[ΠΤΥΧΙΑΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ ΜΕ ΘΕΜΑ:

ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΨΥΞΗΣ ΜΕ ΑΠΟΡΡΟΦΗΣΗ]

ΟΝΟΜΑΤΕΠΩΝΥΜΟ :ΜΟΥΡΣΙΑΣ ΧΡΗΣΤΟΣ

ΕΠΙΒΛΕΠΩΝ : ΑΡΑΠΑΤΖΗΣ ΙΩΑΝΝΗΣ

ΚΑΒΑΛΑ 2014

ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ

ΕΙΣΑΓΩΓΗ…..ΣΕΛ..1

ΠΡΟΛΟΓΟΣ.. ΣΕΛ…1

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1Ο

1.1 ΟΡΙΣΜΟΣ ΨΥΞΗΣ …ΣΕΛ 2.

1.2 ΙΣΤΟΡΙΚΗ ΑΝΑΔΡΟΜΗ…ΣΕΛ.2.-3

1.3 ΑΝΘΡΩΠΟΣ ΚΑΙ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝ…ΣΕΛ3-8.

1.3.1 ΘΕΡΜΟΚΡΑΣΙΑ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝΤΟΣ Κ ΑΝΘΡΩΠΙΝΗ

ΣΥΜΠΕΡΙΦΟΡΑ…ΣΕΛ…8-10.

1.3.2 ΤΟ ΚΛΙΜΑ…ΣΕΛ…11-12.

1.3.3 ΕΣΩΚΛΙΜΑ ΚΑΙ ΕΞΩΚΛΙΜΑ…ΣΕΛ…12-16.

1.4 ”ΕΠΙΘΥΜΗΤΕΣ Κ ΙΔΑΝΙΚΕΣ ΣΥΝΘΗΚΕΣ ΨΥΞΗΣ’’ΣΕΛ…16-17.

ΚΕΦ 2Ο

2.1 ΕΙΣΑΓΩΓΗ …ΣΕΛ..18

2.2 ΣΥΣΤΗΜΑ ΨΥΞΗΣ ΜΕ ΑΕΡΑ…ΣΕΛ…19-23.

2.3 ΣΥΣΤΗΜΑ ΨΥΞΗΣ ΜΕ ΝΕΡΟ…ΣΕΛ….23-24.

2.4 ΔΙΑΔΙΚΑΣΙΑ ΨΥΞΕΩΣ ΑΕΡΑ…ΣΕΛ….24-25

2.5 ΔΙΑΔΙΚΑΣΙΑ ΥΓΡΑΝΣΕΩΣ ΑΕΡΑ…ΣΕΛ….25-27

ΚΕΦ 3Ο

3.1 ΕΓΚΑΤΑΣΤΑΣΕΙΣ ΨΥΞΕΩΣ…ΣΕΛ….28

3.2 ΒΑΣΙΚΕΣ ΑΡΧΕΣ ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑΣ ΨΥΚΤΙΚΩΝ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ

ΣΕΛ….28

3.3 ΔΙΑΓΡΑΜΜΑ ΜΕΛΕΤΗΣ ΨΥΚΤΙΚΩΝ ΚΥΚΛΩΜΑΤΩΝ ΣΕΛ….29-

32.

3.4 ΨΥΚΤΙΚΑ ΚΥΚΛΩΜΑΤΑ ΣΕΛ….33

3.4.1 ΚΥΚΛΩΜΑΤΑ ΜΟΝΟΒΑΘΜΙΑΣ ΨΥΞΕΩΣ… ΣΕΛ..33-37

3.4.2 ΚΥΚΛΩΜΑΤΑ ΔΙΒΑΘΜΙΩΝ ΕΓΚΑΤΑΣΤΑΣΕΩΝ

ΠΡΟΣΦΗΣΕΩΣ..ΣΕΛ..37-39

3.5 ΨΥΚΤΙΚΟΣ ΚΥΚΛΟΣ…ΣΕΛ..39

3.5.1 ΒΑΣΙΚΕΣ ΑΡΧΕΣ ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑΣ…ΣΕΛ..39-41

3.5.2 ΔΙΑΚΡΙΣΗ ΨΥΚΤΙΚΩΝ ΠΥΡΓΩΝ…ΣΕΛ..41-42. ΚΕΦ 4

Ο

4.1 ΚΛΑΣΙΚΟΣ ΚΥΚΛΟΣ ΨΥΞΕΩΣ, ΜΕ ΣΥΜΠΙΕΣΤΗ …ΣΕΛ…43-44.

4.2 ΕΝΑΛΛΑΚΤΙΚΕΣ ΜΕΘΟΔΟΙ ΥΛΟΠΟΙΗΣΗΣ ΤΟΥ ΚΥΚΛΟΥ

ΨΥΞΗΣ …ΣΕΛ…44-46.

ΚΕΦ 5Ο

5.1 ΨΥΞΗ ΜΕ ΑΠΟΡΡΟΦΗΣΗ - ΒΑΣΙΚΕΣ ΑΡΧΕΣ..ΣΕΛ..47-48.

5.2 ΓΕΝΙΚΕΣ ΑΡΧΕΣ..ΣΕΛ..48-52.

5.2.1 ΑΝΤΛΙΑ ΘΕΡΜΟΤΗΤΑΣ ΜΕ ΑΠΟΡΡΟΦΗΣΗ ΣΕΛ..52-53

5.2.2 ΠΛΕΟΝΕΚΤΗΜΑΤΑ ΣΕΛ…54-59

5.2.3 ΜΕΙΟΝΕΚΤΗΜΑΤΑ ΣΕΛ..59

5.3 ΤΡΟΠΟΣ ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑΣ ΚΥΚΛΩΝ ΑΠΟΡΡΟΦΗΣΗΣ…ΣΕΛ..59-61.

5.4 ΤΥΠΟΙ ΨΥΚΤΙΚΩΝ ΜΟΝΑΔΩΝ ΑΠΟΡΡΟΦΗΣΗΣ..ΣΕΛ..61-63.

5.5 ΑΠΟΔΟΣΗ ΜΟΝΟΒΑΘΜΙΑΣ ΑΠΟΡΡΟΦΗΤΙΚΗΣ

ΜΗΧΑΝΗΣ..ΣΕΛ..64

5.6 ΕΓΚΑΤΕΣΤΗΜΕΝΑ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΣΤΗΝ ΕΛΛΑΔΑ ΣΕΛ…65

ΚΕΦ 6Ο

6.1 ΨΥΞΗ ΜΕ ΠΡΟΣΡΟΦΗΣΗ - ΒΑΣΙΚΕΣ ΑΡΧΕΣ..ΣΕΛ....66-67.

6.2 ΟΡΙΣΜΟΣ ΤΗΣ ΠΡΟΣΡΟΦΗΣΗΣ…ΣΕΛ…67.

6.3 ΧΗΜΕΙΟΡΡΟΦΗΣΗ…ΣΕΛ..67-69

6.4 ΕΙΔΗ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ ΨΥΞΗΣ ΜΕ ΠΥΡΓΟ…ΣΕΛ..69-71.

ΚΕΦ 7Ο

7.1 ΣΥΓΚΡΙΣΗ ΜΕΘΟΔΩΝ ΨΥΞΗΣ ΑΠΟΡΡΟΦΗΣΗΣ ΚΑΙ

ΠΡΟΣΡΟΦΗΣΗΣ…..ΣΕΛ…72-74

7.2 ΨΥΚΤΙΚΗ ΖΗΤΗΣΗ ΣΤΗΝ ΕΛΛΑΔΑ- ΕΛΛΗΝΙΚΑ

ΔΕΔΟΜΕΝΑ…ΣΕΛ… 75-77

7.3 ΟΙΚΟΝΟΜΙΚΗ ΕΚΤΙΜΗΣΗ..ΣΕΛ..77-78..

ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ …ΣΕΛ..79-80.

1

ΕΙΣΑΓΩΓΗ

Στο σημείο αυτό θα ήθελα να ευχαριστήσω θερμά τον κ .Θ. Ναμλή καθηγητή της σχολής Μηχανολόγων Μηχανικών του Α.Τ.Ε.Ι Καβάλας για την ανάθεση της παρούσας διπλωματικής εργασίας καθώς και για την πολύτιμη βοήθεια και άψογη συνεργασία που είχαμε κατά τη διάρκεια της εκπόνησης αυτής .

ΠΡΟΛΟΓΟΣ

Η παρούσα εργασία πραγματοποιήθηκε στα πλαίσια της ολοκλήρωσης των

σπουδών μου στο Τεχνολογικό Εκπαιδευτικό Ίδρυμα Καβάλας, στο τμήμα της

Μηχανολογίας , με θέμα : «συστήματα ψύξης με απορρόφηση» με σκοπό

την κατανόηση της χρήσης των συστημάτων ψύξης μέσω της ανάλυσης τους

αλλά και της σύγκρισης τους με συστήματα ψύξεως με προσρόφηση.

2

1.1 ΟΡΙΣΜΟΣ ΨΥΞΗΣ

Με τον όρο ψύξη εννοούμε την χρήση μηχανών και θερμικά ενεργοποιούμενων

μηχανισμών για την απομάκρυνση θερμότητας από έναν γεωμετρικά ορισμένο,

πεπερασμένο χώρο ή ουσία την οποία και αποβάλλουμε σε έναν δεύτερο, με

σκοπό την μείωση της θερμοκρασίας στον πρώτο και στην συνέχεια την διατήρηση

της.

Χαρακτηριστικές εκφάνσεις αυτής είναι κυρίως ο κλιματισμός, η κρυογονική,

η βαθιά κατάψυξη, η συντήρηση.

1.2 ΙΣΤΟΡΙΚΗ ΑΝΑΔΡΟΜΗ

Η χρήση της ψύξεως ξεκινά από την προϊστορική εποχή από φυλές όπως οι

Κινέζοι, οι Εβραίοι, οι Έλληνες, οι Ρωμαίοι κ αι οι Πέρσες. Τα παραπάνω υλικά

αποθηκεύονταν σε σπηλιές και κλειστούς χώρους με σκοπό την διατήρηση των

τροφίμων, αυτή η τεχνική με ορισμένες διαφοροποιήσεις έδρασε πολύ καλά μέχρι

τον 20ο αιώνα όπου και έχουμε μια ριζική απομάκρυνση αυτής. Λίγο πιο πριν και

συγκεκριμένα τον 16ο αιών α η ανακάλυψη του Νιτρικού άλατος του νατρίου

(ΝαΝΟ3) και του Νιτρικού άλατος του καλίου (ΚΝΟ3) έδωσε σημαντική ώθηση

προς την κατεύθυνση των τεχνιτών ψυκτικών. Το δε χρονοδιάγραμμα εξέλιξης έχει

ως εξής:

• 1748) O William Cullen στο πανεπιστήμιο της Γλασκόβης

πραγματοποιεί το πρώτο πείραμα με δημιουργία κενού και αιθυλικό

αιθέρα που έχει πρακτική εφ αρμογή.

• 1805) Ο Oliver Evans σχεδιάζει αλλά ποτέ δεν κατασκευάζει μηχανή

βασισμένη στον γνωστό μας κύκλο συμπιέσεως ατμού.

• 1820) Ο Michael Faraday υγροποιεί την αμμωνία κ αι άλλα αέρια

χρησιμοποιώντας χαμηλές θερμοκρασίες και μεγάλες πιέσεις.

• 1834) Ο Jacob Perkins κατοχυρώνει την πρώτη πατέντα κ αι

κατασκευάζει το πρωτότυπο μηχανισμού συμπιέσεως ατμού.

• 1842) Ο John Gorrie σχεδιάζει σύστημα για ψύξη νερού με σκοπό τη

δημιουργία πάγου κ αι παράλληλα συλλαμβάνει την ιδέα του

κλιματισμού εσωτερικών χώρων.

• 1850) Ο Alexander Twining πειραματίζεται με τον κύκλο συμπιέσεως

3

ατμού κ αι καταφέρνει μέχρι το 1856 ν α αρχίσει εμπορικές

προσπάθειες στην Αμερική.

• 1860) Ο Ferdinand Carre εξελίσσει την πρώτη μηχανή απορρόφησης και

την πατεντάρει.

• 1861) Ο James Harrison εισάγει την ψύξη με μηχανική συμπίεση ατμού σε

επιχειρήσεις.

• 1915) Η Kelvinator κατασκευάζει τις πρώτες μηχανές οικιακής ψύξεως.

1.3 ΑΝΘΡΩΠΟΣ ΚΑΙ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝ

Στο ανθρώπινο σώμα βρίσκεται σε συνεχή εξέλιξη μια μεγάλη σειρά από

πολύπλοκες φυσικές και χημικές διεργασίες. όλες αυτές οι φυσικοχημικές

δράσεις έχουν ως αφετηρία την καύση, δηλαδή την παραγωγή ενέργειας που

βασίζεται στην επεξεργασία τροφών. Η ενέργεια αυτή δαπανάται για την

συνολική διαδικασία ζωής και αναπτύξεως, την παραγωγή μηχανικού έργου(

κίνηση και λειτουργία οργάνων)και τη διατήρηση της θερμοκρασίας του

σώματος σε σχεδόν σταθερά επίπεδα, σένα περιβάλλον χαμηλότερης

θερμοκρασίας. Στη χώρα μας συνήθως η Θερμοκρασία περιβάλλοντος

κυμαίνεται μεταξύ 12 και 27 οC, δηλαδή έχουμε συνήθως μια θερμοκρασιακή

διαφορά 10 έως 25 οC.

Η θερμοκρασία παράγεται κατά την οξυγόνωση θρεπτικών συστατικών στα

κύτταρα και με το κυκλοφοριακό σύστημα διαχέεται σε ολόκληρο το σώμα. Η

απόρριψη θερμότητας στο περιβάλλον είναι απόλυτα αναγκαία λειτουργία και

πραγματοποιείται από το δέρμα και τις εκκρίσεις( εκπνοή κ.λ.π).

Πέρα όμως από τα δοχεία αίματος υπάρχει ο συνδετικός ιστός, η επιδερμίδα

και άλλες στρώσεις του δέρματος. Το πόσο μονωτικές είναι αυτές, επιδρά

στην μετάδοση της θερμότητας. Όπως επιδρά και το πάχος του. τέλος η

ύγρανση της επιδερμίδας από την εφίδρωση και αυτή ακόμη η τριχοφυΐα,

επιδρούν στη ροή της θερμότητας προς τα έξω, άρα και στη θερμοκρασία της

επιδερμίδας.

Ρυθμιστικό ρόλο διαδραματίζει η ενδυμασία, η οποία δρα ως θερμομόνωση

μικρής ισχύος, όταν έχουμε μια μικρή θερμοκρασιακή διαφορά περίπου 18οC,

η οποία και συνδέεται με την αίσθηση της κλιματικής ανέσεως. Η

θερμομονωτική δράση των ενδυμάτων γίνεται ισχυρότερη όταν αυξηθεί η

4

θερμοκρασιακή διαφορά.

Εικόνα 1 το ανθρώπινο σώμα ως σταθεροποιητής της θερμοκρασίας.

Εικόνα 2 τομή ανθρώπινου δέρματος.

Οι παράγοντες που επηρεάζουν ιδιαίτερα την αίσθηση ‘ανέσεως’ είναι η

θερμοκρασία του αέρα και των στερεών επιφανειών κοντά στο ανθρώπινο

σώμα, η σχετική υγρασία, η καθαρότητα και η κίνηση του αέρα.

Τα επιθυμητά επίπεδα ανέσεως σχετίζονται σε σημαντικό βαθμό με

υποκειμενικούς παράγοντες και επηρεάζονται από φυσιολογικά αίτια τα οποία

εξαρτώνται από κάθε άτομο και την περίσταση ,όπως η υγεία, η ηλικία και η

δραστηριότητα που αναπτύσσει τη δεδομένη χρονική στιγμή.

Η αισθητή θερμότητα η οποία αποβάλλεται από το ανθρώπινο σώμα,

απάγεται με αγωγή, μεταφορά και ακτινοβολία και συντελεί στην αύξηση της

θερμοκρασίας του αέρα των χώρων. Η εξάτμιση της υγρασίας των πνευμό-

νων, και της επιδερμίδος, οδηγεί παράλληλα σε αύξηση της απόλυτης

υγρασίας του περιβάλλοντος αέρα, δηλαδή σε αύξηση της θερμοκρασίας

υγρού θερμομέτρου (Υ.Θ. ή W.B.)

Σημαντικές έρευνες έχουν γίνει με στόχο να συσχετιστεί η βιολογική

λειτουργία του ανθρώπινου σώματος με την εν γένει δραστηριότητα του

ανθρώπου και ειδικότερα την επαγγελματική του δραστηριότητα. Αφετηρία

των σχετικών ερευνών είναι ότι με τον φυσικό μεταβολισμό [*Ί (βιολογική

διεργασία καύσεως θρεπτικών συστατικών τα οποία λαμβάνονται με την

τροφή), παράγεται στο ανθρώπινο σώμα ποσό θερμικής ενέργειας, έστω Μ.

Η ενέργεια αυτή παράγεται κατά την οξυγόνωση των θρεπτικών συστατικών

των τροφών στα κύτταρα και με το κυκλοφοριακό σύστημα μεταφέρεται και

κατανέμεται, ανάλογα με τις ανάγκες, σε όλο το σώμα.

5

Μέρος αυτής της ενέργειας (S) καταναλώνεται από το σώμα για τη

δραστηριοποίηση των οργάνων, την κίνηση, την παραγωγή έργου κ.λπ.

Ενα άλλο μέρος (Ε), αποβάλλεται με τη μορφή υδρατμών (ιδρώτας,

εκπνοή), με ακτινοβολία (R) και με αγωγιμότητα (C) κατά την επαφή με

αντικείμενα στερεά, ρευστά και τον αέρα του χώρου. Για τις μεταβολές αυτές

ισχύει η σχέση:

M = ± S + E ± R ± C

Δηλαδή η θερμοκρασία του ανθρώπινου σώματος αποτελεί μια δυναμική

συνάρτηση με πολλές παραμέτρους.

Τα "θερμοδυναμικά" στοιχεία του ανθρώπινου σώματος (μέσες τιμές),

παρουσιάζουν ιδιαίτερο ενδιαφέρον και ενδεικτικές τους τιμές δίδονται στον

πίνακα 1.

Πίνακας 1 θερμοδυναμικά στοιχεία για το ανθρώπινο σώμα, μέση τιμή.

Υπάρχει επομένως ένας πολύπλοκος μηχανισμός ρυθμίσεως, του οποίου το

"κέντρο" βρίσκεται στον εγκέφαλο 1 (στον υποθάλαμο). Συχνά αυτό το

σύστημα δεν επαρκεί για να προσαρμόσει το ανθρώπινο σώμα κατά τρόπο,

ώστε να μπορεί να αντιμετωπίσει όλες τις συνθήκες περιβάλλοντος. Έτσι ο

άνθρωπος επιστράτευσε τη νοημοσύνη του, για να διαμορφώσει κατάλληλα

κατά περίπτωση ενδύματα, αλλά και να βελτιώσει τεχνητά τις περιβαλλοντι-

κές συνθήκες στους χώρους παραμονής του, είτε αυτοί αφορούν στην

κατοικία του, είτε αφορούν στην εργασία του. Και τελικά επεδίωξε τη

δημιουργία συνθηκών ευεξίας (ραστώνης, ανέσεως) για τους χώρους αυτούς,

6

που εκτός από τα χαρακτηριστικά της θερμοκρασίας συναρτώνται προς τις

γενικότερες συνθήκες κλιματισμού, όπως είναι ακόμη η υγρασία η

καθαρότητα και η ταχύτητα κινήσεως του αέρα.

Αυτές οι συνθήκες ευεξίας εξαρτώνται πάντως κατ' αρχήν από τη

θερμοκρασία του χώρου, αλλά όχι μόνον απ' αυτήν. Εξαρτώνται και από τις

θερμοκρασίες των κατασκευών που οριοθετούν τον χώρο ή ευρίσκονται μέσα

σ' αυτόν, αφού με αυτές ανταλλάσσουν θερμότητα με ακτινοβολία. Οι

συνθήκες ανέσεως (ή ευεξίας), εξαρτώνται επίσης από την καταπόνηση του

ανθρώπινου μηχανισμού ρυθμίσεως της θερμοκρασίας, αλλά και το είδος, το

μέγεθος και την επιφάνεια επιδράσεως διαφόρων θερμικών ή ψυκτικών

ερεθισμών. Και πρέπει να σημειωθεί, ότι όλοι αυτοί οι ερεθισμοί και όταν

έχουν το αυτό μέγεθος, δεν δημιουργούν στον κάθε άνθρωπο όμοια

αντίδραση, αφού σημαντικό ρόλο παίζουν οι διάφορες οργανικές

εναλλακτικές δράσεις του. Γιατί κάθε άτομο αντιδρά κατ' άλλον τρόπο (σε

στενά όρια) στις εξωτερικές επιδράσεις. Η ηλικία, το φύλο, η ένδυση κ.λπ.,

αποτελούν ουσιώδεις σχετικούς παράγοντες.

Μια άλλη εξαιρετικά χρήσιμη διαπίστωση είναι, ότι είναι διαφορετική η

ενόχληση και η αξιολόγηση προβλημάτων που οφείλονται στις καιρικές

συνθήκες και αντιμετωπίζονται ανάλογα με τον εθισμό του κάθε ατόμου σε

κάποιας μορφής περιβάλλον. Ο άνθρωπος που έχει ζήσει πολλά χρόνια στο

βουνό ή γενικά σε ψυχρά κλίματα, αντιμετωπίζει με διαφορετικό τρόπο

κάποιες κλιματικές καταστάσεις,

Οι βασικές έννοιες της θερμοδυναμικής, καθώς και οι συνήθεις διαδικασίες

κλιματισμού και θερμάνσεως, συσχετίζονται με τις θερμοδυναμικές ισορροπίες

στο Κεφ. 2.

Ιδιαίτερα ενδιαφέρουσα είναι και η ανάλυση του καθηγητή Κ. X. Λεφα στο

περιοδικό "ΤΕΧΝΙΚΑ" από την οποία χρησιμοποιήθηκαν αρκετά στοιχεία.

Μεταβολισμός είναι η διεργασία που πραγματοποιεί ο ανθρώπινος

οργανισμός για τη μετατροπή των θρεπτικών συστατικών της τροφής σε

θερμότητα και έργο. Το σώμα λειτουργεί σαν μια θερμοπαραγωγική μηχανή

θερμοδυναμικού βαθμού αποδόσεως 15 - 20 %. Ο βαθμός αποδόσεως αυτός

επιτυγχάνεται μόνο σε περιπτώσεις έντονης δραστηριότητος του ατόμου, ενώ

σε περιπτώσεις χαλαρώσεως περιορίζεται μέχρι και στο 1 %.

7

Σε 24h κύκλο το ανθρώπινο σώμα, σε κατάσταση πλήρους αναπαύσεως και

σε περιβάλλον κλιματικής ανέσεως, αποδίδει στο περιβάλλον περίπου 1700

kcal/d = 7.120 kJ/d = 1,460 kWh/d (όπου d = day = ημέρα). Υπό συνθήκες

ελαφράς εργασίας η απόδοση θερμότητος στο περιβάλλον είναι περίπου 70

kcal/h (ή 300 kJ/h ή 60 W). Πάντως ο ρυθμός αποβολής της θερμότητος από

το σώμα ενός ατόμου, κυμαίνεται συνήθως από 140 kcal/h (ή 500 kJ/h ή 120

W/h) μέχρι 510 kcal/h (ή kJ/h 440 ή W/h), ανάλογα με την αναπτυσσόμενη

δραστηριότητα (περισσότερα στον πίνακα 1.2.1).

Η παρατήρηση αυτή είναι άξια ιδιαίτερης προσοχής, γιατί όταν εξετάζεται το

"φορτίο" ανθρώπων σε μια κλιματιστική εγκατάσταση, μια πολύ σημαντική

παράμετρος είναι το είδος της αναπτυσσόμενης δραστηριότητος σ’ αυτό τον

χώρο. Είναι η ίδια αιτία που επιτρέπει να εξασφαλιστεί σ’ ένα χώρο σκληρής

εργασίας αίσθηση "ανέσεως" σε θερμοκρασία Ξ.0 15 ή 16 “C, (πολύ

χαμηλότερη της τιμής των 20°C η οποία ισχύει για άτομα ελαφρώς

εργαζόμενα).

