Ψύξη με ηλιακή ενέργεια

1. ΕΙΣΑΓΩΓΗ:
Η αξιοποίηση της ηλιακής ενέργειας για ψύξη χώρων είναι έννοια που παρουσιάζει μια σημασιολογική αντίθεση. Εν τούτοις είναι δυνατό ο ήλιος, ο οποίος προκαλεί την ανάγκη για ψύξη, να προσφέρει και την αναγκαία ενέργεια για την ικανοποίησή της.
Σκοπός της ηλιακής ψύξης είναι η διατήρηση της θερμοκρασίας του ψυχωμένου χώρου σε επίπεδο χαμηλότερο της θερμοκρασίας του περιβάλλοντος, δαπανώντας γι’αυτό ηλιακή ενέργεια.
Είναι συνεπώς φανερό ότι, το υπό άντληση ψυκτικό φορτίο, που δημιουργείται από την ύπαρξη αυτής της θερμοκρασιακής διαφοράς, παρουσιάζει ένα μέγιστο, χρονικά ταυτιζόμενο με την μεγιστοποίηση της εντάσεως της ηλιακής ακτινοβολίας κατά τη διάρκεια της ημέρας. Επομένως, η ταύτιση αυτή, καθιστά κατ’αρχάς ευνοϊκή την χρήση της ηλιακής ενέργειας στην ψύξη. Το έργο της εταιρίας ΗΛΙΟΣΤΑΤΗΣ απόδειξε ότι αυτό είναι τεχνικά εφικτό.
Προχωρώντας σε περισσότερο λεπτομερή εξέταση των διεργασιών που συνδέονται με την παραγωγή ψύχους, αναφέρεται ότι μια τυπική ψυκτικής μονάδα, συνίσταται από έναν εξατμιστήρα ή ψυκτικό στοιχείο, έναν συμπιεστή, έναν συμπυκνωτήρα και μία βαλβίδα εκτονώσεως. Αυτή η ψυκτική μονάδα είναι μια τυπική ψυκτική μονάδα «καταναλώσεως έργου», όπου όσο υψηλότερη είναι η θερμοκρασία του περιβάλλοντος, τόσο περισσότερο έργο συμπιέσεως δαπανάται για την άντληση της θερμότητος με βάση ορισμένη θερμοκρασία εξατμίσεως. Αντιπροσωπεύει δε την λεγόμενη συμβατική μέθοδο ψύξεως με μηχανική συμπίεση ατμών η οποία και χρησιμοποιεί, στην πληθώρα των περιπτώσεων, τον ηλεκτρισμό ως πηγή ενέργειας. Επί του προκειμένου υπάρχουν δύο προϋποθέσεις, συγκεκριμένα:
• πρέπει να καταναλωθεί ενέργεια για την ψυκτική διαδικασία και
• παρουσιάζεται υψηλότερο ψυκτικό φορτίο όταν αυξάνει η θερμοκρασία περιβάλλοντος, δηλαδή όταν η ένταση της προσπίπτουσας ηλιακής ακτινοβολίας γίνεται μέγιστη.
Προκειμένου να αξιοποιηθεί η ηλιακή ενέργεια για παραγωγή ψύχους, πρέπει να συνδυαστούν κατάλληλα οι δυο παραπάνω προϋποθέσεις. Η χρησιμοποίηση της ηλιακής ενέργειας για ψύξη επιφέρει την αναβάθμισή της, εφόσον αντικαθιστά ηλεκτρικό έργο, μέσω ενός κατάλληλου «μετατροπέα». Ο μετατροπέας αυτός είναι ο ψύκτης  απορροφήσεως ή θερμικής συμπιέσεως, δηλαδή ένα ψυκτικό συγκρότημα που χρησιμοποιεί θερμότητα ως κινητήρια ενέργεια και όχι ηλεκτρισμό.
