Διερεύνηση θερμικών ηλιακών παραγωγής ισχύος στον κτιριακό τομέα

Abstract

The objective of this thesis is to investigate the application of Concentrating Solar Thermal (CST) systems of linear parabolic trough type, in the building sector.Firstly, the theoretical background of CST technology is investigated and the available tools for CST systems’ simulation in international level are evaluated. This knowledge is used as a basis for the development of a new computational routine (New Component TRNSYS Type240) in order to simulate the operation of CST systems parabolic trough type in a more realistic and reliable way compared to the current practice.The experimental procedure that was carried out as part of the thesis, was designed and conducted towards to CST parabolic trough collector’s energy efficiency estimation as an outcome of collector’s fluid inlet temperature, pressure and flow rate parameters. The experimental results were used to validate the computational routine by means of comparative valuation. Considering the comparison’s outcome between experimental and simulated results using the New Item TRNSYS Type240, was derived that the model has a very good accuracy in cases where the operating conditions are within the range given in the international standard EN ISO9806. Then, it was examined the CST systems application in buildings, by means of simulated tools. A range of applications, covering geographically and climatically the country and typologically the most common types of buildings and energy requirements that can be met with CST technology, were investigated. Furthermore, a parametric analysis and evaluation of 35 selected CST variables was carried out. The results showed that the use of CST systems can be considered as an energy-efficient solution, providing environmental advantages over conventional technologies. However, further actions are required towards to reduce their costs and improve their competitiveness.

Το αντικείμενο της διδακτορικής διατριβής αφορά στη διερεύνηση της εφαρμογής των Συγκεντρωτικών Θερμικών Ηλιακών (ΣΘΗ) συστημάτων, παραβολικού τύπου γραμμικής εστίασης, στον κτιριακό τομέα. Αρχικά, διερευνάται το θεωρητικό τεχνολογικό υπόβαθρο των ΣΘΗ και εν συνεχεία αξιολογούνται τα σχετικά υπολογιστικά εργαλεία προσομοίωσης που είναι διαθέσιμα σε διεθνές επίπεδο. Η γνώση αυτή χρησιμοποιείται ως βάση για την ανάπτυξη της νέας υπολογιστικής ρουτίνας (New Component TRNSYS Type240) για την προσομοίωση της λειτουργίας των ΣΘΗ παραβολικού τύπου με τρόπο πιο ρεαλιστικό και αξιόπιστο σε σχέση με τα ως σήμερα εφαρμοζόμενα. Τα αποτελέσματα της πειραματικής διαδικασίας που διεξήχθη στα πλαίσια της διατριβής, χρησιμοποιήθηκαν για την επικύρωση της υπολογιστικής ρουτίνας μέσω της συγκριτικής αποτίμησής τους. Από τη σύγκριση των υπολογιστικών και πειραματικών αποτελεσμάτων, προκύπτει ότι το μοντέλο έχει μια πολύ καλή ακρίβεια για τις περιπτώσεις όπου οι συνθήκες λειτουργίας είναι εντός του εύρους που προβλέπει το διεθνές πρότυπο ΕΝ ISO9806. Στη συνέχεια, έγινε διερεύνηση της εφαρμογής ΣΘΗ στον κτιριακό τομέα, όπου με προσομοιωτικά εργαλεία εξετάστηκαν μία σειρά από εφαρμογές, καλύπτοντας γεωγραφικά/κλιματικά την χώρα και τυπολογικά τα πλέον διαδομένα είδη κτιρίων και ενεργειακών απαιτήσεων που μπορούν να καλυφθούν με την τεχνολογία των ΣΘΗ. Έγινε παραμετρική ανάλυση και αξιολόγηση 35 προσομοιώσεων επιλεγμένου ΣΘΗ συστήματος. Από τα αποτελέσματα συνάγεται ότι η χρήση των ΣΘΗ είναι ενεργειακά αποδοτική, διαθέτοντας περιβαλλοντικά πλεονεκτήματα έναντι των αντίστοιχων συμβατικών τεχνολογιών. Απαιτούνται, όμως, ακόμη δράσεις για τη μείωση του κόστους τους και τη βελτίωση της ανταγωνιστικότητάς τους.