διάγραμμα 1 διάγραμμα συσχετισμού της θερμοκρασίας ξηρού θερμομέτρου.

Στον υγιή άνθρωπο λειτουργεί ένα "θερμορρυθμιστικό" σύστημα, του οποίου

τα κέντρα ελέγχου και εντολών βρίσκονται στον "υποθάλαμο" του εγκεφάλου.

8

Εκεί γίνεται σύγκριση της επιθυμητής θερμοκρασίας (με ακρίβεια 0,5 °C) και

της θερμοκρασίας την οποία παρουσιάζει τη συγκεκριμένη χρονική στιγμή το

σώμα του ανθρώπου. Ο έλεγχος πραγματοποιείται με αισθητήρια, τις

θερμοϋποδοχές, οι οποίες εδράζονται στον εγκέφαλο, τον νωτιαίο μυελό και το

δέρμα. Οι αντίξοες (εχθρικές) καιρικές συνθήκες, οδηγούν στην ανάγκη να

ικανοποιηθεί ένα αίσθημα ασφάλειας και προστασίας. Έτσι στα βόρεια κλίματα

κατασκευάζονται κατοικίες με χονδρούς τοίχους, μικρά παράθυρα, βαριά

κουφώματα κ.λπ.

Αντίθετα στο θερμό ή το ήπιο (εύκρατο) κλίμα, δημιουργείται μια ανάγκη

δροσιάς, που οδηγεί σε απλές, ελαφρές, φωτεινές κατασκευές, "ανοικτές"

προς το φιλικό περιβάλλον.

Οι διαπιστωμένες αυτές επιλογές αντικατοπτρίζουν ταυτόχρονα την

ψυχολογία και τη συμπεριφορά των ανθρώπων που ζουν σε περιοχή με

σκληρό ή ήπιο κλίμα αντίστοιχα (φυσική προσαρμογή).

Η καταλυτική αυτή επίδραση1*1 του φυσικού περιβάλλοντος στη

συμπεριφορά των ανθρώπων, σχετίζεται άμεσα με μια σειρά από επιλογές

που αναφέρονται στη μορφή της κατοικίας τους και τις προτιμήσεις τους ως

προς την κλιματική άνεση.

1.3.1 ΘΕΡΜΟΚΡΑΣΙΑ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝΤΟΣ Κ ΑΝΘΡΩΠΙΝΗ ΣΥΜΠΕΡΙΦΟΡΑ

Από έρευνες έχει διαπιστωθεί ότι όσο ο χαρακτήρας του ανθρώπου

επηρεάζεται μακροπρόθεσμα από το φυσικό περιβάλλον που ζεί, άλλο τόσο.

η περιστασιακή συμπεριφορά του επηρεάζεται επίσης σημαντικά από τις

θερμοκρασιακές μεταβολές και τα κλιματικά δεδομένα του άμεσου

περιβάλλοντος του. Υπάρχουν μάλιστα και κάποια ακραία όρια, των οποίων η

απότομη προσέγγιση υπερβαίνει την επίδραση στα συναισθήματα και τη

διάθεση του ανθρώπου και γίνεται επικίνδυνη για την υγεία, όπως είναι π.χ. η

παραμονή επί ικανό χρονικό διάστημα σε "σκληρές" συνθήκες θερμοκρασίας

(τόσο υψηλής, όσο και χαμηλής).

Κατάλληλα ντυμένα άτομα, μπορούν π.χ. να διατηρήσουν την πνευματική

τους διαύγεια και δραστηριότητα σε θερμοκρασίες μέχρι και - 35° C. Με σωστή

προετοιμασία (σοβαρή ενδυματολογική προστασία, επαρκή άσκηση και

9

συστηματική προσαρμογή), έχει διαπιστωθεί ότι το όριο αυτό μπορεί να

φθάσει μέχρι και τους - 50° C.

Οι υψηλές θερμοκρασίες του περιβάλλοντος, από την άλλη πλευρά,

προκαλούν τοπικές αυξήσεις της θερμοκρασίας της επιδερμίδος και στη

συνέχεια όλου του σώματος. Για τη διατήρηση της δραστηριότητος, οριακή

θεωρείται η τιμή των 40° C. Στις υψηλές θερμοκρασίες περιβάλλοντος,

παρατηρούνται κατά σειράν: ισχυρή εφίδρωση, που αποτελεί φυσιολογική

προσπάθεια αποβολής θερμότητος, "θερμική αποβολή", εμφάνιση σπασμών

και τελικά "θερμική προσβολή".

Η "θερμική αποβολή" κατά την ιατρική ορολογία, αποτελεί κυκλοφοριακής

φύσεως ανωμαλία, κατά την οποία μειώνεται η ποσότητα του φλεβικού

αίματος που επιστρέφει στην καρδιά, με αποτέλεσμα την εμφάνιση

λιποθυμικών φαινομένων. Τα λιποθυμικά φαινόμενα προαναγγέλλονται με

έντονο αίσθημα κούρασης, πονοκέφαλο, ιλίγγους, ανορεξία, αύξηση της

ταχύτητος αναπνοής, αύξηση των σφυγμών σε επίπεδα ανώτερα των 150/min

και γυάλισμα των ματιών. Αμέσως μόλις γίνουν αντιληπτές παρόμοιες

προειδοποιήσεις, πρέπει το άτομο να ξαπλώσει αναπαυτικά σε δροσερό

μέρος. Σε περιπτώσεις καρδιοπάθειας επιβάλλεται η κλήση ιατρού.

Το φαινόμενο εμφανίσεως “σπασμών", αποτελεί τη δεύτερη φάση της

επιδράσεως υψηλών θερμοκρασιών στον άνθρωπο. Κατά τη φάση αυτή,

παρατηρούνται εξαιρετικά οδυνηροί σπασμοί των μυών λόγω της

υπερβολικής αποβολής αλάτων από τον οργανισμό κατά την ισχυρή

εφίδρωση. Ως αντίδοτο, πρέπει να χορηγηθούν ειδικά αλατούχα χάπια και, εν

ανάγκη, υδατικό διάλυμα μαγειρικού άλατος.

Το φαινόμενο της "θερμικής προσβολής" αποτελεί τη φυσική συνέχεια των

προαναφερθέντων συμπτωμάτων. Εάν δεν ληφθούν έγκαιρα και επαρκή

μέτρα, η θερμοκρασία του σώματος φθάνει στους 41° C, σταματά η εφίδρωση

και εμφανίζεται κώμα.

Είναι φανερό ότι η προσέγγιση των αναφερθέντων ακραίων καταστάσεων,

είναι αδιανόητη υπό ομαλές συνθήκες και οι αναφορές γίνονται μόνο για

ενημέρωση και για να προσδιορίσουν τα ακραία όρια της αντοχής και

ικανότητος προσαρμογής του ανθρώπινου σώματος.

Σήμερα, στα πλαίσια των εγκαταστάσεων θερμάνσεως και κλιματισμού,

10

επιδιώκεται η εξασφάλιση συνθηκών κλιματισμού και η εξασφάλιση συνθηκών

κλιματικού περιβάλλοντος πολύ μακράν των ορίων που εγκυμονούν κίνδυνο για

τη ζωή του ανθρώπου. Είναι μάλιστα ηθικά και νομικά απαράδεκτη η

πιθανότητα να ζουν και να εργάζονται άνθρωποι σε συνθήκες ανθυγιεινές και

ενοχλητικές. Για τους δημόσιους χώρους και τους χώρους επαγγελματικής

εργασίας, ισχύουν ήδη αυστηρές διεθνείς προδιαγραφές και έχουν

θεσμοθετηθεί ευθύνες και ποινές για τους εργοδότες και τους εκπροσώπους

τους.

Αντιθέτως η επιστήμη και η τεχνολογία με τη βοήθεια της στατιστικής,

αναζητούν πλέον εξειδικευμένες συνθήκες ευχάριστου περιβάλλοντος,

κατάλληλες για κάθε ανθρώπινη κατάσταση και δραστηριότητα. Με

ερωτηματολόγια, στατιστικές έρευνες, μετρήσεις, πειραματικές δοκιμές και

μαθηματικές αναλύσεις, έχουν προσδιορισθεί τα επιθυμητά (optimum) όρια

θερμοκρασίας του περιβάλλοντος παραμονής, διαβιώσεως και εργασίας

ανθρώπων, ανάλογα με την εποχή του έτους, την ηλικία, το φύλο, το

γεωγραφικό πλάτος και το πολιτιστικό και οικονομικό επίπεδο.

Η ισορροπία αυτή πρέπει να είναι τέτοια, ώστε να εξασφαλίζει την άνετη

παραμονή ή εργασία των ανθρώπων σένα χώρο και να προάγει την

ενεργητικότητά τους, τουλάχιστον όταν πρόκειται για χώρους εργασίας. Ο

προσεκτικός αρχιτεκτονικός σχεδιασμός των κτιρίων, λαμβάνει υπόψη του τα

περιβαλλοντικά δεδομένα, το σύστημα και την εγκατάσταση θερμάνσεως (ή

κλιματισμού) και προνοεί για προσανατολισμούς, ανοίγματα και άλλες

κατασκευές, που διασφαλίζουν την ποιότητα και, κατά το δυνατόν, την κα-

θαρότητα του αέρα που είναι αναγκαίος για την αναπνοή, ενώ παράλληλα

διευκολύνουν την εργασία του μηχανικού που θα θερμάνει ή θα κλιματίσει τον

χώρο.

11

1.3.2 ΤΟ ΚΛΙΜΑ

Με τον όρο κλίμα χαρακτηρίζεται το σύνολο μιας σειράς περιβαλλοντικών

στοιχείων, όπως η θερμοκρασία, η υγρασία, η ταχύτητα και η κατεύθυνση

μετακινήσεως του αέρα, η σύνθεση του αέρα (αναλογία αερίων, παρουσία

προσμείξεων και ατμών αλλά και στερεών ή υγρών αιωρημάτων). Με

αφετηρία αυτόν τον γενικό ορισμό, κάθε περιοχή και κάθε χώρος

παρουσιάζουν κάποιο "κλίμα", σε κάθε χρονική στιγμή. Στο φυσικό

περιβάλλον το "κλίμα" είναι μεταβλητό, εξαρτώμενο από τη γεωγραφική

περιοχή, την εποχή του έτους, τη χρονική στιγμή του ημερήσιου κύκλου (ώρα

της ημέρας) και συγκυρίες που σχετίζονται βασικά με τις μετακινήσεις θερμών

ή ψυχρών αερίων μαζών στην επιφάνεια του πλανήτη μας, αλλά και πολλούς

άλλους φυσικούς και τεχνητούς (συχνά ανθρωπογενείς) παράγοντες.

Το φυσικό κλίμα αναφέρεται συνήθως σε εκτεταμένες γεωγραφικές

περιοχές. Όμως ακόμη και όταν αναφέρεται σε μικρές περιοχές (π.χ.

τοποθεσίες), πάλι παρουσιάζει αισθητές αυξομειώσεις, στη διάρκεια του έτους,

της ημέρας κ.λπ., λόγω της αλληλεπιδράσεως φυσικών ή τεχνητών πα-

ραγόντων. Σ' ένα λόφο π.χ., η ταχύτητα (και γενικά η περιβαλλοντική

επίδραση) του ανέμου, διαφέρει σε μια θέση που προσβάλλεται άμεσα, σε

σύγκριση με μια περιοχή που προστατεύεται από τον ίδιο τον όγκο του λόφου.

Παρά τις μικροδιαφορές όμως αυτές, μπορούμε να αναφερόμαστε στο

κλίμα μιας ευρύτερης περιοχής, με την αποδοχή μιας μέσης ή μιας μεγίστης

ή μιας ελάχιστης ή μιας πιθανής συμβατικής τιμής κάποιων παραμέτρων,

που θα δεχθούμε ότι χαρακτηρίζουν το κλίμα.

12

διάγραμμα 2 παράγοντες που επηρεάζουν το κλίμα ενός χώρου

Η τιμή αυτή των κύριων χαρακτηριστικών του κλίματος (θερμοκρασία,

υγρασία, κατεύθυνση και ταχύτητα του ανέμου, "ποιότητα" του αέρα), μπορεί

να αναφέρεται σε μια χαρακτηριστική χρονική στιγμή (π.χ. 12η μεσημβρινή) ή

να είναι μια μέση τιμή 24ώρου ή να έχει επιλεγεί με βάση μια οποιαδήποτε

ευρύτερα αποδεκτή και προσυμφωνημένη διαδικασία. Η ομάδα αυτών των

τιμών (στις οποίες μπορούν να προστεθούν και άλλες τιμές και πληροφορίες

που θα χαρακτηρίζουν ένα περιβάλλον), είναι ιδιαίτερα χρήσιμη όταν θέλουμε

να εξετάσουμε τις επιπτώσεις που μπορεί να έχει το σχετικό περιβάλλον σε

ένα έμβιο ή μη οργανισμό ή προϊόν ή υλικό ή μηχανισμό, που θα εκτεθεί στην

επίδρασή τους.

1.3.3 ΕΣΩΚΛΙΜΑ ΚΑΙ ΕΞΩΚΛΙΜΑ

Το κλίμα του ανοικτού (ελεύθερου από τοιχώματα) περιβάλλοντος,

ονομάζουμε συνήθως " ΕΣΩΚΛΙΜΑ ", σε αντιδιαστολή με το κλίμα

προστατευμένων ή συνηθέστερα κλειστών χώρων, που ονομάζουμε "

ΕΞΩΚΛΙΜΑ ".

Το κλίμα των εσωτερικών χώρων (εσώκλιμα) διαμορφώνεται με αφετηρία

τις συνθήκες του εξωτερικού περιβάλλοντος, την αποτελεσματικότητα της

προστασίας που εξασφαλίζει το κέλυφος του χώρου και την επίδραση

εσωτερικών παραγόντων και δράσεων.

13

Η εξάρτιση του εσωκλίματος από το εξώκλιμα ξεκινά από τη θέση του

κτίσματος, τη θέση του χώρου στο συνολικό κτίσμα και ακριβέστερα τον

βαθμό και την αμεσότητα εκθέσεως του χώρου και του κτιρίου στις

περιβαλλοντικές μεταβολές. Ο προσανατολισμός π.χ. του κτιρίου (και ειδι-

κώτερα του εξεταζόμενου χώρου), προκαθορίζει το είδος των ανέμων που θα

προσβάλλουν τα εξωτερικά τοιχώματα, αλλά και την ποσότητα και τη χρονική

διάρκεια προσπτώσεως ηλιακής ακτινοβολίας.

Τα κατασκευαστικά (δομικά και αρχιτεκτονικά) στοιχεία του χώρου

(τοιχώματα, ανοίγματα, διάφορες κατασκευές) και η "ποιότητα" απομονώσεως

του χώρου, είναι ουσιαστικοί παράγοντες που οριοθετούν άμεσα την επιρροή

του εξωκλίματος στο εσώκλιμα. Το πόσο πολύπλοκοι είναι οι παράγοντες που

καθορίζουν το βαθμό εξαρτίσεως του εσωκλίματος από το εξώκλιμα, φαίνεται

καθαρά αν αναφερθεί εδώ ότι ακόμη και το χρώμα της εξωτερικής επιφάνειας

του κελύφους, έχει άμεση σχέση με την ποσότητα της ηλιακής ενέργειας που

παραλαμβάνεται από το τοίχωμα και επομένως (κάποιο ποσοστό της), θα

καταλήξει στον εσωτερικό χώρο.

Η "ποιότητα" απομονώσεως του χώρου εξαρτάται τόσο από τη

θερμομονωτική, θερμοαπορροφητική και θερμοαποθηκευτική ικανότητα των

τοιχωμάτων και ανοιγμάτων, όσο και από άλλα στοιχεία όπως ο βαθμός

άμεσης επικοινωνίας εσωτερικού χώρου και εξωτερικού περιβάλλοντος

(ανοικτά κουφώματα, χαραμάδες),τη συγκεκριμένη χρήση και το υλικοτεχνικό

περιεχόμενο του χώρου (έπιπλα, συσκευές, μηχανήματα, ειδικός εξοπλισμός),

το είδος, τη δραστηριότητα και την ποσότητα ζωντανών οργανισμών ή άλλων

παραγόντων, τις επεμβάσεις και τις επιπτώσεις της τεχνολογίας (π.χ.

ποιότητα κουφωμάτων).

Μια πρόχειρη ή κακότεχνη κατασκευή με "αδύνατα" ή ευθερμαγωγό

τοιχώματα και ανοικτά (για λειτουργικούς ίσως λόγους) κουφώματα, ή ύπαρξη

χαραμάδων ή διόδων άμεσης επικοινωνίας με τον εξωτερικό αέρα, είναι

φανερό ότι υφίσταται την άμεση εξάρτηση του εσωκλίματος της από το

εξώκλιμα. Αντίθετα, ένας υπόγειος ή ένας εσωτερικός χώρος ή ένας χώρος με

ισχυρή θερμομόνωση και ασήμαντη αεροδιαπερατότητα, διαθέτει σε

σημαντικό βαθμό αυτονομία από το εξώκλιμα. Αν μάλιστα ένας εσωτερικός

14

χώρος κλιματίζεται, όπως θα εξεταστεί στη συνέχεια, είναι δυνατόν το

εσώκλιμα να διαθέτει προκαθορισμένα χαρακτηριστικά, με ελάχιστη

διακύμανση τιμών, που και αυτή μπορεί να προκαθοριστεί.

Πριν όμως φθάσουμε στον κλιματισμό, που αποτελεί τεχνητή και ηθελημένη

διαμόρφωση του εσωκλίματος, πρέπει να εξεταστούν, ποιοτικά στην αρχή και

στη συνέχεια και ποσοτικά, οι παράγοντες που σχετίζονται με το εξώκλιμα και

το κέλυφος και επιδρούν στο εοώκλιμα, αλλά και ανάλογης σημασίας στοιχεία

του χώρου (χρήση, δραστηριότητες, εξοπλισμός, κ.λπ).

Σύμφωνα με όσα έχουν ήδη αναφερθεί, αλλά και μερικές αυτονόητες

εμπειρικές παρατηρήσεις:

α. Το εξωτερικό περιβάλλον παρουσιάζει σημαντικές μεταβολές, τόσο

εποχιακά όσο και κατά τη διάρκεια ενός 24ώρου, σε παράγοντες όπως η

θερμοκρασία, η υγρασία, ο φωτισμός, η ταχύτητα και η κατεύθυνση ροής του

αέρα, οι ακτινοβολίες (ηλιακή, κοσμική, ραδονίου, κ.λπ.), κ.ά. Ειδικά για το

εσώκλιμα παρουσιάζει σημαντικό ενδιαφέρον ο φυσικός προσανατολισμός

του χώρου, καθώς και η θέση του ως προς τους ανέμους.

Συχνά στους εξωτερικούς παράγοντες που επιδρούν τελικά και στο

εσώκλιμα, πρέπει να συνυπολογιστούν και αιτίες που σχετίζονται με θετικές ή

αρνητικές επιπτώσεις της τεχνολογίας. Όταν π.χ. επιδιώκονται συνθήκες ανέ-

σεως, η κακή 11 ποιότητα" του αέρα των πόλεων, η αυξημένη ρύπανση από

παρακείμενο εργοστάσιο ή η ηχορύπανση από την κυκλοφορία οχημάτων ή

παραγωγικές εργασίες (βιομηχανίες, βιοτεχνίες, εργοτάξια κ.λπ.), πρέπει να

ληφθούν σοβαρά υπ' όψη.

β. Τα κατασκευαστικά δεδομένα του κελύφους που επιτρέπουν

επιδράσεις στο εσώκλιμα, σχετίζονται με την ποιότητα και τη θερμομονωτική,

θερμοαπορροφητική, θερμοσυσσωρευτική και ηχομονωτική ικανότητα των

τοιχωμάτων και κουφωμάτων, την προσπίπτουσα άμεση και έμμεση ηλιακή

ακτινοβολία, την ύπαρξη διόδων κυκλοφορίας αερίων ρευμάτων κ.ά.

γ. Το "περιεχόμενο" του χώρου σε έμβιους οργανισμούς και υλικά,

αντικείμενα και εξοπλισμό, διαδραματίζει ουσιαστικό ρόλο. Η παρουσία π.χ.

ανθρώπων και γενικότερα ζώντων οργανισμών, επιβαρύνει το περιβάλλον με

θερμικά φορτία, αέρια και υγρασία εκπνοής, οσμές κ.ά. Εξ άλλου τα

αντικείμενα, τα υλικά και οι ουσίες που βρίσκονται στον χώρο, μπορούν να

15

προσθέτουν (άλλοτε με μεγάλη βραδύτητα και πρακτικά αμελητέα ποσότητα

κι' άλλοτε σε ιδιαίτερα σημαντικό επίπεδο) θερμότητα, αναθυμιάσεις, ατμούς,

οσμές κ.ά. Ο εξοπλισμός του χώρου (φωτισμός, οικιακές ή άλλες συσκευές,

μηχανήματα και παραγωγικές μονάδες), είναι παράγοντας (άλλοτε

επουσιώδους και άλλοτε καθοριστικής σημασίας) για την προσπάθεια

διαμορφώσεως επιθυμητού εσωκλίματος.

δ. Η χρηση κάθε χώρου αποτελεί καθοριστικό παράγοντα, τόσο για την

επιλογή των επιθυμητών συνθηκών εσωκλίματος, όσο και για την ποσοτική

εκτίμηση των "φορτίων" που πρέπει να αντιμετωπίσει η εγκατάσταση

κλιματισμού.

Η παρουσία ζωντανών οργανισμών στον χώρο έχει σαν άμεση και

αναπότρεπτη συνέπεια, την ανάγκη να εξασφαλιστεί επαρκής και δεδομένης

ποιότητος αέρα (με περίπου σταθερή περιεκτικότητα σε οξυγόνο), για να

διασφαλιστεί η συνέχεια της ζωής. Η παραπάνω επιταγή που επιτυγχάνετο

παλαιότερα (στα συνήθη τουλάχιστον κτίρια κατοικιών ή εργασίας) χωρίς

ιδιαίτερη προσπάθεια (φυσικός αερισμός των χώρων από τις χαραμάδες και

τα ανοίγματα), δεν είναι πλέον σήμερα αυτονόητη, ούτε τόσο απλή. Σε

υπόγειους ή από παντού κλειστούς ή σε κλιματιζόμενους χώρους (στους

οποίους συνειδητά επιδιώκεται η μείωση της ποσότητος αέρα που εισέρχεται

ή εξέρχεται από τον χώρο από ανοίγματα και χαραμάδες), πρέπει να

αντιμετωπίζεται με προσοχή το θέμα της "ποιότητος" του αέρα και η ανάγκη

ανανεώσεώς του (με "νωπό" αέρα από το περιβάλλον) ή της τεχνητής

βελτιώσεώς του.

Για να εκτιμηθούν οι παράγοντες που επιδρούν και μεταβάλλουν την

ποιότητα του αέρα των κλειστών χώρων, θα χρειαστεί να επισημάνουμε και

να εξετάσουμε τις βασικές βιολογικές ή άλλες λειτουργίες που πρέπει να

συντηρηθούν ή να εξυπηρετηθούν και να αναλύσουμε την επίδρασή τους στο

εσώκλιμα.

Παρόμοια εξέταση και ανάλυση είναι αναγκαία σε βιομηχανικούς χώρους,

όπου συχνά εξελίσσονται φυσικοχημικές 5ράσεις ή έχουν αποθηκευτεί

ουσίες, προϊόντα ή υλικά που 'αναπνέουν".

Το εσώκλιμα ακόμη επηρεάζεται από την παρουσία σωμάτων μεγάλης

θερμοχωρητικότητος, από την ανακλαστικότητα των επιφανειών, τα φυσικά ή

τεχνητά ρεύματα αέρα, από τις επενδύσεις και τα χρώματα των τοιχωμάτων,

16

από τα ποσά θερμότητος που προκύπτουν από τη λειτουργία συσκευών,

μηχανημάτων, φωτισμού κ.ά.

Πίνακας 2 ιδανικές συνθήκες ανέσεως χειμώνα-καλοκαίρι.

