ارزیابی عملکرد سیکل تبرید منبع زمینی انبساط مستقیم دی‌اکسید کربن

نوع مقاله : علمی پژوهشی

نویسندگان

1 استادیار، دپارتمان علوم مهندسی، دانشکده شهید چمران، دانشگاه فنی و حرفه‌ای استان کرمان، کرمان، ایران

2 کارشناسی ارشد، بخش مهندسی مکانیک، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه شهید باهنر کرمان، کرمان، ایران

چکیده

در این مقاله، عملکرد سیکل تبرید منبع زمینی انبساط مستقیم دی‌اکسید کربن مورد بررسی قرار گرفته است. سیکل در حالت فوق بحرانی با در نظر گرفتن اثرات افت فشار مبرد در مبدل‌های حرارتی سیستم شامل تبخیرکننده و خنک‌کننده‌گاز، مدل‌سازی گردیده است. با استفاده از این شبیه‌سازی، مشخصه‌های سیستم مانند طول مورد نیاز مبدل‌ حرارتی زمین، ظرفیت تبرید و ضریب عملکرد مورد بررسی قرار گرفته است. در این مطالعه مشخص گردید که در پیک بار تبرید، با افزایش ضریب هدایت حرارتی خاک از 1.1 به 3.4 وات بر متر در درجه سانتیگراد و قطر لوله مبدل‌ زمین از 6 به 13 میلی‌متر، طول حلقه مبدل‌ حرارتی زمین به ترتیب 66.5 و 10 درصد کاهش می‌یابد.همچنین در انتخاب تعداد حلقه مبدل‌ حرارتی زمین، مقدار بهینه‌ای وجود دارد که به ازای آن طول مبدل‌‌حرارتی زمین کمترین مقدار را داراست. علاوه بر این، افزایش دور کمپرسور و دمای ورودی به آن منجر به افزایش ظرفیت تبرید سیستم می‌گردد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


[1] Regulation (eu) on fluorinated greenhouse gases and repealing regulation (ec), 2014.
[2] Handbook-Fundamentals, ASHRAE. American society of heating. Refrigerating and Air-Conditioning Engineers, 2009.
[3] Lorentzen, G. The use of natural refrigerants: a complete solution to the cfc/hcfc predicament. International Journal of Refrigeration, 18(3):190–197, 1995.
[4] Nekså, P., Rekstad, Havard, Zakeri, G. R., and Schiefloe, P. A. CO2-heat pump water heater: characteristics, system design and experimental results. International Journal of Refrigeration-revue Internationale Du Froid, 21:172– 179, 1998.
[5] Masson, N. Guide to natural refrigerants, state of the industry north america & in the world. 4th annual Atmosphere America 2015, Atlanta, 2015.
[6] Guo, Yonghui, Zhang, Guoqiang, Zhou, Jin, Wu, Jiasheng, and Shen, Wei. A techno-economic comparison of a direct expansion ground-source and a secondary loop groundcoupled heat pump system for cooling in a residential building. Applied Thermal Engineering, 35:29–39, 2012.
[7] B., Erdogan. The effect of soil type on sizing of vertical single u-tube ground heat exchanger for ground source heat pump. in International Scientific Conference, pp. 230–239, Gabrovo, 2010. International Scientific Conference.
[8] Walsh, B. Analysis of a ground coupled heat exchanger. Master’s thesis, Faculty of Rensselaer Polytechnic Institute, Hartford, 2011.
[۹] اکبری باصری, علیرضا و سیروس, آقانجفی. عملکرد پمپ حرارتی زمین‌گرمایی ترکیبی به همراه برج خنک‌کن در اقلیم‌های آب‌وهوایی ایران. مجله مهندسی مکانیک, 24(1):46--57, 1394.
[10] Zhai, X.Q., Cheng, X.W., and Wang, R.Z. Heating and cooling performance of a minitype ground source heat pump system. Applied Thermal Engineering, 111:1366– 1370, 2017.
[۱۱] رحمتی, احمدرضا و نجار نظامی, امین. ارزیابی عملکرد یک سیستم پمپ حرارتی زمین‌گرمایی-خورشیدی برای گرمایش یک گلخانه. مجله مهندسی مکانیک, 28(3):28--33, 1398.
12] Jin, Zhequan, Eikevik, Trygve M., Neksa, Petter, and Hafner, Armin. Investigation on CO2 hybrid groundcoupled heat pumping system under warm climate. International Journal of Refrigeration, 62:145–152, 2016.
[13] Jin, Zhequan, Eikevik, Trygve M., Neksa, Petter, and Hafner, Armin. A steady and quasi-steady state analysis on the CO2 hybrid ground-coupled heat pumping system. International Journal of Refrigeration, 76:29–41, 2017.
[۱۴] قاضی‌زاده احسائی, حسین و عامری, مهران. بررسی پمپ حرارتی زمین گرمایی انبساط مستقیم دی‌اکسید کربن. مهندسی مکانیک مدرس, 17(6):433--443, 1396.

[۱۵] قاضی‌زاده احسائی, حسین و عامری, مهران. عملکرد پمپ حرارتی زمین گرمایی انبساط مستقیم دی‌اکسید کربن با استفاده از
منبسط‌کننده و مبدل حرارتی داخلی. مهندسی مکانیک مدرس, 17(11), 1396.
[16] Oritz, TM, Li, Daqing, and Groll, Eckhard A. Evaluation of the performance potential of co2 as a refrigerant in airto-air air conditioners and heat pumps: system modeling and analysis, 2003.
[17] Austin, Brian T. and Sumathy, K. Parametric study on the performance of a direct-expansion geothermal heat pump using carbon dioxide. Applied Thermal Engineering, 31(17):3774–3782, 2011. SET 2010 Special Issue.
[18] Pitla, Srinivas S., Groll, Eckhard A., and Ramadhyani, Satish. New correlation to predict the heat transfer coefficient during in-tube cooling of turbulent supercritical co2. International Journal of Refrigeration, 25(7):887–895, 2002.
[19] Gnielinski, V. New equations for heat and mass transfer in the turbulent flow in pipes and channels. NASA STI/Recon Technical Report A, 41(1):8–16, 1975. Provided by the SAO/NASA Astrophysics Data System.
[20] Bi, Yuehong, Wang, Xinhong, Liu, Yun, Zhang, Hua, and Chen, Lingen. Comprehensive exergy analysis of a groundsource heat pump system for both building heating and cooling modes. Applied Energy, 86(12):2560–2565, 2009.
[21] Jung, D and Radermacher, R. Prediction of evaporation heat transfer coefficient and pressure drop of refrigerant mixtures in horizontal tubes. International Journal of Refrigeration, 16(3):201–209, 1993.
[22] Jung, D.S., McLinden, M., Radermacher, R., and Didion, D. A study of flow boiling heat transfer with refrigerant mixtures. International Journal of Heat and Mass Transfer, 32(9):1751–1764, 1989.
[23] Stephan, K. and Abdelsalam, M. Heat-transfer correlations for natural convection boiling. International Journal of Heat and Mass Transfer, 23(1):73–87, 1980.
[24] Friedel, L. Improved friction pressure drop correlations for horizontal and vertical two phase pipe flow. Proc. of European Two-Phase Flow Group Meet., 18(7):485–491, 1979.
[25] Kusuda, Tamami and Achenbach, Paul R. Earth temperature and thermal diffusivity at selected stations in the united states. tech. rep., National Bureau of Standards Gaithersburg MD, 1965.