σ ε λ | 2 σ ε λ | 3 Πρόγραμμα Ευφυούς Ενέργειας – Ευρώπη (IEE) ALTENER ‐ Θέρμανση και Ψύξη από Ανανεώσιμες Πηγές Ενέργειας EIE/07/224 SAHC Προώθηση της Ηλιακά Υποβοηθούμενης Θέρμανσης και Ψύξης στην Αγροτροφική Βιομηχανία ΒΑΣΙΚΕΣ ΟΔΗΓΙΕΣ ΓΙΑ ΤΟ ΣΧΕΔΙΑΣΜΟ ΚΑΙ ΤΗΝ ΕΠΙΛΟΓΗ ΘΕΡΜΙΚΩΝ ΗΛΙΑΚΩΝ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ ΓΙΑ ΘΕΡΜΑΝΣΗ ΚΑΙ ΨΥΞΗ ΣΤΗΝ ΑΓΡΟΤΡΟΦΙΚΗ ΒΙΟΜΗΧΑΝΙΑ This guide was produced in the framework of the SAHC project (Promotion of Solar Assisted Heating and Cooling in the agrofood sector) contract number EIE/07/224/SI2.466849 with the support of the EACI. σ ε λ | 4 Περιεχόμενα 1. ΕΙΣΑΓΩΓΗ .............................................................................................................................................. 5 2. ΑΡΧΙΚΑ ΣΤΑΔΙΑ................................................................................................................................... 7 2.1 Αξιολόγηση των πεδίων περιορισμών και των νομικών συνθηκών.........................7 2.2 Αξιολόγηση των χαρακτηριστικών της βιομηχανικής διαδικασίας..........................8 2.3. Εντοπισμός Περιορισμών ........................................................................................................ 14 2.4. Aξιολόγηση πιθανών ενεργειών ενεργειακής βελτιστοποίησης............................ 15 3. ΔΙΑΤΑΞΗ ΚΑΙ ΕΞΟΠΛΙΣΜΟΣ ΕΓΚΑΤΑΣΤΑΣΗΣ................................................................... 16 3.1 Διαθέσιμες τεχνολογίες ............................................................................................................. 16 3.2 Θερμοκίνητοι Ψύκτες ................................................................................................................. 18 3.3. Πύργοι Ψύξης ................................................................................................................................ 23 3.4. Ηλιακοί συλλέκτες ...................................................................................................................... 25 3.5 Διάταξη εγκατάστασης.............................................................................................................. 31 3.6. Διατάξεις Συστημάτων.............................................................................................................. 32 4. ΒΑΣΙΚΟΣ ΣΧΕΔΙΑΣΜΟΣ ΚΑΙ ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑ ............................................................................ 33 4.1. Παράγοντες Σχεδιασμού .......................................................................................................... 33 4.2 Εμπειρικοί Κανόνες ..................................................................................................................... 40 4.3 Ζητήματα Σχεδιασμού και Λειτουργίας.............................................................................. 40 5. ΧΡΗΣΗ ΤΟΥ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΙΚΟΥ ΕΡΓΑΛΕΙΟΥ SAHC ............................................................ 42 5.1 Βασικό Σχεδιαστικό Εργαλείο ................................................................................................ 44 5.2 Πλήρες Σχεδιαστικό Εργαλείο ................................................................................................ 49 6. ΝΟΜΙΚΑ, ΟΙΚΟΝΟΜΙΚΑ ΚΑΙ ΧΡΗΜΑΤΟΔΟΤΙΚΑ ΘΕΜΑΤΑ ........................................... 51 6.1 Οικονομικά και χρηματοδοτικά κριτήρια.......................................................................... 51 6.2 Διαδικασία οικονομικής βελτιστοποίησης........................................................................ 54 6.3 Τελικά θέματα που θα πρέπει να ληφθούν υπ’όψη ...................................................... 55
σ ε λ | 5 1. ΕΙΣΑΓΩΓΗ Ο Οδηγός αυτός προετοιμάστηκε στα πλαίσια του έργου SAHC, το οποίο στοχεύει στην προώθηση της εφαρμογής ηλιακών συστημάτων στην αγροτροφική βιομηχανία για την κάλυψη απαιτήσεων θέρμανσης (30‐90°C) και ψύξης (4‐10°C ). Πρόσφατες έρευνες καταδεικνύουν ότι οι απαιτήσεις θέρμανσης στην βιομηχανία τροφίμων και ποτών επικεντρώνονται ως επί το πλείστον στο χαμηλό και μέσο θερμοκρασιακό εύρος1. Επομένως η χρήση θερμικών ηλιακών συστημάτων (ΘΗΣ) ενδείκνυται για τη βιομηχανία αυτή. Σε πολλές παραγωγικές διεργασίες του τομέα αυτού υπάρχουν παράλληλα απαιτήσεις σε θερμότητα και ψύξη ενώ υπάρχει και απολεσθείσα θερμότητα (waste heat). Η θερμότητα αυτή έχει το πλεονέκτημα να ταυτίζεται με την απαιτούμενη θερμότητα της διαδικασίας. Η επαναχρησιμοποίηση της απολεσθείσας θερμότητας πρέπει να γίνει σε όσο το δυνατόν υψηλότερη θερμοκρασία. Τα συνήθη ενεργειακά συστήματα παρέχουν ενέργεια σε πολύ πιο υψηλές από τις απαιτούμενες θερμοκρασίες , επιτρέποντας έτσι τη χρήση μικρών και οικονομικών εναλλακτών ενέργειας. Η χρήση επομένως των τεχνολογιών θερμικών ηλιακών αποτελεί μια σημαντική πρόκληση. Σήμερα είναι ευρέως αποδεκτό ότι τα βασικά εμπόδια για την προώθηση των συστημάτων SAHC είναι κυρίως οικονομικά και τεχνολογικά. Οι δυσκολίες στην εκτίμηση του χρόνου αποληρωμής της επένδυσης, το υψηλό κόστος κεφαλαίου και η έλλειψη συστηματικών δεδομένων κατά τη διαδικασία λήψης αποφάσεων του έργου, αποτελούν τα βασικά εμπόδια για την υιοθέτηση καινοτόμων συστημάτων που οδηγούν σε ενεργειακή εξοικονόμηση. Από τις περίπου 100 εγκαταστάσεις ηλιακώς υποβοηθούμενων συστημάτων κλιματισμού, μερικές μόνο λειτουργούν σε θερμοκρασίες συλλεκτών αρκετά άνω των 80°C και ακόμη λιγότερες ως εγκαταστάσεις ψύξης. Για διάφορους λόγους, οι προσπάθειες έχουν επικεντρωθεί στις εφαρμογές που αφορούν κλιματισμό αντί για βιομηχανικές εφαρμογές. Κατά συνέπεια, ανάγκη υφίσταται στην απόκτηση εμπειρίας σε ότι αφορά ηλιακά συστήματα ψύξης για βιομηχανικές εφαρμογές. Η χρήση ηλιακής ψύξης σε βιομηχανικές διεργασίες γίνεται εφικτή μόνο με τη σωστή επιλογή συλλεκτών και τεχνολογίας ψύξης (ακόμη και για χαμηλής θερμοκρασίας ψύξη). Υπάρχουν σημαντικά προτερήματα και δυνατότητες σε σύγκριση με εφαρμογές σε άλλους τομείς λόγω της οικονομίας κλίμακας (οι τεχνολογίες ψύξης αντιπροσωπεύουν ένα μεγάλο ποσοστό του κόστους επένδυσης και λειτουργίας). Επιπλέον, όσο πιο μεγάλο το εύρος των θερμοκρασιών για τις ηλιακές εφαρμογές, τόσο μεγαλύτερο το οικονομικό όφελος των ηλιακών συστημάτων, λόγω της μεγαλύτερης περιόδου χρήσης της ηλιακής ενέργειας. 1
Ecoheatcool, The European Heat Market - Final Report, 2006
σ ε λ | 6 Διάγραμμα 1. Εκτιμώμενες απαιτήσεις θερμότητας για τα EU25+ACC4+EFTA3 Η εφαρμογή της ηλιακής ενέργειας σε συστήματα ψύξης έχει διάφορα πλεονεκτήματα, εκτός του ότι προσφέρει λύση στις προαναφερθείσες δυσκολίες. Αυτά περιλαμβάνουν:  Το μέγιστο φορτίο ψύξης γενικά συμπίπτει με τη μέγιστη διαθέσιμη ακτινοβολία.  Ο εξοπλισμός περιλαμβάνει ακίνδυνα ρευστά μέσα, όπως νερό και διαλύματα αλάτων.  Η τεχνολογία επιτρέπει την εκμετάλλευση των ΘΗΣ όταν δεν υπάρχουν απαιτήσεις θερμότητας.  Η τεχνολογία επιτρέπει σημαντικές εξοικονομήσεις στην κατανάλωση πρωτογενούς ενέργειας και τη μείωση των εκπομπών CO2. Ο βασικός στόχος αυτού του Οδηγού είναι να παρέχει κατευθυντήριες οδηγίες για μια προκαταρκτική αξιολόγηση της τεχνικής, οικονομικής και δημοσιονομικής βιωσιμότητας για την εφαρμογή των ηλιακά υποβοηθούμενων συστημάτων θέρμανσης και ψύξης στην αγροτροφική παραγωγή. Συγκεκριμένα, αναλύονται οι παρακάτω παραγωγικές διαδικασίες : γαλακτοκομίες, οινοποιεία, ζυθοποιίες και βιομηχανία αναψυκτικών. Στα πλαίσια του έργου SAHC, δημιουργήθηκε ένα εργαλείο λήψης αποφάσεων, το οποίο στοχεύει στην υποστήριξη και βελτιστοποίηση επιλογών της ανώτερης διοίκησης των αγροτροφικών εταιρειών, και ειδικά για την ενεργειακή διαχείριση, το σχεδιασμό των εγκαταστάσεων και τις εταιρείες ενεργειακών υπηρεσιών (ESCOs) όσον αφορά σε θέματα διατάξεων, διαστασιοποίησης καθώς και χρηματοδοτικούς μηχανισμούς. σ ε λ | 7 2. ΑΡΧΙΚΑ ΣΤΑΔΙΑ Τα αρχικά στάδια για την αξιολόγηση μια εφαρμογής ΘΗΣ σε μια βιομηχανική διαδικασία είναι: 1. αξιολόγηση των περιορισμών της περιοχής και των νομικών συνθηκών 2. αξιολόγηση των χαρακτηριστικών της βιομηχανικής διαδικασίας 3. αξιολόγηση πιθανών ενεργειών ενεργειακής βελτιστοποίησης Πριν από οποιεσδήποτε υποθέσεις ή λογισμικούς υπολογισμούς, πρέπει να γίνει μια επίσκεψη στον βιομηχανικό χώρο, ώστε:  να εξεταστεί η διαθεσιμότητα των περιοχών  να γίνουν σαφή τα ειδικά χαρακτηριστικά της διαδικασίας  να συζητηθούν με τον υπεύθυνο της εγκατάστασης τα οποιαδήποτε ειδικά σχέδια και στόχοι.  Να γίνει διερεύνηση του κατά πόσο η εγκατάσταση ΘΗΣ θα βασιστεί μόνο σε νέες συσκευές ή αν θα χρησιμοποιηθεί και ήδη υπάρχον εξοπλισμός. 2.1 Αξιολόγηση των πεδίων περιορισμών και των νομικών συνθηκών Οι βασικές οριακές συνθήκες για τον προσδιορισμό του κτιρίου και των χώρων εντοπίζονται: 1. στον προσδιορισμό των χαρακτηριστικών των διαθέσιμων περιοχών για την εγκατάσταση ενός θερμικού ηλιακού συστήματος. Σε αυτή την περίπτωση ένα απλό σχεδιάγραμμα του κτιρίου ή των οροφών, με τις αντίστοιχες διαστάσεις, προσανατολισμό και εμπόδια, μπορεί να αποδειχτεί πολύ χρήσιμο. Πιο συγκεκριμένα πρέπει να προσδιοριστούν τα παρακάτω: 