1.4 ΕΠΙΘΥΜΗΤΕΣ Κ ΙΔΑΝΙΚΕΣ ΣΥΝΘΗΚΕΣ ΨΥΞΗΣ

Η "άνεση" που αναφέρεται σε ανθρώπους εμπεριέχει πολλά υποκειμενικά

στοιχεία, που μερικά θα αναλυθούν στη συνέχεια. Πρέπει όμως έγκαιρα να

επισημανθεί η διάκριση ανάμεσα στις "ιδανικές", "επιθυμητές", και "εφικτές"

συνθήκες ανέσεως.

• "Ιδανικές" συνθήκες ανέσεως είναι εκείνες που ικανοποιούν κατά άριστο

τρόπο το σύνολο των κλιματικών απαιτήσεων του χώρου και

προσαρμόζονται κατά ιδανικό τρόπο στις επιθυμίες και τους στόχους των

χρηστών.

• "Επιθυμητές" είναι οι συνθήκες ανέσεως που επιλέγονται για ένα χώρο

και προσεγγίζουν σε ικανοποιητικό βαθμό τις ιδανικές συνθήκες ανέσεως,

χωρίς όμως να παραγνωρίζουν λογικούς παράγοντες κόστους και τε-

χνολογικών δυνατοτήτων.

• Για την ανάπτυξη ενός φυτού π.χ., πρέπει να προσδιοριστούν κάποια

όρια θερμοκρασίας, υγρασίας κ.λπ., που επιταχύνουν τις επιθυμητές

διεργασίες ή βελτιώνουν την απόδοση και να συσχετιστούν τα

προκύπτοντα τεχνικά και οικονομικά προβλήματα με το αναμενόμενο

αποτέλεσμα (οικονομοτεχνικός συσχετισμός). Είναι φανερό ότι μια τέτοια

17

εργασία μπορεί να βασιστεί σε εμπειρίες, πληροφορίες και στατιστικά

δεδομένα ή ακόμη και σε ειδική ερευνητική εργασία (σε εξειδικευμένες και

σοβαρές περιπτώσεις).

18

ΚΕΦ 2Ο

2.1 ΕΙΣΑΓΩΓΗ

Βασική κατάταξη των συστημάτων κλιματισμού γίνεται με κύριο κριτήριο

τον τρόπο και τα μέσα με τα οποία επιτυγχάνεται η τελική διαμόρφωση των

επιθυμητών συνθηκών εσωκλίματος (συνήθεις συνθήκες ανέσεως) στον κλι-

ματιζόμενο χώρο. Υπενθυμίζεται εδώ, ότι τις συνθήκες ανέσεως

διαμορφώνουν η θερμοκρασία, η υγρασία, η καθαρότητα και η ταχύτητα

κινήσεως του αέρα, ο θόρυβος κ.ά. Με την εγκατάσταση κλιματισμού γίνεται

προσπάθεια τουλάχιστον ρυθμίσεως της θερμοκρασίας και, όπου είναι επιθυ-

μητό και δυνατό, και των υπολοίπων παραγόντων.

Εκτός όμως από τα ανωτέρω, που αναφέρονται σε κατασκευαστικά,

λειτουργικά και ποιοτικά κριτήρια, είναι ιδιαίτερα διαδεδομένη μια κατάταξη

που βασίζεται σε κριτήρια μεγέθους και εκτάσεως, που συσχετίζουν δηλαδή

τη θέση της μονάδος θερμότητος (θερμική μηχανή) με τον κλιματιζόμενο

χώρο και την έκταση εφαρμογής του συστήματος κλιματισμού:

• Τοπικά Συστήματα Κλιματισμού

• Κεντρικά Συστήματα Κλιματισμού

Και στις δύο περιπτώσεις πάντως, τα συστήματα δια- κρίνονται σε:

• Μονάδες κλιματισμού "μόνο με αέρα"

• Μονάδες κλιματισμού "μόνο με νερό"

• Μονάδες κλιματισμού "αέρα - νερού"

• Μονάδες κλιματισμού "ψυκτικού ρευστού - αέρα",

Οπως επεξηγεί η Τ.Ο. ΤΕΕ 2423, στο σύστημα "μόνο με αέρα", η τελική

διαμόρφωση των συνθηκών του αέρα του χώρου, επιτυγχάνεται με

προσαγωγή στον χώρο αέρα κατάλληλης θερμοκρασίας, υγρασίας και

καθαρότητος, ώστε οι τιμές των παραμέτρων του τελικού μείγματος του

αέρα του χώρου να διαμορφώνονται μέσα στα όρια των προκα-

θορισμένων επιθυμητών συνθηκών που χαρακτηρίζουν την κλιματική

άνεση.

19

2.1 ΣΥΣΤΗΜΑ ΨΥΞΗΣ ΜΕ ΑΕΡΑ

ΓΕΝΙΚΑ

Η τεχνολογία παραγωγής ψύξης και θέρμανσης με ατμοσφαιρικό αέρα είναι

πολύ παλιά : Από τις αρχές του 20ου αιώνα, υπήρχαν σε χρήση «μηχανές

ψυχρού αέρα» σε πλοία και στη παραγωγή και πώληση τροφίμων.

Οι μηχανές αυτές προσέφεραν ψύξη για τη διατήρηση των τροφίμων.

Αργότερα όμως, όταν αναπτύχθηκε η τεχνολογία του κύκλου «συμπίεσης –

εκτόνωσης» (vapor compression cycle), αρχικά με φυσικά ψυκτικά αέρια

(αιθυλικός αιθέρας, διοξείδιο του θείου, αμμωνία) και αργότερα με τεχνητά

(χλωροφθοράνθρακες), εκτοπίστηκε η χρήση του αέρα, εκτός από το

κλιματισμό των αεροσκαφών.

Σήμερα όμως, υπάρχουν σημαντικά θέματα προστασίας περιβάλλοντος

(καταστροφή της στοιβάδας του όζοντος, φαινόμενο της παγκόσμιας

θέρμανσης), που επιβάλουν τη κατάργηση των τεχνητών ψυκτικών

αερίων(υδροχλωροφθοράνθρακες, υδροφθοράνθρακες)

και την επιστροφή στα φυσικά ψυκτικά αέρια.

Ο αέρας συγκαταλέγεται σε αυτές τις λύσεις, έχει δε το πρόσθετο

πλεονέκτημα, ότι ο ψυκτικός κύκλος του αέρα, εκτός από ψύξη, μπορεί να

προσφέρει και θέρμανση. Το γεγονός αυτό είναι ιδιαίτερα ενδιαφέρον στη

βιομηχανία τροφίμων, όπου υπάρχουν πολλές θερμικές διεργασίες.

Στις εφαρμογές αυτές, είναι πιθανό η λύση του ψυκτικού κύκλου αέρα να είναι

η οικονομικότερη, τόσο από άποψη επένδυσης, όσο και

κατανάλωσης ενέργειας.

Ο ψυκτικός κύκλος του αέρα παρουσιάζει κάποια μοναδικά πλεονεκτήματα,

σε σχέση με άλλα ψυκτικά μέσα, τα οποία συνοψίζονται στα εξής :

20

1. Ο αέρας είναι ένα ασφαλές και (προφανώς) μη τοξικό ψυκτικό μέσον.

2. Ο εξοπλισμός του ψυκτικού κύκλου αέρα είναι ανθεκτικός και αξιόπιστος.

3. Η απόδοση του κύκλου αέρα δεν πέφτει τόσο δραματικά, όπως του κύκλου

εκτόνωσης – συμπίεσης των συμβατικών ψυκτικών αερίων, όταν λειτουργεί

μακριά από το σημείο σχεδιασμού.

4. Η θερμοκρασία της «θερμής πλευράς» του κύκλου αέρα έχει πολύ ψηλή

θερμοκρασία (150-2000

C). Τούτο επιτρέπει την «εύκολη» μεταφορά

θερμότητας, από τη γραμμή κατάθλιψης του συμπιεστή, προς άλλα μέσα,

όπως

ρευστά κλπ. Με άλλα λόγια, ο κύκλος του αέρα προσφέρει δυνατότητες

συνδυασμένης εφαρμογής διεργασιών ψύξης – θέρμανσης, που είναι

υπαρκτή

ανάγκη στη παραγωγή των τροφίμων.

5. Η «θερμή» και «ψυχρή» πλευρά του κύκλου αέρα έχουν πολύ μεγάλη

διαφορά

θερμοκρασίας :

Η ψυχρή πλευρά προσεγγίζει «κρυογενικές» εφαρμογές (-650C), ενώ η

θερμή πλευρά θερμοκρασίες της τάξης των 2000 C, που επιτρέπουν

εφαρμογή σε θερμικές επεξεργασίες της τάξης των 1500 C (π.χ.

αποστείρωση).

ΠΩΣ ΛΕΙΤΟΥΡΓΕΙ Ο ΚΥΚΛΟΣ ΤΟΥ ΑΕΡΑ

Τα στάδια του κύκλου του αέρα έχουν ως εξής :

1. Ο αέρας αρχικής πίεσης και θερμοκρασίας P1 και T1, συμπιέζεται με

μηχανικό

συμπιεστή (διεργασία 1 – 2). Στην έξοδο του συμπιεστή, ο αέρας έχει μεγάλη

πίεση και ψηλή θερμοκρασία (σημείο 2).

2. Από τον υψηλής πίεσης και θερμοκρασίας αέρα αφαιρείται θερμικό φορτίο

μέσω εναλλάκτη (διεργασία 2 – 3), το οποίο συνήθως διοχετεύεται προς μια

χρήσιμη διεργασία (π.χ. θέρμανση ατμού για αποστείρωση). Στην έξοδο του

21

εναλλάκτη, ο αέρας έχει την ίδια (ψηλή) πίεση, αλλά μικρότερη

θερμοκρασία. Τούτο έχει σαν αποτέλεσμα, αν μειωθεί η πίεση του αέρα

(εκτόνωση) στα αρχικά επίπεδα (P1), η θερμοκρασία να πέσει πολύ

περισσότερο από την αρχική (T1).

3. Ο αέρας στην έξοδο του θερμικού εναλλάκτη (σημείο 3), εισάγεται σε μια

μηχανή εκτόνωσης, η οποία στη σύγχρονη πράξη είναι ένας εκτονωτικός

αεροστρόβιλος, ο οποίος απομακρύνει ενέργεια από τον αέρα, καθώς τα

πτερύγιά του περιστρέφονται από τον εκτονούμενο αέρα (διεργασία 3 – 4). Η

ενέργεια αυτή (έργο) μπορεί να χρησιμοποιηθεί για μετάδοση κίνησης σε

άλλες συσκευές, όπως γεννήτριες ή ανεμιστήρες. Πολύ συχνά,

χρησιμοποιείται για να «βοηθήσει» το συμπιεστή. Τούτο επιτυγχάνεται, με τη

κατευθείαν μετάδοση κίνησης σε ένα βοηθητικό συμπιεστή, γνωστού με την

ορολογία «bootstrap». Με τη βοήθεια του bootstrap συμπιεστή, η πίεση του

αέρα αυξάνεται ακόμα περισσότερο (σημείο 2) και ως εκ τουτου και η

θερμοκρασία, κάνοντας τον εναλλάκτη θέρμανσης αποδοτικότερο

(μεγαλύτερη θερμοκρασία), χωρίς την εισαγωγή πρόσθετης εξωτερικής

ενέργειας.

Πρόκειται ουσιαστικά για ανακύκλωση της ενέργειας που προσφέρεται από

την εκτόνωση, για πρόσθετη συμπίεση (και θέρμανση) του αέρα. Στο

επόμενο σχήμα φαίνεται η αρχή λειτουργίας κύκλου αέρα με ανακύκλωση της

ενέργειας εκτόνωσης.

Ο αέρας στην έξοδο του αεροστρόβιλου (σημείο 4) έχει πολύ χαμηλή

θερμοκρασία και μπορεί να χρησιμοποιηθεί σαν ψυκτικό μέσον, είτε

απευθείας (ο ψυχρός αέρας μπορεί να διοχετεύεται κατευθείαν στο

κλιματιζόμενο χώρο μέσα από ένα ανοικτό κύκλωμα), είτε με ψύξη

δευτερογενούς μέσου σε ένα κλειστό εναλλάκτη ψύξης (διεργασία 4 – 1). Η

αποδοτικότητα του συστήματος περιορίζεται από τους βαθμούς απόδοσης

της συμπίεσης και εκτόνωσης, καθώς και από τις αποδόσεις των

χρησιμοποιουμένων εναλλακτών (διεργασίες 2-3 και 4-1). Παλιότερα,

χρησιμοποιούνταν αργόστροφοι παλινδρομικοί συμπιεστές και

εκτονωτές, με πολύ χαμηλό βαθμό απόδοσης. Με τη σύγχρονη όμως

τεχνολογία των περιστροφικών (rotary) συμπιεστών και εκτονωτών, η

22

απόδοση του κύκλου του αέρα έχει βελτιωθεί πολύ. Επιπρόσθετα, η

τεχνολογία των υλικών (π.χ. κεραμικά συστατικά) προσφέρει πρόσθετα

οφέλη αντοχής και αξιοπιστίας. Ο συνδυασμός αυτών των προοδευμένων

τεχνολογιών, με τους σύγχρονους “compact” εναλλάκτες (με πολύ

βελτιωμένα χαρακτηριστικά μεταφοράς θερμότητας), κάνει τα συστήματα

κύκλου αέρα βιώσιμα και ανταγωνιστικά σε πολλές εφαρμογές.

Από τα παραπάνω γίνεται φανερό, ότι ο κύκλος του αέρα περιλαμβάνει μόνο

αισθητές μεταβολές θερμότητας, χωρίς αλλαγές φάσης (εξαέρωση /

υγροποίηση), όπως γίνεται στο ψυκτικό κύκλο των συμβατικών ψυκτικών

αερίων. Αυτό έχει σαν αποτέλεσμα, ο κύκλος του αέρα να έχει μικρότερη

ενεργειακή απόδοση από τα συμβατικά συστήματα, όπου υπάρχει μεταφορά

μεγάλων ποσοτήτων (λανθάνουσας) θερμότητας υπό σταθερή θερμοκρασία.

Σύμφωνα με εργασίες του Πανεπιστημίου του Bristol (1), προβλέπεται ότι τα

συστήματα κύκλου αέρα που παρέχουν συγχρόνως θέρμανση και ψύξη,

καταναλώνουν 5 ως 15% λιγότερη ενέργεια και προκαλούν 7% λιγότερη

έκλυση διοξειδίου, σε σχέση με συμβατικούς λέβητες και ψύκτες, που

λειτουργούν ξεχωριστά για θέρμανση / ψύξη αντίστοιχα σε παρόμοιες

συνθήκες. Οι πιο ιδανικές εγκαταστάσεις είναι Νοσοκομεία και ξενοδοχεία,

όπου είναι δεδομένη η παράλληλη ανάγκη για θέρμανση και ψύξη.

Στα συστήματα αυτής της μορφής κατάλληλα επεξεργασμένος αέρας

(θερμοκρασία, υγρασία, καθαρότητα), οδηγείται στους χώρους και, μέσω

κατάλληλης τερματικής συ σκευής αναμειγνύεται με τον αέρα του χώρου.

Τοπικά συστήματα αυτής της μορφής είναι οι κλιματιστικές μονάδες τύπου

"παραθύρου"

Οι τοπικές μονάδες αυτού του τύπου είναι οι πρώτες "αυτόνομες"

κλιματιστικές μονάδες που εμφανίστηκαν στην αγορά, πριν 30 περίπου

χρόνια και εξακολουθούν να προσφέρουν απλή λύση, όταν υπάρχει ανάγκη

δροσισμού μεμονωμένου χώρου ο οποίος έχει εξωτερικό τοίχο, όπου μπορεί

να τοποθετηθεί η σχετική συσκευή. Οι τοπικές μονάδες "μόνο με αέρα",

συνήθως επηρεάζουν μόνο τη θερμοκρασία και λίγο την καθαρότητα του

23

αέρα του χώρου (διαθέτουν απλά φίλτρα). Σπανιότερα διαθέτουν αισθητήρια

υγρασίας και υγραντές, οπότε μπορούν να επηρεάσουν και την υγρασία του

χώρου.

Αξίζει εδώ να σημειωθεί, ότι στον κεντρικό κλιματισμό τα συστήματα "μόνο

με αέρα", προσφέρουν συνήθως πλήρη άνεση, προσάγοντας στους χώρους

(με αεραγωγούς και κατάλληλα στόμια), πλήρως επεξεργασμένο αέρα.

2.3 ΣΥΣΤΗΜΑ ΨΥΞΗΣ ΜΕ ΝΕΡΟ

Τα συστήματα κλιματισμού “μόνο με νερό", επιτυγχάνουν τον δροσισμό ή

τη θέρμανση ενός χώρου, με τη βοήθεια τοπικών συσκευών στις οποίες

προσάγεται ζεστό ή κρύο νερό, που παρασκευάζεται σε κεντρική

εγκατάσταση. Η ψύξη, η θέρμανση, η ύγρανση, η αφύγρανση, ο καθαρισμός

(φιλτράρισμα) και η ανανέωση του αέρα των χώρων, γίνεται από τις

τερματικές (τοπικές) μονάδες, οι οποίες μπορεί να περιλαμβάνουν θερμαντικό

και ψυκτικό στοιχείο (εναλλάκτης νερού - αέρα), φυσικής ή εξαναγκασμένης

(με ανεμιστήρα) ροής αέρα. Οι τερματικές αυτές μονάδες είναι περισσότερο

γνωστές ως F.C. (Fan Coils) ή F.C.U. (Fan Coils Units).

Πλην ελαχίστων εξαιρέσεων (πολύ μικρές μονάδες), τα συστήματα

κλιματισμού “μόνο με νερό" αποτελούν τυπικής μορφής εγκαταστάσεις

κεντρικού κλιματισμού, όπως και οι εγκαταστάσεις "μόνο με αέρα". Οι

τερματικές συσκευές είναι εγκατεστημένες στους χώρους του κτιρίου.

Η παρασκευή του ψυχρού νερού γίνεται σε ψυκτικές μονάδες (υδρόψυκτες ή

αερόψυκτες) ενώ η παρασκευή του θερμού νερού γίνεται σε λέβητες.

Οι τερματικές συσκευές (Fan-coils) περιλαμβάνουν θερμαντικό /ψυκτικό

στοιχείο και ανεμιστήρα για την εξαναγκασμένη κυκλοφορία του αέρα. Κεντρικά

κλιματισμένος αέρας δεν παρέχεται στους χώρους ή στις ζώνες του κτιρίου.

Η παροχή φρέσκου εξωτερικού αέρα πρέπει να αντιμετωπίζεται

ξεχωριστά.

24

διάγραμμα 3 Τα συστήματα κλιματισμού “μόνο με νερό

2.4 ΔΙΑΔΙΚΑΣΙΑ ΨΥΞΕΩΣ ΑΕΡΑ

Η διαδικασία ψύξεως αφαιρεί αισθητή θερμότητα και, συχνά, λανθάνουσα

θερμότητα από τον αέρα.

Εικόνα 3 διαδικασία θέρμανσης αέρα

25

Ας θεωρήσουμε μια κατάσταση στην οποία αφαιρείται μόνο αισθητή θερμότητα.

Το σχήμα 8.5.20 δείχνει μια ψυκτική διαδικασία, όπου ο αέρας ψύχεται από τους

32 °C στους 21 °C αλλά δεν αφαιρείται υγρασία. Η σχετική υγρασία σε αυτό το

παράδειγμα αυξάνεται από 50 % (σημείο Α) σε 95 % (σημείο Β) επειδή ο αέρας

στους 22 °C δεν μπορεί να κρατήσει τόση υγρασία, όση στους 32 °C.

Υπολογίζουμε την ολική Θερμότητα που αφαιρέθηκε ως εξής:

Ολική θερμότητα στο σημείο A - ολική θερμότητα στο σημείο Β = ολική

θερμότητα που αφαιρέθηκε = 70,5 - 59 = 11,5 kJ/kg Ξ.Α.

Αυτή η θερμότητα είναι όλη αισθητή θερμότητα, εφ' όσον δεν υπάρχει καμία

μεταβολή στο περιεχόμενο σε υγρασία.

Εικόνα 4 σύστημα εναλλάκτη και ανεμιστήρα.

2.5 ΔΙΑΔΙΚΑΣΙΑ ΥΓΡΑΝΣΕΩΣ ΑΕΡΑ

Η διαδικασία υγράνσεως του αέρα έχει σαν στόχο να αυξήσει το περιεχόμενο

του αέρα σε υδρατμούς. Η σχετική καμπύλη μεταβολής των συνθηκών του αέρα

στο ψυχρομετρικό διάγραμμα διασταυρώνεται με συνεχείς γραμμές υγρασίας.

Αν η θερμοκρασία Ξ.Θ. (Ξηρού Θερμομέτρου) παραμένει σταθερή, η

διαδικασία υγράνσεως περιλαμβάνει την προσθήκη λανθάνουσας θερμότητος.

Στη συνέχεια δείχνεται πώς η σχετική υγρασία επηρεάζεται καθώς ο εξωτερικός

αέρας εισάγεται σε ένα κτίριο και θερμαίνεται.

Υπενθυμίζεται ότι η σχετική υγρασία είναι ο λόγος της ποσότητος της

υγρασίας που περιέχεται στον αέρα, προς το μέγιστο ποσόν υγρασίας που

26

μπορεί να κρατήσει ο αέρας στην ίδια θερμοκρασία και πίεση (κατάσταση κορε-

σμού). Αν η θερμοκρασία Ξ.Θ. αυξάνεται χωρίς να προστίθεται υγρασία, η

σχετική υγρασία μειώνεται.

Τα ψυχρομετρικά διαγράμματα στα σχήματα 1 και 2 δείχνουν τις αντίστοιχες

μεταβολές. Αναφερόμενοι στο ψυχρομετρικό διάγραμμα Νο 2.), ο εξωτερικός

αέρας στους -18 °C Ξ.Θ και 75 % σχετική υγρασία (σημείο Α), περιέχει περίπου

0,55 g υγρασίας ανά kg Ξ.Α. Τα 0,55 g της υγρασίας ανά kg Ξ.Α. μεταφέρονται

στο ψυχρομετρικό διάγραμμα No 1 και οδηγούν στη σχεδίαση μιας οριζόντιας

γραμμής (συνεχής γραμμή υγρασίας).

σχήμα 1 διάγραμμα ψυχομετρικού χάρτη Νο 2.

27

σχήμα 2 διάγραμμα ψυχομετρικού χάρτη Νο 1

Ο εξωτερικός αέρας (-18 °C σε 75 % σχετική υγρασία),

να θερμανθεί για να ανταποκριθεί σε ένα άνετο επίπεδο καταστάσεως,

κατάλληλης για τον εσωτερικό χώρο. Αν ο αέρας θερμανθεί στους 20 °C για

παράδειγμα, σχεδιάζουμε μια κατακόρυφη γραμμή, κάθετη στον οριζόντιο άξονα

όπου αναφέρονται οι θερμοκρασίας Ξ.Θ. Η διασταύρωση της γραμμής της

θερμοκρασίας Ξ.Θ. και της γραμμής υγρασίας, καθορίζει τη νέα κατάσταση. Το

περιεχόμενο σε υγρασία παραμένει 0,55 g υγρασίας ανά kg ξηρού αέρα, αλλά η

σχετική υγρασία πέφτει περίπου σε 4 % (σημείο Α, σχήμα 2.). Αυτό δείχνει ότι

υπάρχει ανάγκη να προστεθεί υγρασία στον αέρα.

