Ανάπτυξη Θερμοδυναμικού Μοντέλου Υβριδικού Θερμοκηπίου:
Creators: name: Στεργιάννη, Δήμητρα-Μαρία Αθανασίου
Publisher: name: Aristotle University of Thessaloniki
Year: 2012
Subjects: θερμοκήπιο
ενέργεια
ακτινοβολία
greenhouse
energy
radiation

description: Σκοπός της παρούσας εργασίας είναι η ανάπτυξη ενός θερμοδυναμικού μοντέλου για ένα υβριδικό θερμοκήπιο, το οποίο θερμαίνεται μέσω παθητικού ηλιακού συστήματος με πλαστικές σακούλες και ενός λέβητα φυσικού αερίου. Το μοντέλο που παρουσιάζεται είναι κλιματικό και βασίζεται στο ενεργειακό ισοζύγιο του θερμοκηπίου, δηλαδή υπολογίζει τη μετάδοση θερμότητας τόσο μεταξύ των σωμάτων που αποτελούν το σύστημα του θερμοκηπίου όσο και με το εξωτερικό περιβάλλον. Στο μοντέλο που αναπτύχθηκε, δόθηκε ιδιαίτερη βαρύτητα στον υπολογισμό των συντελεστών θέασης (fview) που χρησιμοποιούνται στις εξισώσεις που περιγράφουν τη μετάδοση θερμότητας με ακτινοβολία. Η έμφαση αυτή κρίθηκε απαραίτητη λόγω της ύπαρξης του παθητικού ηλιακού συστήματος το οποίο θερμαίνεται κυρίως από θερμική ακτινοβολία. Σε αντίθεση με αντίστοιχα μοντέλα προσομοίωσης του ενεργειακού ισοζυγίου, στο εν λόγω μοντέλο γίνεται λεπτομερής υπολογισμός των συντελεστών θέασης. Συγκεκριμένα, γίνεται διαχωρισμός των επιφανειών των σωμάτων που αποτελούν το σύστημα του θερμοκηπίου και ο συντελεστή θέασης υπολογίζεται με τη χρήση πολυγώνων ενώ στις μέχρι τώρα μελέτες ο υπολογισμός γινόταν συγκεντρωτικά. Παράλληλα, αναπτύχθηκε και ένα δεύτερο μοντέλο, στο οποίο οι συντελεστές θέασης υπολογιζόταν συγκεντρωτικά. Το δεύτερο μοντέλο αναπτύχθηκε για να διαπιστωθεί αν όντως ο υπολογισμός των συντελεστών θέασης με λεπτομέρεια επιφέρει αποτελέσματα με μικρότερο σφάλμα. Το θερμοδυναμικό μοντέλο που αναπτύχθηκε προσομοιώνει τη θερμοκρασία των πλαστικών σακουλών, του εσωτερικού αέρα και του υλικού κάλυψης. Οι καμπύλες των θερμοκρασιών που προέκυψαν από την εκτέλεση του κώδικα, όταν οι συντελεστές θέασης υπολογίστηκαν αναλυτικά, παρουσιάζουν σχετικά μικρό σφάλμα και συγκεκριμένα 3% (0.6 οC) για τη θερμοκρασία των πλαστικών σακουλών, 7.5% (1.5 οC) για τη θερμοκρασία του εσωτερικού αέρα και 10.6% (1.8 οC) για το υλικό κάλυψης. Από την άλλη μεριά, οι καμπύλες που προκύπτουν όταν ο συντελεστής θέασης υπολογίζεται συγκεντρωτικά παρουσιάζουν ποσοστιαίο σφάλμα 2.7% (0.5 οC) για τις πλαστικές σακούλες, 14.4% (2.8 οC) για τον εσωτερικό αέρα και 24% (4.5 οC) για το κάλυμμα του θερμοκηπίου. Από τη σύγκριση των αποτελεσμάτων των δύο μοντέλων προσομοίωσης συμπεραίνεται ότι όταν οι συντελεστές θέασης υπολογίζονται αναλυτικά το σφάλμα στον υπολογισμό θερμοκρασίας του εσωτερικού αέρα είναι έως και 7% μικρότερο, ενώ στον υπολογισμό θερμοκρασίας υλικού κάλυψης είναι έως και 16.7% μικρότερο, σε σχέση με τις θερμοκρασίες που προβλέπονται από μοντέλο των συγκεντρωτικών συντελεστών θέασης. Όμως, το σφάλμα θερμοκρασίας στις σακούλες με το νερό ήταν περίπου το ίδιο.
description: Aim of present study is to develop a thermodynamic model of a hybrid greenhouse, which is heated by passive solar system with plastic bags and a gas boiler. The model, which is presented, is climate and it is based on the energy balance of the greenhouse. In other words, it calculates both the heat transfer between the bodies that compose the system and the external environment. In the model that was developed, particular emphasis was given to the calculation of the view factors (fview) which are used in the equations describing the heat transfer by radiation. This emphasis was deemed necessary due to the existence of passive solar system that is heated mainly by thermal radiation. Contrary to other models simulating the energy balance, in this model the view factors were calculated thoroughly. In particular, the surfaces of the bodies that consist the system of the greenhouse are separated and the view factors are calculated by using polygons while in the so far studies the calculation was done aggregated. A second model was also developed, in which the view factors were calculated aggregated. The second model was developed to determine if indeed the calculation of view factors in detail lead to less error. The thermodynamic model that was developed simulates the temperature of the plastic bags, indoor air and the cover material. The temperature curves resulting by running the code when view factors were calculated analytically, show relatively small error, namely 3% (0.6 ° C) for the temperature of the plastic bags, 7.5% (1.5 ° C) for the indoor air temperature and 10.6% (1.8 ° C) for cover material. On the other hand, the curves are obtained when view factors are calculated aggregated have percentage error of 2.7% (0.5 ° C) for plastic bags, 14.4% (2.8 ° C) for indoor air and 24% (4.5 ° C) for the cover material. By comparing the results of two simulation models, it is concluded that when view factors are calculated analytically, the error in calculating the indoor air temperature is up to 7% lower, while in calculating the cover material temperature is up to 16.7% lower, compared to temperatures provided by the model which calculate aggregated the view factors . However, the plastic bags’ temperature error was about the same.