Στη μέθοδο απορροφήσεως, την πλέον εμπορική εφαρμογή της τεχνικής αυτής, ο συμπιεστής αντικαθίσταται από μία σειρά στοιχείων. Αυτά είναι: ο αναγεννητήρας, η αντλία ανακυκλοφορίας απορροφητικού διαλύματος, ο απορροφητήρας και ο ανακομιστήρας. Το απορροφητικό ρευστό επιλέγεται ανάλογα προς το χρησιμοποιούμενο ψυκτικό και τις συνθήκες λειτουργίας του εξατμιστήρα. Μέχρι τώρα έχουν χρησιμοποιηθεί ευρέως, μόνο δύο ζεύγη, δηλαδή το υδατικό διάλυμα βρωμιούχου λιθίου και το υδατικό διάλυμα αμμωνίας. Τονίζεται ότι στην περίπτωση της μεθόδου απορροφήσεως, η συμπίεση και η υγροποίηση των παραγόμενων ατμών στον εξατμιστήρα γίνεται δια χημικής απορροφήσεως στον απορροφητήρα.
2. ΠΡΩΤΗ ΕΦΑΡΜΟΓΗ ΗΛΙΑΚΗΣ ΨΥΞΗΣ:
Στο χρονικό διάστημα μεταξύ του 1982 και 1984 εγκαταστάθηκε στις εγκαταστάσεις του Αμερικανικού Κολλεγίου Ελλάδος στην Αγία Παρασκευή Αττικής, η πρώτη για την χώρα μας ηλιακή εγκατάσταση ψύξης – θέρμανσης χώρου και παραγωγής νερού χρήσης, που λειτουργεί με ηλιακή ενέργεια. Η προταθείσα λύση πήρε μέρος σε διεθνή διαγωνισμό και επελέγη για χρηματοδότηση, λόγω της απλότητας και της αξιοπιστίας της.
Στόχος της εγκατάστασης αυτής ήταν η υποκατάσταση μέρους των συμβατικών ενεργειακών καταναλώσεων του ιδρύματος με ηλιακή ενέργεια, για την κάλυψη των αναγκών θέρμανσης τον χειμώνα και ψύξης το καλοκαίρι, ενός κτιρίου βιβλιοθήκης, εκτάσεως 800m², και την παραγωγή ζεστού νερού χρήσης για το γυμναστήριο του ιδρύματος, καθ’όλο το χρόνο.
Το έργο κατασκευάστηκε σε δύο φάσεις: Στην πρώτη, η εγκατάσταση του Κολλεγίου Deree σχεδιάστηκε και κατασκευάστηκε για να καλύψει μέρος από τις ενεργειακές ανάγκες του. Στη δεύτερη ολοκληρώθηκε η εγκατάσταση του Κολλεγίου Pierce, για την κάλυψη των αντίστοιχων αναγκών του.
Ο σχεδιασμός και των δύο εγκαταστάσεων, βασίστηκε στις ακόλουθες αρχές:
α) Η συλλεγόμενη ηλιακή ενέργεια, υπό μορφή θερμότητας, έπρεπε να χρησιμοποιηθεί απ’ευθείας για την κάλυψη των υφισταμένων αναγκών, δηλαδή χωρίς την μεσολάβηση αποθηκεύσεως θερμότητας. Απεδείχθη μάλιστα στην συνέχεια ότι η μέχρι τότε εφαρμοζόμενη αποθήκευση θερμότητας θα μείωνε κατά 25 – 40% την συνολική απόδοση του συστήματος.
β) Η εγκατάσταση έπρεπε να έχει όσο το δυνατόν λιγότερους αυτοματισμούς για να είναι αξιόπιστη και εύχρηστη.
Με βάση τα ανωτέρω έγινε η τεχνική μελέτη και το έργο κατασκευάστηκε, δοκιμάστηκε και τέθηκε σε λειτουργία αμέσως μετά. Χρησιμοποιήθηκαν συνολικά 125 ηλιακοί συλλέκτες σωλήνων κενού της GENERAL ELECTRIC, που εγκαταστάθηκαν σε ειδικά κατασκευασμένες βάσεις από αλουμίνιο. Χρησιμοποιήθηκαν τέσσερις ψύκτες απορροφήσεως YAZAKI, συνολικής ονομαστικής ισχύος 50 ψυκτικών τόννων και πύργος ψύξεως ελληνικής κατασκευής 100 ψυκτικών τόννων. Το νερό χρήσης παρασκευάζεται σε ένα παρασκευαστήρα όγκου 3000lt.