28

ΚΕΦ 3Ο

3.1 ΕΓΚΑΤΑΣΤΑΣΕΙΣ ΨΥΞΕΩΣ

3.2 ΒΑΣΙΚΕΣ ΑΡΧΕΣ ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑΣ ΨΥΚΤΙΚΩΝ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ

Σε κάθε εγκατάσταση θερινού κλιματισμού (δροσισμός) ή βιομηχανικής

ψύξεως, είναι ανάγκη να αναζητηθεί διαδικασία παραλαβής και

απομακρύνσεως ποσοτήτων θερμότητος από τον κλιματιζόμενο χώρο στο

περιβάλλον. Η διαδικασία αυτή θα πρέπει να μπορεί να επαναλαμβάνεται

με προκαθορισμένο ή ρυθμιζόμενο τρόπο, ώστε να διαμορφώνει συνθήκες

κλιματικής ανέσεως, με ελεγχόμενη απομάκρυνση των θερμικών φορτίων

του χώρου. Οι σχετικές διαδικασίες και ανάλογες εγκαταστάσεις

διακρίνονται σε:

• Εγκαταστάσεις που βασίζονται στη διαδοχική συμπίεση και εκτόνωση

κατάλληλου ρευστού, το οποίο υγροποιείται και εξατμίζεται αντίστοιχα. Το

ρευστό αυτό, επιθυμητών θερμοδυναμικών (κατά το δυνατόν) ιδιοτήτων,

ονομάζεται ψυκτικό ρευστό.

• Εγκαταστάσεις διαδοχικής υγροποιήσεως και εξατμίσεως δέσμης ατμού με

διαμόρφωση ακροφυσίου (τζιφάρι).

• Εγκαταστάσεις προσροφήσεως και εκροφήσεως αερίου από υγρή μάζα,

με αποτέλεσμα την ελευθέρωση ή δέσμευση θερμικής ενέργειας.

Εγκαταστάσεις θερμοηλεκτρικής παραγωγής ψύχους. Είναι αυτονόητο ότι για

όλες τις προαναφερθείσες διεργασίες δαπανάται ενέργεια, η οποία μπορεί να

είναι μηχανική (συμπιεστής), θερμική (διαδικασία προσροφήσεως)

ή ηλεκτρική( θερμοηλεκτρική μέθοδος παραγωγής ψύχους.)

29

3.3 ΔΙΑΓΡΑΜΜΑ ΜΕΛΕΤΗΣ ΨΥΚΤΙΚΩΝ ΚΥΚΛΩΜΑΤΩΝ

Η πλέον διαδεδομένη μέθοδος παραγωγής ψύχους, είναι η διαδικασία που

βασίζεται σε μηχανικό συμπιεστή. Στις εγκαταστάσεις αυτού του είδους,

αναφερόμεθα στην

ειδική ψυκτική ισχύ, σαν λόγο της ψυκτικής ισχύος Q0, προς την

καταναλισκόμενη από τον συμπιεστή μηχανική ή ηλεκτρική, Ν.

Ένα τυπικό κύκλωμα ψύξεως που λειτουργεί με συμπιεστή και κατάλληλο

ρευστό (ψυκτικό ρευστό το θερμοδυναμικό διάγραμμα θερμοκρασίας -

εντροπίας (T - S) των διεργασιών που επιτελούνται στο σχήμα 3 φαίνεται στο

σχήμα 4 όπου έχει χαραχθεί η καμπύλη θερμοδυναμικών χαρακτηριστικών

του ψυκτικού ρευστού και η διαδοχή των μεταβολών του ψυκτικού κύκλου.

Στο κύκλωμα περιλαμβάνεται συμπιεστής (Σ), ο οποίος παραλαμβάνει

ψυκτικό ρευστό ατμοποιημένο (πίεση ρ0, κατάσταση 1 στο διάγραμμα του

σχήματος 3) και το συμπιέζει κατά την αδιαβατική μεταβλητή 1 —» 2. Η κατά-

σταση 2 αντιστοιχεί στη μέγιστη τιμή της πιέσεως στην έξοδο του συμπιεστή,

κατάσταση υπέρθερμου ατμού.

σχήμα 3 Τυπικό κύκλωμα διαδικασίας ψύξεως με διαδοχική υγροποίηση και

ατμοποίηση ψυκτικού ρευστού με τη χρήση συμπιεστή και συντονιστικής βαλβίδας.

Σε κατάσταση υπέρθερμου ατμού (2) το ψυκτικό ρευστό οδηγείται στον

συμπυκνωτή (Σπ), όπου και υγροποιείται (διαδρομή 2 —> 3 —> 4) μέχρι την

κατάσταση πλήρους ρευστοποιήσεως (χ = 0). Η θερμότητα <91) που

αποδίδεται

στον συμπυκνωτή, συμβολίζεται στο διάγραμμα Τ - S από το εμβαδόν

30

της επιφανείας που περικλείεται μεταξύ των σημείων 1 ->2-»3 -»4 ->5-

>b-» f ->1.

Θα μπορούσε από εκεί με αδιαβατική μεταβολή να οδηγηθεί στην

κατάσταση 7. Είναι όμως περισσότερο πρακτικό στην κατάσταση S να

παρεμβληθεί στραγγαλιστική βαλβίδα για αδιαβατική εκτόνωση (μεταβολή

5 -> 7).

Στην τελευταία περίπτωση, η μεταβολή γίνεται ισόθερμη (dh = 0),

είναι περισσότερο γνωστή ως στραγγαλισμός και φαίνεται στο σχήμα 3

—» 8. Στην κατάσταση 8 (είναι ρ = ρ0 και και Τ = Τ0) ο ατμός εισέρχεται

στον ψυκτη όπου παραλαμβάνει θερμότητα q0 (επιφάνεια 8 1 -> f —> d

—» 8).

σχήμα 4 Διάγραμμα Θερμοκρασίας (Τ) - Ενθαλπίας (S) τυπικής ψυκτικής διαδικασίας του

κυκλώματος του σχήματος 3.

Το διάγραμμα του σχήματος 4 είναι θεωρητικό, αλλά απεικονίζει την

πραγματικότητα πολύ καλύτερα από έναν πλήρως θεωρητικό κύκλο που

προκύπτει από τον ανάστροφο κύκλο Carnot (σχήμα 5) και μπορεί να

λεχθεί ότι αντιστοιχεί σε μία πλήρως ιδεατή ψυκτική μηχανή.

31

σχήμα 5 Διάγραμμα λειτουργίας ιδανικής (ιδεατής) ψυκτικής μηχανής κατά τον

ανάστροφο κύκλο Camot. Από την κατάσταση (1) ο συμπιεστής παραλαμβάνει

ατμό και τον συμπιέζει αδιαβατικά μέχρι την κατάσταση (2). Από εκεί τον ατμό

παραλαμβάνει ο συμπυκνωτής και το νψύχει υπό σταθερή θερμοκρασία, μέχρι

πλήρους υγροποιήσεως (3). Μέσω του συμπυκνωτή η θερμότητα διοχετεύεσαι (α-

ποβάλλεται) στο περιβάλλον και ακολουθεί αδιαβατική εκτόνωση του ρευστού μέχρι

το (4). Στη συνέχεια ο ψύκτης παρέχει στον ατμό θερμότητα, την οποία αντλεί από

τον χώρο, με αποτέλεσμα να τον ψύχει.

Έτσι το διάγραμμα του σχήματος 3 μπορεί να θεωρηθεί ότι παρουσιάζει

μια άριστη πραγματική κατάσταση, άρα και αποτελεί αφετηρία

συγκρίσεως για τον υπολογισμό του βαθμού ποιότητος μιας ψυκτικής

μηχανής που λειτουργεί με διαδοχική συμπίεση - εκτόνωση ψυκτικού

ρευστού. Carnot (σχήμα 5).

Αν Q0 είναι το θερμικό φορτίο ενός χώρου (η θερμότητα που πρέπει να

εξαχθεί στο περιβάλλον) και το δαπανούμενο μόνο μηχανικό έργο Ν, θα

ισχύει η σχέση:Qi = Qo + Ν όπου Qi είναι η συνολική δαπανούμενη

ενέργεια. Η ειδική ψυκτική ισχύ για τον κύκλο Carnot θα είναι:

Εάν εκφραστεί με Κ η ειδική ψυκτική ισχύς ενός πραγματικού κύκλου,

τότε η συγκριτική απόδοση του πραγματικού κύκλου με τον ιδανικό

κύκλο (Carnot) εκφράζεται από τον λόγο Κ/Κο

Όπως ήδη αναφέρθηκε και το διάγραμμα του σχήματος ….. .

αναφέρεται σε ιδεατή περίπτωση. Για τη μελέτη πραγματικών ψυκτικών

κύκλων προτιμώνται διαγράμματα πιέσεως - ελθαλπίας (ρ - h), όπως

π.χ. αυτό του σχήματος …. . , στο οποίο παρουσιάζεται ψυκτικός κύκλος

32

που λειτουργεί με αναρρόφηση υπέρθερμων ατμών (1' — 2' — 4-»

5 -> 8' —> 1 ')·

Η θεωρητική ψυκτική ισχύς της μεταβολής 1 -* 2 — 4 — 5 — 8 —>

1 του σχήματος 3 (που εικονίζεται και στο σχήμα 5.) , θα είναι :

Οι τιμές της ενθαλπίας για κάθε ζεύγος τιμών πιέσεως και θερμοκρασίας

προκύπτουν από πίνακες ή διαγράμματα θερμοδυναμικών ιδιοτήτων

των ψυκτικών ρευστών. Με αφετηρία κάποιες τιμές χαράσσονται

διαγράμματα, όπως αυτό του σχήματος 3, το οποίο αναφέρεται στο

ψυκτικό ρευστό Freon 12 (ή R12), τα οποία παρουσιάζουν μεταβολές

της θεωρητικής ειδικής ψυκτικής ισχύος σε διάφορες θερμοκρασίες

λειτουργίας του ψύκτη (θερμοκρασίες ατμοποιήσεως). Στο διάγραμμα του

σχήματος 4 έχει χαραχθεί και η καμπύλη που αντιστοιχεί σε λειτουργία

κύκλου Carnot.

Ο λόγος της ενδεικνυόμενης ψυκτικής ισχύος προς τη θεωρητική ειδική

ψυκτική ισχύ, ονομάζεται βαθμός ποιότητος της ψυκτικής μηχανής.

Κ Qo .

Kth ~

Nth ‘

33

3.4 ΨΥΚΤΙΚΑ ΚΥΚΛΩΜΑΤΑ

3.4.1 ΚΥΚΛΩΜΑΤΑ ΜΟΝΟΒΑΘΜΙΑΣ ΨΥΞΕΩΣ

Τα τελευταία χρόνια, η κατανάλωση ηλεκτρικής ενέργειας για την λειτουργία

των κλιματιστικών συστημάτων έχει αυξηθεί δραματικά. Ο ηλιακός

κλιματισμός αποτελεί μία έξυπνη, εναλλακτική τεχνολογία ψύξης, αφού η

ζήτηση του φορτίου συμπίπτει χρονικά με τη διαθεσιμότητα της ηλιακής

ενέργειας. Επιπλέον, τα ψυκτικά μέσα που χρησιμοποιούνται είναι φιλικά

προς το περιβάλλον και καταναλώνεται λιγότερη πρωτογενή ενέργεια. Η

δυνατότητα του περιβαλλοντικού κέρδους είναι αξιοσημείωτη, δεδομένου ότι ο

κτιριακός τομέας είναι υπεύθυνος για το 1/3 των εκπομπών

CO2 παγκοσμίως.

Το πιο κοινό σύστημα ηλιακού κλιματισμού είναι αυτό της μονοβάθμιας

απορρόφησης. Παγκοσμίως, υπάρχουν συνολικά 9 εταιρίες που

εμπορεύονται τέτοια συστήματα, η ψυκτική ισχύ των οποίων ξεκινάει από

100kW και φτάνει τα 2000kW.

Δεδομένης της ανάγκης για μείωση των φορτίων κλιματισμού αλλά και της

ολοένα και μεγαλύτερης διείσδυσης των Α.Π.Ε. στην κάλυψη θερμικών

φορτίων, το Εργαστήριο Εφαρμοσμένης Θερμοδυναμικής εγκατέστησε έναν

ψύκτη μονοβάθμιας απορρόφησης. Επειδή ο ψύκτης αυτός είναι θερμικά

κινούμενος, συνδυάζεται ιδανικά με θερμικό ηλιακό σύστημα ή με σύστημα

τριπαραγωγής.

Η συγκεκριμένη εφαρμογή εξυπηρετεί ερευνητικούς σκοπούς και για το λόγο

αυτόν, υπάρχει ένας πλακοειδής εναλλάκτης ο οποίος λειτουργεί ως

καταστροφέας ψυκτικού φορτίου. Το σύστημα απορρόφησης χρησιμοποιεί

τον ψυκτικό πύργο 700kW που είναι ήδη εγκατεστημένος στην ταράτσα του

κτιρίου.

34

Εικόνα 5 κύκλωμα μονοβάθμιας ψύξεως.

Εικόνα 6 κυκλώματα διβάθμιας συμπιέσεως.

Με μια μονοβάθμια συμπίεση πρακτικά επιτυγχάνονται διαφορές

θερμοκρασιών μέχρι 80 Κ. Ανάλογα με το αν είναι υδρόψυκτος ή

αερόψυκτος ο συμπυκνωτής, επιτυγχάνονται θερμοκρασίες

συμπυκνώσεως τάξεως + 25 °C και + 50 °C, οπότε είναι δυνατή, με

κατάλληλη επιλογή, η επίτευξη θερμοκρασιών ατμοποιήσεως της τάξεως

από - 30 έως - 40°C.

Αυτή η περιοχή καλύπτει τις απαιτήσεις μικρών εγκαταστάσεων μέχρι

30 kW (25000 kcal/h).

Προφανώς η αντικατάσταση του R 12 με R 22 ή και R 502, αυξάνει την

35

ψυκτική ισχύ της μονάδος λόγω μεγαλύτερης ειδικής ψυκτικής ισχύος

(π.χ. για to = - 10 °C, ti = 30 °C, qoRi2 = 369,9 kcal/m3 και qoR22 = 5 96

kcal/m3). Βέβαια αντίστοιχη αύξηση του κινητήρα είναι απαραίτητη.

Στο πίνακα 4 παρουσιάζεται κύκλωμα ,μονοβάθμιας συμπιέσεως.

Η μονοβάθμια συμπίεση παρουσιάζει για ορισμένους ψυκτικούς

ατμούς το μειονέκτημα να αυξάνει τη θερμοκρασία υπερθερμάνσεως του

ατμού στον συμπιεστή, όταν η θερμοκρασία εξατμίσεως είναι μικρή.

Στον Πίνακα 3, που δίδονται οι θερμοκρασίες υπερθερμάνσεως για

τρεις ψυκτικούς ατμούς, για θερμοκρασία συμπυκνώσεως 30 °C γίνεται

φανερό, ότι με τη μείωση της θερμοκρασίας εξατμίσεως αυξάνεται η

θερμοκρασία υπερθερμάνσεως.

Πίνακας 3 θερμοκρασίες υπερθερμάνσεως αμμωνίας.

Πίνακας 4 συνήθη κυκλώματα διβάθμιας συμπιέσεως.

Σε ορισμένες περιπτώσεις (π.χ. ΝΗ3, to = - 40), αυτή υπερβαίνει τους

150 °C, που είναι το ανώτατο όριο για τα λιπαντικά έλαια, που σε

υψηλότερες θερμοκρασίες.

Ένα από τα προσόντα των ψυκτικών ατμών R 12 και R 22 είναι η

μικρή θερμοκρασία υπερθερμάνσεως.

36

Υπενθυμίζεται, ότι με τον βαθμό παροχής καλύπτονται όλες οι

απώλειες του συμπιεστή, αφού περιέχει και όλες τις άλλες απώλειες

πέραν του βαθμού πληρώσεως. Περισσότερα ιδέ, Κ.Χ. Λεφα: Τεχνική

Θερμοδυναμική, σελ. 433 έως 435, Εκδόσεις "Φοίβος", 1986.

Αρχή λειτουργίας

Τα βασικά εξαρτήματα αυτού του συστήματος ψύξης είναι:

ο εξατμιστής,

ο απορροφητής,

ο συμπυκνωτής και

η ατμογεννήτρια.

Τα δευτερεύοντα είναι:

ο εναλλάκτης διαλύματος/διαλύματος,

η αντλία ψυκτικού μέσου,

η αντλία αφυγραντικού μέσου και

τα όργανα ελέγχου.

Το ψυκτικό μέσο του συστήματος αυτού είναι το νερό. Η αρχή λειτουργίας του

ψύκτη είναι ότι υπό συνθήκες κενού, το σημείο βρασμού του νερού είναι

χαμηλό (περίπου 4.5oC) και έτσι, το νερό που κυκλοφορεί μέσα στις

σωληνώσεις του εξατμιστή ψύχεται. Κατά τη διάρκεια της ψύξης, οι υδρατμοί

του νερού απομακρύνονται για να αυξηθεί η απόδοση. Το LiBr

χρησιμοποιείται ως αφυγραντικό μέσο για να απορροφά τους υδρατμούς που

παράγονται από τη διαδικασία και να τους μεταφέρει στην ατμογεννήτρια.

Εκεί, με τη βοήθεια του θερμού νερού απελευθερώνονται, οδηγούνται προς

τον συμπυκνωτή όπου και υγροποιούνται. Μετά την υγροποίηση, το νερό

οδηγείται στον εξατμιστή για να ξεκινήσει νέος κύκλος λειτουργίας. Η

θερμότητα που εκλύεται κατά την εξάτμιση απομακρύνεται μέσω ενός πύργου

ψύξης.

37

σχήμα 6 ψυκτικό κύκλωμα διβάθμιας συμπιέσεως με δυο στραγγαλιστικές βαλβίδες.

3.4.2 ΚΥΚΛΩΜΑΤΑ ΔΙΒΑΘΜΙΩΝ ΕΓΚΑΤΑΣΤΑΣΕΩΝ ΠΡΟΣΦΗΣΕΩΣ

Οι θερμοκίνητοι ψύκτες παρέχουν ψυχρό νερό το οποίο είτε διανέμεται μέσω

δικτύου ψυχρού νερού σε τοπικές μονάδες είτε χρησιμοποιείται στις κεντρικές

κλιματιστικές μονάδες για να παρέχει πλήρως κλιματιζόμενο αέρα. Στην

κατηγορία των θερμοκίνητων ψυκτών ανήκουν οι ψύκτες απορρόφησης και οι

ψύκτες προσρόφησης.

Οι μικρές μονάδες απορρόφησης, όπως η συγκεκριμένη εγκατάσταση του

εργαστηρίου, χρησιμοποιούνται για τον κλιματισμό μικρών ξενοδοχείων,

κτιρίων γραφείων και νοσοκομείων, κυρίως σε συνδυασμό με θερμικά ηλιακά

συστήματα για την κάλυψη των θερμικών φορτίων της ατμογεννήτριας.

Η διαφορά του διβάθμιου ψύκτη απορρόφησης με τον μονοβάθμιο είναι η

μεγαλύτερη θερμική απόδοση της διεργασίας και η δυνατότητα παραγωγής

νερού χαμηλότερης θερμοκρασίας. Για να το επιτύχει αυτό όμως ο διβάθμιος

ψύκτης απαιτεί υψηλότερη θερμοκρασία εισαγωγής θερμού νερού, σε σχέση

με ένα μονοβάθμιο ψύκτη. Έτσι, ενώ στους μονοβάθμιους ψύκτες

απορρόφησης υπάρχει η δυνατότητα χρήσης επίπεδων θερμικών ηλιακών

συλλεκτών, στους διβάθμιους ψύκτες περιορίζεται αυτή η δυνατότητα.

Με σκοπό τη θερμοδυναμική ανάλυση και την παραμετρική μελέτη, το

Εργαστήριο έχει εγκαταστήσει έναν διβάθμιο ψύκτη απορρόφησης. Μετρήσεις

38

πραγματοποιούνται για διάφορες συγκεντρώσεις διαλύματος και κλιματικές

συνθήκες ώστε να εξάγονται συμπεράσματα για το συντελεστή

συμπεριφοράς της διάταξης.

σχήμα 7 διβάθμιος ψύκτης απορρόφησης

Αρχή λειτουργίας

Η συγκεκριμένη μονάδα απορρόφησης χρησιμοποιεί LiBr ως μέσο

απορρόφησης, νερό ως ψυκτικό μέσο και φυσικό αέριο ως πηγή θερμότητας.

Το διάλυμα βρωμιούχου λιθίου είναι ένα πολύ ισχυρό μέσο απορρόφησης, το

οποίο μπορεί να απορροφήσει τον περιβάλλοντα υδρατμό και διατηρήσει

χαμηλή πίεση στον ατμοποιητή. Το ψυχόμενο νερό σε θερμοκρασία 14οC

εισέρχεται στο εσωτερικό των χάλκινων σωλήνων του ατμοποιητή και το νερό

των 4οC ψεκάζεται στο εξωτερικό μέρος των σωλήνων υπό συνθήκες κενού).

Το νερό απορροφά θερμότητα από το νερό του ψύκτη και εξατμίζεται. Οπότε

η θερμοκρασία του νερού του ψύκτη πέφτει στους 7οC. Το πλούσιο διάλυμα

βρωμιούχου λιθίου στον απορροφητή, απορροφά τον υδρατμό και μετά

μεταφέρει θερμότητα από τον υδρατμό στο νερό που καταιονίζεται στον

πύργο ψύξης. Η θερμότητα του νερού ψύξης μεταφέρεται στον αέρα

περιβάλλοντος μέσω του ψυκτικού πύργου. Το φτωχό διάλυμα βρωμιούχου

39

λιθίου οδηγείται με τη βοήθεια αντλίας στη ατμογεννήτρια υψηλής

θερμοκρασίας όπου αναθερμαίνεται και το νερό εξατμίζεται από το διάλυμα

κάνοντας το πλούσιο σε άλας. Το πλούσιο διάλυμα επαναλαμβάνει τη

διαδικασία απορρόφησης και ο υδρατμός πηγαίνει στον συμπυκνωτή όπου

υγροποιείται και επανέρχεται στον ατμοποιητή για να ξεκινήσει πάλι ο κύκλος.

ΕΙΚΌΝΑ 7 κυκλώματα διαβαθμίων εγκαταστάσεων προσφήσεως

3.5 ΨΥΚΤΙΚΟΣ ΚΥΚΛΟΣ

3.5.1 ΒΑΣΙΚΕΣ ΑΡΧΕΣ ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑΣ

Η εγκατάσταση ενός ψυκτικού πύργου, παρουσιάζει συχνά ιδιαίτερα προβλήματα

για τον μηχανικό κλιματισμού. Πληροφορίες για προβλήματα που πιθανόν να πα-

ρουσιαστούν δεν είναι εύκολο να βρεθούν και είναι σχεδόν απίθανο να είναι

συγκεντρωμένες σε μία πηγή. Στο άρθρο αυτό γίνεται αναφορά σε μια σειρά από

προβλήματα που έχει αντιμετωπίσει ο συγγραφέας και αφορούν ψυκτικούς

πύργους.

Οι σωληνώσεις ενός πύργου απλής κυψέλης (single cell tower), τοποθετημένου

πιο ψηλά από τον ψύκτη, είναι σχετικά απλές .Το μόνο που χρειάζεται είναι να

διακινηθεί το νερό προς και από τον πύργο και να εξασφαλίζεται αναπλήρωση του

40

νερού και εκκένωση των σωληνώσεων. Η δεξαμενή και οι κλειστές σωληνώσεις,

ίσως χρειαστούν αντιπαγετική προστασία. Συχνά η εγκατάσταση περιλαμβάνει και

συστήματα χημικής επεξεργασίας.

Διατήρηση σταθερής παροχής

Δεν είναι σπάνιο να συναντήσει κανείς συστήματα όπου η ροή του νερού μέσα από

τον ψυκτικό πύργο ρυθμίζεται έτσι, ώστε να διατηρείται σταθερή η θερμοκρασία του

νερού που φεύγει από τον πύργο. Οι κατασκευαστές ψυκτικών πύργων συνιστούν

να αποφεύγεται αυτή η πρακτική, αφού προκαλεί ασταθή ροή νερού μέσα από τον

πύργο, η οποία μπορεί να έχει σαν αποτέλεσμα ζημιά της εγκατάστασης, σε

περιόδους παγετού. Αντίθετα, συνιστούν να διατηρείται σταθερή η παροχή νερού.

Αυτό ισχύει και για ψυκτικούς πύργους πολλών κυψελών και για δύο ή

περισσότερους ψυκτικούς πύργους συνδεδεμένους στο κύκλωμα του ίδιου

συμπυκνωτή.