Η διαθεσιμότητα των περιοχών και τα εμπόδια σε αυτές Κλίση και αζιμούθιο (στην περίπτωση οροφής) Πιθανές σκιάσεις από γειτονικά κτίρια, εγκαταστάσεις, δέντρα Απόσταση της διαθέσιμης για την εγκατάσταση των συλλεκτών περιοχής από το σημείο παραγωγής  Δυνατότητες πρόσβασης για τις εργασίες εγκατάστασης, συντήρησης και σωληνώσεων. 2. στη διαθεσιμότητα χώρου για τα μηχανήματα , τους ηλιακούς ψύκτες και τις δεξαμενές αποθήκευσης 3. στην προσβασιμότητα για τη μεταφορά και εγκατάσταση των μηχανημάτων. Επιπλέον κατά τον σχεδιασμό πρέπει να διερευνηθούν τυχόν νομικές απαιτήσεις ή περιορισμοί σχετικά με την ηλιακή εγκατάσταση. σ ε λ | 8 2.2 Αξιολόγηση των χαρακτηριστικών της βιομηχανικής διαδικασίας Ο χαρακτηρισμός των φορτίων (προφίλ) για τη βιομηχανική παραγωγή απαρτίζεται από τα ακόλουθα στάδια: 1. Συλλογή των προφίλ θερμικών φορτίων για κάθε διαδικασία 2. Εντοπισμός των διαδικασιών που επιδέχονται βελτίωση μέσω ηλιακής θέρμανσης ή ψύξης 3. Εντοπισμός πιθανών μέτρων ανάκτησης θερμότητας Ένα από τα πιο σημαντικά στοιχεία για την αξιολόγηση στα ηλιακά συστήματα θέρμανσης και ψύξης είναι η κατανάλωση. Δεν είναι δυνατόν να αξιολογηθεί το τι θα γίνει στο ΘΗΣ εάν δεν υπάρχουν τα απαραίτητα δεδομένα φορτίων. Στην περίπτωση των συστημάτων κλιματισμού, τα φορτία εντοπίζονται με δυναμική προσομοίωση σε περισσότερο ή λιγότερο σταθερές θερμοκρασίες. Για τον βιομηχανικό τομέα αυτό δεν είναι εφικτό διότι κάθε τομέας έχει συγκεκριμένες απαιτήσεις και σε διαφορετικές θερμοκρασίες. Για το λόγο αυτό ο χαρακτηρισμός της διαδικασίας θεωρείται ιδιαίτερα σημαντικός κατά την αξιολόγηση εφικτότητας αυτού του τύπου συστημάτων. Η θερμοκρασιακή απαίτηση μπορεί να βρίσκεται σε οποιοδήποτε θερμοκρασιακό επίπεδο αλλά οι περισσότερες θερμοκρασιακές απαιτήσεις κατηγοριοποιούνται σε τεσσάρων ειδών διαδικασίες. Η κατηγοριοποίηση των διαδικασιών και η ποσοτικοποίηση του προφίλ των φορτίων γίνεται θεωρώντας 4 κατηγορίες φορτίων για τους σκοπούς της ηλιακής εγκατάστασης:  Διαδικασίες που απαιτούν «Ζεστό Νερό Υψηλής Θερμοκρασίας» (High Temperature Hot Water ‐ HTHW, όπου απαιτείται νερό θερμοκρασίας περίπου 90°C  Διαδικασίες που απαιτούν «Ζεστό Νερό Μέσης Θερμοκρασίας» (Mid Temperature Hot Water ‐ ΜTHW, όπου απαιτείται νερό θερμοκρασίας περίπου 60°C  Διαδικασίες που απαιτούν «Ζεστό Νερό Χαμηλής Θερμοκρασίας» (Low Temperature Hot Water ‐ LTHW, όπου απαιτείται νερό θερμοκρασίας περίπου 30°C  Διαδικασίες που απαιτούν κρύο νερό (“Cold Water” ‐ CW) όπου απαιτείται νερό θερμοκρασίας για ψύξη περίπου 7°C ή λιγότερο το οποίο παρέχεται με τη βοήθεια ηλιακού ψύκτη . Αυτή η κατηγοριοποίηση έγινε έτσι ώστε να επιτευχθεί ο σχεδιασμός του κατάλληλου συστήματος σύμφωνα με τις διάφορες απαιτήσεις σε ποσότητα και ποιότητα ζεστού και κρύου νερού, ακόμη και με συνδιασμένη εγκατάσταση ηλιακής θέρμανσης και ψύξης. Ο καλύτερος τρόπος για τον προσδιορισμό των φορτίων θέρμανσης και ψύξης που μπορούν να καλυφθούν από μια ηλαική εγκατάσταση στην αγροτροφική παραγωγή είναι η διεκπαιρέωση μιας ενεργειακής επιθεώρησης στη βιομηχανία για να αναλυθούν οι διεργασίες, ενώ για κάθε μια από αυτές θα πρέπει να γίνει:  Επιλογή κατηγορίας φορτίου ανάλογα με το επίπεδο της θερμοκρασίας  Προσδιορισμός μέσου ημερήσιου φορτίου για κάθε μήνα  Προσδιορισμός μέσου ωριαίου φορτίου για κάθε ημέρα του μήνα  Εξέταση για την ύπαρξη αιχμών (εποχιακών, ημερησίων, ωριαίων) σ ε λ | 9  Συλλογή στοιχείων για το χρησιμοποιούμενο καύσιμο και την τιμή αυτού  Συλλογή στοιχείων για την απόδοση των βασικών εξαρτημάτων του εξοπλισμού  Προσδιορισμός με θερμοκρασίες εισόδου και εξόδου Στα πλαίσια του έργου SAHC, εξετάσθηκαν οι παραγωγικές διαδικασίες με τα ακόλουθα κριτήρια:  Απαιτούμενο ζεστό νερό με θερμοκρασίες που μπορούν να παραχθούν από εγκαταστάσεις SAHC με τη χρήση αντλιών θερμότητας απορρόφησης (> 7°C) και τυπικών ηλιακών συλλεκτών (< 90°C)  Σταθερό φορτίο θέρμανσης ή ψύξης σε ετήσια / μηνιαία βάση. Το πρωταρχικό βήμα για κάθε παραγωγική διαδικασία είναι η εκτίμηση των φορτίων θέρμανσης και ψύξης και κατόπιν, η εκτίμηση των μηνιαίων/ημερήσιων προφίλ. Τα αποτελέσματα αυτά έχουν ομαδοποιηθεί και παρουσιάζονται στους παρακάτω πίνακες, όπου για κάθε διαδικασία, προσδιορίζονται τα εξής μεγέθη:  Θερμοκρασία (υψηλή, μέση, χαμηλή, ψύξη)  Ειδική ενεργειακή κατανάλωση  Μηνιαίο και ημερήσιο προφίλ Για την επίτευξη της μέσης ημερήσιας ενεργειακής κατανάλωσης:  Ημερήσια κατανάλωση ενέργειας (kWh/ day) = ειδική κατανάλωση ενέργειας (e.g. kWh/ton) * παραγωγική δυναμικότητα (e.g. ton/year) / αριθμό ετήσιων ημερών λειτουργίας.  Ροή νερού (kg/day) = ημερήσια κατανάλωση ενέργειας (kWh/day) / cp∆T όπου - cp είναι η ειδική θερμοχωρητικότητα του νερού (0.001163 kWh/kg K) - ∆T είναι η διαφορά μεταξύυ της θερμοκρασίας αναφοράς και της θερμοκρασίας εισόδου του νερού. Για τη θέρμανση / ψύξη αποθηκευτικών χώρων, χρησιμοποιήθηκε μια ειδική μέθοδος υπολογισμού που δεν συνδέεται με την ειδική παραγωγή αλλά με τις διαστάσεις του χώρου. Η απαιτούμενη ενέργεια για τη θέρμανση ή /και ψύξη εξαρτάται από διάφορες παραμέτρους όπως η θερμοκρασία, η θερμομόνωση του χώρου και των δωματίων παλαίωσης και το κλίμα. Ο υπολογισμός, παρόλο που είναι μια αρχική εκτίμηση, βασίζεται στις βαθμοημέρες θέρμανσης/ψύξης κάθε τοποθεσίας, πολλαπλασιασμένη με τις απώλειες του περιβλήματος:  Ημερήσια κατανάλωση ενέργειας (kWh/ day) = U * S * ΔTDD / 30 / 1000 όπου - U είναι ο συνολικός συντελεστής μετάδοσης θερμότητας (W/m2K) - ∆TDD είναι οι μηνιαίες βαθμοημέρες θέρμανσης/ψύξης = άθροισμα διαφορών μεταξύ της θερμοκρασίας αναφοράς και των θερμοκρασιών περιβάλλοντος. - S είναι η επιφάνεια περιβλήματος = 2*A*H + 2*B*H + A*B (m2), όπου A, B και H είναι οι τρεις διαστάσεις του αποθηκευτικού χώρου υποθέτοντας ότι έχει ορθογώνιο σχήμα Περισσότερες πληροφορίες είναι διαθέσιμες στο παραδοτέο 3 που αφορά το δυναμικό συστημάτων SAHC στην αγροτροφική βιομηχανία καθώς και στην ιστοσελίδα του έργου. σ ε λ | 10 Το λογισμικό εργαλείο για τη λήψη αποφάσεων SAΗC μπορεί να είναι είτε Βασικό είτε Πλήρες, ανάλογα με τον βαθμό ανάλυσης των φορτίων (Κεφάλαιο 5):  Στο Βασικό μοντέλο, το προφίλ του φορτίου υπολογίζεται απλά με επιλογή του είδους της παραγωγής (σκληρό τυρί, κόκκινος ή λευκός οίνος, αφρώδης οίνος, μαλακό τυρί, γάλα, ζυθοποιία, γιαούρτι) και με προσδιορισμό του μεγέθους της παραγωγής.  Στο Πλήρες μοντέλο, το προφίλ του φορτίου υπολογίζεται βάσει των στοιχείων που εισάγει ο χρήστης : m3/h απαιτούμενου νερού για κάθε επίπεδο θερμοκρασίας, τις ημέρες λειτουργίας ανά εβδομάδα, τις περιόδους μη‐
λειτουργίας κατά τη διάρκεια του χειμώνα και του καλοκαιριού. σ ε λ | 11 Παραγωγή Γάλακτος κατηγορία διαδικασία HTHW Ενδεικτικό φορτίο (kWh/ton) Παστερίωση 12 MTHW Πλύση φιαλών 73 σ ε λ | 12 Παραγωγή μαλακού τυριού/τυριού cottage κατηγορία διαδικασία HTHW MTHW Παστερίωση Μαλακό τυρί Ενδεικτικό φορτίο (kWh/ton) γάλατος Επεξεργασία τυριού – Τυρί Cottage – 12 32 Παραγωγή παρμεζάνας/ καπνιστού τυριού κατηγορία διαδικασία MTHW Ενδεικτικό φορτίο (kWh/kg Cleaning of tank truck, rooms 0.7 and facilities σ ε λ | 13 Οινοπαραγωγή κατηγορία διαδικασία HTHW/ MTHW Ενδεικτικό φορτίο (kWh/hl) Καθαρισμός δεξαμενών και 1 βαρελιών Πλύση φιαλών 3.7 Παραγωγή αφρώδους οίνου κατηγορία διαδικασία HTHW Ενδεικτικό φορτίο (kWh/hl) Καθαρισμός δεξαμενών, βαρελιών και μπουκαλιών 0.78 Παραγωγή ζύθου κατηγορία διαδικασία HTHW Ενδεικτικό φορτίο (kWh/hl) Πλύση φιαλών 3.7 @ 80°C ; ΔT = 80°C – 15°C = 65°C Ομογενοποίηση 7.4 @ 80°C ; ΔT = 80°C – 15°C = 65°C Ψυχρός στατικός διαχωρισμός 5.9 @ 80°C ; ΔT = 80°C – 15°C = 65°C σ ε λ | 14 Θέρμανση/ψύξη αποθηκευτικού χώρου κατηγορία διαδικασία LTHW Θέρμανση αποθ. χώρου CW Ψύξη αποθ. χώρου 2.3. Εντοπισμός Περιορισμών Οι βασικοί περιορισμοί και οι οριακές συνθήκες που πρέπει να προσδιοριστούν αφορούν: 1. την τοποθεσία: επιρροή της διαθέσιμης ηλιακής ακτινοβολίας στους συλλέκτες και στις πιθανές απαιτήσεις θέρμανσης/ψύξης των αποθηκευτικών χώρων 2. τη διαθεσιμότητα χώρου για ηλιακούς συλλέκτες εδάφους ή οροφής και συγκεκριμένα: a. Διαθέσιμη επιφάνεια b. Κλίση και αζιμούθιο (στην περίπτωση συλλεκτών οροφής) c. Πιθανές σκιάσεις d. Απόσταση της διαθέσιμης για τους συλλέκτες επιφάνεια από τον τόπο παραγωγής 2. τη διαθεσιμότητα χώρου για τη μηχανή απορρόφησης και τις δεξαμενές αποθήκευσης 3. την προσβασιμότητα για τη μεταφορά και εγκατάσταση των συλλεκτών και του μηχανολογικού εξοπλισμού. σ ε λ | 15 2.4. Aξιολόγηση πιθανών ενεργειών ενεργειακής βελτιστοποίησης O Οδηγός αυτός δεν έχει ως σκοπό να παρέχει εξειδικευμένα μέτρα ενεργειακής βελτιστοποίησης. Παρ’ολα αυτά, πριν την εγκατάσταση ενός ηλιακού συστήματος πρέπει να εξετασθούν και κάποια μέτρα ενεργειακής βελτιστοποίησης. Τα μέτρα ανάκτησης θερμότητας (μέσω εναλλακτών θερμότητας ή ανάκτηση θερμότητας καυσαερίων) και η μόνωση του εξοπλισμού και των αποθηκευτικών χώρων μπορούν να οδηγήσουν σε σημαντική μείωση των θερμικών φορτίων στην αγροτροφική βιομηχανία. Για την επιτυχή και οικονομικά βιώσιμη εισαγωγή των ηλιακών θερμικών στις βιομηχανικές διαδικασίες, απαραίτητη είναι μια λεπτομερειακή ανάλυση σχεδιασμού και της υφιστάμενης ενεργειακής απόδοσης που να χρησιμοποιεί τη μέθοδο “Pinch”. Η «ανάλυση Pinch» (“Pinch analysis”) επιτρέπει την εννιαία θεώρηση της βιομηχανικής διαδικασίας με σκοπό τη βελτιστοποίηση της ενεργειακής απόδοσης. Η τεχνική αυτή μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τον εντοπισμό ροών ενέργειας κατά τη διαδικασία, αποκαλύπτοντας έτσι το που συμβαίνουν οι απώλειες ενέργειας και προσδιορίζοντας τις περιοχές όπου η ενέργεια μπορεί να εξοικονομηθεί με τον πλέον οικονομικό τρόπο. Βασικά, η βελτιστοποίηση της διαδικασίας βασίζεται σε μια «ανάλυση Pinch». Η ανάλυση αυτή δίνει την ελάχιστη εξωτερική ενέργεια που απαιτείται με τον προσδιορισμό όλων των πιθανών μέτρων σε όλες τις θερμικές και ψυκτικές διεργασίες μιας βιομηχανίας. Η σχετική θεωρία περιγράφεται σε βιβλιογραφικές αναφορές (π.χ. [Linnhoff,1998] και [Gunderson, 2002]). Επιπλέον ένα πολύ σημαντικό τμήμα της ενεργειακής κατανάλωσης στις βιομηχανικές εγκαταστάσεις προέρχεται από τις απώλειες θερμότητας στην διανομή θέρμανσης και ψύξης και από την μικρή απόδοση απομονωμένων λεβήτων και ψυκτών συμπίεσης. Πριν την εφαρμογή ενεργειακών επενδύσεων σε εγκαταστάσεις είναι απαραίτητη μια πολύ καλή αρχική ανάλυση αυτών των παραγόντων. Με ή χωρίς την ολοκληρωμένη «ανάλυση Pinch», σημαντικό είναι, προτού ληφθούν οποιεσδήποτε αποφάσεις για την ηλιακή εγκατάσταση, να γίνει μια λογική εκτίμηση της ελάχιστης διαθέσιμης θερμοκρασίας και ροής, μετά την εφαρμογή και όλων των πιθανών μέτρων ανάκτησης θερμότητας. σ ε λ | 16 3. ΔΙΑΤΑΞΗ ΚΑΙ ΕΞΟΠΛΙΣΜΟΣ ΕΓΚΑΤΑΣΤΑΣΗΣ 3.1 Διαθέσιμες τεχνολογίες Η ψύξη με θερμοκίνητους ηλιακούς ψύκτες είναι μια διαδικασία που χρησιμοποιείται όλο και περισσότερο τα τελευταία χρόνια. Η ηλιακή ενέργεια μπορεί να μετατραπεί με διάφορες φυσικές μεθόδους και τεχνολογίες σε μορφή κατάλληλη για την τελική της χρήση σε ψύξη. Μια εποπτική θεώρηση δίνεται στο παρακάτω Διάγραμμα. solar radiation
electric process
photovoltaic panel
thermal process
solar thermal collector
vapour compression cycle
heat transformation process
thermomechanical process
open cycles
liquid sorbent
counterflow absorber
closed cycles
solid sorbent
desiccant rotor
fixed bed process
liquid sorbent
absorption
ammonia-water
water-lithium bromide
rankine cycle
steam jet cycle
Vuilleumier cycle
solid sorbent
adsorption
(eg. water-silicagel)
dry absorption
(eg. ammonia-salt)
Διάγραμμα 2. Φυσικές μέθοδοι για τη χρήση της ηλιακής ακτινοβολίας στην ψύξη. (Κίτρινη λεζάντα: εμπορικώς διαθέσιμη τεχνολογία για ηλιακώς βοηθούμενη ψύξη, Γκρι λεζάντα: τεχνολογία στο στάδιο πιλοτικών εφαρμογών ή ελέγχου συστήματος)2 Η πρώτη διαφοροποίηση έγκειται στις διαδικασίες μετατροπής της ηλαικής ακτινοβολίας. Υπάρχουν δυο τεχνολογικές δυνατότητες: τα φωτοβολταϊκά ή τα θερμικά ηλιακή συστήματα. Η ηλιακή ακτινοβολία μπορεί να μετατραπεί σε ηλεκτρισμό με τη χρήση φωτοβολταϊκών ο οποίος στη συνέχεια μπορεί να οδηγηθεί σε ψύκτη συμπίεσης. Στα βιομηχανοποιημένα κράτη η υφιστάμενη τάση (σε μη απομονωμένες εγκαταστάσεις εκτός δικτύου) όσον αφορά στα φωτοβολταϊκά είναι τα διασυνδεδεμένα συστήματα. Τα συστήματα αυτά έχουν το πλεονέκτημα ότι δεν χρειάζονται ενεργεικαή αποθήκευση ενώ υπάρχουν και οικονομικά κίνητρα που αφορούν την τιμή πώλησης στο δίκτυο. Επομένως θα ήταν περισσότερο ενδιαφέρον, από οικονομικής απόψεως να παρέχεται ο παραγόμενος ηλεκτρισμός στο δίκτυο διανομής και όχι στον ψύκτη συμπίεσης. Κατά το σχεδιασμό ενός νέου έργου πρέπει να τίθεται το ερώτημα για το ποια επιλογή ενδείκνυται: η χρήση φωτοβολταϊκών που θα συνεισφέρει στον ηλεκτρισμό που το κτίριο απαιτεί για τον κλιματισμό ή η χρήση ηλιακού θερμικού συστήματος που θα υποστηρίξει τον κλιματισμό; Το ερώτημα αυτό πρέπει να απαντάται μετά από την αξιολόγηση και τη σύγκριση όλων των τεχνικών απαιτήσεων, της πρωτογενούς ενέργειας και των εκπομπών που εξοικονομούνται και των σχετικών οικονομικών. Τα ηλιακά βοηθούμενα συστήματα ψύξης που βασίζονται στα φωτοβολταϊκά έχουν τα κοινά χαρακτηριστικά της αντίστοιχης τεχνολογίας φωτοβολταϊκών και δεν εμπεριέχονται στον σκοπό αυτού του έργου το οποίο αφορά θερμικές διεργασίες και εμπορικά διαθέσιμες τεχνολογίες. Aνάλογα με τις τεχνολογίες που χρησιμοποιούνται για την εφαρμογή αυτών των συστημάτων, η τελική απόδοση ποικίλλει. 2 Source: Hans‐Martin Henning (Ed.): Solar‐Assisted Air‐Conditioning in Buildings. A Handbook for Planners. SpringerWienNewYork. 2003
σ ε λ | 17 Η διαφορά ανάμεσα στην πρακτική και την θεωρητική επίδοση των ψυκτών μπορεί να διατυπωθεί με έναν αριθμό που εκφράζει την απόδοση των διεργασιών PQ: PQ = COPreal / COPideal . Η τυπική τιμή για τον PQ, βάσει των υφιστάμενων στην αγορά ψυκτών, είναι 0.3. Ο αριθμός αυτός επιτρέπει την εκτίμηση των πλεονεκτημάτων που έχει η βελτιωμένη διεργασία με την ίδια πάντα θερμοκρασία λειτουργίας. Αυτό φαίνεται και στο παρακάτω διάγραμμα όπου παριστάνεται η θερμοκρασία λειτουργίας TΗ συναρτήσει της διαφοράς θερμοκρασίας T, η οποία ορίζεται ως η διαφορά ανάμεσα στην θερμοκρασία απόρριψης θερμότητας TM και στη θερμοκρασία ψυχρού νερού TC: T = (TM ­ TC). Για παράδειγμα, η διαφορά θερμοκρασίας είναι χαμηλή στην περίπτωση υψηλής θερμοκρασίας νερού και υγρού τύπου απόρριψης θερμότητας και υψηλή στην περίπτωση όπου απαιτούνται χαμηλές θερμοκρασίες νερού και ψύξη ξηρού τύπου. Αναφέρονται και οι θερμοκρασίες λειτουργίας για δυο διαφορετικές τιμές COP. Για κάθε καμπύλη COP, η θερμοκρασία λειτουργίας εξαρτάται επιπλέον από την ποιότητα της διεργασίας και για τον λόγο αυτό θεωρούνται δυο διαφορετικοί αριθμοί. Επίσης οριοθετούνται οι περιοχές λειτουργίας διαφορετικών συλλεκτών. Για παράδειγμα, ένας ψύκτης μονής βαθμίδας με COP 0.7, που λειτουργεί σε T = 35 K, μπορεί να λειτουργήσει με συλλέκτες σωλήνων κενού, εφόσον η διαδικασία απαιτεί θερμοκρασίες λειτουργίας περί τους100 °C (PQ = 0.4). Στην περίπτωση χαμηλότερης ποιότητας διεργασίας η απαιτούμενη θερμοκρασία λειτουργίας είναι υψηλότερη και απαιτούνται συγκεντρωτικοί συλλέκτες που ακολουθούν την κίνηση του ηλίου. required driving temp. TH [°C]
400
COP /  PQ
350
1,1 / 0,4
1,1 / 0,3
0,7 / 0,4
0,7 / 0,3
300
250
200
150
1-axis tracked
concentrating collector
100
50
Flat-plate collector
Vacuum-tube
collector
0
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
useful temperature lift T = TM – TC [K]
Application examples:
