συλλεκτών, ενώ όταν η ενέργεια από τον ήλιο δεν επαρκεί θα υπάρχει και βοηθητικό σύστημα ενέργειας. Λόγω των αυξημένων ενεργειακών αναγκών αυξήθηκαν και οι χωρητικότητες των δοχείων όπου κυμάνθηκαν από 1500lt έως 7000lt για το ζεστό νερό χρήσης και από 150lt έως 7000lt για το δοχείο 9 θέρμανσης χώρων. Η συλλεκτική επιφάνεια κυμάνθηκε από 16 m2 έως 236m2 . Το σύστημα που φάνηκε να είναι πιο αποτελεσματικό διέθετε δοχείο 3000lt για ζεστό νερό χρήσης 3000lt για θέρμανση χώρων και 128m2 συλλεκτική επιφάνεια, ενώ η διείσδυση της ηλιακής ενέργειας έφτανε στο 57%. Το προηγούμενο σύστημα που εξετάστηκε είχε διείσδυση 47%, δηλαδή αυξήθηκε κατά 21% λόγω χρήσης της πισίνας. Το κόστος της ηλιακής ενέργειας για το εν λόγω σύστημα ήταν 0.07€/kwh δηλαδή μειώθηκε κατά 24% λόγω χρήσης της πισίνας σε σχέση με το προηγούμενο, ενώ σε σχέση με το πρώτο σύστημα που αφορούσε μια μικρή κατοικία αυξήθηκε κατά 55%. Στην συνέχεια μελετήθηκε η εφαρμογή αντλίας θερμότητας και συλλεκτών κενού, όπως έγινε και στις προηγούμενες περιπτώσεις. Τα αποτελέσματα ήταν όμοια με πρίν, όπου η αντλία θερμότητας με τους επίπεδους συλλέκτες έδωσε τον μικρότερο χρόνο αποπληρωμής. Οι συλλέκτες κενού αν και προσέφεραν περισσότερη ηλιακή ενέργεια και συνεπώς περισσότερα κέρδη από την εξοικονόμηση ενέργειας, παρόλα αυτά δεν κατάφεραν να μειώσουν ούτε τα χρόνια αποπληρωμής ούτε το κόστος της ηλιακής ενέργειας λόγω του αυξημένου κόστους αγοράς τους. Επίσης με την χρήση συλλεκτών κενού αυξήθηκε η συνολική ενεργειακή κατανάλωση, κυρίως λόγω των αυξημένων θερμοκρασιών που βρίσκεται το σύστημα το οποίο οδηγεί σε αυξημένες απώλειες. Στο έκτο κεφάλαιο έγινε σύγκριση μεταξύ του συστήματος που είχε πισίνα και εκείνου που δεν είχε, με σκοπό να προκύψουν συμπεράσματα για το πως η προσθήκη πισίνας επηρεάζει την συμπεριφορά του συστήματος. Οι χωρητικότητες των δοχείων αποθήκευσης είναι 3000lt το κάθε ένα, όπως προέκυψαν από το προηγούμενο κεφάλαιο. Αυτό που διαπιστώθηκε είναι ότι με την πισίνα μπορούμε να πετύχουμε πολύ μικρότερους χρόνους αποπληρωμής καθώς και πολύ μικρότερο κόστος στην ηλιακή ενέργεια. Ο λόγος που συμβαίνει αυτό είναι γιατί η πισίνα λειτουργεί σαν ένα επιπλέον δοχείο αποθήκευσης και έτσι δίνει την δυνατότητα στους συλλέκτες να πετύχουν μεγαλύτερη ηλιακή διείσδυση. Το κέρδος από την εξοικονόμηση ενέργειας αυξάνεται επίσης, όπου για 128m2 συλλεκτικής επιφανείας έχουμε 945€/έτος παραπάνω έσοδα με προσθήκη πισίνας στο σύστημα. Επίσης η χρήση της πισίνας δίνει αρκετά μεγαλύτερες καταναλώσεις όπου για 128m2 συλλεκτικής επιφανείας έχουμε περίπου 31% αύξηση στην συνολική ενεργειακή κατανάλωση. Ένα άλλο σημείο είναι ότι η ενεργειακή κατανάλωση στο σύστημα που έχει πισίνα, αυξάνεται όταν μεγαλώνει η συλλεκτική επιφάνεια, αυτό οφείλεται στο ανώτατο όριο που μπορεί να θερμανθεί το νερό δηλαδή εάν υπάρχει περίσσεια σε ηλιακή ενέργεια και τα δοχεία έχουν πιάσει το ανώτερο θερμοκρασιακό όριο, αυτή η ενέργεια θα οδηγηθεί στην πισίνα θερμαίνοντας το νερό πάνω από την επιθυμητή θερμοκρασία. Τελικά αποδεικνύεται πως η χρήση της πισίνας δεν είναι ιδιαίτερα επιβαρυντική από ενεργειακή άποψη, καθώς καταναλώνει μόλις 200lt πετρελαίου περισσότερα μέσα σε ένα χρόνο. Στο έβδομο κεφάλαιο αναλύθηκαν οι απώλειες θερμότητας στην πισίνα για κάθε μηνά του έτους. Το συμπέρασμα που βγήκε είναι πως η κύρια πηγή απωλειών, είναι η εξάτμιση του νερού όπου σε αυτήν οφείλεται το 93% των απωλειών ετησίως. Σε αυτό το σημείο θα πρέπει να διευκρινιστεί ότι κατά τις ώρες εκτός λειτουργίας θα χρησιμοποιείται ένα θερμομονωτικό κάλυμμα που θα σκεπάζει την επιφάνεια της πισίνας για να μειώσει τις απώλειες θερμότητας. Σε σύγκριση με τις απώλειες θερμότητας των υπόλοιπων στοιχείων του συστήματος προκύπτει ότι μόνο το 5% οφείλονται στην πισίνα ενώ το 59% οφείλονται στις θερμικές απώλειες των συλλεκτών. Στο τελευταίο κεφάλαιο μελετήθηκε πως επηρεάζονται οι οικονομικές παράμετροι των συστημάτων λόγω της αύξησης των τιμών στην ενέργεια. Τα έσοδα των συστημάτων παρουσιάζουν σημαντική αύξηση αφού εξαρτώνται άμεσα από το κόστος του καυσίμου του βοηθητικού συστήματος. Λόγω αυτής της αύξησης των εσόδων υπάρχει μείωση στα χρόνια απόσβεσης της επένδυσης η οποία μπορεί να φτάσει έως και 67% σε ορισμένες περιπτώσεις.	el