Σε θερμοκρασία περιβάλλοντος χαμηλότερη από την ονομαστική, η ρύθμιση της

ψυκτικής ισχύος μπορεί να επιτευχθεί με διακοπή της λειτουργίας του ανεμιστήρα ή

των ανεμιστήρων σε μονάδες πολλαπλών κυψελών. Αν αφήσουμε τμήματα του

πύργου να λειτουργήσουν με φυσική κυκλοφορία, όπου αυτό είναι δυνατό,

εξοικονομούμε ενέργεια.

Λειτουργικά προβλήματα

Διάφορα λειτουργικά προβλήματα απαντώνται στους ψυκτικούς πύργους.

Μερικά από τα πιο κοινά, παρουσιάζονται συνοπτικά στη συνέχεια:

Διαφορές στάθμης νερού: Όταν το σύστημα περιλαμβάνει περισσότερους

από έναν πύργους, τότε διαφορετική στάθμη νερού στις διάφορες μονάδες μπορεί

να δημιουργήσει προβλήματα.

• Διαφορά στάθμης νερού στις δεξαμενές ζεστού νερού (που οφείλεται σε

χειροκίνητη ρύθμιση των βαλβίδων), έχει σαν αποτέλεσμα ασταθή ροή στον

αγωγό συμπλήρωσης (fill) και στη δεξαμενή κρύου νερού.

• Διαφορά στάθμης νερού στις δεξαμενές κρύου νερού (που οφείλεται σε

διαφορετικό ισοδύναμο μήκος των σωληνώσεων, από τις δεξαμενές των πύργων

στον κοινό αγωγό προς την αντλία), αναγκάζει τη βαλβίδα συμπλήρωσης στον

ένα πύργο να προσθέτει νερό, ενώ η στάθμη του νερού στους άλλους πύργους

ανεβαίνει και υπερχειλίζει.

• Διαφορά στάθμης νερού στις δεξαμενές κρύου νερού, μπορεί να έχει σαν

41

αποτέλεσμα αναρρόφηση αέρα από την αντλία, με αποτέλεσμα να διακοπεί η

λειτουργία της.

Το σχήμα 7 δείχνει ένα δίκτυο σωληνώσεων, το οποίο θα μπορούσε να

προκαλέσει αναρρόφηση αέρα στον αγωγό επιστροφής του πύργου. Σε ένα τέτοιο

σύστημα, παρουσιάστηκαν τόσο σοβαρά προβλήματα υδραυλικού

3.5.2 ΔΙΑΚΡΙΣΗ ΨΥΚΤΙΚΩΝ ΠΥΡΓΩΝ

Τα συστήματα ψύξης ανοικτής ανακυκλοφορίας απομακρύνουν θερμότητα

από την παραγωγική διαδικασία και την απορρίπτουν στο περιβάλλον, μέσω

πύργων ψύξης.

Επιτυγχάνει την απόρριψη στο περιβάλλον τόσο μεγάλων ποσών θερμότητας

με την εκμετάλλευση της λανθάνουσας θερμότητας εξάτμισης.

Τα συστήματα ψύξης ανοικτής ανακυκλοφορίας διακρίνονται ως προς τον

ελκυσμό του αέρα, με ποιο τρόπο δηλαδή ό αέρας υποχρεώνεται να περάσει

και να έρθει σε επαφή με το καταιονιζόμενο νερό.

Διακρίνονατι οι εξής τύποι:

Εκβεβιασμένου ελκυσμού, forced draft.

Εδώ ο αέρας αναρροφάται από τον ανεμιστήρα και καταθλίβεται για να έρθει

σε επαφή με το νερό.

Ο ανεμιστήρας βρίσκεται συνήθως στο πλάι για να τραβάει τον αέρα και να

τον στέλνει στον πύργο ψύξης.

Η όλη η κατασκευή πρέπει να είναι στεγανή, για να αποφεύγεται η διαρροή

αέρα που δεν έχει έλθει σε επαφή με το καταιονιζόμενο νερό.

Έτσι κατασκευάζονται μόνο μικροί πύργοι αυτού του τύπου.

42

Ελκυσμού, induced draft

Σε αυτόν τον τύπο, ο ανεμιστήρας βρίσκεται στην κορυφή.

Αναρροφεί τον αέρα από τον χώρο καταιονισμού, δημιουργώντας έτσι

υποπίεση.

Λόγο του δημιουργούμενου κενού γίνεται ελεύθερη εισροή αέρα από τον

πυθμένα και τα πλευρά.

Δεν έχει τους περιορισμούς στεγανότητας που απαιτεί ο εκβεβιασμένου

ελκυσμού, με αποτέλεσμα να επιτρέπει την κατασκευή μεγάλων πύργων

ψύξης.

Φυσικού ελκυσμού, natural draft.

Εδώ δεν υπάρχει ανεμιστήρας.

Καθώς το νερό ψύχεται, η θερμοκρασία του αέρα αυξάνεται με συνέπεια να

μικραίνει το ειδικό του βάρος.

Λόγω του μεγάλου του ύψους δημιουργείται υποπίεση στον πυθμένα και με

την βοήθεια του αεροδυναμικού του σχήματος δημιουργούνται ρεύματα αέρα

προς τα επάνω.

Στον τύπο αυτό κατασκευάζονται τα μεγαλύτερα συστήματα ψύξης.

43

ΚΕΦ 4Ο

4.1 ΚΛΑΣΙΚΟΣ ΚΥΚΛΟΣ ΨΥΞΕΩΣ, ΜΕ ΣΥΜΠΙΕΣΤΗ

Η απλούστερη και συγχρόνως η πλέον διαδεδομένη μέθοδος παρ

αγωγής ψύξεως βασίζεται στο φαινόμενο της αλλαγής φάσης μιας ουσίας

συνήθως πτητικής και στις θερμικές συναλλαγές που την συνοδεύουν.

Κατά γενική ομολογία αξιοποιείται η μετάβαση της ουσίας από την υγρή

στην αέρια φάση. Αυτή η διαδικασία λαμβάνει χώρα στον ατμοποιητή και

λόγω της λανθάνουσας θερμότητας είναι ισόθερμη άρα αποσπά ποσό

θερμότητας από τον εκάστοτε χώρο (τον οποίο και ψύχει). Στην συνέχεια

ο ατμός μεταφέρεται μέσω μιας μεθόδου συμπίεσης σε μια υψηλότερη

πίεση όπου και αποβάλλει την λανθάνουσα θερμότητα στον συμπυκνωτή

και επανέρχεται στην υγρή του φάση. Τέλος για την επανέναρξη του

κύκλου το υγρό στραγγαλίζεται ισενθαλπικά και άεργα μέσω μιας διάταξης

συνήθως βαλβίδας εκτόνωσης. Η κυριότεροι παράμετροι της παρ απάνω

διαδικασίας είναι:

• H θερμοκρασία ατμοποίησης. Πρόκειται για την θερμοκρασία εντός του

ψυκτικού χώρου θαλάμου με άλλα λόγια η επιθυμητή θερμοκρασία.

• Η πίεση ατμοποίησης. Πρόκειται για την πίεση στην οποία λαμβάνει

χώρα η ατμοποίηση και επιθυμούμε ν α είναι όσο το δυνατόν

χαμηλότερη. Αυτό θ α έχει σ αν αποτέλεσμα (όπως μπορούμε να δούμε

και από ένα διάγραμμα h-s) πολύ μεγαλύτερη λανθάνουσα

θερμοκρασία ατμοποίησης άρα μεγαλύτερο ψυκτικό κέρδος με

μικρότερη δαπανούμενη ισχύ από μέρους μας. Τ α προηγούμενα

συνεπάγονται φυσικά αρκετά μεγάλο COP και SCP (Specific Cooling

Power).

• H θερμοκρασία συμπύκνωσης. Πρόκειται για την θερμοκρασία στην

οποία θ α αποβληθεί η δεσμευμένη θερμότητα από τον ψυκτικό θάλαμο

ή χώρο στο περιβάλλον.

• Για ναπραγματοποιηθεί μια τέτοια αποβολή (σύμφωνα με τους

βασικούς 1ο και 2ο θερμοδυναμικούς νόμους) πρέπει αυτή να είναι

μεγαλύτερη της περιβαλλοντικής θερμοκρασίας.

• Η πίεση συμπύκνωσης. Η συγκεκριμένη πίεση επιθυμούμε να είναι όσο το

δυνατόν

44

μεγαλύτερη ώστε ν έχουμε μικρή λανθάνουσα θερμότητα

συμπύκνωσης άρα γρηγορότερη μετάβαση στην υγρή φάση σε

λιγότερο χρόνο. Βέβαια υπάρχουν φραγμοί στο μέγεθος αυτής λόγω

ψυκτικού, ασφάλειας, αντοχής των υλικών κτλ.

• Η μεταβολή από την μικρή πίεση ατμοποίησης στην μεγάλη

συμπυκνώσεως πετυχαίνεται με έναν μηχανικό συμπιεστή και αυτό

είναι και το πεδίο που θα μας απασχολήσει στην συγκεκριμένη

διπλωματική, πως δηλαδή μπορούμε να πετύχουμε την συμπίεση του

εργαζόμενου μέσου χωρίς την χρησιμοποίηση μηχανικού συμπιεστή.

.

4.2 ΕΝΑΛΛΑΚΤΙΚΕΣ ΜΕΘΟΔΟΙ ΥΛΟΠΟΙΗΣΗΣ ΤΟΥ ΚΥΚΛΟΥ ΨΥΞΗΣ

Η απλούστερη και συγχρόνως η πλέον διαδεδομένη μέθοδος παρ

αγωγής ψύξεως βασίζεται στο φαινόμενο της αλλαγής φάσης μιας ουσίας

συνήθως πτητικής και στις θερμικές συναλλαγές που την συνοδεύουν.

Κατά γενική ομολογία αξιοποιείται η μετάβαση της ουσίας από την υγρή

στην αέρια φάση. Αυτή η διαδικασία λαμβάνει χώρα στον ατμοποιητή και

λόγω της λανθάνουσας θερμότητας είναι ισόθερμη άρα αποσπά ποσό

θερμότητας από τον εκάστοτε χώρο (τον οποίο και ψύχει). Στην συνέχεια

ο ατμός μεταφέρεται μέσω μιας μεθόδου συμπίεσης σε μια υψηλότερη

πίεση όπου και αποβάλλει την λανθάνουσα θερμότητα στον συμπυκνωτή

και επανέρχεται στην υγρή του φάση. Τέλος για την επανέναρξη του

κύκλου το υγρό στραγγαλίζεται ισενθαλπικά και άεργα μέσω μιας διάταξης

συνήθως βαλβίδας εκτόνωσης. Η κυριότεροι παράμετροι της παρ απάνω

διαδικασίας είναι:

• H θερμοκρασία ατμοποίησης. Πρόκειται για την θερμοκρασία εντός του

45

ψυκτικού χώρου- θαλάμου με άλλα λόγια η επιθυμητή θερμοκρασία.

• Η πίεση ατμοποίησης. Πρόκειται για την πίεση στην οποία λαμβάνει

χώρα η ατμοποίηση και επιθυμούμε ν α είναι όσο το δυνατόν

χαμηλότερη. Αυτό θ α έχει σ αν αποτέλεσμα (όπως μπορούμε να δούμε

και από ένα διάγραμμα h-s) πολύ μεγαλύτερη λανθάνουσα

θερμοκρασία ατμοποίησης άρα μεγαλύτερο ψυκτικό κέρδος με

μικρότερη δαπανούμενη ισχύ από μέρους μας. Τ α προηγούμενα

συνεπάγονται φυσικά αρκετά μεγάλο COP και SCP (Specific Cooling

Power).

• H θερμοκρασία συμπύκνωσης. Πρόκειται για την θερμοκρασία στην

οποία θ α αποβληθεί η δεσμευμένη θερμότητα από τον ψυκτικό θάλαμο

ή χώρο στο περιβάλλον. Για να

πραγματοποιηθεί μια τέτοια αποβολή (σύμφωνα με τους βασικούς 1ο

και 2ο θερμοδυναμικούς νόμους) πρέπει αυτή να είναι μεγαλύτερη της

περιβαλλοντικής θερμοκρασίας.

• Η πίεση συμπύκνωσης. Η συγκεκριμένη πίεση επιθυμούμε να είναι όσο το

δυνατόν

μεγαλύτερη ώστε ν έχουμε μικρή λανθάνουσα θερμότητα

συμπύκνωσης άρα γρηγορότερη μετάβαση στην υγρή φάση σε

λιγότερο χρόνο. Βέβαια υπάρχουν φραγμοί στο μέγεθος αυτής λόγω

ψυκτικού, ασφάλειας, αντοχής των υλικών κτλ.

• Η μεταβολή από την μικρή πίεση ατμοποίησης στην μεγάλη

συμπυκνώσεως πετυχαίνεται με έναν μηχανικό συμπιεστή και αυτό

είναι και το πεδίο που θα μας απασχολήσει στην συγκεκριμένη

διπλωματική, πως δηλαδή μπορούμε να πετύχουμε την συμπίεση του

εργαζόμενου μέσου χωρίς την χρησιμοποίηση μηχανικού συμπιεστή.

T α περισσότερα συστήματα ψύξεως χρησιμοποιούν για την

πραγματοποίηση της συμπίεσης τον πολύ γνωστό μας πλέον Μηχανικό

συμπιεστή, τον οποίο είδαμε κ αι παραπάνω, ο οποίος ανεβάζοντας την

πίεση του εργαζόμενου μέσου προκαλεί την κίνηση του.

Το ρευστό στη συνέχεια θα εκτονωθεί στην στραγγαλιστική βαλβίδα

όπου θα ξαναρίξει την πίεση του και αφού απορροφήσει θερμότητα από

46

τον ψυκτικό θάλαμο θα επανέλθει στην είσοδο του μηχανικού συμπιεστή

ώστε να ξαναρχίσει ο κύκλος.

Με σκοπό όμως την απομάκρυνση του μηχανικού συμπιεστή, που θ

α μας έδινε σημαντικά οικονομικά οφέλη, σκεφτήκαμε να τον

αντικαταστήσουμε με μία από τις παρακάτω διαδικασίες.

Διακρίνουμε την:

Α) Ψύξη με Απορρόφηση (Absorption).

B) Ψύξη με Προσρόφηση (Adsorption).

Γ) Ψύξη με Χημική Προσρόφηση (Chemisorption / Chemical Adsorption).

Η δεύτερη μέθοδος είναι και αυτή που θ α μας απασχολήσει στην

παρούσα διπλωματική εργασία . Αν φορά θ γίνει κ ι στην πρώτη μέθοδο

και στις δια φορές των δύο μιας και πολύ συχνά συγχέονται.

47

ΚΕΦ 5Ο

5.1 ΨΥΞΗ ΜΕ ΑΠΟΡΡΟΦΗΣΗ - ΒΑΣΙΚΕΣ ΑΡΧΕΣ

Ο ψυκτικός κύκλος με απορρόφηση είναι μια διαδικασία κ ατά την

οποία το ψυκτικό αποτέλεσμα παράγεται μέσα από την χρήση δύο

ρευστών και μιας ποσότητας θερμότητας σαν είσοδο στο σύστημα, αντί

ηλεκτρικής ενέργειας που θ α τροφοδοτούσε έναν μηχανικό συμπιεστή.

Η βασική διαφορά όμως των παρ απάνω δύο (απορρόφηση και

μηχανική συμπίεση) είναι ότι στη δεύτερη περίπτωση έχουμε την

δημιουργία μιας διαφοράς πίεσης και άρα την κυκλοφορία του

εργαζόμενου μέσου, ενώ στην πρώτη έχουμε διάλυση ( απορρόφηση) του

εργαζόμενου μέσου στο δεύτερο ρευστό, εν συνεχεία την μετ φορά του κ ι

τέλος την απομάκρυνση του, δηλαδή μια κυκλοφορία τριών σταδίων αντί

ενός. Πιο αναλυτικά ενώ στον μηχανικό συμπιεστή δίνουμε ηλεκτρική

ενέργεια για να κυκλοφορήσει το εργαζόμενο μέσο, στον ψυκτικό κύκλο με

απορρόφηση χρησιμοποιούμε ένα άλλο ρευστό που θ α κάνει αυτήν την

εργασία αλλά αναγκαστικά σε τρία στάδια και με την βοήθεια μια μικρής

αντλίας ανακυκλοφορίας.

Προφανώς η αντλία καταναλώνει σαφώς λιγότερη ενέργεια από ότι ο

συμπιεστής λόγω της φύσης της εργασίας της. Επίσης την απομάκρυνση

του εργαζόμενου μέσου από τον απορροφητή (2ο ρευστό) μπορούμε να

την πετύχουμε με μια είσοδο θερμότητας πολύ χαμηλής ποιότητας όπως

γεωθερμίας, ηλιακής, από δευτερεύουσες διεργασίες κτλ οι οποίες είναι

από δωρεάν έως πάρα πολύ φθηνές. Αντιλαμβανόμαστε το σημαντικό

οικονομικό κέρδος που μπορούμε να επιτύχουμε λόγω εξοικονόμησης

ηλεκτρικής ενέργειας.

Τέτοιες μηχανές κυκλοφορούν σήμερα και εμπορικά σε δύο βασικούς

συνδυασμούς:

• Για εφαρμογές πάνω από 32F δηλ. 0C σ αν ζεύγος χρησιμοποιείται

Βρωμιούχο Λίθιο

(Απορροφητής) / Νερό (Εργαζόμενο μέσο-Ψυκτικό). Χημικός τύπος

(LiBr/H2O).

48

• Για εφ αρμογές κάτω από 0C σ αν ζεύγος χρησιμοποιείται Αμμωνία

(Απορροφητής) / Νερό

(Εργαζόμενο μέσο-Ψυκτικό).

5.2 ΓΕΝΙΚΕΣ ΑΡΧΕΣ

Τα ηλιακά κλιματιστικά βασίζονται σε συνεχείς κύκλους απορρόφησης, που

βασίζουν την λειτουργία τους σε ηλιακούς συλλέκτες. Ο κλιματισμός με την

μέθοδο της απορρόφησης, έχει αποδειχθεί ότι είναι οικονομικά βιώσιμος, όταν

υπάρχει μια φθηνή πηγή ενέργειας, στο εύρος των θερμοκρασιών από 100

έως 200 °C. Επίσης μηχανές απορρόφησης μπορούν να χρησιμοποιηθούν

σαν αναγεννητές, σε τυπικά κλιματιστικά μηχανήματα, με παραγωγή ψυχρού

νερού. Έρευνες σε συστήματα που χρησιμοποιούν την μέθοδο της

απορρόφησης, στηριζόμενα σε επίπεδους ηλιακούς συλλέκτες, για οικιακή

χρήση, έχουν σαν στόχο την βελτίωση της προσαρμογής αυτών των τύπων.

Επιστήμονες, χρησιμοποιώντας τον συνδυασμό νερού-βρωμιούχου λιθίου,

αναζήτησαν το βέλτιστο ψυκτικό μέσο, ανάμεσα σε αρκετά υποψήφια. Ο

μέγιστος COP του ψυκτικού κύκλου για την χαμηλότερη θερμοκρασία

λειτουργίας των συλλεκτών, επιτυγχάνεται με την χρήση του συνδυασμού

νερού-βρωμιούχου λιθίου. Έχουν μελετηθεί και άλλα ψυκτικά μέσα , αλλά

χωρίς να έχουν παρατηρηθεί ουσιαστικά πρακτικά αποτελέσματα. Τα

συστήματα απορρόφησης χωρίζονται σε υγρού τύπου και στερεού τύπου.

Αυτά τα συστήματα, όταν χρησιμοποιούν την ηλιακή ενέργεια, αυτή

συγκεντρώνεται με θερμικούς συλλέκτες. Οι ψύκτες απορρόφησης

χρησιμοποιούν ζεύγη δυο ουσιών. Ένα ψυκτικό μέσο και έναν απορροφητή.

Συνήθως λειτουργούν με μείγμα απορροφητικού/ψυκτικού Η20/ΝΗ3 ή σε

ορισμένες περιπτώσεις χλωριούχο ασβέστιο και νερού. Ένας άλλος τρόπος

ψύξης με την μέθοδο της απορρόφησης, είναι η χρήση LiBr/H20, όπου το νερό

είναι το ψυκτικό μέσο και το LiBr είναι ο απορροφητής. Εκτός από τα

49

αναφερόμενα κλασσικά ζεύγη, μπορούν να χρησιμοποιηθούν και οργανικές

ενώσεις, όταν οι θερμοκρασίες δεν είναι υψηλές, όπου θα προκαλούνταν

καταστροφική αποσύνθεση

Η αχοτελεσματικότητα ενός κύκλου απορρόφησης εξαρτάται από τις δύο

ουσίες που αποτελούν το ψυκτικό και το απορροφητικό μέσο. Τα επιθυμητά

χαρακτηριστικά αυτών των δύο ουσιών είναι τα εξής:

• Η απουσία απορροφητή στερεού τύπου.

• Ένα ψυκτικό που θα είναι περισσότερο πτητικό από τον

απορροφητή, ώστε να διαχωρίζεται εύκολα από το απορροφητικό

μέσο.

• Ένα απορροφητικό μέσο που δεν θα έχει συγγένεια με το ψυκτικό.

• Υψηλού βαθμού χημική σταθερότητα, για μακροχρόνια λειτουργία.

• Ένα ψυκτικό που θα έχει μεγάλη λανθάνουσα θερμότητα.

• Μικρό βαθμό διάβρωσης και καθόλου τοξικότητα, για λόγους

ασφαλείας.

Το νερό (στους 70°C) εισέρχεται στον εξατμιστή (σχήμα 1), όπου προσλαμβάνει

θερμότητα και εξατμίζεται. Ο υδρατμός (στους 4°C) φεύγοντας από τον εξατμιστή

μπαίνει στον απορροφητή, όπου διαλύεται και αντιδρά με το LiBr, για να

σχηματίσει το LiBr/H-zO. Αυτή η εξωθερμική αντίδραση έχει σαν αποτέλεσμα την

αύξηση της θερμοκρασίας. Η ποσότητα του νερού που μπορεί να διαλυθεί στο

LiBr, είναι αντιστρόφως ανάλογη της τιμής της θερμοκρασίας. Επομένως, είναι

αναγκαίο να μειώσουμε την θερμοκρασία του απορροφητή, ώστε να

διατηρήσουμε την θερμοκρασία στο πιο χαμηλό επίπεδο. Έτσι θα μεγιστοποιηθεί

το ποσοστό του νερού που θα διαλυθεί στο LiBr. Το πτωχό διάλυμα στη συνέχεια

αντλείται προς μεγαλύτερη πίεση και εισ άγεται (στους 70°C) στον αναγεννητή,

όπου προσλαμβάνει θερμότητα (στους 100°C) και έτσι το νερό διαχωρίζεται

ατμοποιούμενο. Το ατμοποιημένο νερό εισέρχεται (στους 70°C) στον

συμπυκνωτή, όπου και συμπυκνώνεται λόγω του νερού ψύξης (στους 45°C), για

να επιστρέψει ως συμπύκνωμα (στους 70°C) στον εξατμιστή και έτσι να κλείσει το

κύκλωμα υδρατμών του κύκλου απορρόφησης. Με την επιστροφή του πλούσιου

διαλύματος στον απορροφητή, διαμέσου ενός εναλλάκτη θερμότητας,

ολοκληρώνεται το κύκλωμα διαλύματος του κύκλου απορρόφησης.

50

Από την άλλη πλευρά, αυτά τα συστήματα έχουν ορισμένα μειονεκτήματα: είναι

αρκετά πολύπλοκα, ογκώδη και ακριβά. Οικονομικά ανταγωνιστικά είναι μόνο

όταν υπάρχει φθηνή ενέργεια. Γενικά, χρησιμοποιούνται σε χημικές μηχανές ενώ

η συντήρηση αυτών των συστημάτων είναι δύσκολη, επειδή δεν είναι ευρέως

διαδεδομένα. Η απόφαση για την τοποθέτηση ενός τέτοιου συστήματος συνήθως

λαμβάνεται μόνο όταν το κόστος της παρερχομένης θερμότητας είναι πολύ μικρό,

συγκριτικά με το κόστος της ηλεκτρικής ενέργειας.

