Ενεργειακή, εξεργειακή, οικονομική και περιβαλλοντική ανάλυση ενός ηλιακού – υβριδικού συστήματος ψύξης - Τσιφής, Γεώργιος (Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Μηχανολόγων Μηχανικών. Τομέας Θερμότητας, 2017)
Τα περιβαλλοντικά προβλήματα από την υπερβολική εκπομπή ρύπων, η εξάντληση των ορυκτών πόρων και η συνεχής αύξηση της τιμής του ηλεκτρικού ρεύματος αποτελούν καθοριστικούς παράγοντες για την στροφή προς την αξιοποίηση εναλλακτικών πηγών ενέργειας. Η ηλιακή ενέργεια αποτελεί μια από τις υποσχόμενες ανανεώσιμες πηγές ενέργειας εξαιτίας της αφθονίας της και της εύκολης εκμεταλλευσιμότητας της. Το χαμηλός κόστος επένδυσης για την αξιοποίηση της ηλιακής θερμικής ενέργειας είναι ένα επιπλέον θετικό στοιχείο το οποίο οδηγεί στην αξιοποίηση της σε μεγάλο πλήθος εφαρμογών, όπως η θέρμανση, η ψύξη, η παραγωγή ρεύματος αλλά και ορισμένες βιομηχανικές διεργασίες. Ο ηλιακός κλιματισμός και γενικότερα η ηλιακή ψύξη είναι μια συνεχώς εξελισσόμενη τεχνολογία διότι είναι μη επιβλαβής για το περιβάλλον και ταυτόχρονα παρουσιάζει ταύτιση της ζήτησης με τη δυνατότητα παραγωγής της απαιτούμενης ψυκτικής ενέργειας. Η παρούσα διπλωματική εργασία, συμβαδίζοντας με τις απαιτήσεις στον τομέα της ενέργειας, πραγματεύεται την αξιοποίηση της ηλιακής θερμικής ενέργειας σε ένα υβριδικό σύστημα ψύξης (cascade) το οποίο λειτουργεί με σύζευξη ενός ψύκτη απορρόφησης και ενός συμβατικού ψύκτη μηχανικής συμπίεσης. Συλλέκτες με σωλήνες κενού, συνολικής επιφανείας 300 m2, συζευγμένοι με δοχείο αποθήκευσης θερμικού ελαίου χρησιμοποιούνται για να τροφοδοτήσουν την ψυκτική διάταξη η οποία παράγει ψυκτική ισχύ της τάξης των 100 kW. Το εργαζόμενο μέσο στο ψύκτη απορρόφησης είναι διάλυμα LiBr-H2O, ενώ το ψυκτικό μέσο στο σύστημα μηχανικής συμπίεσης επιλέχτηκε να είναι R134a. Στόχος αυτής της μελέτης είναι η βελτιστοποίηση αυτού του συστήματος σε διαφορετικές συνθήκες λειτουργίας (θερμοκρασία παραγωγής ψύξης και θερμοκρασία απόρριψης θερμότητας προς το περιβάλλον) για τις κλιματολογικές συνθήκες της Αθήνας σε ετήσια βάση. Πιο συγκριμένα, κριτήριο βελτιστοποίησης επιλέχτηκε η μεγιστοποίηση της παραγόμενης ψυκτικής ενέργειας, ενώ παράλληλα εξετάστηκε και η οικονομική απόδοση της εκάστοτε επένδυσης. Η ανάλυση πραγματοποιήθηκε με ένα δυναμικό-θερμοδυναμικό μοντέλο που αναπτύχθηκε στο λογισμικό EES (Engineering Equation Solver) και επαληθεύτηκε με βιβλιογραφικά δεδομένα. Σύμφωνα με τα τελικά αποτελέσματα, η εξοικονόμηση ηλεκτρικής ενέργειας κυμαίνεται από 30% έως 80% και είναι μεγαλύτερη για υψηλότερες θερμοκρασίες παραγωγής ψύξης και απόρριψης θερμότητας προς το περιβάλλον. Για το σενάριο λειτουργίας με παραγωγή ψύξης στους -20οC και απόρριψη θερμότητας στο περιβάλλον στους 40οC, η εξοικονόμηση ενέργειας βρέθηκε ίση με 54%, η συνολική παραγωγή ψύξης 155 MWh, ο μέσος ετήσιος συντελεστής συμπεριφοράς του συστήματος 0.31, ο αντίστοιχος εξεργειακός βαθμός απόδοσης 5.1%, ο χρόνος αποπληρωμής της επένδυσης 14 έτη και ο εσωτερικός βαθμός απόδοσης αυτής (IRR) περίπου 6.6%