heal.abstract	At the first chapter, the fundamental theory of the solar radiation was covered, which is necessary for the further study of the present thesis. One of the most important parameters was the tilt angle of the collectors and the azimuth, always taking into consideration the geographical location of the system. All the systems that were studied in the following chapters, were considered to be installed in Attica, so according to the bibliography the azimuth shall be equal to zero, which means that the surface should be facing to the south and also the tilt angle of the collectors should be equal to the latitude of Athens which is 38⁰. The tilt angle was chosen because it maximizes the total annual solar energy, as the systems are supposed to operate all the year. If we wanted to maximize the solar energy in one specific season of the year the tilt angle should be modified about ±15⁰ for winter or summer respectively. Furthermore, the basic equations were presented for the computing of tilt surface solar radiation from the radiation of horizontal surface as well as the flat plate operation principles. At the end of the first chapter a reference was made for the penetration of solar thermal systems in Europe and in the world in general, as well as the energy savings that can be achieved. By adding a cooling cycle in the system, cooling loads can be covered and as a result systems flexibility increase. The basic parameters setting of the software was covered in the second chapter. The basic structure of a solar thermal system, the design, energy balances of the different components, the most common equations used in calculations and the financial evaluation are covered also in the second chapter according to the software’s manual. The sizing of different components of the system either of the solar collectors or the storage tanks is common for every system. For the reduction of the thermal losses all the components are insulated, where the thickness of the insulation increases proportionally with the size of the component, e.g. the pipes nominal diameter. Also the lengths of the pipes must be specified, as they have a major impact on the systems thermal losses, for example a complex system with many components and pipes, is expected to have increased losses. After the first two introduction chapters, in the third chapter it was studied a residential system for the supply of domestic hot water for a single family of four persons. A special attention was paid to the technical instructions of the technical chamber of Greece in order to determine the basic parameters of the system, such as the hot water consumption per person and water temperature of the domestic drinking water supply system. Special effort was made for the input data to have as high accuracy as possible, in order to produce an accurate simulation. When some information wasn’t available either from the technical instructions or the software’s manual, it was gathered from the bibliography always making the corresponding references. Several system implementations were studied for different storage tank volumes from 150lt up to 500lt, and for different collector areas from 2m2 up to 16m2 . The system which had the minimum capital return time had a 300lt volume storage tank and 6m2 collector area, while it had also the minimum solar energy cost at 0.045€/kWh. Any modifications in the parameters mentioned above, would result in least efficient system. A better understanding of the results was gained with the diagrams of the annual savings, the equipment cost, operation cost, solar energy production, electricity consumption etc. The conclusion was that as the collector area or the storage tank volume increased, the system achieved better results while the equipment cost was increased. After a point the equipment cost was increased excessively without the corresponding increase in savings which resulted to a financial unprofitable system. Beyond the financial benefits of such systems there are also beneficial for the environment. Therefore, could not be omitted the significant reduction of the carbon dioxide emissions, where the system with the 300lt storage tank and 6m2 collector surface achieved a reduction of 90% of the annual emissions compared to a diesel boiler. In the next chapter it was examined a system for a small hotel, where it would provide domestic how water and space heating. The buildings thermal losses and the nominal power of the boiler came up from an existing thermal analysis as shown in the corresponding chapter. Caution should be taken at programming the time schedule for the daily energy demand which is the same with the occupancy rate of the hotel. The parameters that were studied were 11 the collector area which ranged from 4m2 up to 164m2 with a step of 4m2 ,the volume of the storage tank for the domestic hot water (DHW tank) from 150lt up to 3000lt, and the volume of the buffer tank (SH tank) which also ranged from 150lt up to 3000lt. The system with the minimum capital return time is achieved for 150lt DHW tank, 150lt SH tank and 8m2 collector area, but with a very low solar energy contribution factor almost at 10%. As the collector area would increase, the systems with smaller tank volumes would become financial unprofitable, so the increase of collector’s area should be accompanied by an increase in volume of storage tanks in order to achieve an efficient system. Furthermore, were shown the basic diagrams of solar energy production, savings and carbon dioxide emissions avoided, where it was concluded that an increase at the collector area or storage volume would increase the above parameters. For the designing of a system that would maximize the solar energy contribution factor with the minimum capital return time, a new factor, λ1 was defined. Also the factor λ2 was defined where the numerator was again the solar energy contribution factor, but the denominator was the cost of solar energy. At the end the most efficient system turned out to have 1500lt DHW tank, 3000 SH tank and 108m2 collector area while the solar energy contribution was at 47% and the solar energy cost 0,092€/kwh, so it was decided that the system should be studied further. The cost of solar energy has doubled, compared with the previous case, because of the high equipment cost and the increased collectors area. Only at the winter the supplementary heating was operating, in total for four months, the rest eight months the energy needs were covered by solar energy. Additionally more components were examined such as evacuated tube collectors, heat pump and the results were presented for all possible combinations. It was observed that the heat pump, contribute to the reduction of capital return time because of the higher efficiency and the increased savings, compared to the diesel boiler. From the other hand, the evacuated tube collectors increased the capital return time because of their higher equipment cost, but also increased the solar energy penetration, the savings, while they reduced energy consumption from the supplementary heating system. At the end of the chapter the heat losses were analyzed, between different components of the system, and between flat plate and evacuated tube collectors. The major part of systems energy losses comes from the collectors’ thermal losses, following by the optical losses, while storage tank losses are very small. The evacuated tube collectors achieved a reduction of 34% on the thermal and 15% on optical losses, compared to the flat plate collectors. In the following chapter an indoor heated pool was added in the operation of the system, the rest parameters remained the same. The pool operation period was starting from 10 October to April 10 and the total volume was 64m3 . The necessary thermal energy will be provided by the collector’s loop and for the days that solar energy isn’t enough a supplementary heating system will provide the rest energy needed. Due to the increased energy needs the volume of the storage tanks had to increase also, where the volume of the domestic hot water tank ranged from 1500lt up to 7000lt and the buffer tank from 150lt up to 7000lt. The collector’s area ranged from 16m3 up to 236m3 . The system that was most effective had 3000lt DHW tank, 3000lt BT and 128m2 collectors area, while the solar energy contribution factor was at 57%. The system of the previous chapter had 47% solar energy contribution, which means that we had an increase of 21% because of the pool usage. The solar energy cost of this particular system was 0,07€/kwh, so we had a reduction of 24% because of the pool use, compared to the previous system. Compared to the first system which presented in the third chapter the cost increased by 55%. Next a heat pump and evacuated tube collectors were added as it described in the previous cases. The results of the simulations were similar with the previous case, where the heat pump with the flat plate collectors minimized the total capital return time. The evacuated tube collectors provided more solar energy and savings, but were unable to reduce either the capital return time or the solar energy cost, because of their higher investment cost. Also the evacuated tube collector’s usage leads to an increased energy consumption, because of the high temperatures that the system was working on which leads to increased energy losses. Furthermore, in the next chapter a comparison was made between the system with the pool and the one that didn’t have one, with the purpose to examine how the pool affects the systems behavior. The volume of the storage tanks was 3000lt each, as they occurred in the previous case. The conclusion was that the use of pool would lead to smaller capital return time and lower solar energy cost. The reason behind that is that the pool behaves as an extra storage tank and gives the ability to the collectors to achieve higher solar energy penetration. The profits from energy saving are also increased, e.g. for 128m2 collector area the profits are 945€/year higher for the system with the pool. On the contrary, pool would lead to higher energy consumption, where for 128m2 collector area the energy consumption would increase by 31% compared to the system without pool. Also energy consumption seems to increase as the collector’s area increase, this happens because of the upper temperature limit that the water of the pool can be heated, so if there is excess solar energy and the storage tanks have reached their temperature limit, pool water will be heated above the desired temperature. Finally it was proved that pool was affordable to use, as the total diesel consumption was 200lt more per year. In the seventh chapter, were studied the energy losses from the pool for every month of the year. In summary, the major part of systems energy losses comes from the water evaporation which is estimated at 93% of total losses yearly. Outside of operating hours a thermal pool cover would be used to reduce energy losses. In comparison with the energy losses of the rest components, only 5% of the total losses are caused of the pool while 59% caused of collector’s thermal losses. The rising prices in energy will affect the systems economic parameters dramatically, this will be described in the last chapter. The systems savings will also increase because of their strong dependance to the fuel cost used in the auxiliary heating system. This will lead to a high reduction in capital return time, which will reach up to 67% in some cases.	en
heal.advisorName	Τζιβανίδης, Χρήστος	el
heal.committeeMemberName	Καρέλας, Σωτήριος	el
heal.committeeMemberName	Βραχόπουλος, Μιχαήλ	el
heal.academicPublisher	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Μηχανολόγων Μηχανικών	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.numberOfPages	136 σ.	el
heal.fullTextAvailability	false
heal.fullTextAvailability	false