Ο συντελεστής απόδοσης μπορεί να οριστεί, αν θεωρήσουμε ότι ο κύκλος είναι

αναστρέψιμος, ως προς το ψυκτικό αποτέλεσμα προς την πρόσδοση

θερμότητας. Η θερμότητα συναλλάσσεται σε τρία επίπεδα. Το πρώτο,

ατμοσφαιρική θερμοκρασία Το, όπου η θερμότητα αποβάλλεται στο περιβάλλον

από τον συμπυκνωτή και από τον απορροφητή.

Η θερμοκρασία ψύξης Τ2 στην οποία η θερμότητα Q2 απορροφάται στον

εξατμιστή και τέλος η θερμοκρασία πηγής Τ|, στην οποία η θερμότητα Q,

προστίθεται στον αναγεννητή. Ένα μικρό ποσό ενέργειας προστίθεται σαν

έργο στην αντλία, αλλά αυτό είναι αμελητέο, συγκρινόμενο με τα ποσά

θερμότητας.

Ο μέγιστος συντελεστής απόδοσης CARNOT μπορεί να οριστεί σαν Qa / Qi :

COP = Q2/QI = Τ/Γ, - To) / Τ,(Τ0 - T2)

Ας υποθέσουμε ότι η θερμοκρασία του ψυχρού νερού και θερμοκρασία ψύξης Τ2

είναι σταθερή, ενώ η Τ] μπορεί να κυμαίνεται. Η διαίρεση δείχνει θεωρητικά

ότι όσο μεγαλύτερη είναι η Τι τόσο μεγαλύτερος γίνεται ο COP. Οι

θερμοδυναμικές ιδιότητες της αμμωνίας είναι τέτοιες, που η θερμότητα που

απορροφάται στον εξατμιστή Q2, δεν είναι ανεξάρτητη από αυτή που

απορροφάται στον αναγεννητή Qj. Η αναλογία των δύο και κατ’ επέκταση ο

COP, είναι περίπου στο 0,9 , αυτή η μικρή τιμή δεν είναι και τόσο

ευκαταφρόνητη, εφ’ όσον υπάρχει διαθέσιμη δωρεάν θερμότητα, όπως

συμβαίνει και στον ηλιακό κλιματισμό.

51

Σήμερα, η αγορά κλιματισμού με την μέθοδο της απορρόφησης, κυριαρχείται από

συστήματα που λειτουργούν' με διάλυμα νερού-βρωμιούχου λιθίου. Τα

συστήματα που λειτουργούν με αμμωνία και νερό προτιμώνται σε

περιπτώσεις που έχουμε εφαρμογές με χαμηλές θερμοκρασίες.

Μηχανήματα απορρόφησης με νερό-βρωμιούχο λίθιο χρησιμοποιούνται ευρέως για

την παροχή ψυχρού νερού, για θερμοκρασίες άνω των 5°C. Η βασική αρχή

λειτουργίας είναι ίδια με αυτή της αμμωνίας/νερού και εξαρτάται από την

δυνατότητα του διαλύματος βρωμιούχου λιθίου να απορροφά ατμούς ψυχρού

νερού ενδοθερμικά. Στους 5°C η πίεση ατμοποίησης του νερού είναι μόλις

0,009 bar. Το ζεύγος Η20/ΝΗ3 σύστημα απαιτεί υψηλότερες θερμοκρασίες

λειτουργίας στον αναγεννητή, μεταξύ 120-150°C ενώ το σύστημα LiBr/H20

λειτουργεί μεταξύ 88°C και 93°C, Επίσης, το σύστημα LiBr/HjO είναι πιο

απλό, επειδή το νερό είναι το ψυκτικό μέσο, ενώ στο σύστημα Η20/ΝΗ3, όπου

η ΝΗ3 είναι ψυκτικό μέσο χρειάζεται ειδική διάταξη, ώστε ο ατμός του νερού

να μην αναμειχθεί με την αμμωνία, για να μην εισέλθει στον εξατμιστή και

παγώσει.

Σε ένα σύστημα H20/LiBr η πίεση στον συμπυκνωτή και στον αναγεννητή καθορίζεται

από την θερμοκρασία του ψυκτικού υγρού στον συμπυκνωτή, ενώ η θερμοκρασία

του ψυκτικού υγρού στον απορροφητή ρυθμίζει την' πίεση στον εξατμιστή και στον

απορροφητή. Η θερμοκρασία του θερμού υγρού στον αναγεννητή πρέπει να είναι

πάνω από την μεγίστη τιμή της θερμοκρασίας του αναγεννητή, η οποία καθορίζεται

από την πίεση στον συμπυκνωτή και την συγκέντρωση του διαλύματος, όταν αυτό

φεύγει από τον αναγεννητή. Η θερμοκρασία του αναγεννητή πρέπει να κυμαίνεται

μεταξύ κάποιων ορίων, τα οποία προσδιορίζονται από τα χαρακτηριστικά των

ηλιακών συλλεκτών. Σαν συνέπεια , τα χαρακτηριστικά σχεδιασμού είναι αυτά που

καθορίζουν την αποδοτικότητα των εναλλακτών θερμότητας και την ψυκτική

θερμοκρασία. Ο συντελεστής απόδοσης είναι περίπου στο 0,7 για τα συστήματα

μονού σταδίου και 1,2 για τα συστήματα διπλού σταδίου.

Με το νερό να χρησιμοποιείται σαν' ψυκτικό μέσο στον απορροφητή και στον

συμπυκνωτή,

η θερμοκρασία του αναγεννητή είναι μεταξύ 75 °C και 95 °C και η

θερμοκρασία του υγρού που παρέχεται στον αναγεννητή πρέπει να είναι

52

υψηλότερη από την τελευταία.

Υπάρχουν τρία βασικά προβλήματα σε αυτού του είδους τις εφαρμογές. Για το

HjO/LiBr υπάρχουν κάποιες βελτιώσεις. Κάποιες εταιρίες ερευνούν ειδικά

σχεδιασμένους ψύκτες, με αντίστοιχα μεγάλες θερμοκρασίες εξάτμισης,

περίπου 20 °C, όμως η αποδοτικότητα του ψύκτη δεν ξεπερνάει το 0,65.

5.2.1 ΑΝΤΛΙΑ ΘΕΡΜΟΤΗΤΑΣ ΜΕ ΑΠΟΡΡΟΦΗΣΗ

Η κεντρική ιδέα αυτής της τεχνολογίας είναι η χρήση της θερμικής ενέργειας

που προσδίδεται σε ένα σημείο της μηχανής ως την ενέργεια που θα

εξαναγκάσει το ψυκτικό μέσο να μεταφέρει θερμότητα μεταξύ δύο χώρων. Για

να επιτευχθεί αυτό, βασίζεται πάνω στην ιδιότητα ορισμένων διαλυμάτων να

μεταβάλλουν την πυκνότητά τους ως συνάρτηση της θερμοκρασίας. Με άλλα

λόγια, σαν ψυκτικό μέσο χρησιμοποιείται ένα μίγμα δύο ουσιών, συνήθως

Νερού - Αμμωνίας ή Νερού - Βρωμιούχου Λιθίου. Ας δούμε πως λειτουργεί

ένα ψύκτης απορρόφησης αμμωνίας.

διάγραμμα 4 Σχηματικό διάγραμμα λειτουργίας ψύκτη με απορρόφηση αμμωνίας

53

Ο ψύκτης περιέχει ένα δοχείο πυκνού διαλλύματος αμμωνίας - νερού

(πορτοκαλί). Ένας καυστήρας θερμαίνει αυτό το διάλλυμα (πρόσδοση

ενέργειας), με αποτέλεσμα η αμμωνία να εξαερώνεται (κίτρινο) και το νερό να

παραμένει στο δοχείο (κόκκινο). Η αέρια αμμωνία περνάει από τον

συμπυκνωτή, έναν εναλάκτη νερού-αμμωνίας, οπότε το νερό του εναλλάκτη

θερμαίνεται και η αμμωνία μετατρέπεται σε υγρό (πράσινο). Το νερό αυτού

του εναλλάκτη μπορεί είτε να τροφοδοτήσει ένα σύστημα παραγωγής θερμού

νερού χρήσης, είτε να ψυχθεί σε έναν εξωτερικό εναλλάκτη νερού-αέρα. Στην

συνέχεια η υγρή αμμωνία μπαίνει σε έναν δεύτερο εναλλάκτη αμμωνίας-

νερού, όπου ψύχει το νερό του εναλλάκτη ενώ η ίδια εξαερώνεται και πάλι.

Η αέρια αμμωνία οδηγείται στον απορροφητή, όπου καταιονίζεται το θερμό

νερό που είχε μείνει στον πυθμένα του δοχείου διαλλύματος, και μετατρέπεται

σε αραιό διάλλυμα αμμωνίας. Αυτό στην συνέχεια περνάει από τον πρώτο

εναλλάκτη αμμωνίας νερού, θερμαίνει περισσότερο το νερό του εναλλάκτη και

μετατρέπεται σε ισχυρό διάλλυμμα αμμωνίας, το οποίο τροφοδοτείται μέσω

μιας ηλεκτρικής αντλίας διαλλύματος στον αναγεννητή και στην συνέχεια πίσω

στο δοχείο διαλλύματος. Ο αναγεννητής αναλαμβάνει να χρησιμοποιήσει το

κρύο πυκνό διάλλυμα αμμωνίας ώστε να συμπυκνώσει τυχόν υδρατμούς που

περιέχονταν στην άερια αμμωνία που παρήχθει στο δοχείο διαλλύματος.

Όπως βλέπουμε, από αυτόν τον κύκλο παράγουμε ταυτόχρονα ζεστό και

κρύο νερό. Μια παραλλαγή αυτού του κύκλου (με μικρότερο κόστος

κατασκευής) είναι η αντικατάσταση του πρώτου εναλλάκτη αμμωνίας-νερού

με έναν εναλλάκτη αμμωνίας-αέρα. Με αυτόν τον τρόπο δεν παράγεται ζεστό

νερό κατά την λειτουργία της αντλίας θερμότητας για ψύξη, αλλά μειώνεται το

κατασκευαστικό κόστος. Επίσης, είναι δυνατή η μετατροπή της μηχανής με

αντιστρέψιμο κύκλο, δηλαδή να μπορεί να λειτουργεί εναλλακτικά είτε για

ψύξη, είτε για θέρμανση. Στην περίπτωση χρήσης για θέρμανση το κρύο

στοιχείο εναλλάσσει θερμότητα με το περιβάλλον, ενώ το θερμό δίνει ζεστό

νερό για χρήση σε εφαρμογές θέρμανσης.

54

5.2.2 ΠΛΕΟΝΕΚΤΗΜΑΤΑ

Το βασικό πλεονέκτημα των αντλιών απορρόφησης σε σχέση με μια

συμβατική (ηλεκτρική) μονάδα κλιματισμού πηγάζει από την πηγή

προσδιδόμενης ενέργειας που χρησιμοποιείται: το φυσικό αέριο. Έχοντας

χαμηλότερο κόστος και εκπομπές αερίων του θερμοκηπίου ανά kWh

(κιλοβατώρα) καθιστά την λειτουργία της μονάδας οικονομικότερη και

ταυτόχρονα φιλικότερη προς το περιβάλλον. Χαρακτηριστικό παράδειγμα είναι

ότι για μια εγκατάσταση ισχύος 15kW - ένα μεσαίου μεγέθους κτίριο γραφείων

- η εξοικονόμηση ανέρχεται στο 40-50% με απόσβεση του διαφορικού

κόστους της εγκατάστασης σε 7-9 έτη και πλήρη απόσβεση του συνολικού

κόστος εγκατάστασης σε 13-15 έτη. Ως διαφορικό κόστος ορίζεται η διαφορά

στο κόστος απόκτησης μιας συμβατικής κεντρικής κλιματιστικής μονάδας σε

σχέση με το κόστος απόκτησης μιας μονάδας με απορρόφηση. Το πιο

ενδιαφέρον σημείο είναι ότι όσο μεγαλύτερη είναι η απαιτούμενη

χρήση (περισσότερες ημέρες / έτος, περισσότερες ώρες / ημέρα) η

εξοικονόμηση μεγαλώνει.

Καθώς οι μονάδες αυτές παράγουν ψυχρό και θερμό νερό, μπορούν να

χρησιμοποιηθούν με οποιοδήποτε τύπο fan coil ή ενδοδαπέδιες

εγκαταστάσης θέρμανσης / εγκαταστάσεις δροσισμού δαπέδου, σαν επιτόπου

αντικαταστάτη (drop in replacement) υφιστάμενων μονάδων, καθιστώντας την

επιλογή τους μια λογική εξέλιξη στην προσπάθεια περικοπής των εξόδων από

την χρήση ενέργειας. Επιπλέον, είναι δυνατή η απόδοση ψύξης και

θέρμανσης ταυτόχρονα και μάλιστα σε παραπλήσια ισχύ, καθιστώντας τις

μονάδες αυτού του τύπου ιδιαίτερα ελκυστικές σε εγκαταστάσεις που

απαιτούν ψύξη και θερμό νερό μαζί, για παράδειγμα ξενοδοχεία και

νοσοκομεία.

Α) Οικονομικά πλεονεκτήματα:

Οι Ψύκτες Απορρόφησης παρέχουν:

Σχεδόν ίδιο ή και μικρότερο κόστος εγκατάστασης με τα αντίστοιχου μεγέθους

ηλεκτρικά μηχανήματα ψύξης. Το κόστος εγκατάστασης ελαττώνεται όσο

μεγαλώνει η ισχύς του ψύκτη

55

Οικονομική λειτουργία. Το λειτουργικό τους κόστος είναι 25 - 40% χαμηλότερο

ανάλογα με το τιμολόγιο ηλεκτρικής ενέργειας και την απόδοση των

ηλεκτρικών ψυκτών με τους οποίους συγκρίνουμε τα μηχανήματα κλιματισμού

φυσικού αερίου.

Μείωση των δαπανών για ηλεκτρικό ρεύμα εξ αιτίας της ελάττωσης των

αιχμών ζήτησης. Η χρέωση της ενέργειας γίνεται με βάση την αιχμή ζήτησης

ισχύος. Όσο πιο μικρή είναι η ζητούμενη ισχύς τόσο χαμηλότερη είναι και η

χρέωση της ενέργειας.

Μικρότερο κόστος συντήρησης. Η κύρια διεργασία στους Ψύκτες

Απορρόφησης είναι ΜΟΝΟ η μεταφορά θερμότητας. Δεν έχουν κινητά μέρη.

Το μοναδικό κινητό μέρος τους είναι ο καυστήρας. Λόγω της απουσίας λοιπόν

κινουμένων μερών δεν υπάρχουν τριβές που να προκαλούν φθορές και

συνεπώς δεν υπάρχει μείωση της ψυκτικής τους ικανότητας. Αρα η ανάγκη

συντήρησης είναι σαφώς μικρότερη από τα αντίστοιχα ηλεκτρικά.

Αποφυγή εγκατάστασης ηλεκτρικών υποσταθμών λόγω της σχεδόν μηδενικής

απαίτησης ηλεκτρικού ρεύματος για την λειτουργία τους. Αυτό σημαίνει

εξοικονόμηση χώρου και κόστους. Σαν παράδειγμα αναφέρεται ότι ένας

ψύκτης απόδοσης 1.000 kW απαιτεί μόνο 6 kW ηλεκτρικό ρεύμα για την

λειτουργία του καυστήρα του. Βέβαια υπάρχει και η ηλεκτρική κατανάλωση

στον Πύργο Ψύξης αλλά αυτή είναι σχεδόν αμελητέα σε σύγκριση με την

κατανάλωση που θα υφίστατο σ’ έναν κλασσικό ηλεκτρικό ψύκτη. Για τα 1.000

kW απόδοση που προαναφέρθηκαν ο Πύργος Ψύξης απαιτεί περίπου 55 kW

ηλεκτρικά.

Μείωση του ενεργειακού κόστους και εξοικονόμηση πόρων από αυτό για

διάθεσή τους σε άλλες επενδύσεις. Επιπλέον αποφεύγεται η σπατάλη

πολύτιμων κεφαλαίων για την ανέγερση νέων δαπανηρών σταθμών

ηλεκτροπαραγωγής για την κάλυψη εποχιακών και μόνο φορτίων.

Εξοικονόμηση χώρου στην περιοχή εγκατάστασης ειδικά στην περίπτωση

που απαιτείται και θέρμανση και ψύξη. (Στην ουσία καταργούνται τα

λεβητοστάσια και οι δεξαμενές αποθήκευσης καυσίμων).

56

Πρέπει να τονισθεί ιδιαίτερα ότι το οικονομικό πλεονέκτημα των συστημάτων

κλιματισμού με φυσικό αέριο έναντι των ηλεκτρικών συστημάτων εξαρτάται

από τις ώρες ετήσιας λειτουργίας τους και είναι σημαντικό. Στα παρακάτω

διαγράμματα δίνονται αντιπροσωπευτικά παραδείγματα των οικονομικών

πλεονεκτημάτων που προσφέρουν οι συγκεκριμμένοι ψύκτες (μικρά

συστήματα) στα διάφορα μεγέθη τους. Συγκρίνονται τέσσερα μεγέθη ψυκτών

16, 23, 70 και 115 kW σε λειτουργία Θέρμανσης και Ψύξης, (Θ/Ψ), για

διαφορετικά χρονικά διαστήματα.

Στην περίπτωση μικρών συστημάτων, και μετά από αποσβέσεις και φόρους

προκύπτουν τα εξής:

Ο χρόνος αποπληρωμής της διαφοράς επένδυσης κυμαίνεται μεταξύ 2 - 4

έτη. Η οικονομική απόδοση της διαφοράς επένδυσης εκτιμάται μεταξύ 20

80%.

Για τα μεγάλα συστήματα, δίδονται τα αποτελέσματα δύο τεχνοοικονομικών

συγκρίσεων λειτουργίας σε περιπτώσεις εγκατεστημένων ψυκτών, ενός σε μία

ξενοδοχειακή μονάδα και ενός δεύτερου σε ένα εμπορικό κέντρο. Στην πρώτη

περίπτωση της ξενοδοχειακής μονάδας, η ψυκτική απαίτηση είναι 1.163 kW

και το ωριαίο κόστος λειτουργίας 21,96 για τον ηλεκτρικό ψύκτη, ενώ για τον

ψύκτη απορρόφησης 13,85 . Παρατηρούμε μία διαφορά της τάξης του 36%

μεταξύ των δύο.

Αντίστοιχη είναι η διαφορά στην δεύτερη περίπτωση του εμπορικού κέντρου

του οποίου η ψυκτική απαίτηση είναι πολύ μεγαλύτερη της τάξης των 7MW με

131,74 € έναντι 83,66 € στο κόστος λειτουργίας.

Αν αυτό το ανάγουμε σε λειτουργία ενός έτους δηλαδή 2.500 ώρες που

αντιστοιχούν στην ζήτηση κατά την καλοκαιρινή περίοδο, βλέπουμε ότι το

ξενοδοχείο πληρώνει περίπου 20.000 € λιγότερα ενώ το εμπορικό κέντρο

120.000 € λιγότερα για κλιματισμό μόνο από την λειτουργία των ψυκτών, και

χωρίς να υπολογίζονται στα συγκεκριμένα παραδείγματα τα οφέλη στην

χρέωση της ενέργειας που προκύπτουν από την ελάττωση της απαιτούμενης

ζητούμενης ισχύος στα δύο συγκροτήματα.

57

Στην παραπάνω σύγκριση, στον υπολογισμό του κόστους λειτουργίας του

Ψύκτη Απορρόφησης έχουν ληφθεί υπ όψη το κόστος κατανάλωσης του

φυσικού αερίου, το κόστος του νερού που χάνεται λόγω εξάτμισης στον

πύργο ψύξης και το κόστος κατανάλωσης ηλεκτρικού ρεύματος στον ψύκτη

και τον πύργο ψύξης.. Η τιμή του ρεύματος περιλαμβάνει χρέωση ισχύος και

χρέωση ενέργειας.

Β) Περιβαλλοντικά

Στα περιβαλλοντικά οφέλη αναφέρονται:

Η διεύρυνση της χρήσης καυσίμων και τεχνολογιών φιλικών προς το

περιβάλλον.

Η Χρήση νερού αντί για CFCs ή HCFCs (χλωροφλοράνθρακες ή

υδροχλωροφλοράνθρακες) ως ψυκτικό μέσον.

Η δραστική μείωση των εκπομπών ρύπων από τους σταθμούς παραγωγής

ηλεκτρικού ρεύματος της ΔΕΗ.

Υπολογίζεται (TΕWI Analysis) ότι για τη λειτουργία ενός ηλεκτρικού ψύκτη

ισχύος 1.200 kW ένας σταθμός παραγωγής της ΔΕΗ θα εκπέμψει περίπου

9.000 τόνους Διοξειδίου του Άνθρακα, σε διάρκεια 10 ετών. Οι εκπομπές από

την καύση του φυσικού αερίου σένα Ψύκτη Απορρόφησης ίδιας ισχύος θα

είναι 4.500 τόνοι στην ίδια χρονική περίοδο. Αντιλαμβανόμαστε όλοι λοιπόν

πόσο είναι το περιβαλλοντικό όφελος σ΄αυτή την περίπτωση. 4.500 τόνοι

CO2 λιγότερο.

Η ακίνδυνη λειτουργία λόγω των συνθηκών λειτουργίας του ψύκτη, (χαμηλή

θερμοκρασία, σχεδόν μηδενική πίεση, ακίνδυνο και σταθερό ψυκτικό μέσο).

Η λειτουργία σε πολύ χαμηλά επίπεδα θορύβου. (Μέγιστη στάθμη θορύβου

68 dBA από τον καυστήρα)

58

Γ) Ενεργειακά

Στα ενεργειακά οφέλη αναφέρονται:

Η μείωση της κατανάλωσης ηλεκτρικής ενέργειας.

Η μείωση του μέγιστου φορτίου στο ηλεκτρικό δίκτυο της ΔΕΗ, εξ αιτίας του

κλιματισμού, με ότι αυτό συνεπάγεται

Οι καταναλωτές ηλεκτρικής ενέργειας χωρίς να το θέλουν είναι σε θέση το

Καλοκαίρι να τινάξουν στον αέρα το σύστημα ηλεκτροδότησης όλης της

χώρας. Τις μεσημβρινές ώρες δύο εκ των τεσσάρων εβδομάδων του Ιουλίου

που τα κλιματιστικά λειτουργούν συνεχώς, καταναλώνονται συνολικά 1.000

MW, όσο δηλαδή παράγουν τρεις μονάδες βάσης της ΔΕΗ ή περίπου το 10%

της συνολικής εγκατεστημένης ισχύος της χώρας μας.

Η τοποθέτηση στα δημόσια κτίρια και νοσοκομεία μόνο των Αθηνών ψυκτών

απορρόφησης συνολικής ισχύος 800 ΜW (300 MW ηλεκτρικά) θα μείωνε τον

κίνδυνο Black Out και θα περιόριζε την ανάγκη κατασκευής μιας νέας

μονάδας φυσικού αερίου στο Λεκανοπέδιο αντίστοιχης ισχύος 300 MW,

κόστους 150.000.000 € χωρίς να επιβαρύνει φυσικά το σύστημα μεταφοράς

και διανομής.

Η υποκατάσταση της ηλεκτρικής ενέργειας από φυσικό αέριο σε «κρίσιμες»

χρονικά περιόδους (καλοκαίρι, μεσημβρινές ώρες), όταν η ΔΕΗ φθάνει σε

οριακά σημεία επάρκειας τροφοδότησης των καταναλωτών της.

Ελάττωση 30 - 40% της συνολικής κατανάλωσης ηλεκτρικής ισχύος σε ένα

κτίριο.

Οποιαδήποτε θερμική ενέργεια υψηλής θερμοκρασίας που αποβάλλεται

μπορεί να γίνει εκμεταλλεύσιμη και να χρησιμοποιηθεί ως εφαρμογή

εξοικονόμησης οδηγώντας την σέναν Ψύκτη Απορρόφησης ως πηγή

θερμότητας.

