Υπολογιστική προσομοίωση λειτουργίας αντλίας θερμότητας

Abstract

Τις τρεις τελευταίες δεκαετίες η χρήση αντλιών θερμότητας παγκοσμίως, γίνεται όλο και μεγαλύτερη. Οι πιο διαδεδομένες είναι οι μικρές αντλίες θερμότητας, με βάση τον κύκλο συμπίεσης ψυχρών ατμών, που παράγονται κατά εκατοντάδες χιλιάδες κάθε χρόνο και χρησιμοποιούνται για θέρμανση και ψύξη σε πολλές χώρες. Ιδιαίτερα μεγάλη εφαρμογή έχουν στη χώρα μας, όπου, λόγω των ήπιων κλιματολογικών συνθηκών και της μεγάλης ευκολίας ενσωμάτωσής τους στην αρχιτεκτονική οποιαδήποτε κτιρίου, θα μπορούσαν να εκτοπίσουν τα συμβατικά συστήματα θέρμανσης, ακόμα και σε υπάρχουσες κατασκευές. Από τα παραπάνω, γίνεται αντιληπτό, πόσο μεγάλο ενδιαφέρον παρουσιάζει κάθε δυνατότητα βελτιστοποίησης των συσκευών αυτών, η οποία είναι εφικτή μόνο κατόπιν εξοικείωσης με τα θερμοδυναμικά φαινόμενα που τις διέπουν. Ύστερα από την καταγραφή των χαρακτηριστικών μεγεθών τους, μέσω πειραματικών εργασιών, κρίνεται απαραίτητη η δημιουργία ενός μοντέλου που θα επισπεύδει τη διαδικασία ανάλυσης της συμπεριφοράς των μεγεθών αυτών. Βασικό στόχος αυτής της εργασίας είναι η επίτευξη ενός αξιόπιστου υπολογιστικού μοντέλου, που θα προσομοιάζει τη συμπεριφορά των διαφόρων χαρακτηριστικών μεγεθών της αντλίας θερμότητας. Για το σκοπό αυτό, καταστρώθηκαν ισοζύγια μόνιμης κατάστασης για τον εξατμιστή, το συμπυκνωτή, το συμπιεστή και τη βαλβίδα στραγγαλισμού. Τα ισοζύγια ενσωματώθηκαν σε πρόγραμμα Η/Υ, το οποίο υπολογίζει τις μόνιμες συνθήκες λειτουργίας της αντλίας θερμότητας, χρησιμοποιώντας κατάλληλη επαναληπτική διαδικασία. Το υπολογιστικό μοντέλο, αφού ελέγχθηκε ώστε να επαληθεύει τις χαρακτηριστικά λειτουργίας της υπάρχουσας αντλίας του εργαστηρίου, χρησιμοποιήθηκε για την πρόβλεψη της μεταβολής της απόδοσης της συσκευής (θερμική /ψυκτική ισχύς, COP, κλπ), συναρτήσει της συχνότητας του συμπιεστή, της θερμοκρασίας του περιβάλλοντος και της υπερθέρμανσης που υφίσταται το ψυκτικό στην έξοδο του εξατμιστή. Τα αποτελέσματα της προσομοίωσης μπορούν να συσχετιστούν με μετρήσεις που εκτελούνται στο εργαστήριο Φυσικών και Χημικών Διεργασιών και στη συνέχεια να χρησιμοποιηθούν για την αξιολόγηση πιθανών μετατροπών.