Στο έργο χρησιμοποιήθηκαν 10,4m² συλλεκτικής επιφάνειας ανά ψυκτικό τόννο ονομαστικής ισχύος. Συγκριτικά αναφέρεται ότι σε μία παρόμοια εγκατάσταση, στο Sunforest medical center, στο Toledo / Ohio των Η.Π.Α., απαιτήθηκαν 14,6m² συλλεκτικής επιφάνειας ανά ψυκτικό τόννο.
Από λειτουργικής πλευράς, αξίζει να αναφερθεί ότι οι ηλιακοί συλλέκτες αποδίδουν συνολική θερμική ισχύ περίπου 200KW στους 95°C η οποία μετατρέπεται σε ψυκτική ισχύ 140KW στους 7°C.
Για λόγους συγκρίσεως, κατά καιρούς εκτελέστηκαν διάφορα πειράματα για την εύρεση της επιδράσεως της δεξαμενής αποθηκεύσεως στην απόδοση του συστήματος. Από τα πειράματα αυτά προέκυψε ότι χωρίς δεξαμενή αποθηκεύσεως, η παρεχομένη στο ψύκτη θερμότητα και η παραγόμενη από αυτόν ψύξη ήταν κατά 25% περισσότερη από ότι με τη χρήση δεξαμενών όγκου 8000lt και 40% περισσότερη για αποθήκευση 12,000lt.
3. ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ:
Η συνδυασμένη χρήση της ηλιακής ενέργειας για θέρμανση – ψύξη χώρων χωρίς αποθήκευση θερμότητος πλην του νερού χρήσης, παραγωγή νερού χρήσεως είναι σήμερα τεχνικά εφικτή. Ειδικά, αναφέρεται ότι αν υπάρχει διαθέσιμη θάλασσα ή λίμνη για την απόρριψη της θερμότητος, τότε η ηλιακή ψύξη είναι και οικονομικά εφικτή.
4. Η ΣΥΜΒΟΛΗ ΤΗΣ ΕΤΑΙΡΙΑΣ ΗΛΙΟΣΤΑΤΗΣ ΕΠΕ.
Στο έργο αυτό, το μεγαλύτερο του είδους του στην Ευρώπη και το πρώτο στην Ελλάδα, το προσωπικό της εταιρείας ΗΛΙΟΣΤΑΤΗΣ ΕΠΕ. συνετέλεσε στην υλοποίησή του, από του σχεδιασμού του μέχρι της εγκαταστάσεως του εξοπλισμού και την θέση του σε λειτουργία. Η δημιουργία αυτού του έργου, βασίστηκε σε ιδέες και παραδοχές που αναπτύχθηκαν για πρώτη φορά στην διεθνή τεχνολογική επικαιρότητα από τους μηχανικούς της εταιρίας και επιβεβαιώθηκαν στη συνέχεια από την επιτυχή κατάληξή του. Μπορεί πλέον να αναφερθεί με ικανοποίηση, ότι η ηλιακή εγκατάσταση θερμάνσεως – ψύξεως του Αμερικανικού Κολλεγίου αποτελεί σήμερα τμήμα διεθνής αναγνωρισμένης τεχνολογίας.
Βιβλιογραφία (1) Korres C. J., Koumoutsos N.G., Bardakas, E.E., and Karabateas E.N., «The influence of the heat storage in the Overall Performance of a Solar Cooling Installation», ISES Solar World Congress, Hambourg, 1987. (2) INTERNATIONAL ENERGY AGENCY, Technologies for Energy Efficiency and Fuel Switching, The Greek Approach Combining Efficiency and Renewable Energy Applications, Paris 1988.