59

Οι ψύκτες απορρόφησης έχουν την δυνατότητα να χρησιμοποιήσουν πέρα

από το φυσικό αέριο ως καύσιμο και άλλες πηγές ενέργειας όπως ατμός,

καυσαέρια, ζεστό νερό από ηλιακούς συλλέκτες. Έτσι η χρήση τους είναι

ιδιαίτερα ελκυστική από τα νοσοκομεία και από άλλες μεγάλες βιομηχανικές

εγκαταστάσεις πολλές από τις οποίες διαθέτουν τέτοιες εναλλακτικές πηγές

ενέργειας.

5.2.3 ΜΕΙΟΝΕΚΤΗΜΑΤΑ

Έχουν μεγαλύτερο αρχικό κόστος εγκατάστασης (περίπου 50% περισσότερο

από τις συμβατικές μονάδες), οπότε χρειάζεται μια οικονομοτεχνική μελέτη

σκοπιμότητας και εξασφάλιση της μεθόδου χρηματοδότησης ή επιδότησής

τους. Επίσης, ο βαθμός απόδοσης στην ψύξη είναι μικρός σε σχέση με άλλες

τεχνολογίες (μονάδες απορρόφησης: 0,73 - συμβατικές μονάδες: περίπου 2),

με αποτέλεσμα να μην είναι ιδιαίτερα ελκυστικές αν απαιτείται μόνο ψύξη,

χωρίς χρήση τους σε περιόδους θέρμανσης (οπότε έχουν υψηλό βαθμό

απόδοσης). Βέβαια, αυτό είναι σχετικό, γιατί αν μιλάμε για εγκαταστάσεις

ισχυρής ψύξης (βιομηχανικά ψυγεία - καταψύκτες), η εξοικονόμηση που

προσφέρουν λόγω αδιάλειπτης λειτουργίας είναι ιδιαίτερα σημαντική.

5.3 ΤΡΟΠΟΣ ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑΣ ΚΥΚΛΩΝ ΑΠΟΡΡΟΦΗΣΗΣ

Στο Σχήμα 8 μπορούμε να διακρίνουμε ένα κλασσικό διάγραμμα

μηχανής Βρωμιούχου Λιθίου / Νερού. Η διαδικασία λαμβάνει χώρα σε δύο

διαμερίσματα-δοχεία (vessels-shells). Το επάνω διαμέρισμα περιλαμβάνει

τον αναγεννητή κ αι τον συμπυκνωτή (generator). Ενώ το κάτω

περιλαμβάνει τον απορροφητή και τον ατμοποιητή.

Θερμότητα προσάγεται στον αναγεννητή από μια ηλιακή πηγή,

γεωθερμία ή αποβάλλουσα θερμότητα από δευτερεύουσες διεργασίες.

Αυτή η θερμότητα ανεβάζει την θερμοκρασία του διαλύματος και

αναγκάζει σε βρασμό το ψυκτικό (νερό) το οποίο και περνά από το

διαχωριστικό στον συμπυκνωτή όπου και ένα μέσο ψύξης διέρχεται δια

60

του εικονιζόμενου σωλήνα και το συμπυκνώνει με αποτέλεσμα την

συλλογή του σε σημείο του συμπυκνωτή.

Στη συνέχει το νερό λόγω βαρύτητας κυλά κάτω προς τον ατμοποιητή

όπου και αναμειγνύεται με νερό το οποίο δεν έχει ατμοποιηθεί και

ανακυκλοφορεί μέσω μικρής αντλίας και ψεκάζεται επάνω από τους

αγωγούς όπου κυκλοφορεί το ρευστό που θέλουμε να ψύξουμε.

Διατηρώντας πολύ μικρή πίεση στο δοχείο του ατμοποιητή το νερό

βράζει σε πολύ χαμηλή θερμοκρασία. Αυτός ο βρασμός προκαλεί την

απομάκρυνση θερμότητας από το μέσο που θέλουμε να ψήξουμε

παράγοντας έτσι το ψυκτικό αποτέλεσμα.

Στη συνέχεια το ατμοποιημένο νερό περνά στην δεξιά περιοχή του κάτω

δοχείου όπου εκεί συναντά το ζεύγος απορροφητή (LiBr) και νερού το

οποίο βρίσκεται σε υψηλή συγκέντρωση απορροφητή κ αι χαμηλή νερού,

αυτή η σύνθεση ονομάζεται ισχυρό διάλυμα. Τότε ο απορροφητής με

φυσικές διεργασίες τείνει να απορροφήσει περισσότερο νερό από αυτό που

ατμοποιείται και να

εξισορροπήσει το διάλυμα. Αυτή η διαδικασία της απορρόφησης δίνει και

σχήμα 8 Διάταξη μηχανής Βρωμιούχου Λιθίου / Νερού.

61

στον κύκλο το όνομα της

Αμέσως μετά το αραιό πλέον διάλυμα μεταφέρεται με μια μικρή αντλία

στο πάνω δοχείο όπου κ αι ο κύκλος ξαναρχίζει.

Υπάρχουν τρία κυκλώματα ροής ρευστού με εξωτερικές συνδέσεις το

οποίο και είναι:

• To θερμό ρεύμα που διαρρέει τον αναγεννητή και προέρχεται από

δευτερογενή πηγή θερμότητας όπως ηλιακή ενέργεια. Κύκλωμα 1.

• Το ψυκτικό νερό που διαρρέει τον απορροφητή κ αι τον συμπυκνωτή

με σκοπό την απαγωγή θερμότητας και προέρχεται από κάποια

εξωτερική πηγή. Κύκλωμα 2.

• To νερό που προορίζεται για ψύξη (chilled water) κ αι το οποίο

προφανώς διαρρέει τον ατμοποιητή. Κύκλωμα 3.

Συνδεδεμένη με κάθε ένα από αυτά τα κυκλώματα είναι μια

συγκεκριμένη θερμοκρασία και πίεση πάνω στην οποία η μηχανή είναι

βαθμονομημένη. Για μονάδες μιας βαθμίδας όπως η παρ απάνω έχουμε τις

εξής τιμές:

• 12psi Τυπική τιμή πίεσης θερμού ρεύματος στο κύκλωμα 1.

• 85F 44F Αντίστοιχα είσοδος και έξοδος κυκλώματος 3.

Αυτές είναι τυπικές τιμές οι οποίες προέρχονται από την ASHRAE 1983

και με τις οποίες μπορούμε να πετύχουμε ένα COP από 0.65 μέχρι 0.70

5.4 ΤΥΠΟ Ι ΨΥΚΤΙΚΩΝ ΜΟΝΑΔΩΝ ΑΠΟΡΡΟΦΗΣΗΣ

Η λειτουργία των ψυκτικών μονάδων απορρόφησης βασίζεται στις

αρχές που περιγράψαμε προηγουμένως .Παρακάτω αναλύουμε τις

κατασκευαστικές λεπτομέρειες των πιο αντιπροσωπευτικών τύπων

μηχανημάτων που βρίσκονται σήμερα στην αγορά .

3.9.1. Μονάδες Νερού - Αμμωνίας με Καυστήρα Αερίου

Αυτές οι μονάδες είναι αερόψυκτες και εγκαθίστανται στο εξωτερικό .

κατασκευάζονται σε δύο μοντέλα : για απλή ψύξη και για ψύξη και θέρμανση .

Οι μονάδες για απλή ψύξη κατασκευάζονται με ονομαστική ψυκτική ισχύ από

10-17 kW

62

Είναι παραλληλεπιπέδου σχήματος και η αναρρόφηση του εξωτερικού

αέρα γίνεται από τις τρεις πλευρές ενώ η εκτόνωση γίνεται προς τα πάνω .

Περισσότερες μονάδες μπορούν να συναρμολογηθούν στην ίδια βάση

με κοινές υδραυλικές και ηλεκτρικές συνδέσεις για να προσφέρουν ηλεκτρική

ισχύ έως 90 kW περίπου.

Τα μηχανήματα διαθέτουν μια μονάδα συμπύκνωσης και απορρόφησης

τύπου δέσμης σε χαλύβδινο σωλήνα και πτερύγια αλουμινίου σε σχήμα U , με

διαστάσεις που να εξασφαλίζουν τη συμπύκνωση με εξωτερικές

θερμοκρασίες έως 40 °C . Η

μονάδα περιέχει όλα τα απαραίτητα ::εξαρτήματα :: : Τον καυστήρα , τον

εξατμιστή , τον εναλλάκτη θερμότητας και τις αντλίες του διαλύματος και του

ψυγμένου νερού . Ο ελικοειδής ανεμιστήρας είναι τοποθετημένος στο πάνω

μέρος της μονάδας .

Ο καυστήρας είναι ατμοσφαιρικός με μεθάνιο η GPL και η απαγωγή των

καπνών γίνεται με την αναρρόφηση του ανεμιστήρα . Ο εξατμιστής είναι

ανοιχτού τύπου σε σερπαντίνα από ανοξείδωτο χάλυβα με σπιράλ που

βρέχετε με καταιονισμό μέσα σε μια λεκάνη με πλαστικό υλικό με μονωτική

επένδυση πολυούραιθάνης . Ο ανοιχτός εξατμιστής περιορίζει το κάθετο

ύψος ανάμεσα στο εγκατεστημένο στο έδαφος μηχάνημα και την μονάδα

επεξεργασίας πάνω από αυτό σε μια μέγιστη διαφορά 7,6 μέτρων .

Η μονάδες ψύξης και θέρμανσης είναι εφοδιασμένες ,εκτός από τα

προαναφερθέντα , με ένα τμήμα θέρμανσης . Η παραγωγή ψυγμένου και

θερμού νερού δεν μπορεί να είναι ταυτόχρονη , για αυτό τα μηχανήματα

έχουνε δύο υδραυλικές παροχές .Και αυτές οι μονάδες παράγονται σε μεγέθη

με ονομαστική ψυκτική ισχύ από 10 έως 17 kW και ισχύ θέρμανσης από 26-

39 kW . Οι ονομαστικές συνθήκες λειτουργίας είναι οι συνήθεις του

κλιματισμού : εξωτερικός αέρας 35 oC ψυγμένο νερό στην έξοδο στους 7,2 ^

με Δί=5,5 0C . Για την θέρμανση η θερμοκρασία του νερού στην έξοδο είναι 80

^ και του νερού επιστροφής 66 ή 68^ , ανάλογα με τα μοντέλα .

To COP αυτών των μηχανημάτων είναι περίπου 0,5 υπολογιζόμενο , με

63

την κατώτερη θερμογόνο δύναμη (Hu) του αερίου . Πρόσφατα αναπτύχθηκαν

νέα μοντέλα με βελτιωμένες επιδώσεις και COP που μπορούν να φτάσουνε

το 0,62 . Αυτό έγινε εφικτό με την επανεξέταση μερικών εξαρτημάτων

θερμικής συναλλαγής του μηχανήματος διατηρώντας αμετάβλητο το

χαρακτηριστικό κύκλο λειτουργίας . Εκτός από τις αερόψυκτες μονάδες

τελειοποιήθηκαν υδρόψυκτες μονάδες ισχύος 17 kW περίπου και τιμές COP

έως και 0,65 . Αυτές μπορούν να διαθέσουν ταυτόχρονα θερμό και ψυγμένο

νερό . Το θερμό νερό μπορεί να χρησιμοποιηθεί ολικά η μερικά για θέρμανση

ενώ το πλεόνασμα πρέπει να ψύχεται σε ένα πύργο ψύξης .

Οι ψυκτικές μονάδες απορρόφησης που περιγράφηκαν μπορούν να

τροφοδοτήσουν μικρές και μεσαίες μονάδες επεξεργασίας , εγκαταστάσεις

θερμαντικών σωμάτων και άλλα .

5.5 ΑΠΟΔΟΣΗ ΜΟΝΟΒΑΘΜΙΑΣ ΑΠΟΡΡΟΦΗΤΙΚΗΣ ΜΗΧΑΝΗΣ..

Στο Σχήμα 9 μπορούμε να παρατηρήσουμε την απόδοση μιας

μονοβάθμιας απορροφητικής μηχανής με μεταβλητές το COP (δεξιός

άξονας), ψυκτικό αποτέλεσμα (αριστερός άξονας) και την είσοδο του

θερμού νερού του κυκλώματος 1 ως μεταβλητή. Παρατηρούμε ότι εάν η

θερμοκρασία του είναι μικρότερη των 220F το αποτέλεσμα θα είναι πάρα

πολύ μεγάλη μείωση στην απόδοση της μηχανής. Αυτό περιορίζει πάρα

πολύ την λειτουργία της όσον αφορά την χρήση της με ηλιακή ενέργεια,

γεωθερμία κτλ. και συνεπώς η πτώση αυτή έχει να κάνει πολύ με την φύση

της ενέργειας που εισάγουμε. Το αποτέλεσμα είναι ότι πηγές θερμότητας

από 180 μέχρι 230F πρέπει να είναι από 400 με 420%

ύπερδιαστασιολογημένοι για να έχουμε ένα συγκεκριμένο αποτέλεσμα σε

σχέση με μια λίγο μεγαλύτερη θερμότητα εισόδου. Άρα έχουμε άνοδο του

αρχικού κεφαλαίου κτήσης της μηχανής, μείωση του χρόνου

αποπληρωμής, αύξηση του μεγέθους του ψυκτικού πύργου κτλ.

Καταλήγουμε ότι εγκαταστάσεις με πηγές θερμότητας κάτω των 230F ή 356C είναι αντιοικονομικές.

σχήμα 9 την απόδοση μιας μονοβάθμιας απορροφητικής μηχανής με

μεταβλητές το COP

65

5.6 ΕΓΚΑΤΕΣΤΗΜΕΝΑ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΣΤΗΝ ΕΛΛΑΔΑ

Εγκατεστηµένα συστήµατα ψύξης µε απορρόφηση( χρήση φυσικού αερίου)

στην Ελλάδα ήδη διαθέτουν:

• Νοσοκοµείο Ευαγγελισµός.

• ΕΠΑ Αττικής

• Ξενοδοχείο LEDRA MARRIOT

• Συγκρότηµα κινηµατογράφων City Plaza

• Νοσηλευτικό συγκρότηµα ΙΑΣΩ

• Βιοµηχανική Μονάδα ΜΑΪΛΗΣ

• Γενικό Νοσοκοµείο Αεροπορίας (ΓΝΑ)

• Ξενοδοχείο ART MARNI HOTEL

• ΕΠΑ Θεσ/νίκης

• Ξενοδοχείο EL-GRECO

• Ετ. Θέρµανσης Κλιµατισµού Γ. Κατσίβελος

• Εταιρεία Ενδυµάτων MERIT-MEKE

Tα περισσότερα απ’ όλα τα παραπάνω συστήµατα είναι εγκατεστηµένα

στις περιοχές Αθήνας και Θεσσαλονίκης.

Το οικονοµικό πλεονέκτηµα των συστηµάτων κλιµατισµού µε αέριο

έναντι ηλεκτρικών συστηµάτων εξαρτάται από τις ώρες ετήσιας λειτουργίας

και είναι σηµαντικό.

Στην περίπτωση µικρών συστηµάτων, και µετά από αποσβέσεις και

φόρους

66

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 6Ο

6.1 ΨΥΞΗ ΜΕ ΠΡΟΣΡΟΦΗΣΗ - ΒΑΣΙΚΕΣ ΑΡΧΕΣ

Η χρήση στερεών υλικών για την απομάκρυνση ουσιών από αέρια ή

υγρή φάση ήταν γνωστή από τις βιβλικές εποχές. Αυτή η διαδικασία

γνωστή και ως προσρόφηση περιλαμβάνει την επιλεκτική δέσμευση

ποσότητας ουσίας από την αέρια ή την υγρή φάση στην επιφάνεια και

μέχρι ένα πεπερασμένο υπόστρωμα της στερεής. Χρησιμοποιήθηκε από

τους πρώτους αιώνες κιόλας προσροφητικός άνθρακας κοκάλων για τον

αποχρωματισμό της ζάχαρης, ενώ έχουμε χρήση και κατά τον πρώτο

παγκόσμιο πόλεμο όπου ενεργός άνθρακας τοποθετήθηκε στο πεδίο της

μάχης για την απομάκρυνση των χημικών ερίων.

Στα πρώτα χρόνια του 19ου αιώνα η ψύξη με προσρόφηση ήταν

ιδιαίτερα δημοφιλής, αργότερα με την ανακάλυψη των φθηνών ηλεκτρικών

μηχανικών συμπιεστών που μετά από την μαζική π αρ αγωγή τους έγιναν

ιδιαίτερα ελκυστικοί η τεχνολογία αφέθηκε ως ξεπερασμένη. Στο παρ

απάνω βοήθησε και πάρα πολύ η ανακάλυψη των χλωροφθορ’ ανθράκων

(CFCs) γύρω στο 1930. Οι μηχανές ρόφησης (sorption) βέβαια έχουν

πατενταριστεί και βρίσκονται στην βιβλιογραφία από το 1909 και εμπορικά

διατέθηκαν το 1920. Πρώτη φορά από τον Miller έχουμε μια έρευνα πάνω

στο θέμα της προσρόφησης με σκοπό την ψύξη με ζεύγος Πηκτώματος

πυριτίου / Διοξειδίου του θείου (silica gel / sulfur dioxide) ως προσροφητή /

προσροφούμενου.

Το ενδιαφέρον για τα συστήματα προσρόφησης άρχισε να αυξάνει,

ξανά κατά την διάρκεια της πετρελαϊκής κρίσης την δεκαετία του 70 όπου

και οδήγησε σε ένα ενδιαφέρον για την έλλειψη ενέργειας και αργότερα την

δεκαετία του 90 εξαιτίας των οικολογικών προβλημάτων που συνδέθηκαν

με την χρήση CFCs και HCFCs. Τέτοια ψυκτικά όταν ελευθερώνονταν στην

ατμόσφαιρα κατέστρεφαν το όζον και συνεισφέρανε στο φαινόμενο του

θερμοκηπίου. Ακόμα με την αύξηση της ενεργειακής κατανάλωσης

παγκοσμίως έγινε ακόμα πιο επιτακτική σήμερα η ανάγκη τέλειας και

σωστής διαχείρισης των ενεργειακών αποθεμάτων, όπως και η αξιοποίηση

67

των πράσινων πηγών ενέργειας. Ως εκτούτου μηχανές που μπορούν να

ανακτήσουν πηγές θερμότητας πολύ χαμηλού επιπέδου, όπως οι μηχανές

προσρόφησης μπορούν να αποτελέσουν ενδιαφέρουσα εναλλακτική για

μια σοφότερη ενεργειακή διαχείριση.

6.2 ΟΡΙΣΜΟΣ ΤΗΣ ΠΡΟΣΡΟΦΗΣΗΣ.

Πολλοί συγγραφείς έχουν εξηγήσει ότι η φυσική προσρόφηση είναι ένα

επιφανειακό φαινόμενο που ενεργοποιείται κυρίως από τις δυνάμεις Van

Der Waals όπως και από τις ηλεκτροστατικές δυνάμεις μεταξύ των μορίων

του προσροφούμενου-ψυκτικού και των τόμων που απαρτίζουν την

επιφάνεια του προσροφητή, τους δεσμούς υδρογόνου του

προσροφούμενου κ ι άλλες δυνάμεις συνοχής. Η διαδικασία αυτή είναι

πλήρως αντιστρεπτή με τ α κατάλληλα ποσά θερμότητας.

6.3 ΧΗΜΕΙΟΡΡΟΦΗΣΗ

Γενικές αρχές

Τα συστήματα ρόφησης που χρησιμοποιούν στερεά απορροφητικά και ψυκτικά

αέριας μορφής, εδώ και καιρό δείχνουν μια καλή εναλλακτική για τα συστήματα

ρόφησης υγρού-ατμού.

Παρόλα αυτά, έρευνες πρωταρχικά εστιάζονται σε μεταλλικά υβρίδια ή

ζεόλιθους, ενεργό άνθρακα και silicagel χρησιμοποιώντας νερό ή αμμωνία ως

ψυκτικά.

Σε όλα αυτά τα συστήματα, εκτός μερικών μεταλλικών υβριδίων, η πίεση του

ατμού στα διαλύματα είναι έργο της συγκέντρωσης του ψυκτικού στη

θερμοκρασία του διαλύματος. Αυτή η συμπεριφορά μειώνει την ανύψωση της

αισθητής θερμοκρασίας, αυξάνει την απαιτούμενη θερμοκρασία τροφοδοσίας και

δυσκολεύει την όλη διαδικασία.

Από την άλλη πλευρά η πίεση ατμοποίησης σε ένα μονοδιάστατο σύστημα

εξαρτάται μόνο από τη θερμοκρασία του διαλύματος , και δεν επηρεάζεται από

68

το ποσοστό απορρόφησης . Ένα ιδανικό σύστημα ρόφησης, θα ήταν αυτό όπου

το απορροφητικό μέσο θα μπορούσε να συγκροτήσει μεγάλες ποσότητες

ψυκτικού, και η πίεση ατμοποίησης του ψυκτικού θα ήταν σταθερή.

Απορροφητικά που πλησιάζουν, από πλευράς χημείας το ψυκτικό μπορούν' να

προσεγγίσουν το ιδανικό σύστημα.

Αμμωνιακά και υβρίδια μετάλλων ανόργανων αλάτων είναι υλικά που μπορούν

να αναστρέψουν' τους δεσμούς τους και να απελευθερώσουν μεγάλες

ποσότητες ψυκτικού (αμμωνίας ή νερού), με την όλη διαδικασία απορρόφησης,

να πραγματοποιείται σε ένα σημείο θερμοκρασίας - πίεσης. Σε αυτά τα

συστατικά, το νερό ή η αμμωνία σχηματίζουν έναν ειδικό τύπο ομοιοπολικού

δεσμού, που συνήθως αναφέρεται σαν συνδυασμός δεσμών. Αυτές οι ενώσεις

που δημιουργούνται ονομάζονται πολυσύνθετες ενώσεις.

Ο λόγος για τον οποίο οι πολυσύνθετες ενώσεις έχουν διαφορετικές

θερμοδυναμικές ιδιότητες από άλλα απορροφητικά μέσα, έγκειται στη φύση του

συνδυασμού δεσμών. Αυτός ο δεσμός σχηματίζεται από μετακίνηση των

ηλεκτρονίων και δεν εξαναγκάζεται από τις εσωτερικές δυνάμεις των ατόμων. Οι

πολυσύνθετες ενώσεις μπορούν' να δημιουργηθούν με κάθε ψυκτικό που έχουν

ελεύθερα ηλεκτρόνια, αλλά η αμμωνία και το νερό είναι τα πιο χρηστικά.

Το μέγεθος του αναγεννητή και ειδικότερα του απορροφητή ενός συστήματος

ρόφησης υγρού- ατμού, είναι αντιστρόφως ανάλογο με το συντελεστή μεταφοράς

θερμότητας και μάζας. Το πρόβλημα επίτευξης μεγάλης μεταφοράς μάζας και

θερμότητας είναι ακόμα mo οξύ σε συστήματα ρόφησης στερεού - ατμού, καθώς

τα ποσοστά επηρεάζονται από την επιφάνεια του απορροφητή. Οι

ισορροπημένες ιδιότητες των πολυσύνθετων ενώσεων μπορούν να υποστούν

εκμετάλλευση και να έχουμε αύξηση της μεταφοράς μάζας και θερμότητας. Το

ποσοστό ρόφησης σχετίζεται με την ισχύ της πυκνότητας της αντίδρασης

ρόφησης. Συμβατικές διαδικασίες ρόφησης στερεού-αεριου κυμαίνονται από

700kJ/kg έως 1400 kJ/kg, για περιόδους ρόφησης από 5 έως 12 λεπτά. Η

ρόφηση των πολυσύνθετων ενώσεων πρέπει να επιτύχουν πυκνότητες ισχύος,

πέντε με δέκα φορές μεγαλύτερες έτσι ώστε να εκμεταλλευτούμε την

θερμοδυναμική τους ισορροπία. Σημαντική αύξηση της μεταφοράς θερμότητας

και μάζας σε ρόφηση πολυσύνθετων ενώσεων, έχει επιτευχθεί με τη σωστή

69

διαχείριση των γεωμετριών των εναλλακτών θερμότητας και των φυσικών

ιδιοτήτων των αμμωνιακών ενώσεων. Στο διάγραμμα 1 φαίνονται οι πυκνότητες

ισχύος που επιτυγχάνονται με συνδυαζόμενες πολυσύνθετες ενώσεις,

συγκρινόμενες με αυτές συστημάτων ρόφησης στερεού-αερίου.

