Design of a Solar Thermal Powered Cooling System
Hurri, Olli (2011)
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi:amk-2011053110537
https://urn.fi/URN:NBN:fi:amk-2011053110537
Tiivistelmä
Tiivistelmä
Kuudessa tunnissa aurinko säteilee maailman aavikoille enemmän energiaa kuin koko ihmiskunta kuluttaa vuodessa. Kesäisin samainen energialähde aiheuttaa epämiellyttävän kuumuuden asuintiloihin esimerkiksi Etelä-Euroopassa. Huolimatta epämiellyttävän kuumuuden ja käytettävissä olevan aurinkoenergian samanaikaisuudesta, asuintiloja jäähdytetään pääasiassa matalahyötysuhteisilla sähköteknologioilla. Globaalien ympäristöongelmien, kuten ilmastonmuutoksen torjunnassa sähkönkulutuksen pienentäminen on avainasemassa. Ilmastoinnin osalta mahdollinen tulevaisuuden ratkaisu kesäisen sähkökuorman alentamiseen on aurinkojäähdytys.
Saksassa Robert Bosch GmbH:n tutkimusyksikössä tehdyn opinnäytetyön aiheena oli aurinkoenergiaa hyödyntävän ilmastointikoneen omakotitalosovelluksen suunnittelu. Aurinkojäähdytys perustuu kuivaushaihdutusjäähdytykseen (DEC), joka käyttää auringon lämpöenergiaa kuivausaineen regenerointiin. Aurinkoenergian suoman hyödyn ansiosta tehokas ilmastointi on mahdollista toteuttaa minimaalisella sähkönkulutuksella.
Opinnäytetyön suurin haaste oli DEC-prosessia kunnioittavan ja kooltaan omakotitaloon sopivan ilmastointikoneen suunnittelu. Keskeinen ongelma oli vaatimusten mukainen toisistaan riippuvien rakenteen ja painehäviön optimointi. Itse optimointi perustui jäähdytysprosessin ja ilmastointikoneen komponenttien teorian ohella fyysisen rakenteen ideointiin, sekä toiminnallisten komponenttien suunnitteluun koneenrakennuksen ja virtausdynamiikan keinoin.
Suunnittelutyön tuloksia ovat ensisijaiset vaatimukset täyttävät 3D-mallit omakotitalosovelluksesta, sekä järjestelmän optimoidut toiminnalliset komponentit. Suunnitellun järjestelmän painehäviö on määritetty kattavasti, jonka perusteella aurinkojäähdytyksellä voidaan saavuttaa sähköinen hyötysuhde noin 29. Lisäksi tuloksena täytyy mainita keksintö venttiilimekanismista, joka mahdollistaa matalahäviöisen ilmavirtojen kontrolloinnin jokaisessa avoimessa DEC-sovelluksessa. Opinnäytetyön tulosten nojalla voidaan aurinkojäähdytys omakotitalosovelluksissa todeta järkeväksi. Lisäksi järjestelmän yksinkertaista rakennetta ja työssä käytettyjä suunnittelulinjoja voidaan käyttää tukevana pohjana varsinaiselle tuotekehitykselle kohti energiatehokasta ilmastointia.
Kuudessa tunnissa aurinko säteilee maailman aavikoille enemmän energiaa kuin koko ihmiskunta kuluttaa vuodessa. Kesäisin samainen energialähde aiheuttaa epämiellyttävän kuumuuden asuintiloihin esimerkiksi Etelä-Euroopassa. Huolimatta epämiellyttävän kuumuuden ja käytettävissä olevan aurinkoenergian samanaikaisuudesta, asuintiloja jäähdytetään pääasiassa matalahyötysuhteisilla sähköteknologioilla. Globaalien ympäristöongelmien, kuten ilmastonmuutoksen torjunnassa sähkönkulutuksen pienentäminen on avainasemassa. Ilmastoinnin osalta mahdollinen tulevaisuuden ratkaisu kesäisen sähkökuorman alentamiseen on aurinkojäähdytys.
Saksassa Robert Bosch GmbH:n tutkimusyksikössä tehdyn opinnäytetyön aiheena oli aurinkoenergiaa hyödyntävän ilmastointikoneen omakotitalosovelluksen suunnittelu. Aurinkojäähdytys perustuu kuivaushaihdutusjäähdytykseen (DEC), joka käyttää auringon lämpöenergiaa kuivausaineen regenerointiin. Aurinkoenergian suoman hyödyn ansiosta tehokas ilmastointi on mahdollista toteuttaa minimaalisella sähkönkulutuksella.
Opinnäytetyön suurin haaste oli DEC-prosessia kunnioittavan ja kooltaan omakotitaloon sopivan ilmastointikoneen suunnittelu. Keskeinen ongelma oli vaatimusten mukainen toisistaan riippuvien rakenteen ja painehäviön optimointi. Itse optimointi perustui jäähdytysprosessin ja ilmastointikoneen komponenttien teorian ohella fyysisen rakenteen ideointiin, sekä toiminnallisten komponenttien suunnitteluun koneenrakennuksen ja virtausdynamiikan keinoin.
Suunnittelutyön tuloksia ovat ensisijaiset vaatimukset täyttävät 3D-mallit omakotitalosovelluksesta, sekä järjestelmän optimoidut toiminnalliset komponentit. Suunnitellun järjestelmän painehäviö on määritetty kattavasti, jonka perusteella aurinkojäähdytyksellä voidaan saavuttaa sähköinen hyötysuhde noin 29. Lisäksi tuloksena täytyy mainita keksintö venttiilimekanismista, joka mahdollistaa matalahäviöisen ilmavirtojen kontrolloinnin jokaisessa avoimessa DEC-sovelluksessa. Opinnäytetyön tulosten nojalla voidaan aurinkojäähdytys omakotitalosovelluksissa todeta järkeväksi. Lisäksi järjestelmän yksinkertaista rakennetta ja työssä käytettyjä suunnittelulinjoja voidaan käyttää tukevana pohjana varsinaiselle tuotekehitykselle kohti energiatehokasta ilmastointia.