Ψυχρές οροφές Κλιματιστικές μονάδες Διεργασίες πολύ χαμηλών Διεργασίες χαμηλών θερμοκρασιών (0‐5ºC) θερμοκρασιών (‐10‐0ºC) Διάγραμμα 3. Η απαιτούμενη θερμοκρασία πηγής θερμότητας για διάφορους συνδιασμούς COP/PQ ως συνάρτηση του ΔΤ. Συμπεριλαμβάνονται τα τυπικά εύρη λειτουργίας των τεχνολογιών των ηλιακών συλλεκτών ως διαφορετικά παραδείγματα εφαρμογής (γκρι περιοχές). Πηγή: [Henning, 2006]. σ ε λ | 18 3.2 Θερμοκίνητοι Ψύκτες Οι τεχνολογίες που χρησιμοποιούνται στα συστήματα κλιματισμού και ψύξης με ηλιακή ενέργεια κατηγοριοποιούνται σε συστήματα ανοιχτού και κλειστού τύπου.  Συστήματα ανοιχτού τύπου: το ψυκτικό μέσο, το οποίο είναι πάντα νερό, είναι σε επαφή με τον αέρα. Τα συστήματα αυτά λειτουργούν σε Μονάδες Επεξεργασίας Αέρα (AHU, all‐air‐system), για ψύξη και αφύγρανση σύμφωνα με τις απαιτούμενες συνθήκες άνεσης. Τα συστήματα ανοιχτού τύπου βασίζονται σε έναν συνδυασμό ροφητικής αφύγρανσης και εξατμιστικής ψύξης και είναι συνήθως γνωστά ως συστήματα DEC (desiccant and evaporative cooling). To ροφητικό υλικό μπορεί να είναι στερεό ή υγρό, παρόλο που το υγρό δεν είναι ακόμη διαδομένο στην αγορά. Η ηλιακή ενέργεια χρησιμοποιείται για την αναγέννηση του εξοπλισμού που χρησιμοποιείται για την αφύγρανση του αέρα.  Συστήματα κλειστού τύπου: η ηλιακή ενέργεια παρέχεται σε θερμοκίνητο ψύκτη που παράγει κρύο νερό. Το νερό αυτό μπορεί να διανεμηθεί απευθείας στο σύστημα κλιματισμού με τοπικές μονάδες ή ψυχρές οροφές (σύστημα νερού) ή σε μια μονάδα ψύξης σε μια Μονάδα Επεξεργασίας Αέρα (AHU, all‐air‐system). Στην αγορά σήμερα είναι διαθέσιμοι δυο τύποι ψυκτών: οι ψύκτες απορρόφησης και οι ψύκτες προσρόφησης. Το έργο SAHC δεν αφορά τα συστήματα ανοιχτού τύπου λόγω της ειδικής εφαρμογής τους στον κλιματισμό. Οι θερμοκίνητοι ψύκτες, και των δυο τύπων, λειτουργούν βάσει της αρχής που επιτρέπει τη μεταφορά θερμότητας από μια χαμηλή θερμοκρασιακή πηγή σε μια υψηλή θερμοκρασιακή πηγή. Αυτό είναι εφικτό λόγω της χρήσης επιπλέον ενέργειας από ένα υψηλότερο θερμοκρασιακό επίπεδο. Η αρχή είναι η ίδια με αυτή που εφαρμόζεται σε ηλεκτροκίνητους ψύκτες συμπίεσης. Η διαφορά είναι ότι η ηλεκτρική κατανάλωση αντικαθίσταται από κατανάλωση θερμότητας. Η χαμηλή θερμοκρασιακή πηγή αντιστοιχεί στο χώρο που πρέπει να ψυχθεί (ή το μέσο που μεταφέρει την ενέργεια). Τα περισσότερα συστήματα λειτουργούν στους 7ºC ‐ 12ºC (τοπικές μονάδες ή ψύκτες για βιομηχανικές δεξαμενές με διπλά τοιχώματα) ή χαμηλότερες, 6ºC ‐ 9ºC, (εφαρμογή μονάδας αφύγρανσης σε μονάδα επεξεργασίας αέρα) αλλά για συστήματα ψυχρών οροφών, κατάλληλες είναι υψηλότερες θερμοκρασίες της τάξης των 15ºC ‐ 18ºC. Η απορροφούμενη θερμότητα απορρίπτεται στην ατμόσφαιρα, συνήθως μέσω ενός πύργου ψύξης. Η επιπλέον απαιτούμενη ενέργεια για τη λειτουργία του συστήματος μπορεί να παρέχεται από ηλιακούς συλλέκτες ή από άλλες πηγές όπως άμεση καύση, συμπαραγωγή, τηλεθέρμανση ή απορριπτόμενη θερμότητα. Για τους περισσότερους ηλιακούς συλλέκτες (επιλεκτικοί επίπεδοι, σωλήνων κενού) η μέγιστη απαιτούμενη θερμοκρασία δεν πρέπει να ξεπερνάει τους 90 ºC. Υψηλότερες θερμοκρασίες είναι επίσης δυνατές με άλλες τεχνολογίες όπως κοίλους παραβολικούς συλλέκτες. Οι συλλέκτες αέρα δεν είναι κατάλληλοι για την παροχή θερμότητας σε θερμοκίνητους ψύκτες, διότι το μέσο που πρέπει να θερμανθεί είναι το νερό. σ ε λ | 19 Ο ενδεδειγμένος τύπος συλλέκτη για κάθε ειδική εφαρμογή συστημάτων SAHC εξαρτάται σημαντικά από την ολική διαθέσιμη ακτινοβολία και από τις άλλες χρήσεις της παραγόμενης θερμότητας (θέρμανση, ζεστό νερό χρήσης, άλλες θερμικές διαδικασίες). Η απόδοση των θερμοκίνητων ψυκτών καθορίζεται από τον συντελεστή COP (Coefficient of Performance). Η παράμετρος αυτή προσδιορίζεται ως η σχέση μεταξύ της χρήσιμης ψύξης και της απαιτούμενης θερμότητας λειτουργίας. Στην περίπτωση των ηλεκτροκίνητων ψυκτών συμπίεσης, η παράμετρος αναφέρεται στην ηλεκτρική κατανάλωση. Οι πιο κοινοί θερμοκίνητοι ψύκτες είναι οι ψύκτες απορρόφησης ή προσρόφησης. Στον παρακάτω πίνακα, φαίνονται περιληπτικά τα βασικά χαρακτηριστικά τους στην αγορά σήμερα. ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑ ΨΥΚΤΩΝ ΑΠΟΡΡΟΦΗΣΗ Μονής βαθμίδας Στάδια ΠΡΟΣΡΟΦΗΣΗ Διπλής βαθμίδας Μονής βαθμίδας Μέσο ρόφησης Βρωμιούχο λίθιο, Αμμωνία Πυριτική γέλη Ψυκτικό μέσο Νερό Νερό Θερμοκρασία αναγέννησης ροή Θερμική Απόδοση COP Κατάσταση αγοράς Κατασκευαστές Κατάλληλος ηλιακός συλλέκτης 80 ºC – 110 ºC 140 ºC ‐ 160 ºC 60 ºC – 95 ºC Ζεστό νερό ή υπέρθερμο νερό 0.6 ‐ 0.8 υπέρθερμο νερό ή ατμός 0.9 – 1.2 Ζεστό νερό < 35 kW σε πρώιμο στάδιο 35 kW ως 100 kW λίγοι >100 kW ευρέως κατασκευαστές αναπτυγμένη >100 kW ευρέως αναπτυγμένη Climatewell, Rotartica, Sonnenklima, Schucö, Yazaki, Broad, EAW, Carrier, Trane, York, LG Machinery, Sanyo‐McQuay, Entropie, Thermax, … Επιλεκτικοί επίπεδοι Σωλήνων κενού παραβολικοί Σταθ. παραβολικοί CPC 0.4 – 0.7 < 50 kW (Sort.) 50 – 350 kW (May.) 70 – 1220 kW (Nis.) Sortech, Mayekawa, Nishiodo Επιλεκτικοί επίπεδοι Σωλήνων κενού Σταθ. παραβολικοί CPC Πίνακας 1. Χαρακτηριστικά θερμοκίνητων ψυκτών3 Το επόμενο διάγραμμα παριστάνει μια εγκατάσταση με θερμοκίνητους ψύκτες που συνδέεται με ηλιακούς συλλέκτες. 3
Πηγή: AIGUASOL S.C.C.L σ ε λ | 20 Διάγραμμα 4. Σύστημα θερμοκίνητων ψυκτών με ηλιακούς συλλέκτες και εφεδρική αντλία θερμότητας Για να μειωθεί η επιφάνεια του ηλιακού πεδίου, θα πρέπει να χρησιμοποιηθούν συστήματα με υψηλότερη απόδοση COP, τα οποία λειτουργούν με υψηλότερες θερμοκρασίες. Στα συστήματα αυτά, η διαδικασία απορρόφησης γίνεται σε διαδοχικά στάδια 4 (Alefeld, 1982). Ουσιαστικά, η θερμότητα που απορρίπτεται από τον συμπυκνωτή χρησιμοποιείται για τη λειτουργία του επόμενου σταδίου απορρόφησης. Με τον τρόπο αυτόν, διπλασιάζεται (ή και τριπλασιάζεται) το ψυκτικό αποτέλεσμα που προκύπτει από μία συγκεκριμένη ποσότητα διαλύματος, χωρίς όμως να καταναλώνεται επιπλέον ενέργεια5. Στην ηλιακή ψύξη σήμερα χρησιμοποιείται κυρίως διάλυμα LiBr/H2O αντί για H2O/NH3. Τα προτερήματα του διαλύματος LiBr/H2O είναι τα ακόλουθα:  Μη τοξικό  Χαμηλότερη πίεση λειτουργίας  Σχετικά μεγάλη απόδοση COP (οι τυπικές τιμές COP για το LiBr/H2O είναι περίπου 0.7 και για το H2O/NH3 είναι 0.5, 30 % χαμηλότερο) Υπάρχουν όμως και μειονεκτήματα:  Απαιτείται η ψύξη νερού (συνήθως χρησιμοποιείται πύργος ψύξης με τον κίνδυνο όμως της νόσου legionella).  Μεγαλύτερες διαστάσεις συστήματος, λόγω του μεγάλου όγκου υδρατμών του ψυκτικού νερού. Για το υπολογιστικό εργαλείο λήψης αποφάσεων SAHC, χρησιμοποιούνται ψύκτες απορρόφησης βρωμιούχου λιθίου/νερού, λόγω του χαμηλότερου θερμοκρασιακού επιπέδου της πηγής θερμότητας. Οι ψύκτες απορρόφησης είναι θερμοκίνητοι ψύκτες όπου η συμπίεση του ψυκτικού επιτυγχάνεται με τη χρήση ενός υγρού διαλύματος ψυκτικού μέσου /ροφητικού υλικού και πηγής θερμότητας αντικαθιστώντας έτσι την κατανάλωση ηλεκτρικής ενέργειας ενός ψύκτη συμπίεσης. Αυτός ο τύπος θερμοκίνητου ψύκτη είναι πολύ συνηθισμένος τόσο για εφαρμογές κλιματισμού όσο και για εφαρμογές στην βιομηχανία. Η αντίστοιχη αγορά είναι ευρέως αναπτυγμένη. Οι ψύκτες απορρόφησης μπορούν να κατηγοριοποιηθούν, σύμφωνα με τα ακόλουθα κριτήρια:  Ανάλογα με τις βαθμίδες: μονής ή διπλής βαθμίδας  Ανάλογα με το διάλυμα απορροφητικού και ψυκτικού μέσου: βρωμιούχο λίθιο/νερό ή νερό/αμμωνία. 4
5
Source of this concept description: SACE. Solar Air Conditioning in Europe. EC Research Directorate General. http://www.ocp.tudelft.nl/ev/res/sace.htm Πηγή: SACE. Solar Air Conditioning in Europe. EC Research Directorate General. http://www.ocp.tudelft.nl/ev/res/sace.htm σ ε λ | 21 Για ψυχρό νερό άνω των 0ºC, όπως στην περίπτωση των συστημάτων κλιματισμού, η πιο συνηθισμένη εφαρμογή είναι τα συστήματα βρωμιούχου λιθίου/νερού. Οι μηχανές νερού/αμμωνίας εφαρμόζονται συνήθως σε βιομηχανικές διαδικασίες, όπως η συντήρηση τροφίμων. Η παρεχόμενη πηγή θερμότητας μπορεί να είναι ζεστό νερό, υπέρθερμο νερό, ατμός ή άμεση καύση. Η τεχνολογία της άμεσης καύσης δεν συμπεριλαμβάνεται στον παραπάνω πίνακα διότι η χρήση της δεν είναι συμβατή με τη χρήση της ηλιακής ενέργειας. Επιπλέον για τις συμβατικές τεχνολογίες ηλιακών συλλεκτών, οι πιο κοινοί ψύκτες απορρόφησης είναι του τύπου μονής βαθμίδας που λειτουργούν με ζεστό νερό. Τα βασικά εξαρτήματα σε έναν ψύκτη απορρόφησης είναι τα ακόλουθα.:  Αναγεννητής  Απορροφητής  Συμπυκνωτής  Εξατμιστής Διάγραμμα 5. Σχήμα κύκλου μονής βαθμίδας. Πηγή: YAZAKI Οι κύκλοι απορρόφησης βασίζονται στην αρχή ότι το σημείο βρασμού ενός μίγματος είναι υψηλότερο από το αντίστοιχο σημείο βρασμού του απλού υγρού. Επιπλέον είναι εφικτή η εξάτμιση του ψυκτικού καθώς o αποδέκτης βρίσκεται σε πολύ χαμηλή πίεση (περίπου 6 mmHg). Η λειτουργία των μηχανών απορρόφησης αναλύεται παρακάτω: 1. Το ψυκτικό μέσο (νερό στην περίπτωση των μηχανών LiBr) εξατμίζεται στον εξατμιστή, σε πολύ χαμηλή πίεση, παίρνοντας θερμότητα από το υγρό το οποίο πρέπει να ψυχθεί. Αυτό γίνεται σε χαμηλή θερμοκρασία. 2. Ο υδρατμός του ψυκτικού ρέει στον απορροφητή που επικοινωνεί άμεσα με τον εξατμιστή. Εκεί, απορροφάται από το συμπυκνωμένο διάλυμα. Κατά τη διαδικασία αυτή παράγεται η λανθάνουσα θερμότητα της συμπύκνωσης και ανάμιξης που πρέπει να απομακρυνθεί με μονάδα ψύξης που προέρχεται από τον πύργο ψύξης. 3. Το διάλυμα που έχει παραχθεί στον απορροφητή, αντλείται στον αναγεννητή όπου θερμαίνεται από την πηγή θερμότητας πάνω από το σημείο βρασμού (στην περίπτωση συστημάτων SAHC, ένα πεδίο ηλιακών συλλεκτών). Το ψυκτικό διαχωρίζεται ξανά από το διάλυμα σε υψηλή πίεση και το συμπυκωμένο διάλυμα οδηγείται στον απορροφητή. σ ε λ | 22 4. Ο υδρατμός του ψυκτικού κυκλοφορεί στον συμπυκνωτή υπό υψηλή πίεση. Ο συμπυκνωτής επικοινωνεί άμεσα με έναν αναγεννητή. Ο υδρατμός συμπυκνώνεται με το ψυκτικό νερό. Το νερό αυτό έρχεται από τον απορροφητή και οδηγείται στον πύργο ψύξης για να απομακρυνθεί όλη η θερμότητα που προσλήφθηκε στην μηχανή απορρόφησης. 5. Η πίεση του υγρού ψυκτικού μειώνεται με τη βοήθεια μιας εκτονωτικής βαλβίδας και το ψυκτικό κυκλοφορεί στον εξατμιστή. Οι περισσότεροι εμπορικά διαθέσιμοι ψύκτες απορρόφησης απαιτούν μια αντλία για τη μεταφορά του αραιωμένου διαλύματος από τον απορροφητή στον αναγεννητή. Η ηλεκτρική ισχύς αυτής της αντλίας είναι περίπου το 1% με 5 % της ισχύος ψύξης. Όπως φαίνεται στο προηγούμενο διάγραμμα, μεταξύ του αραιωμένου και του συμπυκνωμένου διαλύματος για την προθέρμανση πριν τον αναγεννητή, υπάρχει εναλλάκτης θερμότητας. Στη λειτουργία του ψύκτη απορρόφησης η κρυστάλλωση του διαλύματος πρέπει να αποφευχθεί με εσωτερικό έλεγχο. Αυτή μπορεί να εμφανιστεί εάν η θερμοκρασία του ψυχρού νερού που έρχεται από τον πύργο ψύξης είναι πολύ χαμηλή. Η οριακή θερμοκρασία εξαρτάται από τον κατασκευαστή. Μια τυπική τιμή είναι οι 24 ºC. Διάγραμμα 6. Μηχανές απορρόφησης. Πηγές: YAZAKI (αριστερά) και BROAD (δεξιά) σ ε λ | 23 3.3. Πύργοι Ψύξης Ο πύργος ψύξης είναι μια συσκευή απόρριψης θερμότητας. Απορρίπτει θερμότητα στην ατμόσφαιρα με την ψύξη νερού σε χαμηλότερη θερμοκρασία. Η απόρριψη θερμότητας στον πύργο ψύξης είναι εξατμιστικού τύπου διότι μια μικρή ποσότητα του νερού που ψύχεται εξατμίζεται σε ανερχόμενο ρεύμα αέρα ώστε να προσδοθεί σημαντική ψύξη στην υπόλοιπη ποσότητα του νερού. Η θερμότητα που μεταφέρεται από το ρεύμα νερού στο ρεύμα του αέρα, ανυψώνει τη θερμοκρασία καθώς και τη σχετική υγρασία του αέρα σε 100%. Ο αέρας αυτός απορρίπτεται στη συνέχεια στην ατμόσφαιρα. Συσκευές εξατμιστικής απόρριψης θερμότητας όπως οι πύργοι ψύξης χρησιμοποιούνται ευρέως για την επίτευξη σημαντικά χαμηλότερης θερμοκρασίας νερού από αυτήν που επιτυγχάνεται με ξηρού τύπου συσκευές απόρριψης θερμότητας, επιτυγχάνοντας μια πιο οικονομική και αποδοτική λειτουργία του συστήματος. Οι συνήθεις εφαρμογές των πύργων ψύξης περιλαμβάνουν παροχή ψυχρού νερού για κλιματιστικές μονάδες, κατασκευές και παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας. Ο γενικός όρος του «πύργου ψύξης» χρησιμοποιείται για την περιγραφή τόσο άμεσων (ανοιχτού κύκλου) και έμμεσων (κλειστού κύκλου) εξοπλισμού απόρριψης θερμότητας. Ο πύργος ψύξης ανοικτού κύκλου ή «άμεσος ψύκτης» είναι μια κλειστή κατασκευή με εσωτερικό τρόπο διανομής του ζεστού νερού μέσω μιας κυψελοειδούς διάταξης. Η διάταξη αυτή παρέχει μια πολύ μεγάλη διεπιφάνεια αέρα‐νερού έτσι ώστε να επιτυγχάνεται η θέρμανση του αέρα και η εξάτμιση. Το νερό ψύχεται καθώς κατέρχεται μέσα στη διάταξη λόγω βαρύτητας, ενώ είναι σε άμεση επαφή με τον αέρα που περνάει πάνω από αυτό. Στη συνέχει το νερό που έχει ψυχθεί συλλέγεται σε μια λεκάνη κάτω από τη διάταξη, από όπου αντλείται πάλι στη διεργασία ώστε να απορροφήσει και άλλη θερμότητα. Ο αέρας απορρίπτεται στην ατμόσφαιρα σε σημείο αρκετά μακριά έτσι ώστε να αποφευχθεί η επαναρρόφησή του μέσα στον πύργο ψύξης. Η διάταξη μπορεί να αποτελείται από πολλές διαδοχικές κάθετες ή οριζόντιες επιφάνειες οι οποίες δημιουργούν μία μεγάλη επιφάνεια επαφής και διαβρέχονται από ένα λεπτό στρώμα νερού. Στον πύργο ψύξης κλειστού κύκλου ή «έμμεσο ψύκτη» δεν υπάρχει άμεση επαφή μεταξύ αέρα και του ρευστού, συνήθως νερού ή μίγμα γλυκόλης το οποίο ψύχεται. Αντίθετα με ότι συμβαίνει στον πύργο ψύξης ανοιχτού τύπου, ο έμμεσος πύργος ψύξης έχει δυο ξεχωριστούς βρόγχους ρευστού. Ο πρώτος είναι εξωτερικός και σε αυτόν το νερό ανακυκλοφορεί γύρω από τον δεύτερο βρόγχο. Ο δεύτερος αποτελείται από δέσμες πτερυγιοφόρων σωλήνων (κλειστές μονάδες) που συνδέονται με το ζεστό ρευστό προς ψύξη το οποίο επιστρέφει σε κλειστό βρόγχο. Ο αέρας οδηγείται μέσω του ανακυκλοφορούμενου νερού πάνω από την εξωτερική επιφάνεια των ζεστών σωλήνων, επιτρέποντας εξατμιστική ψύξη κατά τον ίδιο τρόπο με αυτόν στον πύργο ψύξης ανοιχτού τύπου. Κατά τη λειτουργία, η θερμότητα ρέει από τον εσωτερικό βρόγχο, μέσω των τοιχωμάτων των σωληνώσεων των μονάδων στο εξωτερικό κύκλωμα όπου προκαλεί εξάτμιση του νερού και θέρμανση του αέρα που απορρίπτεται έπειτα στην ατμόσφαιρα. Η λειτουργία του έμεσου πύργου ψύξης είναι επομένως παρόμοια με αυτή ενός ανοιχτού πύργου ψύξης με μια εξαίρεση: το ρευστό προς ψύξη εμπεριέχεται σε κλειστό βρόγχο και δεν είναι έμεσα εκτεθειμένο στην ατμόσφαιρα ή στο ανακυκλοφορούμενο (εξωτερικό) νερό. σ ε λ | 24 Υπάρχουν διάφορα υβριδικά συστήματα με τα οποία καθορίζεται εάν η λειτουργία γίνεται με αισθητή ψύξη σε αέρα περιβάλλοντος ή με λανθάνουσα ψύξη με εξάτμιση νερού. Σε πύργο ψύξης αντιρροής ο αέρας κινείται προς τα άνω μέσω της διάταξης ή των δεσμών πτερυγιοφόρων σωλήνων, αντίθετα προς το νερό που κινείται προς τα κάτω. Σε πύργο ψύξης διασταυρωμένης ροής ο αέρας κινείται οριζόντια μέσα στη διάταξη ενώ το νερό κινείται προς τα κάτω. Διάγραμμα 7. Σχήμα πύργου ψύξης (ανοιχτού κύκλου). Πηγή: EVAPCO Οι πύργοι ψύξης χαρακτηρίζονται και από τον τρόπο κίνησης του αέρα. Στους πύργους ψύξεως μηχανικού ελκυσμού ο αέρας μετακινείται μέσα από τον πύργο με τη βοήθεια ανεμιστήρων. Στους πύργους ψύξεως φυσικού ελκυσμού η κίνηση προκαλείται από την άνωση σε υψικάμινο. Στους πύργους ψύξεως φυσικού ελκυσμού που υποβοηθούνται με ανεμιστήρες, ενεργοποείται ο μηχανικός ελκυσμός ώστε να ενισχυθεί το φαινόμενο της άνωσης. Η πιο συνιθισμένη εφαρμογή των πύργων ψύξης είναι η χρήση τους ως εξοπλισμός απόρριψης θερμότητας για θερμοκίνητους ψύκτες σε ανοιχτό βρόγχο, σε λειτουργία αντιρροής με τον αέρα να εισέρχεται στη βάση του πύργου και με ανεμιστήρα αναρρόφησης στην οροφή του πύργου. Εάν το ψυχόμενο νερό επιστρέφει από τον πύργο ψύξης για επαναχρησιμοποίηση, θα πρέπει να προστίθεται κάποια ποσότητα νερού που θα αντικαθιστά το τμήμα της εξατμιζόμενης ροής. Επειδή η εξάτμιση αφορά μόνο το νερό, η συγκέντρωση των διαλυμένων ανόργανων και άλλων στερεών υλικών στο εναπομείναν κυκλοφορούμενο νερό θα τείνει να αυξάνεται εκτός και αν υπάρχει κάποιου είδους ελέγχου, όπως με απομάστευση blow‐down. Νερό απομακρύνεται επίσης με τη μορφή σταγονιδίων. Οι απώλειες αυτές συνήθως ελαχιστοποιούνται με την τοποθέτηση σταγονοκρατητών, για τη συλλογή των σταγονιδίων. Για να διατηρηθεί το επίπεδο του νερού, η ποσότητα του νερού που αντικαθίσταται πρέπει να είναι ίση με τη συνολική ποσότητα που εξατμίστηκε, απομαστεύτηκε και χάθηκε μέσω άλλων διαρροών. Η δυναμικότητα ενός πύργου ψύξης εξαρτάται από την θερμοκρασία υγρού θερμομέτρου του αέρα περιβάλλοντος. Η ελάχιστη θερμοκρασιακή διαφορά ανάμεσα σε αυτή την τιμή και τη θερμοκρασία νερού που απομακρύνεται από τον πύργο ψύξης είναι περίπου 3ºC ‐ 5ºC. σ ε λ | 25 3.4. Ηλιακοί συλλέκτες Το εύρος της θερμοκρασίας εισόδου που απαιτείται για το ηλιακό τμήμα των συστημάτων SAHC, εξαρτάται από το είδος του χρησιμοποιούμενου ηλιακού εξοπλισμού: 50 °C ή παραπάνω, για ανοιχτά συστήματα ψύξης DEC, 65 ºC ή παραπάνω για κλειστά συστήματα ψυκτών προσρρόφησης και 85 ºC ή παραπάνω για κλειστά συστήματα ψυκτών απορρόφησης. Λόγω αυτής της θερμοκρασιακής διακύμανσης, η επιλογή των πλέον κατάλληλων ηλιακών συλλεκτών ποικίλει ανάλογα με το είδος του χρησιμοποιούμενου ηλιακού εξοπλισμού. Σε αυτό το κεφάλαιο παρουσιάζονται τα χαρακτηριστικά της απόδοσης ενός ηλιακού συστήματος και δίνεται η τεχνική περιγραφή 3 τεχνολογιών ηλιακών συλλεκτών που χρησιμοποιούνται στο λογισμικό SAHC :  Επίπεδοι Συλλέκτες (FPC)  Συλλέκτες Σωλήνων Κενού (ETC)  Παραβολικοί Κοίλοι Συλλέκτες (PTC) Παράμετροι απόδοσης ηλιακού συλλέκτη Η στιγμιαία απόδοση ενός ηλιακού συλλέκτηπροσδιορίζεται από τον λόγο της ισχύος που προσδίδεται στο φορτίο (κυκλοφορούμενο ρευστό) προς την προσπίπτουσα ηλιακή ακτινοβολία της καθαρής επιφάνειας του συλλέκτη (επιφάνεια του απορροφητή). Η ΔT
απόδοση εκφράζεται συνήθως ως συνάρτηση του GT όπου: ΔT (K) είναι η διαφορά ανάμεσα στη μέση θερμοκρασία του ρευστού (τη θερμοκρασία του ρευστού που χρησιμοποιείται για την αξιοποίηση της ισχύος) και τη θερμοκρασία περιβάλλοντος; GT (W/m2) είναι η ποσότητα της προσπίπτουσας ηλιακής ακτινοβολίας που φθάνει στο συλλέκτη. Επομένως η στιγμιαία απόδοση μπορεί να εκφραστεί ως: η = c0  (c1 + c 2 ΔT) 
όπου: c0 c1, c2 ΔT
GT
είναι η οπτική απόδοση (που εξαρτάται από την διαπερατότητα του καλύμματος, την απορροφητικότητα και την αντανακλαστικότητα των κατόπτρων στην περίπτωση των συγκεντρωτικών συλλεκτών) είναι οι συντελεστές γραμμικών και δευτερεύοντων απωλειών θερμότητας, είναι παράμετροι που χαρακτηρίζουν τις απώλειες θερμότητας από τον συλλέκτη προς την ατμόσφαιρα (συμπεριλαμβανομένων μηχανισμών μεταφοράς, μετάδοσης θερμότητας και απωλειών θερμότητας λόγω ακτινοβολίας). c1 (W/K m2); c2 (W/K2m2). Στο επόμενο διάγραμμα, παριστάνεται η απόδοση διαφόρων τύπων ηλιακού συλλέκτη ως συνάρτηση της θερμοκρασιακής διαφοράς ανάμεσα στον αέρα περιβάλλοντος και τη μέση θερμοκρασία στο εσωτερικό του συλλέκτη. σ ε λ | 26 Διάγραμμα 8. Στιγμιαία απόδοση διαφόρων ειδών ηλιακού συλλέκτη. Επίπεδοι Συλλέκτες Ο επίπεδος ηλιακός συλλέκτης (Flat Plate Collector – FPC) είναι ο απλούστερος τύπος συλλέκτη για την μετατροπή της ηλιακής ενέργειας σε θερμότητα. Το ρευστό που κυκλοφορεί στον απορροφητή είναι συνήθως νερό (συχνά με πρόσθετα για προστασία από τον πάγο) παρόλο που άλλα ρευστά (ακόμη και ατμός) μπορούν να χρησιμοποιηθούν επίσης ανάλογα με την εφαρμογή και την απαιτούμενη θερμοκρασία λειτουργίας. Στους συλέκτες αυτού του είδους εφαρμόζονται διάφορες τεχνολογίες για τον έλεγχο των απωλειών θερμότητας.  Επιλεκτικοί και μη­επιλεκτικοί απορροφητές. Οι απώλειες λόγω ακτινοβολίας είναι ένας από τους τρεις μηχανισμούς απώλειας θερμότητας των ηλιακών συλλεκτών. Ο έλεγχος των απωλειών μπορεί να γίνει με επιλεκτικές επιφάνειες που εφαρμόζονται στον απορροφητή. Οι επιφάνειες αυτές είναι έτσι σχεδιασμένες ώστε να έχουν την μέγιστη δυνατή απορρόφηση στο ορατό και υπέρυθρο τμήμα του φάσματος και τον χαμηλότερο δυνατό για τις θερμοκρασίες λειτουργίας του συλλέκτη, συντελεστή εκπομπής. Οι συλλέκτες που χρησιμοποιούν αυτές τις επιλεκτικές επιφάνειες ονομάζονται επιλεκτικοί ενώ οι άλλοι που είναι απλώς βαμμένοι με μαύρο χρώμα, ονομάζονται μη‐επιλεκτικοί. 
Μονό/διπλό κάλυμμα, περιορισμοί μεταφοράς θερμότητας. Η μεταφορά θερμότητας είναι άλλος ένας μηχανισμός στον οποίο οφείλονται οι απώλειες θερμότητας. Ένας τρόπος να μειωθούν οι απώλειες λόγω μεταφοράς είναι η χρήση διπλού διαφανούς καλύμματος στο συλλέκτητο οποίο συνήθως είναι ένα διαφανές φιλμ το οποίο τοποθετείται πίσω από το γιάλυνο κάλυμμα. Το καλύτερο υλικό για τη χρήση αυτή είναι το Teflon, το οποίο έχει υψηλή διαπερατότητα και πολή καλή θερμική αντίσταση. Η χρήση διαφανών μονωτικών υλικών αποτελεί άλλη μια δυνατότητα για την κατασκευή σταθερών επίπεδων συλλεκτών υψηλής απόδοσης. σ ε λ | 27 Συλλέκτες σωλήνων κενού Οι συλλέκτες σωλήνων κενού (Evacuated tube collectors ‐ETC) αποτελούνται από σειρές παράλληλων γυάλινων σωλήνων που συνδέονται με έναν βασικό σωλήνα. Κάθε μεμονωμένος σωλήνας εκκενώνεται ώστε να μειωθούν οι απώλειες θερμότητας. Η σωληνοειδής γεωμετρία είναι απαραίτητη για να διατηρηθεί η διαφορά πίεσης ανάμεσα στην ατμοσφαιρική πίεση και το κενό στο εσωτερικό. Οι συλλέκτες σωλήνων κενού κατηγοριοποιούνται σε δυο ομάδες:  Απ’ ευθείας ροής: Το ρευστό που μεταφέρει τη θερμότητα ρέει μέσω του απορροφητή  Με σωλήνες θερμότητας: Σωλήνες μεταφέρουν θερμότητα ανάμεσα στον απορροφητή και το ρευστό βάσει της αρχής του σωλήνα θερμότητας Διάγραμμα 9. Συλλέκτης Σωλήνων Κενού (ETC). Πηγή: APRICUS‐SOLAR σ ε λ | 28 Συλλέκτες σωλήνων κενού άμεσης ροής απορροφητής
Σωλήνες
εισόδ/εξόδου
απορροφητής
Σωλήνες
εισόδ/εξόδου
Διάγραμμα 10. Κατασκευαστικοί τύποι συλλεκτών απ’ευθείας ροής: ομόκεντροι και διακριτοί σωλήνες. Αυτός ο συλλέκτης αποτελείται από μια σειρά από γυάλινους σωλήνες. Στο εσωτερικό κάθε σωλήνα υπάρχει επίπεδη ή καμπύλη πλάκα αλουμινίου που συνέεται με ένα μεταλλικό (συνήθως χάλκινο) ή γυάλινο σωλήνα. Η πλάκα αλουμινίου επικαλύπτεται συνήθως με μια επιλεκτική επιφάνεια όπως Tinox. Το ρευστό μετάδοσης θερμότητας είναι νερό και κυκλοφορεί μέσα στις σωληνώσεις, μια για το εισερχόμενο ρευστό και μια για το εξερχόμενο. Υπάρχουν διάφοροι τύποι συλλεκτών που κατηγοριοποιούνται ανάλογα με την κατανομή αυτών των σωληνώσεων:  Συλλέκτες με ομόκεντρους σωλήνες εισόδου –εξόδου του ρευστού (γυάλινο ­ μεταλλικό): η κατασκευή αυτή έχει το πλεονέκτημα της περιστορφικής συμμετρίας. Έτσι κάθε σωλήνας μπορεί εύκολα να περιστραφεί επιτρέποντας στον απορροφητή να βρίσκεται στην κατάλληλη γωνία ακόμηκαι όταν ο συλλέκτης είναι προσανατολισμένος οριζόντια.  Συλλέκτες με δυο ξεχωριστούς σωλήνες για είσοδο – έξοδο (γυάλινο ­ μεταλλικό): τυπικοί συλλέκτες σωληνώσεων κενού. Σε κάποιους, ο απορροφητής είναι επίπεδος και σε κάποιους καμπύλος.  Συλλέκτης τύπου Sydney (glass­glass): αποτελείται από δύο γυάλινους σωλήνες ενωμένους στο ένα άκρο. Ο εσωτερικός σωλήνας έχει ενσωματωμένο κυλινδρικό μεταλικό απορροφητή, συνήθως με επιλεκτικό απορροφητικό υλικό. Διάγραμμα 11. Κατασκευαστικοί τύποι συλλεκτών απ’ευθείας ροής: γυάλινος ‐ γυάλινος. Source: APRICUS‐SOLAR σ ε λ | 29 Οι δυο πρώτοι τύποι συλλεκτών είναι πολύ αποδοτικοί σε χαμηλές θερμοκρασίες λειτουργίας (εφαρμογές θέρμανσης ή ζεστούνερού χρήσης) αλλά μπορεί να εμφανίσουν προβλήματα λόγω απωλειών κενού. Αυτό οφείλεται κυρίως στο ότι σφραγίζει γυαλί με μέταλλο και στο ότι ο ρυθμός θερμικής διαστολής των δυο αυτών υλικών είναι διαφορετικός οδηγώντας έτσι μετά από κάποια χρόνια μπορεί σε απώλειες κενού. Τα ζεύγη σωλήνων γυαλί‐γυαλί, παρόλο που γενικά δεν είναι τόσο αποδοτικά όσο τα ζεύγη γυαλί – μέταλλο είναι γενικά περισσότερο αξιόποιστα και πιο οικονομικά. Για κάποιες όμως εφαρμογές ηλιακής ψύξης πολύ υψηλών θερμοκρασιών, η απόδοση των σωλήνων ζεύγους γυαλί‐γυαλί μπορεί να είναι και υψηλότερη από αυτή των σωλήνων ζεύγους γυαλί – μέταλλο. Αυτό εξαρτάται από τις τεχνικές παραμέτρους του συλλέκτη και τις θερμοκρασίες λειτουργίας και περιβάλλοντος. Κάποιοι συλλέκτες σωλήνων κενού έχουν εξωτερικά κάτοπτρα πίσω από τους σωλήνες κενού ή μέσα στις γυάλινες σωληνώσεις. Τα εξωτερικά κάτοπτρα αυξάνουν την ακτινοβολία που συλλέγεται από τον συλλέκτη, αφού συνήθως η ακτινοβολία που περνάει μέσα από τον κενό χώρο ανάμεσα στους σωλήνες, οδηγείται πίσω στον απορροφητή. Διάγραμμα 12. Συλλέκτης τύπου Sydney με εξωτερικό κάτοπτρο CPC (αριστερά). Πηγή: MICROTHERM Energietechnik GmbH. Συλλέκτης ομόκεντρων σωλήνων με εσωτερικό κάτοπτρο (δεξιά). Πηγή: SCHOTT Παραβολικοί Κοίλοι Συλλέκτες Οι συγκεντρωτικοί συλλέκτες που ακολουθούν την κίνηση του ηλίου κατηγοριοποιούνται ανάλογα με τον τρόπο ακολουθίας της κίνησης του ηλίου:  Σε συστήματα μονού άξονα και γραμμικής εστίασης που ακολουθούν την κίνηση του ηλίου κατά την γωνία ανύψωσής του επάνω από τον ορίζοντα.  Σε συστήματα διπλού άξονα και σημειακής εστίασης (παραβολικά πιάτα, πύργοι με ηλιοστάτες και ηλαικοί φούρνοι) όπου οι ακτίνες του ηλίου είναι πάντα κατακόρυφες στην επιφάνεια των συλλεκτών. Τα συστήματα σημειακής εστίασης χρησιμοποιούνται συνήθως όταν απαιτούνται θερμοκρασίες υψηλότερες των 400 °C. Οι πιο χαρακτηριστικοί συλλέκτες μονού άξονα είναι οι ονομαζόμενοι κοίλοι παραβολικοί συλλέκτες. Αυτοί αποτελούν την πιο ώριμη τεχνολογία συγκεντρωτικών συλλεκτών για θερμοκρασίες έως και 400 °C για την παραγωγή ηλεκτρισμού ηλεκτρισμού ή εφαρμογή σε βιομηχανικές διεργασίες. Τα κάτοπτρα με παραβολικό σχήμα συγκεντρώνουν την άμεση ηλιακή ακτινοβολία σε αποδέκτη που είναι τοποθετημένος στη εστιακή γραμμή της παραβολικής επιφάνειας. Ο αποδέκτης αποτελείται από έναν σωλήνα απορρόφησης επιφάνειας περίπου 25 με 35 φορές μικρότερη από την καθαρή επιφάνεια του απορροφητή. Το προς θέρμανση ρευστό, κυκλοφορεί μέσα από τις σωληνώσεις του απορροφητή. Τα πιο συνήθη ρευστά λειτουργίας είναι το νερό και το λάδι. σ ε λ | 30 Οι παραβολικοί κοίλοι συλλέκτες έχουν πολύ χαμηλό συντελεστή απωλειών θερμότητας και για αυτό ενδείνκυνται για εφαρμογές υψηλών θερμοκρασιών. Δεν αξιοποιούν το διάχυτο τμήμα της ηλιακής ακτινοβολίας, αλλά αξιοποιούν καλύτερα από τους σταθερούς συλλέκτες την άμεση ηλιακή ακτινοβολία. Στις ΗΠΑ, αρκετές εγκαταστάσεις με επιφάνεια συλλεκτών μεταξύ 500 m² και 2500 m² δημιουργήθηκαν κατά τη δεκαετία του 90‘. Αποδείχτηκαν αξιόπιστα σε σύγκριση με παλιότερα εγκατεστημένα συστήματα. Αρκετές εταιρείες έχουν ξεκινήσει τα τελευταία χρόνια να πωλούν παραβολικούς συλλέκτες για το θερμοκρασιακής εύρος της τάξης των 50 °C ‐ 300 °C. Διάγραμμα 13. Παραβολικοί συλλέκτες με άξονα προσανατολισμού δύσης‐ανατολής (αριστερά). Εφαρμογή παραβολικών συλλεκτών σε βιομηχανική διεργασία (δεξιά). σ ε λ | 31 3.5 Διάταξη εγκατάστασης Το υδραυλικό σχέδιο που παρουσιάζεται σε αυτό το κεφάλαιο είναι αυτό που προτείνεται για τα ηλιακά συστήματα θέρμανσης και ψύξης που ενδείκνυνται για την αγροτροφική βιομηχανία βάσει των εφαρμογών και των ενεργειακών απαιτήσεων που αναφέρθηκαν. Το σχέδιο αυτό έχει επιλεχθεί για τη βελτιστοποίηση της χρήσης θερμότητας σε διάφορα θερμοκρασιακά επίπεδα. Θεωρήθηκαν τέσσερα διαφορετικά επίπεδα:  SCOOL: κλιματισμός; ψυχρό νερό στους 7 ºC‐15 ºC  SHT: ζεστό νερό υψηλής θερμοκρασίας στους 65 º C – 85 ºC  SMT: ζεστό νερό μέσης θερμοκρασίας στους 60 ºC – 20 ºC  SBT: ζεστό νερό χαμηλής θερμοκρασίας σε λιγότερο από 20 ºC Η επανάψυξη (re‐cooling) του θερμοκίνητου ψύκτη γίνεται είτε από τον πύργο ψύξης ή από μια βιομηχανική διαδικασία σε χαμηλή θερμοκρασία. Για τη βελτίωση της στρωμάτωσης και τη λειτουργία του ηλιακού πεδίου στην χαμηλότερη δυνατή θερμοκρασία θεωρούνται δύο δεξαμενές αποθήκευσης. Οι αντλίες στον αρχικό και δευτερεύων βρόχο του ηλιακού πεδίου, όπως και οι αντλίες διανομής θεωρήθηκαν για μεταβλητό ρυθμό παροχής. Διάγραμμα 14. Διάταξη ηλιακής θέρμανσης και ψύξης για τον αγροτροφικό τομέα (Aiguasol) σ ε λ | 32 3.6. Διατάξεις Συστημάτων Η επαναψύξη του θερμικού ψύκτη γίνεται από τον πύργο ψύξης ή από μια βιομηχανική διαδικασία σε χαμηλές θερμοκρασίες. Δύο δεξαμενές αποθήκευσης έχουν εισαχθεί για να βελτιώσουν τη στρωματοποίηση και για να ενεργοποιήσουν το ηλιακό πεδίο σε χαμηλότερες θερμοκρασίες. Οι αντλίες στον πρωτέυον και δευτερεύων βρόχο του ηλιακού πεδίου καθώς επίσης και οι αντλίες διανομής έχουν θεωρηθεί ότι λειτουργούν υπό μεταβλητή ροή. Διάγραμμα 15. Σχεδιάγραμμα ηλιακής θέρμανσης και ψύξης στην αγροτροφική βιομηχανία. (Aiguasol) σ ε λ | 33 4. ΒΑΣΙΚΟΣ ΣΧΕΔΙΑΣΜΟΣ ΚΑΙ ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑ Μέρος των πληροφοριών που βρίσκονται στο κεφάλαιο αυτό έχουν προέλθει από το έντυπο “Design and Maintenance Guidelines” το οποίο παρήχθη κατά το έργο Procesol II6 καθώς και από αποτελέσματα των έργων SACE7 και SOLAIR8 . Μετά την εκπλήρωση των πρωταρχικών βημάτων, ξεκινούν τα βήματα σχεδιασμού. Ο στόχος της χρήσης ηλιακής ενέργειας για θέρμανση και ψύξη είναι η εξοικονόμηση των συμβατικών καυσίμων και ηλεκτρισμού για κάλυψη των θερμικών και ψυκτικών φορτίων. Αυτό σημαίνει μείωση της κατανάλωσης πρωτογενούς ενέργειας και των συσχετιζόμενων εκπομπών αερίων θερμοκηπίου. Η ενεργειακή απόδοση των ηλιακά υποβοηθούμενων συστημάτων θέρμανσης και ψύξης καθορίζει σε μεγάλο βαθμό το ποσό της εξοικονόμησης αυτής. Συνήθως, όσο μεγαλύτερη εξοικονόμηση συμβατικών καυσίμων επιτυγχάνεται, τόσο υψηλότερη αρχική επένδυση απαιτείται. Ταυτόχρονα όμως, μειώνεται το κόστος λειτουργίας, εφόσον απαιτούνται σαφώς λιγότερα συμβατικά καύσιμα, και σιγά σιγά, ανακτάται το επιπρόσθετο κόστος εγκατάστασης των ηλιακών συστημάτων. Το κεφάλαιο αυτό προσφέρει οδηγίες για τον προσδιορισμό της ενεργειακής και περιβαλλοντικής απόδοσης των ηλιακά υποβοηθούμενων συστημάτων θέρμανσης και ψύξης. Οι οικονομικοί παράμετροι παρουσιάζονται στο επόμενο κεφάλαιο. Παρότι δεν υπάρχουν επίσημως τυποποιημένοι κανόνες για τη διαστασιολόγηση των ηλιακών συστημάτων θέρμανσης και ψύξης, υπάρχουν ορισμένοι εμπειρικοί κανόνες που παρέχουν χρήσιμες πληροφορίες. 4.1. Παράγοντες Σχεδιασμού 
Εξοικονόμηση Πρωτογενούς Ενέργειας Μία κοινή μέθοδος υπολογισμού της ενεργειακής απόδοσης ενός συστήματος ηλιακού κλιματισμού είναι η σύγκρισή του με ένα συμβατικό (ίσης ισχύος στις ίδιες κλιματολογικές συνθήκες) ως προς την κατανάλωση πρωτογενούς ενέργειας. Άλλη μία σημαντική παράμετρος είναι η υπολογιστική προσομοίωση του συστήματος κατά τη διάρκεια ενός έτους. Το μέγιστο δυνατό βήμα χρόνου είναι 1 ώρα, καθώς πρέπει να ληφθεί υπόψη η διακύμανση της ηλιακής ακτινοβολίας και των κλιματικών συνθηκών και η μεταβλητότητα του φορτίου. Κατά το σχεδιασμό ενός ηλιακού συστήματος, είναι καθοριστικός ο προσδιορισμός των πιο δυσμενών συνθηκών. Για τον υπολογισμό όμως της ενεργειακής απόδοσης του συστήματος, ο προσδιορισμός της συμπεριφοράς του συστήματος με τον χρόνο είναι καθοριστικός. Ειδικά προσομοιωτικά προγράμματα ή προγράμματα μαθηματικής προσομοίωσης πρέπει να χρησιμοποιηθούν για τον υπολογισμό τόσο του φορτίου όσο και της συνολικής ενεργειακής απόδοσης. Οι κυριότερες παράμετροι που πρέπει να υπολογιστούν για την εκτίμηση του ετήσιου ισοζύγιου ενέργειας είναι: 6 Procesol II “Solar Thermal Process Heating coupled wih Heat Recovery Technologies in Industrial Applications” – contract n. Altener 4.1030/Z/02‐084/2002 (CRES) 7 SACE. Solar Air Conditioning in Europe. EC Research Directorate General. http://www.ocp.tudelft.nl/ev/res/sace.htm, YAZAKI provider ABSORSISTEM, S.L. and AIGUASOL SCCL experience. 8 SOLAIR: Increasing the market implementaiton of solar air conditioning systems for small and medium applications in residential and commercial buildings σ ε λ | 34 
Θερμικά και Ψυκτικά Φορτία 
Παραγόμενη Ενέργεια από ηλιακό πεδίο 


