Αναζήτηση

Πλοήγηση

• Κοινότητες
• Συγγραφείς
• Έτος
• Τίτλοι
• Θέματα

Ο Χώρος μου

• Είσοδος

Η Ανάλυση Κύκλου Ζωής ως μεθοδολογικό εργαλείο για τη βελτιστοποίηση ηλιακών συλλεκτών ειδικής σχεδίασης

Arnaoutakis Nektarios

Πλήρης Εγγραφή

---

Περίληψη

Η Ανάλυση Κύκλου Ζωής (ΑΚΖ) είναι μία μεθοδολογία εκτίμησης των περιβαλλοντικών επιπτώσεων σε ολόκληρο το κύκλο ζωής ενός προϊόντος ή ενός συστήματος: επεξεργασία πρώτων υλών, κατασκευή, χρήση, τελική απόρριψη. Στην παρούσα διδακτορική διατριβή η ΑΚΖ χρησιμοποιείται ως σημείο αναφοράς για τη βέλτιστη σχεδίαση ηλιακών θερμικών συστημάτων και συγκεκριμένα συστημάτων με ολοκληρωμένη συσκευή συλλέκτη αποθήκης θερμότητας (Integrated Collector Storage, ICS).Αρχικά μελετώνται εφαρμογές της ΑΚΖ σε ηλιακά θερμικά συστήματα γενικά καθώς και στην τεχνική σχεδίαση τέτοιου τύπου συστημάτων. Αναφέρονται τα είδη του συλλέκτη που χρησιμοποιούνται από τα πιο απλά μέχρι τα πιο σύνθετα - με παραβολικό ανακλαστήρα (Compound Parabolic Concentrator, CPC). Εξετάζονται δύο τύποι ICS συστημάτων: α) σύστημα με ασύμμετρο ανακλαστήρα CPC και διπλό δοχείο νερού και β) σύστημα με συμμετρικό ανακλαστήρα CPC και δύο δεξαμενές νερού σε σειρά. Τα συγκεκριμένα συστήματα θα αποτελέσουν τη «βάση» για τη πρόταση σχεδιαστικών λύσεων και προτάσεων με στόχο τη παραγωγή νέων ICS συστημάτων με βελτιωμένη απόδοση καθώς επίσης «οικονομικότερα» και με βελτιωμένο περιβαλλοντικό αποτύπωμα σε ολόκληρο το κύκλο λειτουργικής ζωής τους. Η παραπάνω διαδικασία έγινε με μαθηματική βελτιστοποίηση των παραμέτρων σχεδίασης, δηλαδή δημιουργία μαθηματικών παραμετρικών μοντέλων απόδοσης και κόστους με χρήση περισσοτέρων του ενός αντικειμενικών συναρτήσεων (Πρόβλημα μη γραμμικής πολυστοχαστικής βελτιστοποίησης: Nonlinear Multi-Objective Optimization).Στο πρώτο στάδιο της επεξεργασίας εφαρμόστηκε η μέθοδος της ΑΚΖ σε ένα συνήθη ICS σύστημα που υπάρχει στην Ελληνική αγορά. Με αυτό τον τρόπο αντλήθηκαν στοιχεία που αφορούσαν τα ICS συστήματα τα οποία χρησιμοποιήθηκαν στη συνέχεια στη διαδικασία βέλτιστης σχεδίασης ώστε να «προσεγγιστούν» παράμετροι των πρότυπων ICS συστημάτων για τους οποίους ήταν πολύ δύσκολο να βρεθούν πραγματικά στοιχεία (όπως για παράδειγμα το κόστος παραγωγής που αφορούσε οικονομικά στοιχεία στη διαδικασία παραγωγής). Στο επόμενο στάδιο έγινε η παραμετρική βελτιστοποίηση των νέων ICS συστημάτων, με τη δημιουργία των αναλυτικών εξισώσεων σχεδίασης και τον ορισμό των αντικειμενικών συναρτήσεων ενεργειακής απόδοσης (μέση ημερήσια απόδοση και συντελεστής θερμικών απωλειών δεξαμενής νερού) και κόστους (κόστος παραγωγής στη βιομηχανία). Η διαδικασία αυτή έγινε με συνδυασμό δεδομένων βιβλιογραφίας και μοντελοποίησης ώστε να παραχθούν οι νέες εξισώσεις σχεδίασης των ICS. Χρησιμοποιήθηκε ένας πρωτότυπος μαθηματικός αλγόριθμος που δίνει τη βέλτιστη γεωμετρία των παραβολικών CPC ανακλαστήρων καθώς και τον αριθμό ICS μονάδων που θα εγκατασταθούν σε οικίες, ο οποίος δημιουργήθηκε με βάση ένα παλαιότερο αλγόριθμο μη γραμμικής βελτιστοποίησης μίας όμως αντικειμενικής συνάρτησης. Σε αυτό το στάδιο έγινε και η σύγκριση των νέων καμπύλων απόδοσης (που προκύπτουν από τη μαθηματική βελτιστοποίηση) με τις αντίστοιχες καμπύλες απόδοσης των παλαιότερων μοντέλων και ενός συμβατικού ηλιακού θερμικού συστήματος με επίπεδο συλλέκτη (Flat Plate Thermosiphonic Unit: FPTU). Δημιουργήθηκε επίσης ένα πρωτότυπο δημιουργίας της παραβολικής επιφάνειας σε περιβάλλον CAD για χρήση σε εργαλειομηχανές αριθμητικού ελέγχου (CNC: Computerized Numerical Control) κατασκευής παραβολικών CPC ανακλαστήρων. Στη συνέχεια έγινε η σχεδίαση των υπολοίπων τμημάτων των ICS με μία πρωτότυπη μαθηματική τεχνική υπολογισμού των διαστάσεων τους, με βάση τα πρότυπα τους. Στο τελικό στάδιο της διατριβής έγινε η ενεργειακή, περιβαλλοντική και οικονομική σύγκριση των νέων ICS με τα αντίστοιχα πρότυπα τους καθώς και με το FPTU ώστε να φανεί η βελτιωμένη απόδοση τους σε σχέση με τα παλαιότερα ICS, η οποία έδειξε ότι τείνει να προσεγγίσει την απόδοση των συμβατικών ηλιακών θερμικών συστημάτων της αγοράς με αρκετά μικρότερο κόστος.

Διαθέσιμα αρχεία

Υπηρεσίες