Έτσι επιτυγχάνονται πυκνότητες ισχύος σε μεγαλύτερο μέγεθος από τα

συμβατικά συστήματα.

7.4 ΕΙΔΗ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ ΨΥΞΗΣ ΜΕ ΠΥΡΓΟ

Τα συστήματα ψύξης ανοικτής ανακυκλοφορίας απομακρύνουν θερμότητα

από την παραγωγική διαδικασία και την απορρίπτουν στο περιβάλλον, μέσω

πύργων ψύξης.

Επιτυγχάνει την απόρριψη στο περιβάλλον τόσο μεγάλων ποσών θερμότητας

με την εκμετάλλευση της λανθάνουσας θερμότητας εξάτμισης.

Τα συστήματα ψύξης ανοικτής ανακυκλοφορίας διακρίνονται ως προς τον

ελκυσμό του αέρα, με ποιο τρόπο δηλαδή ό αέρας υποχρεώνεται να περάσει

και να έρθει σε επαφή με το καταρτιζόμενο νερό.

Διακρίνονται οι εξής τύποι:

Εκβεβιασμένου ελκυσμού, forced draft.

Εδώ ο αέρας αναρροφάται από τον ανεμιστήρα και καταθλίβεται για να

έρθει σε επαφή με το νερό.

Ο ανεμιστήρας βρίσκεται συνήθως στο πλάι για να τραβάει τον αέρα

και να τον στέλνει στον πύργο ψύξης.

Η όλη η κατασκευή πρέπει να είναι στεγανή, για να αποφεύγεται η

διαρροή αέρα που δεν έχει έλθει σε επαφή με το καταιονιζόμενο νερό.

Έτσι κατασκευάζονται μόνο μικροί πύργοι αυτού του τύπου.

70

Ελκυσμού, induced

draft

Σε αυτόν τον τύπο, ο ανεμιστήρας βρίσκεται στην κορυφή.

Αναρροφεί τον αέρα από τον χώρο καταιονισμού, δημιουργώντας έτσι

υποπίεση.

Λόγο του δημιουργούμενου κενού γίνεται ελεύθερη εισροή αέρα από τον

πυθμένα και τα πλευρά.

Δεν έχει τους περιορισμούς στεγανότητας που απαιτεί ο εκβεβιασμένου

ελκυσμού, με αποτέλεσμα να επιτρέπει την κατασκευή μεγάλων πύργων

ψύξης.

Εικόνα 8 FORCED DRAFT

Εικόνα 9 induced draft

71

Φυσικού ελκυσμού, natural draft.

Εδώ δεν υπάρχει ανεμιστήρας.

Καθώς το νερό ψύχεται, η θερμοκρασία του αέρα αυξάνεται με συνέπεια να

μικραίνει το ειδικό του βάρος.

Λόγω του μεγάλου του ύψους δημιουργείται υποπίεση στον πυθμένα και με

την βοήθεια του αεροδυναμικού του σχήματος δημιουργούνται ρεύματα αέρα

προς τα επάνω.

Στον τύπο αυτό κατασκευάζονται τα μεγαλύτερα συστήματα ψύξης.

Εικόνα 10 natural draft

72

ΚΕΦ 7Ο

7.1 ΣΥΓΚΡΙΣΗ ΜΕΘΟΔΩΝ ΨΥΞΗΣ ΑΠΟΡΡΟΦΗΣΗΣ ΚΑΙ

ΠΡΟΣΡΟΦΗΣΗΣ

Σε αυτό το κεφάλαιο θα συγκεντρώσουμε τα αρνητικά και τα θετικά των δύο

μεθόδων και θα αναφέρουμε τα πεδία εφαρμογή τους. Παρόλο που οι

διαφορές τους είναι πολύ μεγάλες βασίζονται επάνω στις ίδιες αρχές. Η δε

σύγκριση που θα ακολουθήσει είναι ένα ουσιαστικό εργαλείο που μας δίνει

την άμεση δυνατότητα επιλογής της κατάλληλης διάταξης σε κάθε περίπτωση.

Διακρίνουμε λοιπόν τα εξής:

• Στην απορρόφηση και οι δύο ουσίες είναι σε υγρή αρχική φάση, ενώ στην

προσρόφηση η μία ουσία είναι στερεή (προσροφητής).

• Για να λειτουργήσει ένας κύκλος απορρόφηση χρειάζεται πηγή θερμότητας

άνω των 100-200C ενώ ένας κύκλος προσρόφησης εργάζεται με πηγή

θερμότητας άνω των 50C όπως έχει αναφερθεί και στην βιβλιογραφία.

• Αποτέλεσμα της προηγούμενης διαφοράς είναι και μια άλλη σαν

επακόλουθο ότι ο κύκλος απορρόφησης είναι σχεδόν αδύνατο να εργαστεί με

απλούς επίπεδους ηλιακούς συλλέκτες.

Στην βιβλιογραφία αναφέρεται ότι κύκλος απορρόφησης έχει εργαστεί

επιτυχώς με συγκεντρωτικούς συλλέκτες. Επακόλουθο του παραπάνω είναι

ότι το αρχικό κόστος κτίσης απορροφητικής μηχανής με χρήση ηλιακών

συλλεκτών είναι πολύ μεγαλύτερο μιας παρόμοιας μηχανής προσρόφησης.

• Αντίθετα με το κάτω όριο λειτουργίας τα πράγματα είναι διαφορετικά στο

άνω όριο. Οι απορροφητικές μηχανές όσο ανεβαίνει η θερμοκρασία εισόδου

σε αυτές τόσο μεγαλώνει και η απόδοση τους. Δεν συμβαίνει όμως το ίδιο και

για τις προσροφητικές μηχανές, με την άνοδο της θερμοκρασίας εισόδου

πέρα από ένα όριο εμφανίζονται μη αντιστρεπτά και μάλιστα καταστροφικά

προβλήματα (βέβαια πάντα υπάρχει εξάρτηση από το ζεύγος). Π.χ ο

κύκλος Ενεργού άνθρακα – Μεθανόλης με θερμοκρασία εισόδου πέρα των

120C μετατρέπει την μεθανόλη σε μεθυλιθέρα κτλ με αποτέλεσμα την

καταστροφή του ψυκτικού. Ως εκτούτου έχουμε και την δημιουργία ουσιών

βλαβερών για τον άνθρωπο και τους επιμέρους μηχανισμούς.

• Οι προσροφητικοί κύκλοι μπορούν να λειτουργήσουν εξολοκλήρου χωρίς

ηλεκτρική ενέργεια ενώ οι απορροφητικοί κύκλοι θα χρειαστούν ένα μικρό

κομμάτι για τις αντλίες κυκλοφορίας των διαλυμάτων.

• Οι προσροφητικοί κύκλοι δύναται να πραγματοποιήσουν μεγαλύτερες

θερμοκρασιακές διαφορές από ότι οι απορροφητικοί κύκλοι.

73

• Ένα πολύ μεγάλο μειονέκτημα των απορροφητικών κύκλων είναι η ανάγκη

ύπαρξης ψυκτικού πύργου ή υγρού ψυκτικού μέσου ενώ κάτι τέτοιο στους

προσροφητικούς κύκλους δεν είναι απαραίτητο.

• Οι προσροφητικοί κύκλοι έχουν πολύ μεγαλύτερο κόστος κτήσης και

συνήθως μικρότερο λειτουργικό. Με τους απορροφητικούς συμβαίνει το

αντίθετο.

• Ένα πολύ μεγάλο μειονέκτημα των προσροφητικών το οποίο είναι και ο

βασικός παράγοντας αποκλεισμού τους σήμερα από το εμπόριο είναι ο πολύ

χαμηλός βαθμός απόδοσης τους που κυμαίνεται για τους απλούς κύκλους

γύρω στο 0.1. Για τους απορροφητικούς κύκλους τα πράγματα είναι σαφώς

καλύτερα μιας και βρίσκονται γύρω στο 0.6 πάντα σε γενικές γραμμές.

• Οι απορροφητικές μηχανές είναι πιο ευεπηρέαστες στις διακυμάνσεις της

θερμοκρασίας εισόδου από τις προσροφητικές, όπως και απαιτούν αυστηρή

ρύθμιση και τήρηση των πιέσεων λειτουργίας των δοχείων τους.

• Και οι δύο κύκλοι έχουν την δυσκολία της μη εύκολης κατανόησης των

κύκλων και των διεργασιών τους, δυνατότητα εισόδου ενέργειας από ΑΠΕ

καθώς και από κατάλληλες πηγές που αποβάλλουν θερμότητα και σχεδόν

μηδενική ανάγκη ηλεκτρικής ενέργειας. Αυτό σημαίνει ότι μπορούν να

δραστηριοποιηθούν σε χώρες που αναπτύσσονται τεχνολογικά και

βιομηχανικά, σε περιοχές που δεν καλύπτονται από ηλεκτρικό δίκτυο και σε

περιοχές πολύ ρυπογόνες που δεν μπορούν να αντέξουν περαιτέρω αύξηση

των ρύπων όπως μεγάλα αστικά κέντρα. Είναι μηχανές γενικά εύκολες στην

κατασκευή - χρήση τους, χρειάζονται ελάχιστη συντήρηση και μπορούν να

παραχθούν χωρίς δυσκολία μαζικά. Επίσης κύριο ατού τους είναι η μηδενική

εκπομπή CO2 ενώσεων αζώτου και άλλων βλαβερών ουσιών, ενώ και το

εργαζόμενο μέσο τους είναι φιλικό προς το περιβάλλον.

Σύγκριση μεταξύ silicagel και LiBr (απορρόφησης)

Απλή κατασκευή. Η αντλία του διαλύματος είναι το μόνο κινούμενο

μέρος Χαμηλό κόστος λειτουργίας , αφού ενεργοποιείται θερμικά, η

σχέση αυτή είναι περίπου 1/10

Ανειδίκευτο προσωπικό αρκεί

για τη συντήρηση

Εκκίνηση ή επανεκκίνηση ύστερα

από βλάβες είναι απλή

χρόνος ανόδου της θερμοκρασίας

νερού κατά την εκκίνηση,

74

3 με 5 λεπτά Καλή απόδοση

Υπάρχει αντιπαγετική προστασία του εξατμιστή

silicagel/Otpoqpoqmtm)

Απλή κατασκευή χωρίς πολλά κινούμενα μέρη

χαμηλό κόστος λειτουργίας αφού ενεργοποιείται θερμικά εάν

συγκριθεί με τα συμβατικά συστήματα ψυκτών

Ανειδίκευτο προσωπικό αρκεί για τη συντήρηση του.

1 με 2 λεπτά χαμηλότερη απόδοση μια σερπατίνα θερμαίνει τον

εξατμιστή στην περίπτωση παγετού

Περιορισμοί των δυο συστημάτων

• μόνο ζεστό νερό μπορεί να αναγεννήσει τις μηχανές ρόφησης (οι καυστήρες

φλόγας αποκλείονται),

• οι υπάρχρυσες δυνατότητες και ευκολίες κατασκευής είναι οι συγκεκριμένες

• οι μελλοντικές ευκολίες κατασκευής είναι καθορισμένες,

• το δυναμικό για μελλοντικές επενδύσει σε πορτγοητκό εξρΗλκτμό είναι

δεδομένά,

• η ευελιξία των γραμμών Μΐραγοτνής για την' παροηαητή ν&τυ προϊόντος

είναι συγκεκριμένη,

• η ανάγκη για εξρτδικευμένο εργατικό προσωπικό εξαρτάται από την' υπό

επιλογή τεχνολογία,

• το υπό ανάπτυξη προϊόν απέχει ακόμα αρκετά από τη στιγμή που αυτό θα

γίνει προ-εμπορκό,

• η ασφάλεια της προμήθειας πρώτων υλών είναι επίσης ζωτικός παράγοντας.

75

7.2 ΨΥΚΤΙΚΗ ΖΗΤΗΣΗ ΣΤΗΝ ΕΛΛΑΔΑ- ΕΛΛΗΝΙΚΑ ΔΕΔΟΜΕΝΑ

Στην Ελλάδα κατά τη διάρκεια του καλοκαιριού η ζήτηση ηλεκτρικής ενέργειας αυξάνει

κυρίως λόγω της χρήσης κλιματιστικών μηχανών. Αυτή η χρήση είναι μεν λογική

αλλά και πηγή πολλών προβλημάτων για την τοπική κοινωνία, την ενεργειακή και

οικονομική πολιτική ενός τόπου. Αυτά τα μέγιστα καλύπτονται κυρίως από

μονάδες αεριοστροβίλων που η χρήση τους είναι αντιοικονομική και ρυπαρή ενώ

και ο χρόνος ζωής τους είναι περιορισμένος με αποτέλεσμα την συχνή αλλαγή

τους. Πρέπει να πούμε ότι το πρόβλημα αυτό αυξάνει κατά πολύ τα ξηρά έτη

όπου τα υδροηλεκτρικά εργοστάσια παραγωγής ενέργειας θέτονται πολλούς

μήνες εκτός λειτουργίας.

Αντιλαμβανόμαστε συνεπώς το μεγάλο οικονομικό κόστος που έρχεται να καλύψει ο

πολίτης το οποίο και δυσανάλογο θα είναι με την κατανάλωση του και υπερβολικά

μεγάλο.

Λύση σε αυτό το πρόβλημα μπορούν να δώσουν ηλιακές ψυκτικές μηχανές οι οποίες

θα αντικαταστήσουν τα ηλεκτρικά οδηγούμενα κλιματιστικά.

Οι απαιτήσεις κλιματισμού στον τριτογενή τομέα αυξάνονται συνεχώς, ιδιαίτερα

λόγω των μεγαλύτερων απαιτήσεων θερμικής άνεσης και των υψηλότερων

θερμοκρασιών που έχουν εμφανιστεί κατά τη διάρκεια της τελευταίας δεκαετίας.

Παράλληλα, εφαρμογές παθητικών και ημι-ενεργητικών συστημάτων, που

χρησιμοποιούνται για αιώνες για τη διατήρηση άνετων συνθηκών σε εσωτερικούς

χώρους, φαίνεται να μην αξιοποιούνται σε πολλά νέα κτίρια. Αυτή η όλο και

περισσότερο εκτενής χρήση των ηλεκτροκίνητων συστημάτων ψύξης με

συμπίεση είναι υπεύθυνη για την αυξανόμενη ζήτηση αιχμής της ηλεκτρικής

ενέργειας το καλοκαίρι, η οποία φτάνει σε διάφορες περιπτώσεις στο ανώτατο

όριο του δικτύου. Η εκπομπή αερίων ρύπων υπεύθυνων για το φαινόμενο του

θερμοκηπίου αυξάνεται, είτε από την ενεργειακή παραγωγή, είτε από τυχόν

διαρροές των ψυκτικών ρευστών, γεγονός που ενισχύει το φαύλο κύκλο των

κλιματικών αλλαγών.

Στα συστήματα ψύξης, η ισχύς των ψυκτών επιλέγεται με βάση τα θερινά

76

ψυκτικά φορτία, τα οποία είναι το άθροισμα όλων των ψυκτικών φορτίων,

εσωτερικών και εξωτερικών, τα οποία έχουν επιπτώσεις στη θερμική

ισορροπία μεταξύ του κτιρίου και του περιβάλλοντος χώρου (αλλά και όλων

των άλλων γειτονικών κτιρίων που δεν κλιματίζονται).

Το καλοκαίρι, το ποσό θερμότητας που απάγεται εξαρτάται από διάφορους

παράγοντες, μερικοί από τους οποίους (όπως για παράδειγμα η ηλιακή

ακτινοβολία), μεταβάλλονται κατά τη διάρκεια της ημέρας.

Οι παράγοντες που προκαλούν σημαντική μεταβολή των ψυκτικών φορτίων

συνοψίζονται παρακάτω:

• επιδράσεις της ηλιακής ακτινοβολίας μέσω διαφανών επιφανειών

• επιδράσεις της μεταφοράς θερμότητας μέσω διαφανών και

αδιαφανών κατασκευών

• επιδράσεις της θερμικής αδράνειας των κτιριακών κατασκευών

• εσωτερικά θερμικά φορτία, αισθητά και λανθάνοντα, λόγω της παρουσίας

ανθρώπων και συσκευών που παράγουν θερμότητα (φωτισμός, συσκευές,

κλπ.)

• θερμικά κέρδη, αισθητά και λανθάνοντα, λόγω φυσικού και εξαναγκασμένου

αερισμού του χώρου.

Το διάγραμμα ροής του σχήματος 1 δείχνει ότι το ψυκτικό φορτίο επηρεάζεται

πολύ από τα χαρακτηριστικά των δομικών στοιχείων του κτιριακού κελύφους.

Ένα σύστημα ψύξης σχεδιασμένο, για την κάλυψη των αναγκών τους

θερινούς μήνες, πρέπει να είναι σε θέση να απάγει την αισθητή αλλά και τη

λανθάνουσα θερμότητα από το κτίριο.

Στη χώρα μας η θερμοκρασία περιβάλλοντος έχει άμεσο αντίκτυπο στην ενεργειακή

ζήτηση.

Έρευνες έχουν δείξει ότι αυξάνει κατά 3-4% κάθε χρόνο το οποίο αντιστοιχεί σε

κατανάλωση ηλεκτρικής ενέργειας περίπου 1000GWh και συνεπώς απαιτεί την

εγκατάσταση ενός νέου εργοστασίου ηλεκτρικής ενέργειας των 300ΜW κάθε

18-24 μήνες. Από αυτήν την αύξηση το 7% αντιστοιχεί σε ψύξη και θέρμανση

όμως σε αυτό το ποσοστό οφείλεται το 29% των εκπομπών

77

CO2. Το 1970 οι εκπομπές CO2 ήταν 22 εκατομμύρια τόνοι ενώ μέχρι το τέλος

του 1990 έφτασαν τα 83 εκατομμύρια.

Οι πωλήσεις των mini-split μέσα στο διάστημα 96-2000 τριπλασιάστηκαν Τα πιο πολλά

δε κτιριακά συγκροτήματα ψύχονται από τους κλασσικούς μηχανικούς

συμπιεστές συμπιέσεως ατμού. Η δε θερμοκρασία περιβάλλοντος συμβαδίζει με την

ζήτηση για ψύξη συνεπώς η φιλοσοφία υιοθέτησης ηλιακών ψυκτικών μηχανών

είναι μια πολύ δελεαστική πρόταση.

Προς το παρόν μόνο η μεγάλης κλίμακας απολιθωμένων καυσίμων παραγωγή

ενέργειας είναι πιο φθηνή από τις διαθέσιμες ηλιακές εναλλακτικές. Όμως η

παραπάνω παραγωγή ενέργειας έχει φτάσει το όριο ωριμότητας της και δεν

μπορούμε να αναμένουμε σημαντικές βελτιώσεις άρα και

μείωση του κόστους ενέργειας. Τουναντίον λόγω μείωσης των αποθεμάτων των

ορυκτών καυσίμων μόνο αύξηση μπορούμε να προσδοκάμε.

Παρόλο έτσι το μεγάλο εμπορικό πεδίο που όπως βλέπουμε μπορούν να προσδοκούν

οι ηλιακές

μηχανές ψύξεως δεν είναι ακόμα έτοιμες να ανταγωνιστούν κατά μέτωπο τις ηλεκτρικές

μηχανές ψύξεως. Το μεγάλο κόστος κτίσης τους σε συνάρτηση με τον μικρό

βαθμό απόδοσης τους περιορίζει τις πιθανότητες τους για ευρεία εξάπλωση προς

το παρόν. Χαμηλώνοντας το κόστος των επιμέρους εξαρτημάτων και

βελτιώνοντας την απόδοση τους θα άλλαζε δραματικά την κατάσταση υπέρ τους.

Έτσι παρόλο που οι στόχοι που πρέπει να επιτευχθούν είναι σταθερά ορισμένοι

παραμένει δύσκολο το ερώτημα για το πότε οι μηχανές αυτές θα είναι έτοιμες να

εισέλθουν στην

αγορά.

8.3 ΟΙΚΟΝΟΜΙΚΗ ΕΚΤΙΜΗΣΗ

Υπάρχει ακόμα η ανάγκη για επιχορήγηση ώστε να διασφαλιστεί η αποτελεσματική

είσοδος των ψυκτικών ηλιακών μηχανών. Κρίσιμη παράγοντες που θα οδηγήσουν

στην εξάπλωση των

μηχανών αυτών είναι η οικονομική προσβασιμότητα και η τεχνολογική ωρίμανση. Το

πρώτο εξαρτάται από πολλούς παράγοντες όπως η νομοθεσία, οι κρατικές

οδηγίες και η ενεργειακή πολιτική της χώρας. Στην Ελλάδα το οικονομικό πλαίσιο

78

για παρόμοιες επενδύσεις βασίζεται σε:

• Σε οικονομικά κίνητρα για την αγορά ηλιακών συλλεκτών.

• Σε οικονομικά κίνητρα για επενδύσεις σε συστήματα ηλιακής ενέργειας.

• Επιχορηγήσεις για επενδύσεις σε τεχνολογίες εξοικονόμησης ενέργειας.

Γνωστό είναι άλλωστε ότι παρόμοιες επενδύσεις χαρακτηρίζονται από μεγάλη αρχική

επένδυση και μικρά λειτουργικά έξοδα. Ως εκτούτου το βασικό οικονομικό

πρόβλημα είναι η σύγκριση της αρχικής επένδυσης με τις μελλοντικές

αποταμιεύσεις. Κλασσικά κριτήρια για όλες γενικά τις ΑΠΕ.

79

ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ

1.Αντωνόπουλος, Κίμων Α.Θερμικά-Ηλιακά Συστήματα, Μέρος Πρώτο .Αθήνα

Εκδόσεις Ε.Μ.Π.,2004

.

2.Αντωνόπουλος, Κίμων.Α.Κλιματισμός, Μέρος Πρώτο.

Αθήνα Εκδόσεις Ε.Μ.Π.,2004

.

3.Ursula, Eicker.

Solar Technologies for Buildings.John Wiley & Sons Ltd, 2003.

4.Duffie, John. A. Beckman, William .A.Solar Engineering of Thermal

Processes,John Wiley & Sons, Inc,Second Edition.

5.Petchers, Neil.

Combined Heating, Cooling& Power Handbook Technologies and Aplications:

anIntegrated Approach to Energy Resource Optimization,

Routledge, USA, 2002.

6. TRNSYS 16.00 Manual : TRANSSOLAREnergietechnik GmbH.

7.Κέντρο Ανανεώσιμων Πηγών Ενέργειας (ΚΑΠΕ) Οδηγός Ηλιακού

Κλιματισμού

.

8.Y. Gupta, L. Metchopt, A. Frantzis, P.E. Phelaz Comparative analysis of

Thermally activated, environmentally friendly cooling systems.

9.G.A. Florides, S.A. Kalogirou, S.A. Tassou, L.C. Wrobel.

Modeling and simulation of an absorption solar cooling system for Cyprus.

10.

Khalid A. Joudi, Qussai J. Abdul Gafour. Development of design charts for

solar cooling systems.

80

Part I: computer simulation for a solar cooling system and development of

solar coolingdesign charts.

11.F. Assilzadeh, S.A. Kalogirou, Y. Ali, K. Sophian. Simulation and

optimization of a LiBr solar absorption cooling system with evacuated tube

collectors

12.http://www.heliostat.gr/index.php?option=com_content&view=article&id=2&

Itemid=18&lang=el

13.http://www.cres.gr/energy_saving/Ktiria/ee_psiksi_aporofisis.htm

14.http://solarengineer.gr/index.php/technologies/solar-airconditioning-

units/item/17-absorption-chillers

15.http://www.technicalreview.gr/index.php?option=com_content&task=view&i

d=703

16.http://el.wikipedia.org/wiki/%CE%9A%CE%BB%CE%B9%CE%BC%CE%B

1%CF%84%CE%B9%CF%83%CE%BC%CF%8C%CF%82

17.http://dspace.lib.ntua.gr/bitstream/123456789/2816/2/kalogerakisk_trnsys.p

df

18.http://www.buildings.gr/greek/eksoplismos/thermansi_klim/istorika.htm