Θερμότητα παραγόμενη από ηλιακό πεδίο 
Ψύξη παραγόμενη από ηλιακό πεδίο9 
Μεικτή απόδοση ηλιακού συστήματος 
Καθαρή απόδοση ηλιακού συστήματος 
Ηλιακή κάλυψη για θέρμανση 
Ηλιακή κάλυψη για ψύξη Κατανάλωση συμβατικών καυσίμων και ηλεκτρισμού 
Κατανάλωση ηλεκτρισμού για θέρμανση 
Κατανάλωση ηλεκτρισμού για ψύξη 
Κατανάλωση ορυκτών καυσίμων για θέρμανση 
Κατανάλωση ορυκτών καυσίμων για ψύξη 
Απόδοση καυστήρων 
Ηλεκτρική Απόδοση (COP) συμβατικού ψύκτη συμπίεσης 
Θερμική και Ηλεκτρική Απόδοση (COPth, COPel) θερμικού ψύκτη Πρωτογενής ενέργεια 
Κατανάλωση πρωτογενούς ενέργειας 
Εξοικονόμηση πρωτογενούς ενέργειας 
Σχετική εξοικονόμηση πρωτογενούς ενέργειας 
Ανηγμένη παραγωγή θερμότητας από ηλιακό πεδίο ανά τετραγωνικό μέτρο συλλεκτών 
Ανηγμένη εξοικονόμηση πρωτογενούς ενέργειας από ηλιακό πεδίο ανά τετραγωνικό μέτρο συλλεκτών. Παρόλο που δεν αναφέρεται στην προηγούμενη λίστα, εξίσου σημαντική είναι η εκτίμηση της κατανάλωσης νερού του συστήματος. Σε εγκαταστάσεις όπου χρησιμοποιούνται πύργοι ψύξης ή υγραντές, η κατανάλωση νερού είναι υψηλότερη σε σχέση με ένα συμβατικό σύστημα. Ο επόμενος πίνακας δείχνει τις βασικές εξισώσεις που χρησιμοποιούνται για τον υπολογισμό της ενεργειακής απόδοσης. 9 The “solar system” includes all the equipment from solar collector to solar storage and excludes the boiler back‐up (if there is one). σ ε λ | 35 Πίνακας 1. Εξισώσεις για τον υπολογιμσό της ενεργειακής απόδοσης ενός ηλιακά υποβοηθούμενου συστήματος θέρμανσης και ψύξης. Έννοια Εξίσωση Μεταβλητές Παραγωγή θερμότητας Quse  Qtot  Qbu
από ηλιακό πεδίο Quse
(απόλυτη και ανηγμένη) quse 
Quse: ωφέλιμη θερμότητα που παράγεται από το ηλιακό πεδίο. Acol Qtot: συνολική ενέργεια που απαιτείται για θέρμανση και ψύξη. Στην περίπτωση της ψύξης, είναι η θερμότητα που απαιτεί η ατμογεννήτρια στον θερμικό ψύκτη ή η θερμότητα αναγέννησης σε ένα αφυγραντικό ψυκτικό σύστημα DEC. Qbu: θερμότητα που παράγεται από το εφεδρικό συμβατικό σύστημα. Acol: επιφάνεια συλλεκτικού πεδίου. Μεικτή απόδοση Qsol
 gross 
ηλιακού συστήματος Acol I col
Qsol: production from solar system after the storage tank. Icol: προσπίπτουσα ηλιακή ακτινοβολία στους συλλέκτες. Καθαρή απόδοση ηλιακού συστήματος  net 
Αριθμός Ποιότητας Διαδικασίας (Process quality number) PQN 
Quse
Acol I col COPeq
COPCarnot

