PCM BOOSTER

Το Έργο χρηματοδοτήθηκε από το «Επιχειρησιακό Πρόγραμμα «ΑΝΑΤΟΛΙΚΗ ΜΑΚΕΔΟΝΙΑ – ΘΡΑΚΗ» 2014–2020
της ΕΥΔ ΕΠ Περιφέρειας Ανατολικής Μακεδονίας και Θράκης με κωδικό Πράξης: ΑΠΘΡ7-0076438

Η αποθήκευση ενέργειας με τη μορφή λανθάνουσας θερμότητας (LHTES – Latent Heat Thermal Energy Storage) αποτελεί μία ώριμη τεχνολογία , η οποία έχει διερευνηθεί εκτενώς τα τελευταία 20-25 χρόνια. Ένα από τα κρίσιμα στοιχεία για τη λειτουργία των συστημάτων LHTES είναι τα Υλικά Αλλαγής Φάσης (PCMs – Phase Change Materials). Έχουν αναπτυχθεί πολλά PCMs, τα οποία διακρίνονται σύμφωνα με τη σύστασή τους σε οργανικά, ανόργανα και ευτηκτικά. Στην κατηγορία των οργανικών ανήκουν οι παραφίνες, οι οποίες παρουσιάζουν πολύ καλή χημική σταθερότητα, υψηλή λανθάνουσα θερμότητα τήξης και διατηρούν τις θερμικές τους ιδιότητες μετά από πολλούς κύκλους φόρτισης – αποφόρτισης. Η θερμοκρασία τήξης εξαρτάται από τον τύπο της παραφίνης με αποτέλεσμα να είναι δυνατή η χρήση τους τόσο σε εφαρμογές θέρμανσης αλλά και ψύξης. Το βασικό μειονέκτημα τους είναι ο χαμηλός συντελεστής θερμικής αγωγιμότητας, ο οποίος μπορεί να βελτιωθεί με την ενσωμάτωση λεπτότοιχων μεταλλικών πτερυγίων στη δεξαμενή αποθήκευσης ή τη μακρο/ μικροενθυλάκωση της παραφίνης και της δημιουργίας σύνθετων υλικών.

Ένα από τα σύγχρονα συστήματα θέρμανσης και ψύξης εσωτερικών χώρων αποτελούν οι αντλίες θερμότητας αέρα – αέρα. Μπορούν να επιτύχουν υψηλούς συντελεστές απόδοσης και διαθέτουν υψηλό βαθμό αυτοματοποίησης καθώς και έξυπνα χαρακτηριστικά λειτουργίας. Στα συστήματα αυτά ο φορέας ενέργειας είναι ψυκτικό ρευστό, το οποίο χρησιμοποιείται για τη ψύξη ή τη θέρμανση του αέρα των κλιματιζόμενων χώρων. Διακρίνονται σε αυτόνομες κλιματιστικές μονάδες (τα γνωστά σε όλους κλιματιστικά), στις οποίες ο αέρας ψύχεται ή θερμαίνεται απευθείας σε εναλλάκτες θερμότητας αέρα-ψυκτικού μέσου (η εξάτμιση ψυκτικού μέσου προκαλεί ψύξη και η συμπύκνωση θέρμανση). Διακρίνονται σε μονάδες του ενός τεμαχίου (self contained) και σε διμερείς μονάδες (split units). Επίσης, εκτός από τις αυτόνομες και τις διμερείς μονάδες κατασκευάζονται και κεντρικά συστήματα με μία εξωτερική μονάδα (ή συστοιχίες μονάδων) και κυκλοφορία του ψυκτικού μέσου σε πολλές εσωτερικές μονάδες (ονομάζονται συστήματα VRV – Variable Refrigerant Volume).

Η εταιρία VERTECO έχει προβεί στην εγκατάσταση πολλών συστημάτων VRV τα τελευταία χρόνια. Μέσα από την πολύχρονη εμπειρία που έχει αποκτηθεί, έχουν αναγνωριστεί και τα μειονεκτήματα των συγκεκριμένων συστημάτων. Στόχος του έργου είναι η ανάπτυξη ενός αποδοτικού και χρηστικού μεγέθους συστήματος αποθήκευσης ενέργειας με στόχο την αντιμετώπιση της παύσης λειτουργίας κατά την απόψυξη αλλά και την δημιουργία εφεδρείας για την αντιμετώπιση απότομων αυξήσεων στην κατανάλωση ενέργειας, ειδικά κατά τις χρονικές στιγμές όπου η μονάδα VRV εργάζεται με χαμηλό συντελεστή απόδοσης.

ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ

H πιλοτική εφαρμογή των προσομοιώσεων και εργαστηριακών αποτελεσμάτων του Έργου, υλοποιήθηκε με χρήση εξοπλισμού της LG Electronics τύπου VRV MULTI V 5. Από τα αποτελέσματα των εργαστηριακών σεναρίων προκύπτει ότι υπάρχει θετική επίδραση της χρήσης της αποθήκης PCM στην απόδοση ενός συστήματος κλιματισμού τύπου VRV με δυνατότητα ανάκτηση ενέργειας. Μετρώντας την καταναλισκόμενη ενέργεια διαπιστώνουμε  υπόψη τις καταναλώσεις διαπιστώνεται πως η διάταξη κεντρικού κλιματισμού καταναλώνει λιγότερη ενέργεια έως και 5% λειτουργώντας σε συνδυασμό με αποθήκευση ενέργειας σε υλικά αλλαγής φάσης.

Επίσης, εκτιμούμε ότι η λύση της μακροχρόνιας αποθήκευσης θερμικής ενέργειας, που εξετάσθηκε στα πλαίσια του Έργου ως εξαιρετικά αποδοτική για την πλήρη εκμετάλλευση του Ηλιακού δυναμικού, ιδιαίτερα σε κτίρια με επαρκή χώρο για εγκατάσταση ηλιακών πεδίων και δοχείων αποθήκευσης. Ο συνδυασμός τους με υφιστάμενες εγκαταστάσεις VRV, ο οποίος είναι δυνατόν να επιτευχθεί με την χρήση διάταξης αποθήκευσης ενέργειας σε PCM σύμφωνα με την Πιλοτική Εργαστηριακή Εγκατάσταση που υλοποιήσαμε, αυξάνει σημαντικά τον βαθμό απόδοσής του με την χρήση ΑΠΕ, ενώ μπορεί να πραγματοποιηθεί με την χρήση εμπορικού εξοπλισμού ευρέως διαθέσιμου στην αγορά και με κόστος χαμηλότερο από αντίστοιχες λύσεις μακροχρόνιας αποθήκευσης νερού.

Ως μειονέκτημα της λύσης της μακροχρόνιας εγκατάστασης των PCM θεωρούμε τον μεγάλο απαιτούμενο όγκο αποθήκευσης, καθώς και το κόστος αγοράς τους. Εκτιμούμε μέσω της έρευνας αγοράς που πραγματοποιήσαμε ότι εντός τις τρέχουσας δεκαετίας η απόδοσή τους θα βελτιωθεί σημαντικά, αποτελώντας μια ελκυστική εναλλακτική λύση για την θέρμανση κατοικιών η κτιρίων του τριτογενούς τομέα με 12μηνη χρήση.