Μοντελοποίηση Συμπεριφοράς Εξατμιστικών Ψυκτών τύπου Maisotsenko

Abstract

Σκοπός της παρούσας διπλωματικής εργασίας είναι η μελέτη μιας μονάδας εξατμιστικού ψύκτη στην οποία εφαρμόζεται ο κύκλος του Maisotsenko. Αρχικά παρουσιάζονται, στο Κεφάλαιο 2, τα συστήματα εξατμιστικής ψύξης, τα οποία προϋπήρχαν του συστήματος που εφαρμόζει τον κύκλο του Maisotsenko. Αυτά είναι ο άμεσος, ο έμμεσος εξατμιστικός ψύκτης και αυτός του συνδυασμένου κύκλου. Στο ίδιο κεφάλαιο αναφέρονται τα πλεονεκτήματα και τα μειονεκτήματα των συστημάτων αυτών αλλά και ο λόγοι που αυτά τα συστήματα δεν κατάφεραν να εισχωρήσουν με επιτυχία και να επικρατήσουν στην αγορά. Στο Κεφάλαιο 3 παρουσιάζεται ο τρόπος λειτουργίας των εξατμιστικών ψυκτών, οι οποίοι εφαρμόζουν τον κύκλο του Maisotsenko. Γίνεται αναφορά στα πλεονεκτήματα και στα μειονεκτήματα που έχουν και εξηγείται γιατί επικράτησαν έναντι των προγενέστερων συστημάτων εξατμιστικών ψυκτών. Οι βασικός λόγος ήταν ο συνδυασμός της υψηλότερης απόδοσης με τις κατάλληλες συνθήκες με τις οποίες προκύπτει ο αέρας, ο οποίος εισέρχεται στο κλιματιζόμενο χώρο, δηλαδή ψυχρός και ξηρός. Για να γίνει μια ολοκληρωμένη μελέτη αυτού του συστήματος αρχικά κατασκευάστηκε μια διάταξη τέτοιου τύπου, η οποία κατασκευάστηκε από το Εργαστήριο Εφαρμοσμένης Θερμοδυναμικής ΕΜΠ∙ ο τρόπος κατασκευής και εγκατάστασης αυτής της μονάδας παρουσιάζεται στο Κεφάλαιο 4 της παρούσας εργασίας. Επίσης, στο ίδιο Κεφάλαιο γίνεται λόγος για τα υλικά τα οποία χρησιμοποιήθηκαν, για τα μετρητικά όργανα τα οποία τοποθετήθηκαν, τα κατασκευαστικά τους χαρακτηριστικά καθώς και τα σφάλματα, τα οποία εισάγουν στις μετρήσεις.

Τα πιο ενδιαφέροντα σενάρια των μετρήσεων αυτών παρουσιάζονται στο Κεφάλαιο 5, στο οποίο μπορεί να μελετήσει κανείς τους πίνακες των αποτελεσμάτων αλλά και τα διαγράμματα των βασικών αποτελεσμάτων, όπως του βαθμού απόδοσης υγρού βολβού (η), της ψυκτικής ισχύος (Qc) καθώς και της ειδικής κατανάλωσης νερού (swc). Γίνεται σχολιασμός αυτών και εξάγονται συμπεράσματα για την ορθότητα των λεγομένων του κατασκευαστή. Από τα αποτελέσματα διαπιστώνεται η δυνατότητα παραμετροποίησης του ψύκτη, με σκοπό τη βελτίωση της απόδοσής του.

Στη συνέχεια στο Κεφάλαιο 6 γίνεται παρουσίαση των αποτελεσμάτων που προκύπτουν από ένα πρόγραμμα προσομοίωσης της μονάδας, το οποίο γράφτηκε στο πρόγραμμα Mathcad. Παρουσιάζονται επίσης οι εξισώσεις που χρησιμοποιήθηκαν και η μέθοδος υπολογισμού που χρησιμοποιήθηκε, αυτή των πεπερασμένων διαφορών. Τέλος, στο ίδιο Κεφάλαιο γίνεται σχολιασμός των αποτελεσμάτων, αλλά κυρίως γίνεται σύγκριση αυτών με τα αντίστοιχα αποτελέσματα των πειραματικών μετρήσεων, το οποίο ήταν και ο αρχικός και βασικός στόχος της παρούσας μελέτης.

Στο Κεφάλαιο 7 παρουσιάζεται μια μελέτη για την αξιοποίηση του βρόχινου νερού για τον υπό μελέτη σύστημα. Αφού, όπως αναφέρεται και στο Κεφάλαιο 3 κύριο μειονέκτημα όλων των εξατμιστικών ψυκτών, άρα και αυτού που εφαρμόζει τον κύκλο του Maisotsenko είναι ότι η λειτουργία τους βασίζεται στη χρησιμοποίηση μιας ποσότητας νερού. Εξετάζεται λοιπόν αν το νερό αυτό επαρκεί για τη λειτουργία ενός τέτοιου συστήματος σε διάφορες πόλεις στη Ελλάδα, αλλά και η ελάχιστη επιφάνεια που απαιτείται για τη συλλογή αυτού.

The aim of this thesis is to study an evaporative cooler unit to which the cycle of Maisotsenko is applied.

Originally evaporative cooling systems are presented in Chapter2, which were designed system earlier than the system in which Maisotsenko Cycle is applied. These are the direct, the indirect evaporative cooler and the cooler of the combined cycle. In the same chapter are presented the advantages and disadvantages of these systems but also why these systems failed to penetrate successfully and dominate the market.

Chapter 3 shows how evaporative coolers, which implement cycle Maisotsenko, operate. Mention is made of the advantages and disadvantages of these systems and why they prevailed over the prior systems of evaporative coolers. The main reason was the combination of higher performance with appropriate conditions of the air, which enters the conditioned space. That is cold and dry. To do a comprehensive study of this system a device of this type was initially built, which is installed at the laboratories of applied thermodynamics at NTUA.

The construction and installation of this unit is presented in Chapter 4 of this thesis. Also in the same chapter are mentioned the materials which were used, the measuring instruments which were placed, the characteristics and the errors which they introduce in measurements. The most interesting scenarios of these measurements are presented in Chapter 5.

This Chapter also contains the results tables and charts of the key results, such as wet bulb efficiency, cooling capacity (Qc) and the coefficient of water consumption (swc). These are also commented and draw conclusions about the correctness of the sayings of the manufacturer.

Thereafter in Chapter 6 are presented the results of a program, which simulates the unit and was written in Mathcad. Also in this Chapter are presented the equations and the method of the calculation used, which is the method of the finite difference. Finally, in the same Chapter the results of this program are discussed, but mostly are compared with the corresponding results of experimental measurements, which was the first and main objective of this study.

Chapter 7 presents a study on the use of rainwater for the considered system. Since, as mentioned in Chapter 3 main drawback of all evaporative coolers and thus applying this cycle Maisotsenko is that the operation is based on using a quantity of water. Therefore was calculated whether the water is sufficient to run such a system in various cities in Greece, but also which is the minimum area required to collect it.