Προσομοίωση, αριστοποίηση και ρύθμιση ηλιακού ψύκτη προσρόφησης συνεχούς λειτουργίας

Abstract

Οι απαιτήσεις για συνθήκες άνεσης στο σύγχρονο κτίριο και οι κλιματικές αλλαγές των τελευταίων ετών συνετέλεσαν στην κατακόρυφη αύξηση των ψυκτικών φορτίων. Τα συμβατικά συστήματα κλιματισμού, αν και έχουν χαμηλό κόστος αγοράς, παρουσιάζουν τρία βασικά μειονεκτήματα: καταναλώνουν μεγάλες ποσότητες ηλεκτρικής ενέργειας, χρησιμοποιούν ψυκτικά μέσα που επιβαρύνουν το περιβάλλον και συμβάλουν στη δημιουργία συνθηκών αιχμής, τόσο στην ενεργή όσο και στην άεργη ισχύ. Οι ψύκτες προσρόφησης κλειστού κύκλου αποτελούν ένα περιβαλλοντικά φιλικό αντικαταστάτη των συμβατικών μονάδων κλιματισμού. Η λειτουργία τους είναι αθόρυβη, αξιοποιούν ηλιακή, και όχι ηλεκτρική, ενέργεια και δεν χρησιμοποιούν επικίνδυνες ουσίες. Στην εργασία αυτή δίνεται ιδιαίτερη έμφαση στην υπολογιστική μελέτη ενός καινοτόμου ψύκτη προσρόφησης συνεχούς λειτουργίας. Ο ψύκτης αποτελείται από ένα θάλαμο κενού, ένα εσωτερικό σύστημα εναλλαγής θερμότητας, έναν εξατμιστήρα, έναν συμπυκνωτήρα και ένα σύστημα διανομής νερού. Η περιοδική αλλαγή κατάστασης επιτυγχάνεται δια μέσου κατάλληλης κίνησης του εσωτερικού συστήματος εναλλαγής θερμότητας συγχρόνως με το σύστημα διανομής νερού. Χρήσιμο έργο παράγεται από την εξάτμιση εξαιτίας της προσρόφησης. Η υπολογιστική μελέτη βασίστηκε σε δύο μαθηματικά πρότυπα, που αναπτύχθηκαν στα πλαίσια της παρούσας εργασίας: ένα αδροποιημένο θερμοδυναμικό πρότυπο και ένα αδιάστατο, λεπτομερέστερο δυναμικό. Το θερμοδυναμικό μοντέλο, ολοκληρωτικής μορφής, χρησιμοποιείται αρχικά για την περιγραφή του βασικού κύκλου ρόφησης και στη συνέχεια τροποποιείται κατάλληλα ούτως ώστε να περιγράψει τον κύκλο με ανάκτηση θερμότητας. Η αριθμητική ολοκλήρωση πραγματοποιήθηκε με τη χρήση ενός συνολικά προσαρμοζόμενου αλγόριθμου, βασισμένο στον κανόνα Gauss - Kronrod, ενώ τα συστήματα των μη γραμμικών εξισώσεων επιλύθηκαν αξιοποιώντας έναν υβριδικό τροποποιημένο αλγόριθμο Powell. Το δυναμικό πρότυπο λαμβάνει υπόψη του την κατανομή της συγκέντρωσης του προσροφημένου ατμού και τις θερμοκρασιακές διαφορές που υπάρχουν στο σύστημα κατά την αξονική διεύθυνση, η οποία αποτελεί τη διεύθυνση ροής του θερμορευστού. Το σύστημα εξισώσεων που προκύπτει επιλύεται χρησιμοποιώντας τη μέθοδο της ταυτόχρονης διακριτοποίησης στο χώρο και στο χρόνο. Η μέθοδος της ορθογώνιας ταξιθεσίας σε πεπερασμένα στοιχεία εφαρμόστηκε για τη διακριτοποίηση στο χώρο ενώ η διακριτοποίηση του χρονικού πεδίου βασίστηκε σε μία πλήρως άμεση πρώτης τάξης μέθοδος πεπερασμένων διαφορών. Χαρακτηριστικά μεγέθη λειτουργίας του ψύκτη, όπως ο συντελεστής απόδοσης και η ειδική ψυκτική ισχύς, υπολογίζονται ως το άθροισμα της συνεισφοράς κάθε ψυκτικού θαλάμου.