Θεωρητική και πειραματική διερεύνηση συστήματος ηλιακού κλιματισμού με στερεά αφυγραντικά μέσα

Abstract

In this PhD Thesis the parameters involved in the modelling of a solar driven solid desiccant air-conditioning system are investigated. The scope of this work is to develop and validate a reliable and easy to implement model, which can be used for the parametrical investigation of the behaviour of relevant systems, as well as for the design of relevant air conditioning applications. The development of the model consists of the selection of the appropriate models for each particular subsystem and integration of the models to this of the complete system. The theoretical investigation of the behaviour of the subsystems leads to the selection of specific models, which are based on valid approaches of the heat and mass transfer phenomena and use properly defined efficiency indices. For the validation of the simulation tools developed in the thesis, an experimental installation connected to a building which would ensure realistic operation conditions has been planned, implemented and studied. Within the objectives of the experimental investigation one should include the gaining of experience related to the selection of the appropriate technology for the subsystems and the handling of potential operational problems. The proposed model has been used for the investigation of the potential of a solar driven solid desiccant air-conditioning system to satisfy cooling loads under various operation scenarios. The implementation of these scenarios on the basis of the experimental set-up would face considerable difficulties, as the experimental set-up underlies the stochastic behaviour of the climatic conditions, as well as manufacturing limitations. As an overall conclusion of the results of the research performed, it can be stated that the solar driven solid desiccant air-conditioning systems represent a reliable alternative technological solution compared to conventional air-conditioning systems, combining satisfactory level of performance and friendly to the environment operation. The further dissemination of these systems is related to the improvement of the techno-economical terms of exploitation through the implementation of more efficient technological solutions and, mainly, of effective design methodologies and control strategies.

Αντικείμενο της διατριβής αποτελεί η θεωρητική και πειραματική διερεύνηση των παραμέτρων που υπεισέρχονται στη μοντελοποίηση ηλιακά υποβοηθούμενου συστήματος Κλιματισμού με Στερεά Αφυγραντικά Μέσα (ΚΣΑΜ). Βασικό στόχο της εργασίας αποτελεί η ανάπτυξη και επιβεβαίωση ενός εύχρηστου μοντέλου, το οποίο να μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τη συστηματική παραμετρική διερεύνηση της συμπεριφοράς παρόμοιων συστημάτων, καθώς και για το σχεδιασμό στην πράξη συναφών εγκαταστάσεων. Η ανάπτυξη του μοντέλου συνίσταται στην επιλογή των κατάλληλων μοντέλων για το κάθε επιμέρους υποσύστημα και στην ενσωμάτωση τους στο συνολικό. Η θεωρητική ανάλυση της συμπεριφοράς των υποσυστημάτων οδηγεί στην πρόκριση συγκεκριμένων μοντέλων, τα οποία βασίζονται σε έγκυρες προσεγγίσεις των φαινομένων μεταφοράς μάζας και θερμότητας και χρησιμοποιούν κατάλληλα ορισμένους συντελεστές απόδοσης. Για την επιβεβαίωση των εργαλείων προσομοίωσης που αναπτύχθηκαν, σχεδιάστηκε, υλοποιήθηκε και μελετήθηκε εκτενώς πειραματική διάταξη ΚΣΑΜ σε διασύνδεση με κτίριο που διασφάλιζε ρεαλιστικές συνθήκες λειτουργίας. Στους στόχους της πειραματικής διερεύνησης περιλαμβάνεται επίσης η αποτύπωση των σημαντικότερων στοιχείων της σχετικής εμπειρίας που αποκτήθηκε, εστιάζοντας σε ζητήματα επιλογής της τεχνολογίας των υποσυστημάτων καθώς και αντιμετώπισης πιθανών λειτουργικών προβλημάτων. Το μοντέλο αξιοποιήθηκε για τη διερεύνηση της συμπεριφοράς ηλιακά υποβοηθούμενου συστήματος ΚΣΑΜ και της ικανότητάς του σε κάλυψη φορτίων κλιματισμού για σενάρια λειτουργίας τα οποία θα ήταν εξαιρετικά δύσκολο να υλοποιηθούν στην πειραματική διάταξη, δεδομένου ότι αυτή υπόκειται τόσο στις τυχαίες μεταβολές των κλιματικών συνθηκών όσο και σε κατασκευαστικούς περιορισμούς. Τα αποτελέσματα της διερεύνησης αξιοποιήθηκαν στην ανάπτυξη στρατηγικής ελέγχου των υποσυστημάτων. Από τη συνολική αποτίμηση των αποτελεσμάτων της έρευνας που πραγματοποιήθηκε στα πλαίσια της εργασίας, συνάγεται ότι τα ηλιακά υποβοηθούμενα συστήματα ΚΣΑΜ, συγκρινόμενα με τα συμβατικά συστήματα κλιματισμού, μπορούν να αποτελέσουν μια αξιόπιστη εναλλακτική τεχνολογική επιλογή που συνδυάζει ικανοποιητικά επίπεδα απόδοσης με φιλική προς το περιβάλλον λειτουργία. Αναγκαία όμως συνθήκη για την ευρύτερη διάδοσή τους είναι η βελτίωση των τεχνικο-οικονομικών όρων εκμετάλλευσής τους, μέσω της χρήσης αποδοτικότερων τεχνολογικών λύσεων και, κυρίως, αποτελεσματικών μεθοδολογιών σχεδιασμού και στρατηγικών ελέγχου, κατεύθυνση προς την οποία επιχείρησε να συμβάλει και η παρούσα έρευνα.