1
COPeq
Theat _ rejection
Tdriving
Theat _ rejection
Tcold
1
Ηλιακή απόδοση COPsolar  COPthermal * net Κατανάλωση πρωτογενούς ενέργειας E PE 
Qbu
E
 elec
 bu   fossil  elec
Eel: ηλεκτρισμός που καταναλώνει το σύστημα (ηλεκτρικός ψύκτης συμπίεσης, ανεμιστήρες, αντλίες ‐ κυκλοφορητές, πύργοι ψύξης, κτλ.) bu: απόδοση του εφεδρικού συμβατικού σ ε λ | 36 Έννοια Εξίσωση Μεταβλητές συστήματος. fossil: παράγοντας μετατροπής πρωτογενούς ενέργειας στο εφεδρικό σύστημα ορυκτών καυσίμων (πετρέλαιο, φυσικό άεριο, υγραέριο, κτλ). elec: παράγοντας μετατροπής πρωτογενούς ενέργειας στο εφεδρικό ηλεκτρικό σύστημα. Εξοικονόμηση E PEsave  E PE ref  E PE solar
Πρωτογενούς Ενέργειας (απόλυτη, σχετική, E
E PEsaverel  PEsave
ανηγμένη) E PEref
E PEsaverel 
E PEsave
Acol EPEref: κατανάλωση πρωτογενούς ενέργειας από το σύστημα αναφοράς, το οποίο χρησιμοποιεί ηλεκτρισμό και ορυκτά καύσιμα. EPEsolar: κατανάλωση πρωτογενούς ενέργειας από το ηλιακά υποβοηθούμενο σύστημα θέρμανσης και ψύξης. Η διαφορά της μεικτής μείον την καθαρή απόδοση ενός ηλιακού συστήματος δείχνει το ποσό της ηλιακής ενέργειας που δεν μπορεί να χρησιμοποιηθεί καθόλου, καθώς δεν υπάρχει η σχετική απαίτηση για θέρμανση ή ψύξη. Οι παράγοντες μετατροπής πρωτογενούς ενέργειας περιλαμβάνουν την απόδοση των αλλεπάλληλων διαδικασιών μετατροπής ενέργειας, από την αρχική έως την τελική της μορφή. Στην περίπτωση των ορυκτών καυσίμων fossil, περιλαμβάνονται οι απώλειες από την εξόρυξη, τη διύλιση και τη μεταφορά. Συνήθεις τιμές για το fossil είναι από 0.95 έως 0.90 kWhfossil/kWhPE. Στην περίπτωση του ηλεκτρισμού elec, περιλαμβάνεται η απόδοση του εργοστασίου ηλεκτροπαραγωγής. Η συνήθης μέθοδος υπολογισμού λαμβάνει υπόψη την συνολικά παραγόμενη ηλεκτρική ενέργεια σε μία χώρα, τον τρόπο διανομής της και την απόδοση των χρησιμοποιούμεων τεχνολογιών (ηλεκτροπαραγωγή από ορυκτά κάυσιμα, πυρηνικά εργοστάσια, θερμοηλεκτρικά εργοστάσια, εργοστάσια συνδυαζόμενου κύκλου, μονάδες συμπαραγωγής, υδροηλεκτρικά εργοστάσια και άλλες μονάδες ηλεκτροπαραγωγής από ΑΠΕ). Τυπικές τιμές του elecl κυμαίνονται από 0.3 και 0.4 kWhelec/kWhPE. 
Ανάλυση Ειδικής Πρωτογενούς Ενέργειας Γενικά, η κατανάλωση των ηλιακά υποβοηθούμενων συστημάτων κλιματισμού συγκρίνεται με τα αντίστοιχα συμβατικά συστήματα, με σύγκριση των καταναλώσεων ειδικής πρωτογενούς ενέργειας. Στην περίπτωση αυτή, ο τύπος που χρησιμοποιείται είναι ο εξής: σ ε λ | 37 Πίνακας 2. Σύγκριση κατανάλωσης ειδικής πρωτογενούς ενέργειας μεταξύ των ηλιακά υποβοηθούμενων συστημάτων κλιματισμού και των συμβατικών κλιματιστικών συστημάτων. Έννοια Κατανάλωση ειδικής πρωτογενούς ενέργειας συμβατικού ψύκτη Εξίσωση PE spc conv 
Μεταβλητές COPconv: σχέση μεταξύ του ψυκτικού αποτελέσματος και του ηλεκτρισμού που καταναλώθηκε από το συμβατικό ψύκτη. 1
 elec  COPconv elec: όρος μετατροπής ηλεκτρικής ενέργειας. bu: απόδοση του εφεδρικού συστήματος (λέβητας συμβατικών καυσίμων). Κατανάλωση 1
PE spc  sol 

