تحسين أداء منظومة تكييف الهواء المتكاملة مع الألواح الشمسية ومواد متغيرة الطور

الباحث

نور علاء الدين حسين

المشرف

عمار سعدون عبد الزهرة - اياد محمود سلمان

الجامعة

الجامعة التكنولوجية

الكلية / القسم

قسم الهندسة الميكانيكية / الهندسة الميكانيكية

الشهادة

ماجستير

السنة

2024

لغة الرسالة

انكليزي

الكلمات المفتاحية

Air conditioning;Solar panels;Phase change material;Energy saving

في بيئة حارة مثل العراق Gus يصل فصل الصيف إلى سبعة أشهرء لا غنى عن أنظمة تكييف الهواء، ويما أن أنظمة التكييف تستهلك كمية كبيرة من الطاقة، مما جعل الباحثين يحاولون إيجاد طرق لخفض الطاقة التي تستهلكها هذه الأنظمة. في هذه الدراسة تم دراسة طريقتين لتقليل استهلاك الطاقة وتحسين أداء نظام التكييف, كان النهج الأول هو دمج نظام التكييف مع مادة تغيير الطور (PCM) وكان النهج الثاني هو تشغيل نظام التكييف على الطاقة الشمسية بواسطة (الألواح الكهروضوئية). أجريت الدراسة في غرفة مكتب في aud الهندسة الميكانيكية في الجامعة التكنولوجية، العراق، من 20 مايو 2024 إلى 12 يونيو 2024. وصلت درجة الحرارة الخارجية في أيام الاختبار إلى 43 درجة مئوية، ونظام التكييف الذي تم اختياره هو مكيف الهواء المنفصلء وهو النوع الأكثر شيوعاً من أنظمة التكييف المستخدمة في العراق. الفكرة الأساسية للنهج الأول للدراسة هي خفض days حرارة الهواء قبل دخول المبخر عن طريق دمج PCM مع مكيف الهواء . وهذا يؤدي إلى تقليل استهلاك الطاقة، وذلك باستخدام وحدة Jai الحرارة. تحتوي هذه الوحدة على PCM الذي يمتص الحرارة من الهواء قبل دخوله إلى المبخر. إن /501 الذي تم اختياره للتكامل مع مكيف الهواء هو Rubitherm RTI8HC مع درجة حرارة تغيير الطور تبلغ 18 درجة مئوية، وهو مناسب لتطبيقات التبريد. لتصميم وحدة الهواء-/501، تم chal العديد من عمليات المحاكاة باستخدام ANSYS Fluent لاختيار التصميم الأفضل والظروف للجزء التجربيبي من الدراسة. خلصت نتائج المحاكاة إلى أن أفضل سمك (ارتفاع في الألواح) ل PCM هو 1 سم لعملية شحن ce ped وارتفاع قناة الهواء 3 سم للحصول على أفضل نقل حرارة فعال بين الهواء 5 PCM وسرعة 0.9 م / ث ل وقت Gad أسرع؛ وسرعة 5 ملث لعملية تفريغ أكثر كفاءة، ودرجة حرارة هواء 7 درجات مئوبة لشحن POM ودرجة حرارة هواء 25 درجة مئوية (في المتوسط) لعملية التفريغ. بدأت العملية التجريبية بعد تصميم وحدة نقل الحرارة الهوائية-5010/1 واختيار أفضل الظروف. تم إجراء ثلاث حالات الحالة الأولى هي حالة التحقق من النتائج النظرية للتحقق من صحة التصميم المختار والشروط التي حصل عليها ANSYS ، والحالة الثانية هي تشغيل وحدة التكييف بكامل طاقتها مع ويدون POM والحالة الثالثة تشغيل المكيف في وضع ECO مع ويدون ،PCM مما يحد من استهلاك الطاقة إلى %75 أو %50.

Air conditioning (AC) systems are essential in hot climates like Iraq, where summer last up to seven months. The fact that air conditioning systems use a lot of energy led researchers to look for ways to reduce this energy usage. In this study, two approaches were investigated to lower the energy consumption and enhance the performance of an AC system. The first approach was to integrate the AC system with phase change material (PCM), while the second approach was to operate the AC system with solar energy using photovoltaic (PV) panels. The study took place in an office room in the Mechanical Engineering Department at the University of Technology, Iraq, from 20th of May, 2024, to 12th of June, 2024. The outdoor temperature in the test days reached 43°C. The AC system that was chosen is a split- unit air conditioner, which is the most common type of AC system used in Iraq. The basic idea of the first approach of the study is to lower the air temperature before entering the evaporator by integrating PCM with the AC unit. This leads to lower energy consumption by using an air-PCM heat transfer unit. This unit contains the PCM, which absorbs the heat from the air before entering the evaporator. The PCM selected for integration with the AC unit is Rubitherm RT18HC with a phase change temperature of 18 °C, which is suitable for cooling applications. To design the air-PCM unit, many simulations were conducted using ANSYS Fluent to choose the best design and conditions for the experimental part of the study. The simulation results concluded that the best thickness (height in the panels) for the PCM is 1 cm for a faster charging process, a 3 cm air channel height for best efficient heat transfer between air and the PCM, a 0.9 m/s velocity for faster charging time, a 0.45 m/s velocity for more efficient discharging process, a 7 °C air temperature for charging the PCM, and a 25 °C air temperature (in average) for discharging process. The experimental process started after designing the air-PCM heat transfer unit and choosing the best conditions. Three cases were conducted; the first case was a validation case for the theoretical results to validate the chosen design and conditions that were obtained by ANSYS Fluent; the second case was operating the AC unit in full capacity with and without PCM; and the third case was operating the AC unit in the ECO mode with and without PCM, which limited the power consumption to 75% or 50%. The first experiment case was conducted, and the experimental results were very close to the theoretical results with 1.7% deviation, which validated the current case. After the validation, the second case was conducted, and the results showed that by integrating PCM with the AC unit operating in full capacity, the room temperature was lower on average by 5% and the cooling process was faster. The air entering the evaporator temperature was lower by 9.5% on average. A 10% lower energy consumption on average was achieved, and the enhancement in the AC unit COP on average was 12.5%. In the third case, by operating the AC unit on 75% power consumption, an average of 4.3% lower room temperature, 5% lower temperature of air entering the evaporator, 7.5% lower power consumption, and 8.5% higher COP were achieved by integrating PCM with the AC unit. While operating the AC unit on 50% power consumption, an average of 4% lower room temperature, 4.2% lower temperature of air entering the evaporator, 2.8% lower energy consumption, and 3% higher COP were obtained by integrating PCM with the AC unit. The second approach of the study is operating the AC unit on solar energy using PV panels. The PV panels that powered the AC unit were simulated using TRNSYS. The simulation was carried out for the month of June, where the study was conducted, and the result was taken for a day that simulates the outdoor weather when the study was conducted. Four 430 W monocrystalline PV panels connected in series were sufficient to operate the AC unit. The PV power peaked at noon and reached approximately 1290 W. The investigation was conducted between 8:30 a.m. and 2:30 p.m., during which the power ranged from 800 W at 8:30 to 1290 W at noon and then fell to 1000 W at 2:30. This makes it possible to run the AC unit nearly entirely on solar power for the duration of the study. This is especially true when PCM integration results in a drop in power usage.

طلب نسخة من الملف

الملفات غير منشورة على الموقع. اترك بياناتك وسيتواصل معك موظفو قسم الشؤون الثقافية والفنون لإرسال النسخة مجاناً.

الاسم

رقم الهاتف

البريد الإلكتروني

الغرض من الطلب (اختياري)

إرسال الطلب