Ηλιακή θερμική αποθήκευση και αντλίες θερμότητας με υλικά αλλαγής φάσης
Authors: Καψάλης Βασίλειος 
Published: September 2021

Σκοπός της παρούσας διατριβής αποτελεί η θερμική αποθήκευση με Υλικά Αλλαγής Φάσης (ΥΑΦ) μέσω ενσωμάτωσης α) στο κέλυφος του κτιρίου β) σε πρόσθετα ΦΒ του κτιρίου και μελέτης γ) της δυνατότητας απαγωγής της συσσωρευμένης θερμότητας των κυκλικών φορτίσεων των ΥΑΦ από αντλίες θερμότητας.Η διατριβή αναπτύσσεται σε δύο μέρη, το θεωρητικό και το πειραματικό. Στο θεωρητικό μέρος εξετάζονται οι τελευταίες εξελίξεις των ΥΑΦ στον κτιριακό τομέα. Το Κεφάλαιο 1 περιέχει την ανασκόπηση στις βασικές διαδικασίες που σχετίζονται με τα ΥΑΦ. Στο Κεφάλαιο 2, αναλύονται η ταξινόμηση και οι ιδιότητες των ΥΑΦ, ενώ απεικονίζονται οι τελευταίες εξελίξεις σε διάφορες τεχνικές αύξησης της μεταφοράς θερμότητας με πρόσθετα και άλλες νανοδομές. Το Κεφάλαιο 3 περιλαμβάνει την επανεξέταση των καινοτόμων εφαρμογών των συστημάτων Ηλιακής Θερμικής Αποθήκευσης με ΥΑΦ που έμμεσα ή άμεσα επηρεάζουν την κατανάλωση ενέργειας των αντλιών θερμότητας. Στο Κεφάλαιο 4 ακολουθεί η ανάλυση των δεδομένων των παραπάνω εφαρμογών. Το Κεφάλαιο 5 ολοκληρώνει το θεωρητικό μέρος της διατριβής με τα συμπεράσματα.Στο πειραματικό μέρος αναπτύσσονται τα πειράματα, η μεθοδολογία ανάλυσης και τα αποτελέσματα των πειραμάτων. Στο Κεφάλαιο 6 περιγράφεται η μαθηματική διαμόρφωση των μεταβατικών φαινομένων μεταφοράς. Αναλύονται η μέθοδος της αθροιστικής χωρητικότητας, η προσέγγιση Boussinesq και οι βασικές παραδοχές της επίλυσης του συστήματος των διαφορικών εξισώσεων ενέργειας, ορμής και συνέχειας που χρησιμοποιούνται αργότερα στα πειράματα. Γίνεται μια ανασκόπηση των λύσεων για τα προβλήματα των μεταβαλλόμενων οριακών συνθηκών και παρουσιάζεται το λογισμικό TRNSYS που χρησιμοποιήθηκε στα πειράματα για την μοντελοποίηση και επικύρωση των αποτελεσμάτων. Στο Κεφάλαιο 7 περιγράφονται τα πειράματα που εκτελέστηκαν στα πλαίσια της διατριβής. α) Αρχικά αναλύονται οι οριακές επιφάνειες γύρω και κάτω από το ΦΒ, οι περιβαλλοντικοί παράγοντες που επηρεάζουν τη θερμοκρασία του κυττάρου και η συσχέτιση με την εξεργειακή απόδοση του ΦΒ. Μετά τη μοντελοποίηση και την επικύρωση των μετρήσεων των πρόσθετων ΦΒ εξετάζεται η συμπεριφορά των καμπυλών I-V σε μεταβαλλόμενο φορτίο με και χωρίς ΥΑΦ. β) Η ενσωμάτωση των ΥΑΦ στο κέλυφος του κτιρίου προσομοιώνεται με το TRNSYS και βασίζεται στη βελτιστοποίηση της θερμοκρασίας τήξης του ΥΑΦ σε σχέση με την εσωτερική θερμοκρασία. Χρησιμοποιούνται τρία ΥΑΦ με αντίστοιχες θερμοκρασίες τήξης στους 20 ο C, 25 οC και 32 οC. Εξετάζεται η συμπεριφορά του ΥΑΦ σε διαφορετικές θερμοκρασίες έκθεσης του ρευστού μεταφοράς θερμότητας μέσω της ενσωμάτωσης στην εσωτερική και την εξωτερική επιφάνεια του τοίχου και αναλύονται οι διαφορές που παρατηρούνται. γ) Οι παραπάνω μετρητικές διατάξεις παρέχουν ενδείξεις για τους κύκλους φόρτισης και αποφόρτισης των ΥΑΦ και τις θερμοκρασιακές ροές κατά τη διάρκεια των πειραμάτων. Η απαγωγή της συσσωρευμένης θερμότητας από τις αντλίες θερμότητας μπορεί να βελτιώσει την συνολική απόδοση του συστήματος ΥΑΦ-ΠΦΒ-ΑΘ όταν γίνει με ελεγχόμενο τρόπο. Το Κεφάλαιο 8 συνοψίζει με συμπεράσματα τη διατριβή αυτή τα οποία συνιστούν και προτάσεις για περαιτέρω έρευνα.