ειδικής  bu   fossil  COPth πρωτογενούς 1  SFcool   PEspc  cooltow
ενέργειας θερμικού ψύκτη που λειτουργεί με ηλιακούς συλλέκτες και εφεδρικά, από λέβητα συμβατικών καυσίμων fossil: όρος μετατροπής πρωτογενούς ενέργειας του καυσίμου που χρησιμοποιήθηκε στο εφεδρικό λέβητα (φυσικό αέριο, πετρέλαιο, κτλ). COPth: σχέση μεταξύ του ψυκτικού αποτελέσματος και της θερμικής ενέργειας που καταναλώθηκε από τον θερμικό ψύκτη. SFcool: ηλιακή κάλυψη κατά τη ψύξη. PEspc­cooltow: specific primary energy consumption of the cooling tower. Κατανάλωση E spc cooltow
PE spc cooltow 
ειδικής  elec
πρωτογενούς ενέργειας πύργου ψύξης Ηλιακή Κάλυψη Qboiler
f sav , shc  1 
 boiler
Qboiler ,ref
 boiler ,ref



1
 1 
  COPth
Wel
 el

Wel ,ref
 el

 
Qcooling ,missed
SPFref   el
Qcooling ,ref

SPFref   el
Espc­cooltow: Κατανάλωση ηλεκτρισμού από τον πύργο ψύξης ανά μονάδα απόβλητης θερμότητας (συμπεριλαμβανόμενων των κυκλοφορητών). σ ε λ | 38 Έχει γίνει η παραδοχή ότι στο COPconv, ο ηλεκτρισμός που καταναλώθηκε από το συμβατικό ψύκτη είναι η μέση κατανάλωση ηλεκτρισμού, η οποία περιλαμβάνει και την ηλεκτρική ενέργεια που απαιτείται για την απόρριψη θερμότητας στον συμπυκνωτή. Τα παρακάτω διαγράμματα αφορούν έναν θερμικό ψύκτη με εφεδρικό λέβητα συμβατικών καυσίμων, ο οποίος καλύπτει τα ψυκτικά φορτία αιχμής. Ειδικά για τη σύγκριση ενός συστήματος αφυγραντικής ψύξης DEC (το οποίο κλιματίζει αέρα) το συμβατικό σύστημα αναφοράς θα πρέπει να είναι ένα σύστημα επεξεργασίας αέρα με ψύκτη συμπίεσης ατμών για τη διαχείρηση του αισθητού και του λανθάνοντος φορτίου). Στα συστήματα αφυγραντικής ψύξης DEC δεν υπάρχει πύργος ψύξης, όμως πρέπει να ληφθεί υπόψη η καταναλώμενη ηλεκτρική ενέργεια από τους ανεμιστήρες, καθώς αυτή είναι συνήθως υψηλότερη από αυτήν των συμβατικών κλιματιστικών. Για να δώσουμε ένα παράδειγμα μίας τέτοιας ανάλυσης, έστω ένας θερμικός ψύκτης ο οποίος λειτουργεί με ηλιακούς συλλέκτες και εφεδρικά, χρησιμοποιείται ένας λέβητας φυσικού αερίου. Θα τον συγκρίνουμε με έναν ηλεκτρικό ψύκτη συμπίεσης ατμών, με τα εξής δεδομένα: Espc­cooltow=5 % bu=0.85 fossil=0.95 elec=0.34 SFcool=0 % ‐ 100 % COPth=0.5 – 0.8 COPconv=2.0 – 4.5 PEspc sol/conv (kWhPE/kWhcold)
3.000
2.500
2.000
1.500
1.000
0.500
0.000
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1
Solar Fraction Cooling
COP 0.5
COP 0.55
COP 0.6
COP 0.65
COP 0.75
COP 0.8
COPconv 2.0
COPconv 4.5
COP 0.7
Διάγραμμα 16. Σχέση μεταξύ κατανάλωσης ειδικής πρωτογενούς ενέργειας και ηλιακής κάλυψης για διάφορα συστήματα κλιματισμού. Τα αποτελέσματα του προηγούμενου διαγράμματος δείχνουν ότι εάν ένα σύστημα ηλιακού κλιματισμού συγκριθεί με ένα συμβατικό κλιματιστικό υψηλής απόδοσης (COP), τότε μπορεί να επιλεγεί μόνο το σύστημα ηλιακού κλιματισμού με υψηλή ηλιακή κάλυψη. Για παράδειγμα, ας θεωρήσουμε ένα σύστημα ηλιακού κλιματισμού με COPth=0.7 και ας το συγκρίνουμε με ένα συμβατικό σύστημα με COPconv=2.0. Εάν το σύστημα ηλιακού κλιματισμού έχει ηλιακή κάλυψη πάνω από 35%, τότε καταναλώνει λιγότερη πρωτογενή ενέργεια από το συμβατικό. Όμως, εάν το συμβατικό σύστημα έχει COPconv=4.5, τότε το σ ε λ | 39 σύστημα ηλιακού κλιματισμού θα καταναλώνει λιγότερη πρωτογενή ενέργεια μόνο εφόσον έχει ηλιακή κάλυψη πάνω από 85%. Το ίδιο ηλιακό σύστημα με COPth=0.7 ηλαική κάλυψη 70%, καταναλώνει πρωτογενή ενέργεια ίση με 0.89 kWhPE/kWhcold. Η τιμή αυτή είναι κατά 40% χαμηλότερη από αυτήν ενός συμβατικού συστήματος με COPconv=2.0, αλλά είναι κατά 36% υψηλότερη από αυτήν ενός συμβατικού συστήματος με COPconv=4.5. Η ανάλυση αυτή δείχνει ότι είναι αναγκαία η επίτευξη μίας συγκεκριμένης ηλιακής κάλυψης σε ένα σύστημα ηλιακού κλιματισμού (θερμικός ψύκτης που λειτουργεί με ηλιακούς συλλέκτες και εφεδρικά, με λέβητα συμβατικών καυσίμων), ώστε να καταναλώνεται λιγότερη πρωτογενή ενέργεια από το αντίστοιχο συμβατικό σύστημα (ηλεκτρικός ψύκτης συμπίεσης ατμών). Η απόδοση του συστήματος, σε σχέση με την κατανάλωση πρωτογενούς ενέργειας, βελτιώνεται όταν αυξηθεί είτε το COPth είτε η ηλιακή κάλυψη και όταν μειωθεί η ειδική ηλεκτρική ενέργεια που καταναλώνει ο πύργος ψύξης. Εάν το σύστημα δεν έχει εφεδρικό συμβατικό λέβητα για τη λειτουργία του θερμικού ψύκτη (στην περίπτωση αυτή, το ψυκτικό φορτίο καλύπτεται κατεξοχήν από τον θερμικό ψύκτη και εφόσον παραστεί ανάγκη, από έναν δεύτερο ψύκτη ηλεκτρικό), τότε δεν υπάρχει ελάχιστη ηλιακή κάλυψη. 
Περιβαλλοντικά Οφέλη Τα ηλιακά υποβοηθούμενα συστήματα κλιματισμού έχουν μικρότερο περιβαλλοντικό αποτύπωμα από τα συμβατικά κλιματιστικά. Αυτό συμβαίνει γιατί: 
Όσο μειώνεται η κατανάλωση πρωτογενούς ενέργειας, τόσο λιγότερες είναι οι εκπομπές CO2. 
Τα ηλιακά υποβοηθούμενα συστήματα κλιματισμού χρησιμοποιούν ως ψυκτικά και αφυγραντικά μέσα αβλαβή ουσίες (νερό, άλατα) αντί για CFC ή HCFC που χρησιμοποιούν τα συμβατικά κλιματιστικά. Το ποσό των εκπομπών CO2 που αποφεύγεται είναι ανάλογο με τη μείωση της κατανάλωσης των συμβατικών καυσίμων ή του ηλεκτρισμού. Στην περίπτωση του ηλεκτρισμού, το ακριβές ποσό της μείωσης εξαρτάται από τα τεχνολογικά μέσα που χρησιμοποιούνται για την παραγωγή του ηλεκτρισμού. Έτσι, οι μονάδες ηλεκτροπαραγωγής από πυρηνική ενέργεια ή από Α.Π.Ε. δεν έχουν CO2 εκπομπές. Όμως, οι μονάδες ηλεκτροπαραγωγής ορυκτών καυσίμων εκλύουν CO2 κατά τη διεργασία της κάυσης. Στην Ισπανία, οι εκπομπές CO2 έχουν υπολογιστεί 0.455 kg CO2 ανά kWh ηλεκτρισμού ή 0.2 kg CO2 ανά kWh φυσικού αερίου. Ένα μειονέκτημα των ηλιακά υποβοηθούμενων συστημάτων κλιματισμού είναι η αυξημένη κατανάλωση νερού στους πύργους ψύξης και στους υγραντές. Το ζήτημα αυτό πρέπει να ληφθεί υπόψη κατά το σχεδιασμό των συστημάτων και κατά τον υπολογισμό της ενεργειακής κατανάλωσης. σ ε λ | 40 4.2 Εμπειρικοί Κανόνες  Ηλιακή κάλυψη: Είναι το ποσοστό του ετήσιου φορτίου το οποίο καλύπτεται από ηλιακή ενέργεια. Εμπειρικός κανόνας: - Η ηλιακή κάλυψη κυμαίνεται συνήθως από 10 έως 50% σε βιομηχανικές εφαρμογές.  Διαθεσιμότητα χώρου: ο διαθέσιμος χώρος για ηλιακούς συλλέκτες περιορίζεται από την ύπαρξη σκιάσεων και εμποδίων. Εμπειρικός κανόνας:: - Μέγιστη επιφάνεια συλλεκτών = διαθέσιμος χώρος / 2.5  Ανηγμένη επιφάνεια συλλεκτών: είναι η επιφάνεια των συλλεκτών ανά μονάδα ισχύος του θερμικού ψύκτη. Εμπειρικός κανόνας: - Ανηγμένη επιφάνεια συλλεκτών = 1 / (G*η*COP) Όπου: G: ηλιακή ακτινοβολία στην επιφάνεια των συλλεκτών (kW/m2) η: ονομαστική απόδοση συλλεκτών COP: ονομαστική απόδοση ψύκτη Τυπική τιμή ανηγμένης επιφάνειας συλλεκτών: 3 m2/kW  Ανηγμένος όγκος δεξαμενής: είναι ο όγκος της δεξαμενής θερμού νερού ανά m2 συλλέκτη. Πολύ μικρή τιμή ανηγμένου όγκου οδηγεί στην υπερθέρμανση της δεξαμενής, ενώ πολύ μεγάλη τιμή αυξάνει δραματικά το κόστος χωρίς την αντίστοιχη αύξηση των ηλιακών κερδών. Εμπειρικός κανόνας: - Ανηγμένος όγκος δεξαμενής = 50 lt/m2 συλλεκτών - Είδος ψύκτη και συλλέκτη: οι ψύκτες διπλής δράσης αποδίδουν μόνο με συλλέκτες PTC. Οι ψύκτες μονής δράσης αποδίδουν με συλλέκτες PFC ή ETC. 4.3 Ζητήματα Σχεδιασμού και Λειτουργίας Στην περίπτωση του ψύκτη με διάλυμα LiBr/H2O, τα παρακάτω στοιχεία πρέπει να ληφθούν υπόψη: 
Παγοποίηση του ψυκτικού μέσου (νερό) και του πύργου ψύξεως, κατά το χειμώνα. Εάν η ψύξη If cooling is not used to empty the pipes and equipment is recommended. 
Κρυσταλλοποίηση του διαλύματος LiBr σε υψηλές συγκεντρώσεις, η οποία συμβαίνει: -
Όταν η θερμοκρασία του generator είναι υψηλή -
Όταν η θερμοκρασία προσαγωγής του νερού μέσης θερμοκρασίας για επανα‐
ψύξη είναι χαμηλή. Αυστηρός έλεγχος των δύο θερμοκρασιών απαιτείται για την αποφυγή τέτοιων κινδύνων. Συνίσταται η χρήση τρίοδων βαλβίδων, ώστε να ελέγχουν την ροή του νερού στον ψύκτη. Τα ακόλουθα ζητήματα αφορούν το συνολικό σχεδιασμό ενός ηλιακού συστήματος κλιματισμού, το οποίο έχει ως στόχο τη μείωση της κατανάλωσης πρωτογενούς ενέργειας: σ ε λ | 41 
Η κατάλληλη ροή στο ηλιακό πεδίο ενδείκνυται για την επίτευξη κατάλληλων θερμοκρασιών στον ψύκτη και τη μείωση της κατανάλωσης της αντλίας. 
Χρήση λέβητα φυσικού αερίου ή πετρελαίου ως εφεδρικό σύστημα: Το εφεδρικό σύστημα πρέπει να χρησιμοποιείται μόνο όταν το ηλιακό σύστημα έχει υψηλή ηλιακή κάλυψη, εφόσον σε αντίθετη περίπτωση η κατανάλωση πρωτογενούς ενέργειας θα ήταν μεγαλύτερη από αυτήν των συμβατικών ψυκτών. Αυτό συμβαίνει εξαιτίας της χαμηλής απόδοσης των θερμικών ψυκτών έναντι των συμβατικών. Η κατάλληλη ηλιακή κάλυψη εξαρτάται από την κάθε εφαρμογή, αλλά για τον κλιματισμό συνήθως είναι υψηλότερο από 60‐ 70%. Άλλοι κίνδυνοι στον εφεδρικό λέβητα είναι να χαλάσει η στρωματοποίηση της δεξαμενής και η μετατροπή των συλλεκτών σε αποδέκτες θερμότητας, εάν ο λέβητας συνδέεται σε σειρά με τους ηλιακούς συλλέκτες και η ακτινοβολία είναι χαμηλή. Μια ενδιαφέρουσα εφαρμογή είναι οι ψύκτες απορρόφησης δύο σταδίων, οι οποίοι έχουν δύο διαφορετικές εισόδους θερμότητας: η μία προερχόμενη από το ηλιακό πεδίο και η άλλη από τον λέβητα σε υψηλότερη θερμοκρασία. 
Χρήση συμβατικού ψύκτη ως εφεδρικό σύστημα κλιματισμού. Αυτή η λύση χρησιμοποιείται συνήθως όταν ηηλιακή κάλυψη είναι χαμηλή. Ο συμβατικός, εφεδρικός ψύκτης μπορεί να λειτουργήσει σε σειρά ή παράλληλα με τον θερμικό ψύκτη, ανάλογα με τη ψυκτικές ανάγκες. Επομένως, η λύση αυτή είναι κατάλληλη για συστήματα SAHC στη βιομηχανία. 
Χρήση δοχείου αδρανείας για την σταθεροποίηση της λειτουργίας και του ελέγχου όλου του συστήματος, για την αποφυγή της μεταφοράς των μεγίστων θερμοκρασιών του συλλεκτικού πεδίου στον υπόλοιπο εξοπλισμό του συστήματος. 
Η στρατηγική ελέγχου πρέπει να λαμβάνει υπόψη της την ασφάλεια του συστήματος και την ελαχιστοποίηση της κατανάλωσης πρωτογενούς ενέργειας (κατανάλωση εφεδρικού εξοπλισμού και παρασιτική κατανάλωση). Διαφορετικές στρατηγικές ελέγχου μπορεί να ενσωματωθούν σε ένα σύστημα ώστε να ταιριάξουν την ηλιακή ενέργεια με το προφίλ της κατανάλωσης. Ορισμένα παραδείγματα συνδυασμών είναι: -
Διατήρηση σταθερής ή μεταβλητής θερμοκρασίας στην είσοδο του αναγεννητή (απαραίτητος ο εφεδρικός λέβητας). -
Καθορισμός βέλτιστης τιμής της θερμοκρασίας στην είσοδο του αναγεννητή. -
Μεταβάλοντας τη θερμοκρασία εισόδου στον απορροφητή, με την μεταβολή της ταχύτητας του ανεμιστήρα ή με τη χρήση τρίοδης βαλβίδας. -
Καθορισμός βέλτιστης τιμής της θερμοκρασίας στην είσοδο του απορροφητή. -
Έλεγχος της αντλίας της ροής του κρύου νερού στο κτίριο (μεταβαλλόμενη ροή) ανάλογα με τη θερμοκρασιακή διαφορά προσαγωγής – επιστροφής. σ ε λ | 42 5. ΧΡΗΣΗ ΤΟΥ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΙΚΟΥ ΕΡΓΑΛΕΙΟΥ SAHC Το σύστημα λήψης αποφάσεων που παρήχθη κατά το έργο SAHC έχει στόχο την παροχή βοήθειας στην επιλογή των εξαρτημάτων και των χαρακτηριστικών ενός θερμικού ηλιακού συστήματος για θέρμανση και ψύξη στην αγροτροφική βιομηχανία. Δύο διαφορετικές εκδοχές του υπολογιστικού εργαλείου SAHC έχουν παραχθεί, οι οποίες βασίζονται στο ίδιο μοντέλο δυναμικής προσομοίωσης, όμως έχουν διαφορετικές προσεγγίσεις: 1. Πλήρες Εργαλείο: λεπτομερές σχεδιαστικό εργαλείο για εξοικειωμένους χρήστες, το οποίο παρέχει τα ενεργειακά και οικονομικά αποτελέσματα ενός συστήματος, στο οποίο ο χρήστης μπορεί να επιλέξει τα ψυκτικά και θερμικά ρευστά (εφόσον γνωρίζει τις ιδιότητές τους) και τις κλιματικές συνθήκες (εφόσον κατέχει το κατάλληλο αρχείο). 2. Βασικό Εργαλείο: απλοποιημένο εργαλείο για μη εξοικειωμένους χρήστες, το οποίο παρέχει μία βασική τεχνο‐οικονομική ανάλυση του καταλληλότερου συστήματος, απλώς διαλέγοντας τον τομέα της βιομηχανίας, την δυναμικότητα της παραγωγής, τις διαστάσεις των ψυγείων, την τοποθεσία, το είδος των συλλεκτών και τον ψύκτη που πρόκειται να χρησιμοποιηθεί. Διάγραμμα 17. Αρχιτεκτονική εργαλείου SAHC Και τα δύο συστήματα περιλαμβάνονται στο ίδιο διαδραστικό περιβάλλον του Microsoft Excel “User dialogue box.xls” το οποίο περιλαμβάνεται στον φάκελο του εργαλείου SAHC, το οποίο μπορεί να ‘κατέβει’ από την ιστοσελίδα του έργου. Για να χρησιμοποιηθεί το εργαλείο, θα πρέπει να ενεργοποιηθούν τα macros. Στην περίπτωση που, ανοίγοντας το αρχείο, ο ‘μάγος’ της επιλογής γλώσσας δεν εμφανιστεί (όπως φαίνεται στην παρακάτω εικόνα), παρακαλούμε ελέγξτε εάν τα macros έχουν επιτραπεί ή εάν έχει εμφανιστεί στο πάνω μέρος μια προειδοποίηση που να σας λέει ότι ορισμένες λειτουργίες έχουν αποκλειστεί. Στην περίπτωση αυτή, μεταβείτε στην καρτέλα Εργαλεία (tools), πηγαίντε στα macros, μετά ασφάλεια (security) και επιλέξτε στην καρτέλα επίπεδο ασφάλειας (security level) το μεσαίο (medium). σ ε λ | 43 Διάγραμμα 18. SAHC εργαλείο Βήμα 1 Επιλέξτε γλώσσα, ανάμεσα στα Αγγλικά, Ιταλικά, Ισπανικά, Ελληνικά, Γαλλικά, Καταλανικά και Πορτογαλικά. Το περιβάλλον του Πλήρους εργαλείου δίδεται μόνο στα Αγγλικά. Το δεύτερο βήμα είανι η επιλογή του είδους του Εργαλείου, δηλαδή του Βασικού Εργαλείου ή του Πλήρους Εργαλείου. σ ε λ | 44 5.1 Βασικό Σχεδιαστικό Εργαλείο Σε αυτή την έκδοση, ο χρήστης μπορεί να εισαγάγει πληροφορίες σχετικά με την παραγωγή και την τοποθεσία, και το εργαλείο αυτόματα θα παράξει τυποποιημένα προφίλ ενεργειακών καταναλώσεων, τα μετεωρολογικά δεδομένα και τέλος, θα προτείνει την προτεινόμενη διάταξη και διαστασιολόγηση που θα προσομοιωθεί. Η εισαγωγή δεδομένων υλοποιείται από τα ακόλουθα βήματα: 1.
Τοποθεσία και είδος παραγωγής: a. Πόλη: επιλέξτε την πλησιέστερη πόλη από την λίστα. Σε περίπτωση που δεν υπάρχει η πόλη σας προσπαθήστε να βρείτε την πλησιέστερη πόλη της λίστας ώστε να προσεγγισθόυν ικανοποιητικά τα μετεωρολικά δεδομένα της πόλης σας. b. Επιλέξτε το είδος παραγωγής: παρμεζάνα, κρασί, αφρώδης οίνος, γάλα, μαλακό τύρι, cottage cheese, γιαούρτι και ζύθος. Συνδυασμός των ειδών δεν επιτρέπεται. c. Ετήσια παραγωγή: σημειώστε την ετήσια παραγωγή του προϊόντος d. Ψυκτικός θάλαμος (αν υπάρχει): προσδιορίστε τις διαστάσεις ( μήκος, πλάτος και ύψος) και το είδος της μόνωσης (για καλά μονωμένες δεξαμενές επιλέξτε το κουμπί) 2.
Τεχνολογίες: a. Τύπος συλλέκτων: επιλέξτε ανάμεσα από επίπεδους συλλέκτες, συλλέκτες κενού ή παραβολικούς. Οι παραβολικοί συλλέκτες συνιστώνται για τη λειτουργία θερμικών ψυκτών δύο βαθμίδων διότι απαιτούνται υψηλές θερμοκρασίες. Η επιλογή ανάμεσα στους επίπεδους συλλέκτες και στους συλλέκτες κενού εξαρτάται κυρίως από την τοποθεσία και από το κόστος. Σε τοποθεσίες με πολύ χαμηλές θερμοκρασίες το χειμώνα, οι συλλέκτες κενού επιτυγχάνουν μεγαλύτερο βαθμό απόδοσης, ακόμα και αν το αρχικό κόστος είναι υψηλότερο. b. Τύπος ψύκτη απορρόφησης: επιλέξτε ανάμεσα από μονοβάθμιο και διβάθμιο ψύκτη. Οι μονοβάθμιοι ψύκτες λειτουργούν με χαμηλότερες θερμοκρασίες ζεστού νερού, και μπορούν να συνδεθούν με επίπεδους συλλέκτες ή συλλέκτες κενού. Οι διβάθμιοι συλλέκτες απαιτούν υψηλότερες θερμοκρασίες άνω των 140°C επομένως θα πρέπει να συνδυάζονται μόνο με παραβολικούς συλλέκτες. c. Βοηθητική πηγή θέρμανσης: ενεργοποιήστε την επιλογή αν υπάρχει εγκατεστημένο σύστημα θέρμανσης και προσδιορίστε το καύσιμό του. 3.
Περιορισμοί: a. Διαθέσιμος χώρος: προσδιορίστε τον διαθέσιμο χώρο για την τοποθέτηση των ηλιακών συλλεκτών b. Απόσταση από την παραγωγή: προσδιορίστε την απόσταση του διαθέσιμο χώρου από το μέρος όπου λαμβάνει χώρα η παραγωγική διαδικασία. Η μισή απόσταση θεωρείται ότι βρίσκεται εκτός κτηρίου ενώ η υπολοιπη εντός. c. Τοποθεσία: προσδιορίστε την τοποθεσία του διαθέσιμου χώρου, δηλαδή σκεπή ή έδαφος. Σε περίπτωση οριζόντιας σκεπής επιλέξτε έδαφος. Σε περίπτωση σκεπής προσδιορίστε κλίση και αζιμούθιο χρησιμοποιώντας το γράφημα. Για την επιλογή του εδάφους η κλίση προσδιορίζεται αυτόματα. σ ε λ | 45 4.
Οικονομικά στοιχεία a. Κόστος καυσίμου: προσδιορίστε το κόστος καυσίμου που ήδη χρησιμοποιείτε b. Κόστος ηλεκτρισμού: προσδιορίστε το κόστος ηλεκτρισμού (€/kWh) c. Ετήσια αύξηση ενεργειακού κόστους: αυτό είναι το ποσοστό της ετήσιας αύξησης για το κόστος της ενέργειας εκτιμώμενο στα 25 έτη διάρκειας ζωής των εγκαταστάσεων d. Επιτόκιο: εισάγετε το μέσο επιτόκιο που αναμένεται για τη διάρκεια ζωής των εγκαταστάσεων e. Ποσοστό πληθωρισμού: εισάγετε το μέσο ποσοστό πληθωρισμού που αναμένεται για τη διάρκεια ζωής των εγκαταστάσεων 5.
Επιδοτήσεις a. Προσδιορίστε αν υπάρχει κάποια επιδότηση για την υλοποίηση του έργου ως μία από τς ακόλουθες μορφές: i. Επιδότηση της επένδυσης: το επιδοτούμενο ποσό θα αφαιρεθεί από το κόστος του έργου ii. Επιδότηση παραχθήσας ενέργειας από τον ηλιακό σταθμό (€/kWh) 6.
Διαστασιολόγηση a. Προκαθορισμένες τιμές παρέχονται για το πεδίο των συλλεκτών και τον ψύκτη, βάσει των προφίλ και των περιορισμών που προσδιορίστηκαν προηγουμένως. Ωστόσο, μπορούν να χρησιμοποιηθούν διαφορετικές τιμές από τον χρήστη. 7.
Calculate profiles a. Πατήστε το κουμπί ‘Υπολογισμός’ στο παράθυρο του MS Excel. Εμφανίζονται τα σχεδιαγράμματα ενεργειακών φορτίων και οι γραφικές παραστάσεις. Το σύστημα προτείνει αυτόματα μια διαμόρφωση για το ηλιακό κλιματιστικό σύστημα, ανάλογα με το προφίλ φορτίων, τη θέση και τους περιορισμούς. b. Η εφαρμογή TRNSED ανοίγει αυτόματα και το σύστημα που έχει παραχθεί φορτώνεται αυτόματα από την εφαρμογή. Για να τροποποιήσετε τα στοιχεία που έχετε εισάγει, πατήστε το κουμπί «Μαγος δεδομένων» για να πάτε πίσω στο σημείο 1. 8.
Προσομοίωση a. Πιέστε OK στην εφαρμογή TRNSED του προσομοιωτή, η οποία εμφανίζεται αυτόματα από το εργαλείο. Η εφαρμογή TRNSED έχει τη μορφή της παρακάτω εικόνας. b. Επιλέξτε το κουμπί ‘Υπολογισμός’ που βρίσκεται στην καρτέλα TRNSYS. Η δυναμική προσομοίωση θα αρχίσει και θα διαρκέσει λίγα λεπτά. Ένα παράθυρο με την ένδειξη ‘Υπολογισμός υπό εξέλιξη’ και παρερχόμενη περίοδο θα παρουσιαστεί. c. Όταν η προσομοίωση τελειώσει, πατήστε το κουμπί ‘Συνέχεια’ στο ίδιο παράθυρο. σ ε λ | 46 Διάγραμμα 19. Το περιβάλλον του προσομοιωτή TRNSED. 9.
Αποτελέσματα a. Μεταβείτε στο αρχείο Excel και απαντήστε «ναι» στην ερώτηση σχετικά με το τέλος της προσομοίωσης b. Τρία νέα φύλλα εργασίας παρήχθησαν από τα αποτελέσματα της προσομοίωσης: i. EFL με τα ενεργειακά αποτελέσματα (ετήσιες τιμές ενέργειας) ii. € με την προτεινόμενη λύση και τα οικονομικά αποτελέσματα 10.
Ενεργειακά αποτελέσματα (EFL) a. Μπορείτε να επιβεβαιώσετε τα αποτελέσματα της προσομοίωσης για την προτεινόμενη διάταξη με τα φορτία και τους περιορισμούς που προσδιορίστηκαν. Συγκεκριμένα, τα πιο ενδιαφέρονται στοιχεία είναι τα ακόλουθα: i. Ηλιακή κάλυψη για ψύξη και θέρμανση: ποσοστό των ενεργειακών καταναλώσεων που καλύπτεται από το ηλιακό σύστημα. Συνήθως, τα ποσοστά των επικερδών συστημάτων κυμαίνονται από 10 εώς 50%. ii. Ετήσιες και μηνιαίες τιμές της παραχθείσας ενέργειας από το ηλιακό σύστημα ανάλογα με το θερμοκρασιακό επίπεδο. Το λογισμικό δίνει προτεραιότητα σε ενεργειακές καταναλώσεις χαμηλών θερμοκρασιών, ώστε να μεγιστοποιηθούν οι ενεργειακές απολαβές από τους συλλέκτες. iii. Ετήσια απόδοση ηλιακών συλλεκτών (Η_SSY): ποσοστό της προσπίπτουσας ηλιακής ακτινοβολίας που κερδίζεται από την εγκατάσταση. Αυτή η τιμή εξαρτάται επίσης από τη θερμοκρασία του φορτίου που καλύπτεται από την εγκατάσταση. Μία ικανοποιητική τιμή του Η_SSY είναι μεταξύ του 35‐45%. σ ε λ | 47 11.
Οικονομικές Λεπτομέρειες (€) a. Σύστημα αναφοράς: οι τιμές της θερμικής και ψυκτικής ενέργειας και του σχετικού κόστους παρέχονται για ένα σύστημα αναφοράς που ικανοποιεί τα ίδια φορτία με τις συμβατικές λύσεις: λέβητας (απόδοσης 80%) και ψύκτης συμπίεσης (ετήσιο COP=2) b. Σύστημα SAHC: η ενέργεια που παρέχεται από τις ηλιακές εγκαταστάσεις για τη θέρμανση και την ψύξη υποδεικνύεται και το σχετικό «μερίδιο της χρήσης της θέρμανσης και της ψύξης» αντιστοιχεί στο μέρος της ηλιακής θερμικής ενέργειας που χρησιμοποιείται για τη θέρμανση και την ψύξη. Αυτά τα ποσοστά χρησιμοποιούνται έπειτα για να διανείμουν τις δαπάνες των ηλιακών εγκαταστάσεων μεταξύ των 2 υποσυστημάτων, ενώ ο ψύκτης χρεώνεται προφανώς μόνο στο σύστημα της ψύξης. c. Διάταξη συστήματος και κόστος: i. Το μέγεθος και το κόστος των εγκαταστάσεων υπολογίζονται: 1. εξαρτήματα (συλλέκτες, ψύκτης, δεξαμενή) με κόστος εγκατάστασης. 2. έμμεσα κόστη υπολογισμένα από το αρχικό κόστος των εξαρτημάτων 3. σχεδιασμός και σύστημα ελέγχου 12.
Αποτελέσματα a. Και για τη θέρμανση και για την ψύξη, οι κυρίοτερες παράμετροι και τα αποτελέσματα της προσομοιωμένης εγκατάστασης παρέχονται: i. Ετήσια παραγωγή ενέργειας (kWh) από τις ηλιακές εγκαταστάσεις ii. Ηλιακή κάλυψη (%) iii. Εξισωτικό Ενεργειακό κόστος (€/kWh): αυτό είναι το κόστος της ελάχιστης τιμής στην οποία η ενέργεια πρέπει να πωληθεί ώστε να αποσβέσει ένα ενεργειακό έργο iv. Μέσο κόστος προϊόντων (€/kWh) για τις εγκαταστάσεις SAHC και τις εγκαταστάσεις αναφοράς (η σύγκριση παρουσιάζεται στη γραφική παράσταση). Το SAHC πρέπει να είναι χαμηλότερο για να είναι οικονομικά κερδοφόρο. b. Εγκατάσταση: για ολόκληρη την εγκατάσταση οι οικονομικές τιμές αναφέρονται i. Αρχική επένδυση ii. Καθαρή παρούσα αξία: σε περίπτωση που η τιμή είναι θετική οι εγκαταστάσεις θα είναι οικονομικά κερδοφόρες στη διάρκεια ζωής τους (25 έτη) iii. Πραγματικά αποφευγμένα κόστη (Actualised avoided costs): ποσό των πραγματικών ενεργειακών δαπανών που έχουν αποφευχθεί χάρι στις εγκαταστάσεις SAHC. Τα κόστη αυτά δίνονται με γραφική παράσταση έναντι των μέσων ετήσιων δαπανών ενεργειακής παραγωγής για ολόκληρη την εγκατάσταση, για να συγκριθεί η αναμενόμενη εξοικονόμηση χρημάτων με τις δαπάνες της εγκατάστασης. iv. Χρόνος απόσβεσης. σ ε λ | 48 c. Οικονομικά Στοιχεία i. Είναι δυνατό να τροποποιηθούν οι υποθέσεις που γίνονται σχετικά με τα οικονομικά στοιχεία (επιτόκιο, πληθωρισμός, αύξηση του ενεργειακού κόστους) και τις αναμενόμενες επιχορηγήσεις (% στην αρχική επένδυση και feed in tariff) για να διαπιστωθεί πώς τα οικονομικά αποτελέσματα που περιγράφονται προηγουμένως τροποποιούνται και για να κατανοηθούν οι όροι στους οποίους οι εγκαταστάσεις θα μπορούσαν να γίνουν οικονομικά κερδοφόρες d. Περιβαλλοντικά Οφέλη i. Εξοικονομούμενοι τόνοι ισοδύναμου πετρελαίου (Tons of Equivalent Petrol TEP) σε 25 χρόνια ii. Ειδικό κόστος για κάθε εξοικονομούμενο TEP iii. Αποφευγμένες εκπομπές CO2 ετησίως iv. Ειδικό κόστος για κάθε kg μη εκπεμπόμενου CO2 e. Περιβαλλοντικοί παράγοντες i. Είναι δυνατό να τροποποιηθούν οι περιβαλλοντικές παράμετροι για το συγκεκριμένο όρο (χώρα ή έτος) ώστε τα περιβαλλοντικά οφέλη να είναι πιο αξιόπιστα. Συγκεκριμένα: 1. Απόδοση ηλεκτροπαραγωγής εθνικού δικτύου 2. Εκπομπές CO2 από συμβατική παραγωγή της θερμικής και ηλεκτρικής ενέργειας σ ε λ | 49 5.2 Πλήρες Σχεδιαστικό Εργαλείο Το πλήρες σχεδιαστικό εργαλείο χρειάζεται εισαγωγή των ακόλουθων πληροφοριών: 1. Γενικές πληροφορίες: a. Αρχείο κλιματικών δεδομένων της τοποθεσίας: ο χρήστης μπορεί να επιλέξει από τα αρχεία που περιλαμβάνονται στον φάκελο “Sahc expert/data/weather” ή να παράξει ένα αρχείο με το πρόγραμμα Meteonorm με κατάληξη *tm2. b. Γεωγραφικό πλάτος. 2. Ηλιακό σύστημα a. Ο τύπος των συλλεκτών μπορεί να επιλεχθεί από την βάση δεδομένων ή προσδιοριστεί εισάγοντας τα ακόλουθα δεδομενα: επιφάνεια, ύψος, συντελεστές απόδοσης, ΙΑΜ, ροή μάζας και σύστημα παρακολούθησης. b. Πεδίο συλλεκτών: σχετικές πληροφορίες με το μήκος των σωληνώσεων και την μόνωση. c. Εναλλάκτης θερμότητας: σχετικές πληροφορίες το πρωτεύον και δευτερεύον κύκλωμα, με τις θερμοκρασίες σχεδιασμού και την ισχύ. d. Αποθήκη: όγκος και κόμβοι εισόδου εξόδου των ροών. Η δεξαμενή θεωρείται διαστρωματοποιημένη σε 10 θερμοκρασιακά επίπεδα (1 το ανώτερο και 10 το χαμηλότερο). Οι τέσσερις (4) διαδικασίες προσδιορίζονται με γράμματα από το Α μέχρι το Δ (αναφέρονται στο σχήμα της καρτέλας «Διάγραμμα Λειτουργίας») e. Βοηθητική πηγή ενέργειας: υπάρχει η δυνατότητα επιλογής. f.
Δεδομένα βοηθητικής πηγής ενέργειας: εισάγεται ο βαθμός απόδοσης λειτουργίας g. Καύσιμο: εισάγεται το είδος καυσίμου 3. Διαδικασίες (Α‐Β‐Γ), οι οποίες απεικονίζονται στο διάγραμμα λειτουργίας a. Θερμο‐φυσικές ιδιότητες του εργαζόμενου μέσου (ρευστού) b. Παράμετροι υποσυστημάτων: θερμοκρασίες εισόδου και εξόδου, μέγιστης ροή μάζας, μήκος σωληνώσεων και ύπαρξη αποθήκης c. Εναλλακτής θερμότητας: σχετικές πληροφορίες το πρωτεύον και δευτερεύον κύκλωμα, με τις θερμοκρασίες σχεδιασμού και την ισχύ. 4. Διαδικασίες ψύξης a. Για τις διαδικασίες ψύξης είναι δυνατή η επιλογή του ψύκτη απορρόφησης (μονής ή διπλής βαθμίδας) καθώς και η δημιουργία ενός ψύκτη με την εισαγωγή δεδομένων (ισχύς, απόδοση – COP, μέγιστη θερμοκρασία δεξαμενής) b. Απόδοση ‐ COP της βοηθητικής πηγής ενέργειας (συμβατικός ψύκτης) c. Παράμετροι υποσυστήματος: θερμοκρασία εισόδου και εξόδου του ρευστού d. Δεξαμενή: ο όγκος του θερμοδοχείου και η μόνωση σ ε λ | 50 5. Απαιτήσεις διαδικασιών a. Είναι δυνατή η χρήση αρχείων (κατάληξη: ***.dat) με τα προφίλ των ενεργειακών καταναλώσεων για τις 4 διαδικασίες. Μπορούν να χρησιμοποηθούν τα αρχεία που δημιουργούνται από το βασικό σχεδιαστικό εργαλείο και αποθηκεύονται στην διεύθυνση data/Profiles. b. Διαφορετικά, μπορούν να προσδιορισθούν τα φορτία, εισάγοντας τα ακόλουθα στοιχεία: i. Ημερήσια ροή μάζας ii. Ώρες λειτουργίας ανά ημέρα iii. Ημέρες λειτουργίας ανά εβδομάδα iv. Μη εργάσιμες διαδοχικές ημέρες το καλοκαίρι v. Μη εργάσιμες διαδοχικές ημέρες άλλων εποχών vi. Μη εργάσιμες εβοδμάδες κατά εποχή 6. Παραμετρική ανάλυση: υπάρχει η δυνατότητα δημιουργίας πινάκων για την διενέργεια παραμετρικών προσομοιώσεων. 7. Γράφημα: Οι παράμετροι του γραφήματος μπορούν να διαμορφωθούν κατά το δοκούν κατά τη διάρκεια της προσομοίωσης 8. Προσομοίωση: η εντολή προσομοίωσης ενεργοποιείται από το κουμπί «Υπολογισμός» που βρίσκεται στο παράθυρο TRNSYS 9. Αποτελέσματα a. Μεταβείτε στο αρχείο Excel και επιλέξτε το κουμπί «τερματισμός λειτουργίας» b. Τρία νέα φύλλα εργασίας περιέχουν τα αποτελέσματα της προσομοίωσης, όπως συμβαίνει και στο βασικό σχεδιαστικό εργαλείο. σ ε λ | 51 6. ΝΟΜΙΚΑ, ΟΙΚΟΝΟΜΙΚΑ ΚΑΙ ΧΡΗΜΑΤΟΔΟΤΙΚΑ ΘΕΜΑΤΑ 6.1 Οικονομικά και χρηματοδοτικά κριτήρια Οι υπολογισμοί που υλοποιούνται από το εργαλείο SAHC, λαμβάνει διάφορα κριτήρια για την οικονομική εκτίμηση της επένδυσης: 1. Κόστος παραγωγής της ενεργειακής μονάδας (€/kWh): αυτό είναι το κόστος της ενέργειας που παράγεται από το ηλιακό σύστημα καθ’ όλη τη διάρκεια ζωής του για θέρμανση και ψύξη, ώστε να συγκριθεί με το κόστος της συμβατικής θέρμανσης και ψύξης. 2. Εξισωτικό Κόστος Ενέργειας (Levelised Energy Cost) (€/kWh) LEC: Αποτελεί μια πληροφορία που χρησιμοποιείται κυρίως από τις ΕΠΕΥ για την εκτίμηση ενός ενεργειακού έργου και αποτελεί την ελάχιστη χρέωση ενέργειας ώστε να αποσβεσθεί οικονομικά το έργο, δηλ. η καθαρή παρούσα αξία (NPV) να ισούται με μηδέν. Αυτά τα κριτήρια αναλύονται παρακάτω: Έσοδα – ισοζύγιο I0 Ive , Iec N
C0 Cen, Cel, Com, Cfi, Cre n
S   (  Ci*  I i* ) 1
*
*
S  C0*  I 0*  I ve*  I ec*  Cen
 Cel*  Com
 C*fi  Cre* C0*, αρχική επένδυση χωρίς πίστωση, €/y I0 ιδρυτικό κεφάλαιο, €/y Ive*, έσοδα ενεργειακών υπηρεσιών, €/y Iec*, οικονομικά έσοδα €/y Cen*, κόστος συμβατικής ενέργειας, €/y Cel*, κόστος ηλεκτρισμού, €/y C0m*, κόστος συντήρησης, €/y Cfi*, οικονομικό κόστος, €/y Cre*, κόστος αντικατάστασης υλικών, €/y N, περίοδος ανάλυσης, y *Ετήσιες τιμές Ετήσια έσοδα ενεργειακών υπηρεσιών σ ε λ | 52 I ve
N
I ve* 
N

