Πειραματική μελέτη συγκεντρωτικού ηλιακού θερμικού συλλέκτη πολλαπλών αγωγών

datacite.contributor.SupervisorΣουλιώτης, Εμμανουήλ
dc.contributor.authorΜαρκαντωνάτος, Γεράσιμος
dc.contributor.otherMarkantonatos, Gerasimos
dc.date.accessioned2026-10-05T07:07:47Z
dc.date.available2026-10-05T07:07:47Z
dc.date.issued2026-10-04
dc.degreemasterThesis
dc.description.abstractΗ παρούσα διπλωματική εργασία επικεντρώνεται στον σχεδιασμό, την κατασκευή και την πειραματική αξιολόγηση της θερμικής συμπεριφοράς ενός ολοκληρωμένου ηλιοθερμικού συστήματος, το οποίο βασίζεται σε έναν πρωτότυπο γραμμικό συγκεντρωτικό συλλέκτη σύνθετης παραβολής (Compound Parabolic Concentrator – CPC) χωρίς σύστημα ηλιοπαρακολούθησης. Η κατασκευή υλοποιήθηκε με τη χρήση προσιτών, εμπορικά διαθέσιμων υλικών (συμπιεσμένη ξυλεία ως φέροντας οργανισμός και επένδυση αλουμινίου για την ανακλαστική επιφάνεια) και ενσωματώνει πρωτότυπο απορροφητή τεσσάρων καναλιών ροής με προσαρμοσμένα μεταλλικά πτερύγια. Το σύστημα λειτουργεί ως κλειστό υδραυλικό κύκλωμα με μίγμα νερού-γλυκόλης (80-20) στο πρωτεύον κύκλωμα και δεξαμενή αποθήκευσης καθαρού όγκου 72 λίτρων στο δευτερεύον. Η πειραματική διαδικασία διεξήχθη υπό πραγματικές υπαίθριες συνθήκες σε εννέα (9) ανεξάρτητες ημέρες (Ιούνιος 2026). Η επεξεργασία των δεδομένων βασίστηκε στον εντοπισμό παραθύρων οιονεί μόνιμης κατάστασης (steady-state). Παράλληλα, εφαρμόστηκε αυστηρή μετρολογική ανάλυση αβεβαιότητας βάσει της μεθόδου Kline-McClintock, αξιοποιώντας το Σφάλμα Πλήρους Κλίμακας (Full Scale Error - FSE) για τα θερμοζεύγη Τύπου T ώστε να αποφευχθεί η τεχνητή μεγέθυνση του σφάλματος στις χαμηλές διαφορές θερμοκρασίας. Η εξαγωγή των χαρακτηριστικών καμπυλών απόδοσης πραγματοποιήθηκε με γραμμική προσαρμογή ελαχίστων τετραγώνων σύμφωνα με το μοντέλο Hottel-Whillier-Bliss. Τα πειραματικά αποτελέσματα απέδειξαν ότι ο συλλέκτης CPC επιτυγχάνει φαινόμενη μέγιστη οπτική απόδοση η_0=80,6% με συντελεστή γραμμικών θερμικών απωλειών a_1=3,58 〖"W/m" 〗^2 "K" (τιμή απολύτως αναμενόμενη λόγω της απουσίας γυάλινου καλύμματος). Η συνολική ενεργειακή απόδοση του συστήματος αποθήκευσης ανήλθε σε η_(0,sys)=63,4% με συντελεστή απωλειών a_(1,sys)=9,78 〖"W/m" 〗^2 "K" , αποτυπώνοντας την αθροιστική επίδραση του εναλλάκτη θερμότητας και των εξωτερικών σωληνώσεων. Η συνολική σχετική αβεβαιότητα διατηρήθηκε σε εξαιρετικά χαμηλά και βιομηχανικώς αποδεκτά επίπεδα (∼7,0% για τον συλλέκτη και ∼4,8% για το σύστημα). Η εργασία τεκμηρίωσε την τεχνική βιωσιμότητα της κατασκευής και θέτει ισχυρές βάσεις για μελλοντικές βελτιώσεις, όπως η προσθήκη διαφανούς υαλοπίνακα.
dc.description.translatedabstractThis diploma thesis focuses on the design, construction, and experimental evaluation of an integrated solar thermal system based on a novel Compound Parabolic Concentrator (CPC) linear collector operating without a sun-tracking mechanism. The collector was manufactured using accessible, commercially available materials (compressed wood as the structural frame and aluminum foil for the reflective surface) and features a custom four-channel flow absorber equipped with metallic fins. The system operates as a closed-loop hydraulic circuit utilizing an 80-20 water-glycol mixture in the primary loop and a 72-liter storage tank in the secondary loop. Outdoor experimental tests were conducted over nine (9) independent days during June 2026. Data processing relied on identifying steady-state operating windows. Furthermore, a rigorous uncertainty analysis was implemented using the Kline-McClintock method, incorporating the Full Scale Error (FSE) approach for Type T thermocouples to prevent artificial error inflation at low temperature differences. The characteristic performance curves were derived via least-squares linear fitting based on the Hottel-Whillier-Bliss model. Experimental results demonstrate that the CPC collector achieves an apparent optical efficiency of η_0=80.6% with a heat loss coefficient of a_1=3.58 〖"W/m" 〗^2 "K" , which is fully justified by the uncovered nature of the absorber. The overall system energy efficiency reached η_(0,sys)=63.4% with a corresponding loss coefficient of a_(1,sys)=9.78 〖"W/m" 〗^2 "K" , reflecting the cumulative thermal penalties introduced by the internal heat exchanger and the piping network. The relative experimental uncertainties remained tightly controlled at approximately ∼7.0% for the collector and ∼4.8% for the system. This study substantiates the technical feasibility of low-cost CPC manufacturing, establishing a solid foundation for future optimization, such as the addition of a transparent glazing cover.
dc.identifier.urihttps://hdl.handle.net/10889/32828
dc.language.isoel
dc.rightsAttribution-NoDerivatives 4.0 Internationalen
dc.rights.urihttp://creativecommons.org/licenses/by-nd/4.0/
dc.subjectΣυγκεντρωτικοί ηλιακοί συλλέκτες
dc.subjectΣύνθετη Παραβολή
dc.subjectΘερμική απόδοση
dc.subjectΗλιοθερμικά συστήματα
dc.subject.alternativeCompound parabolic concentrators (CPC)
dc.subject.alternativeSolar thermal collectors
dc.subject.alternativeSolar thermal systems
dc.subject.alternativeHottel-Whillier-Bliss model
dc.titleΠειραματική μελέτη συγκεντρωτικού ηλιακού θερμικού συλλέκτη πολλαπλών αγωγών
dc.title.alternativeExperimental study of multipipe concentrating solar thermal collector

Files

Original bundle
Now showing 1 - 1 of 1
Loading...
Thumbnail Image
Name:
DT_M_Μαρκαντωνάτος_Γεράσιμος_1085257.pdf
Size:
4.55 MB
Format:
Adobe Portable Document Format
License bundle
Now showing 1 - 1 of 1
No Thumbnail Available
Name:
license.txt
Size:
5.02 KB
Format:
Item-specific license agreed upon to submission
Description: