Συντάχθηκε 29-08-2018 12:13
Ενημερώθηκε:
07-09-2018 16:06
ΠΟΛΥΤΕΧΝΕΙΟ ΚΡΗΤΗΣ
Σχολή Μηχανικών Περιβάλλοντος, Πολυτεχνειούπολη, Χανιά 73100
ΑΝΑΚΟΙΝΩΣΗ ΠΑΡΟΥΣΙΑΣΗΣ Διπλωματικής
(για Ανάρτηση)
Όνοματεπώνυμο Φοιτητή: Σκουρτανιώτη Έλλη - Βαρβάρα
Α.Μ.: 2013050097
Ημερομηνία Παρουσίασης: 31-08-2018
Ώρα: 11.00 πμ
Αίθουσα: Κ2.Α11
Θέμα «Ανάλυση απόδοσης θερμοηλεκτρικών διατάξεων για θέρμανση και ψύξη κτηρίων»
Title «Efficiency of thermoelectric modules in cooling and heating of buildings»
Επιβλέπων: Διονυσία Κολοκοτσά
Τριμελής Εξεταστική Επιτροπή:
1…Διονυσία Κολοκοτσά
2…Θεοχάρης Τσούτσος
3…Κωνσταντίνος Καλαϊτζάκης
Περίληψη:
Το θέμα της συγκεκριμένης διπλωματικής εργασίας είναι «Ανάλυση απόδοσης θερμοηλεκτρικών διατάξεων για θέρμανση και ψύξη κτηρίων». Σκοπός της είναι η παρατήρηση της συμπεριφοράς των θερμοστοιχείων κάτω από διάφορες συνθήκες που σχετίζονται με παραμέτρους του παρεχόμενου ηλεκτρικού ρεύματος, καθώς και ο έλεγχος των αποτελεσμάτων που προκαλούν σε ένα φυσικό μοντέλο.
Αρχικά, αναλύεται το θεωρητικό υπόβαθρο που σχετίζεται με τα θερμοηλεκτρικά στοιχεία και τις διάφορες μεταβλητές που τα χαρακτηρίζουν, όπως είναι το figure of merit (zT) και ο συντελεστής Seebeck. Ταυτόχρονα, αναλύεται το φαινόμενο Seebeck, η ικανότητα δηλαδή των θερμοηλεκτρικών υλικών να μετατρέπουν την ηλεκτρική ενέργεια σε θερμοκρασιακό δυναμικό και τούμπαλιν.
Ύστερα, περιγράφεται η πειραματική διαδικασία που ακολουθήθηκε στην συγκεκριμένη εργασία. Πρώτα από όλα, πραγματοποιήθηκε το στάδιο της προεργασίας, κατά το οποίο κατασκευάστηκε ένα ψηφιακό μοντέλο μέσω της πλατφόρμας του EnergyPlus, ώστε να εξεταστεί θεωρητικά το μοντέλο σε για την θερμοκρασία που θα αναπτύξει εντός του, βάσει των καιρικών της Σούδας Χανίων. Στη συνέχεια δημιουργήθηκε το φυσικό μοντέλο από πολυουρεθάνη, του οποίου μετρήθηκε η θερμοκρασία εσωτερικά και συνεκρίθηκε με την περιβαλλοντική, με σκοπό την απόφαση του θερμοκρασιακού εύρους που έπρεπε να έχει το υλικό που θα χρησιμοποιoύταν. Αυτό κατέληξε να είναι το Bi2Te3, διότι επιδεικνύει τον υψηλότερο συντελεστή zT για χαμηλό θερμοκρασιακό εύρος, που συνάδει με αυτό του γήινου περιβάλλοντος.
Έπειτα, έλαβε χώρα η κύρια πειραματική διαδικασία, κατά την οποία κατασκευάστηκε ένα ακόμα μοντέλο από πολυουρεθάνη. Σε αυτό τοποθετήθηκαν πέντε θερμοηλεκτρικά στοιχεία και μετρούταν η θερμοκρασία, συγκρίνοντάς την με την θερμοκρασία του μοντέλου που δεν είχε ενσωματωμένα θερμοηλεκτρικά. Σε αυτή την φάση, εξετάστηκαν διάφοροι συνδυασμοί αναφορικά με το πλήθος των θερμοηλεκτρικών που ήταν σε λειτουργία και την ύπαρξη ή μη αερισμού για την απαγωγή θερμότητας από το μοντέλο.
Ο βέλτιστος συνδυασμός παρατηρήθηκε με την ενεργοποίηση μιας μόνο θερμοηλεκτρικής διάταξης και τον αερισμό μέσω ανεμιστήρα, ενώ η χείριστη περίπτωση ήταν με την λειτουργία και των πέντε θερμοηλεκτρικών διατάξεων με απουσία ανεμιστήρα. Αυτό αιτιολογείται λαμβάνοντας υπόψη την ισχύ του τροφοδοτικού, η οποία ήταν χαμηλή και δεν μπορούσε να υποστηρίξει την ταυτόχρονη λειτουργία όλων των διατάξεων.
Τέλος, αναφέρονται κάποιες προτάσεις για μελλοντική έρευνα σε αυτό το θέμα. Σε αυτές συμπεριλαμβάνονται και η χρήση ανεμιστήρων για πιο ομοιόμορφη διάχυση της θερμότητας στο εσωτερικό του μοντέλου, καθώς και η χρήση ισχυρότερου τροφοδοτικού προς την ύπαρξη μεγαλύτερης θερμοκρασιακής διαφοράς στις θερμοηλεκτρικές διατάξεις. Ακόμα θα ήταν ενδιαφέρον να παρατηρηθεί η συμπεριφορά των θερμοηλεκτρικών σε εποχές πέραν του καλοκαιριού και σε λειτουργία θέρμανσης, και όχι ψύξης.
Abstract:
Over the last few decades, the need for a new way of energy production has grown significantly, as fossil fuels are on the brink of extinction and the planet is in need of more environmentally friendly technologies. A very promising, environmentally friendly way for energy production is the use of thermoelectric materials and, thus, the Peltier modules.
Peltier modules are named after Jean Charles Athanase Peltier, who in the early 1800s discovered the presence of heating or cooling at an electrified junction of two different conductors. This particular phenomenon is called the Peltier effect, which is essentially the reverse of the Seebeck effect. During the Seebeck effect heat is converted directly into electricity at the junction of different types of wire.
In this particular study, the Seebeck effect was observed as a way to measure the efficiency of thermoelectric modules. For a Peltier module to produce electrical current, a different temperature on each side of the module is needed. The heat source for this experiment was the waste heat originating from the solar energy.
For the efficiency of the modules to be determined, a physical model made of polyurethane panels was constructed. The selections of polyurethane panels were determined, in order for the physical model to be completely insulated. Specifically, the model is a cube with internal dimensions of 1m x 1m x 1m, and on one of its sides, the thermoelectric modules were placed. The thermoelectric modules were used as cooling devices.
The modules’ voltage and amperage were constantly measured, as well as the temperature in several places inside and outside of the cube. At the same time, the internal temperatures of a duplicated cube with no thermoelectric modules were measured, in order to make a comparison with the original cube.
The thermoelectric modules made a significant difference in the temperature inside of the cube, compared to the cube that had no modules on it. The use thermoelectric modules is a promising technology for the future of heating and cooling in buildings, without using large amounts of energy or aggravating the climate change.
Τόπος: Κ2 - Κτίριο ΜΗΠΕΡ, Κ2.Α.11
Έναρξη: 31/08/2018 11:00
Λήξη: 31/08/2018 12:00