1

(1  ipec ) N
I ve
1
(1  ipec ) N 1 
...
(
1
d
)




(1  d )N
N ( d  ipec ) 
(1  d ) N 
Ive, έσοδα ενεργειακών υπηρεσιών, €/y ipec, τέλη ενέργειας, €/kWh d, ποσοστό έκπτωσης αγοράς, % * Ετήσιες τιμές Ετήσια έσοδα I ec
N
I ec* 
N
(1  i )N
 (1  d )
1
N
 ... 
Iec, οικονομικά έσοδα, €/y i, πληθωρισμός, % d, ποσοστό έκπτωσης αγοράς, % * Ετήσιες τιμές Ενεργειακά κόστη *
Cen

Cen
N
I ec 1 
(1  i ) N 1 
(
1
d
)


N ( d  i ) 
(1  d )N 

(1  ipe ) N
Cen
1
(1  ipe ) N 1 
...
(
1
d
)




1 (1  d )N
N ( d  ipe ) 
(1  d ) N 
N
Cel* 
Cel
N

(1  ipel )
Cel
1
(1  ipel ) N 1 
...
(
1
d
)




1 (1  d )N
N ( d  ipel ) 
(1  d ) N 
N
N
Cen, κόστος συμβατικής ενέργειας, €/y Cel, κόστος ηλεκτρισμού, €/y ipe, αύξηση τιμών ενέργειας, % ipel, αύξηση ηλεκτρισμού, % d, ποσοστό έκπτωσης αγοράς, % * Ετήσιες τιμές Κόστη λειτουργίας και συντήρησης *
Com

Com
N
Cop 1 
(1  i ) N
(1  i ) N 1 
...
(
1
d
)




1 (1  d )N
N ( d  i ) 
(1  d ) N 
N
C0m, κόστος συντήρησης, €/y i, πληθωρισμός, % d, ποσοστό έκπτωσης αγοράς, % * Ετήσιες τιμές Οικονομικά κόστη C *fi 
C fi

( 1  t e ) N
1
(1  te ) N 1 
...
(
1
d
)





N 1 (1  d ) N
N ( d  te ) 
(1  d ) N 
C fi
N
Cfi, οικονομικά κόστη, €/y σ ε λ | 53 tae, πιστωτικό επιτόκιο, % d, ποσοστό έκπτωσης αγοράς, % * Ετήσιες τιμές Κόστη αντικατάστασης υλικών N
1 kj 
nj
N, περίοδος ανάλυσης, y nj, χρόνος ζωής υλικών j, y kj, ποσότητα ανταλλακτικών κατά τη διάρκεια ανάλυσης. nj kj
kj
n j k j 1


C
C  re
N
*
re
 1 i 
1   1  d  


n k 1
Cre 1  d 
 1  i  j j
 ... 
N 1  d n j k j 1 1  d n j  1  i n j


Cre, κόστος αντικατάστασης υλικών, €/y i, πληθωρισμός, % d, ποσοστό έκπτωσης αγοράς, % * Ετήσιες τιμές Εξισωτικό Κόστος Ενέργειας Υπολογίζεται όταν το S = 0 *
*
S  C0*  I 0*  I ve*  I ec*  Cen
 Cel*  Com
 C*fi  Cre* S  0 *
*
I  C  I  I  I  Cen
 Cel*  Com
 C*fi  Cre* *
ve
*
0
*
0
*
ve
*
ec
pe 
 C  C  C  C  C*fi  Cre*  I 0*  I ve*  I ec*
*
0
*
en
*
el
*
om

1  ipec  N 1 
1
E




d
1

N d  ipec 
1  d N 
N, περίοδος ανάλυσης, y i, πληθωρισμός, % d, ποσοστό έκπτωσης αγοράς, % E, παραγόμενη ενέργεια, KWh/y ipec, τέλη ενέργειας, €/kWh C0*, αρχική επένδυση χωρίς πίστωση, €/y I0*, ιδρυτικό κεφάλαιο €/y Ive*, έσοδα ενεργειακών υπηρεσιών, €/y Iec*, οικονομικά έσοδα €/y Cen κόστος συμβατικής ενέργειας, €/y Cel*, κόστος ηλεκτρισμού, €/y C0m*, κόστος συντήρησης, €/y Cfi*, οικονομικά κόστη, €/y Cre*, κόστος αντικατάστασης υλικών, €/y N, περίοδος ανάλυσης, y * Ετήσιες τιμές σ ε λ | 54 6.2 Διαδικασία οικονομικής βελτιστοποίησης Η οικονομική βελτιστοποίηση που μπορεί να επιτευχθεί με το εργαλείο SAHC μετά την προσομοίωση ενός συστήματος, επιτρέπει στο χρήστη να εκτιμήσει πως αλλαγές στους οικονομικούς παράγοντες θα επηρεάσουν την οικονομική βιωσιμότητα του συστήματος. Αυτό μπορεί να επιτευχθεί χειροκίνητα στο φύλλο των αποτελεσμάτων (“results”) του γραφικού περιβάλλοντος μετατρέποντας τις τιμές των κελιών με πράσινο χρώμα ή αυτόματα πατώντας τα κουμπιά που είναι τοποθετημένα κοντά σε κάθε οικονομική παράμετρο. Για παράδειγμα, εάν το πρώτο αποτέλεσμα μετά την προσομοίωση παρουσιάζει αρνητική NPV, η αυτόματη βελτιστοποίηση υπολογίζει ανεξάρτητα για κάθε παράμετρο τη τιμή που θα μηδενίσει τη NPV (ελάχιστο όριο κέρδους) Παρακάτω παρουσιάζεται μια περίληψη με τις παραμέτρους βελτιστοποίησης. Κόστος ηλεκτρισμού και καυσίμου Οι τιμές που δηλώνονται είναι οι μέσες τιμές κατά την ανάπτυξη του εργαλείου. Ο χρήστης δύναται να αλλάξει αυτές τις τιμές αλλά δεν είναι δυνατή η αυτόματη προσαρμογή τους (ο χρήστης θα πρέπει να γνωρίζει τις ισχύουσες τιμές). Ρυθμός μεταβολής αγοράς (επιτόκιο) Ο ρυθμός μεταβολής της αγοράς εξαρτάται από τις εκάστοτε συνθήκες αγοράς, αλλά η επίδραση του στις μελλοντικές τιμές θα πρέπει να συνυπολογίζεται. Συγκεκριμένα, μια αύξηση του επιτοκίου, μειώνει την παρούσα αξία των μελλοντικών κοστών. Ο αρχικός ορισμός του επιτοκίου είναι 3%, μέσω βελτιστοποίησης θα μπορεί να υπολογιστεί η τιμή που θα κάνει το σύστημα κερδοφόρο. Πληθωρισμός Είναι η μέση ετήσια αύξηση τιμών που προβλέπεται κατά τη διάρκεια ζωής του συστήματος. Ετήσια αύξηση κόστους ενέργειας Η επιλογή της ετήσιας αύξησης του κόστους ενέργειας δεν είναι εύκολη, καθώς το κόστος της ενέργειας είναι εντελώς ασταθής. Γι’ αυτό το λόγω, προτείνεται να δοκιμάζεται ένα εύρος τιμών τις τάξεως του 4‐6%. Βελτιστοποίηση σε αυτή τη τιμή μπορεί να γίνει ώστε να βρεθεί η ελάχιστη αύξηση ώστε να γίνει το σύστημα κερδοφόρο. Επιδοτήσεις Δύο ειδών επιδοτήσεων συμπεριλαμβάνονται στο εργαλείο: -
Επιδότηση στο κόστος εγκατάστασης (σαν ποσοστό του αρχικού κόστους) -
Επιδότηση στη παραγόμενη ενέργεια (€/kWh παραγόμενη από το ηλιακό σύστημα) Και για τις δύο παραμέτρους, μπορεί να γίνει βελτιστοποίηση ώστε να βρεθεί η ελάχιστη τιμή που θα κάνει το σύστημα κερδοφόρο. Υποθέσεις Για τον ενεργειακό και οικονομικό υπολογισμό έχουν τεθεί ορισμένες υποθέσεις. Οι βασικότερες από αυτές είναι: -
Απόδοση συστήματος θέρμανσης αναφοράς: 80% -
COP συστήματος ψύξης αναφοράς: 2 -
Χρόνος ζωής συστήματος: 25 χρόνια σ ε λ | 55 -
Κόστος επένδυσης: άθροισμα του κόστους όλων των υλικών σου συστήματος + κόστος κατασκευής + κόστος μελέτης και ελέγχου -
Κόστος κατασκευής = 18% του κόστους των εξαρτημάτων -
Κόστος μελέτης και ελέγχου = 12% του κόστους επένδυσης -
Ετήσιο κόστος συντήρησης = (50*A)‐0,4 * A (όπου A είναι το εμβαδόν του συλλεκτικού πεδίου) -
Το μοίρασμα του κόστους επένδυσης και συντήρησης του ηλιακού συστήματος σε θέρμανση και σε ψύξη έχει γίνει αναλογικά με την ενέργεια του συστήματος που χρησιμοποιήθηκε για θέρμανση και για ψύξη 6.3 Τελικά θέματα που θα πρέπει να ληφθούν υπ’όψη Η ηλιακή θέρμανση στη διαδικασία παραγωγής είναι μια τυπική λύση η οποία αν σχεδιαστεί ορθά αποτελεί μια κερδοφόρα επένδυση. Η ηλιακή ψύξη όμως είναι ακόμα υπό ανάπτυξη και δεν αποτελεί άμεσα ανταγωνιστική λύση σε σύγκριση με άλλα συστήματα συμβατικών πηγών ενέργειας. Αυτό οφείλεται κυρίως σε δύο παράγοντες. Πρώτων, παρόλο τη τεχνολογική ωριμότητα των συστημάτων το κόστος επένδυσης των τμημάτων των ηλιακών ψυκτικών συστημάτων (συλλέκτες, ηλιακοί ψύκτες κλπ.) είναι πολύ υψηλότερο των συμβατικών. Δεύτερων, οι τιμές των συμβατικών καυσίμων δεν περιλαμβάνουν τα περιβαλλοντολογικά και κοινωνικά κόστη από τη χρήση τους. Η απόλυτα οικονομική σύγκριση των ηλιακά υποβοηθούμενων συστημάτων και των συμβατικών συστημάτων καταλήγει στο συμπέρασμα ότι το κόστος των ηλιακά υποβοηθούμενων συστημάτων είναι ασύμφορο. Για την οικονομική βιωσιμότητα τους είναι απαραίτητη η κρατική ενίσχυση. Όταν σχεδιάζεται ένα σύστημα ηλιακής ψύξης, οι οικονομικοί παράγοντες θα πρέπει να αναλύονται προσεκτικά σε σύγκριση με τα συμβατικά συστήματα ώστε να εκτιμηθεί η οικονομική βιωσιμότητα τους. Ένα βασικό αποτέλεσμα του έργου SAHC είναι η πρόταση των απαραίτητων οικονομικών ενισχύσεων ώστε τα συστήματα αυτά να είναι κερδοφόρα. Αυτές οι ενισχύσεις αναλύονται στο παραδοτέο του έργου “ D9 Suggestion of EU regulation to promote solar plants in industrial productions”. σ ε λ | 56 σ ε λ | 57 

τελικο προγραμμα & περιληψεις - Εικονικό Μουσείο Κυπριακών

τεχνολογια επικοινωνιων

Με τη δυναμική του ηλίου

Παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας

Ηλιακη_Ενεργεια_WOLF

ΦΕΚ 2505/Β/7-10-2013

Σχέδιο Νόμου

Η συμβολή της οικιακής εργασίας στην προνοιακή περιθωριοποίηση

TEYXOS 16 MANA

εγχειριδιο τεχνικων απαιτησεων

Σεπτεμβρίου 2013 - Εφημερίδα ΔΕΚΕΛΕΙΑ

Πλήρες Κείμενο

Σχεδιάζοντας ένα πρόγραμμα λογοτεχνίας

σωληνας σκληρου πλαστικου

ΑΔΑ: ΒΛΓ6ΟΡ10-ΟΓΨ

Γεωργία και Ύπαιθρος 2020

ΑΔΑ: Β4Μ1ΟΡ1Υ-ΖΘ9