Αξιολόγηση και βελτιστοποίηση αντλίας θερμότητας αέρος - νερού
Evaluation and optimization of heat pump air to water
Keywords
Συντελεστής συμπεριφοράς ; Θερμοκρασία ατμοποίησης ; Θερμοκρασία συμπύκνωσης ; Θερμοκρασία υπόψυξης ; Αντλίες θερμότητας ; Ηλεκτρική κατανάλωσηAbstract
Η διπλωματική εργασία αναφέρετε στις ανάλυση του τρόπου λειτουργίας των αντλιών θερμότητας αέρος
– νερού καθώς και στην αύξηση της αποδοτικότητας τους μέσα από μεταβολές των συνθηκών λειτουργίας
του ψυκτικού μέσου. Πιο αναλυτικά, αφού γίνει μία ανάλυση των μηχανικών μερών που αποτελείτε μία
αντλία θερμότητας αέρος – νερού και την λειτουργία που κάνει κάθε μέρος της, γίνεται εκτενέστερη
αναφορά στα ψυκτικά τα οποία χρησιμοποιούνται. Παράλληλα αναφέρεται τι είναι ο βαθμός
αποδοτικότητας της αντλίας και ποιοι παράγοντες μπορούν να τον επηρεάσουν. Βάση αυτών που
αναφέρθηκαν παραπάνω γίνεται μία σύγκριση μεταξύ τεσσάρων ψυκτικών μέσων, κάποια από τα οποία
χρησιμοποιήθηκαν κατά κόρων παλαιότερα και κάποια τα οποία θα μπορούσαν να τα αντικαταστήσουν,
καθώς τα τελευταία αποτελούσαν πλήγμα στον περιβαλλοντικό τομέα. Τα ψυκτικά αυτά μελετήθηκαν
γύρω από έναν άξονα τεσσάρων θερμοκρασιών οι οποίες είναι οι θερμοκρασίες ατμοποίησης και
συμπίεσης του ψυκτικού μέσου, καθώς και οι θερμοκρασίες υπερθέρμανσης και υπόψυξης. Τα
αποτελέσματα που προέκυψαν έδειξαν το ψυκτικό μέσο R600a ως καταλληλότερο αντικαταστάτη, καθώς
εμφάνιζε αρκετά μεγάλο δείκτη COP στις αντίστοιχες θερμοκρασίες, ενώ παράλληλα αποτελεί μία φιλική
προς το περιβάλλον λύση. Στο αμέσως επόμενο κεφάλαιο της εργασία αναλύθηκαν οι καταναλώσεις που
προέκυψαν από την κάθε παραπάνω περίπτωση σύγκρισης και διαπιστώθηκε ότι το εν λόγο ψυκτικό μέσω
έχει εξίσου χαμηλές καταναλώσεις ηλεκτρικής ενέργειας, άρα συνδυάζει μία εξίσου αποδοτική και
οικονομική λύση. Το ψυκτικό μέσω με την χειρότερη αποδοτικότητα είναι το R410A το οποίο εμφάνιζε
χαμηλό COP για την αντίστοιχες θερμοκρασίες. Επιπλέον, τα οικονομικά οφέλη που προέκυψαν από το
τελευταίο δεν είναι ελκυστικά, αφού λόγο των εξαιρετικά μεγάλων πιέσεων λειτουργίας που είχε την
μεγαλύτερη κατανάλωση ηλεκτρικής ενέργεια στον συμπιεστή. Έτσι ήταν μία δαπανηρή επιλογή χωρίς να
εμφανίζει αυξημένο βαθμό αποδοτικότητας. Τέλος τα υπόλοιπα ψυκτικά εμφάνιζαν ενδιάμεσες τιμές των
οποίων τα αποτελέσματα αναφέρονται εκτενέστερα στη συνέχεα την εργασίας.
Abstract
The thesis focuses on analyzing the operation of air-to-water heat pumps and increasing their efficiency
through variations in the operating conditions of the refrigerant. More specifically, after analyzing the
mechanical components that constitute an air-to-water heat pump and the function of each part, there is a
detailed discussion of the refrigerants used. Additionally, the coefficient of performance (COP) of the pump
is explained, along with the factors that can influence it. Based on the above, a comparison is made
between four refrigerants, some of which were commonly used in the past and some of which could serve
as replacements, as the latter posed a threat to the environment. These refrigerants were studied based on
four temperature points: the boiling and condensation temperatures of the refrigerant, as well as the
superheat and subcooling temperatures. The results showed that R600a refrigerant was the most suitable
replacement, as it exhibited a significantly high COP at the corresponding temperatures, while also being an
environmentally friendly solution. In the next chapter of the thesis, the energy consumptions resulting
from each comparison case were analyzed, revealing that R410A refrigerant had the lowest efficiency, as it
showed a low COP at the corresponding temperatures. Furthermore, the economic benefits derived from
this refrigerant were not attractive, as it had the highest electricity consumption due to the extremely high
operating pressures on the compressor. Thus, it was a costly choice without showing an increased level of
efficiency. Finally, the other refrigerants exhibited intermediate values, the results of which are discussed
further in the subsequent chapters of the thesis.