SUPERVISOR
Mohamadreza Salimpour,Ahmad Sedaghat,Ahmad Saboonchi
محمدرضا سلیم پور (استاد راهنما) احمد صداقت (استاد راهنما) احمد صابونچی (استاد مشاور)
STUDENT
Amin Ahmadzadeh
امین احمدزاده
FACULTY - DEPARTMENT
دانشکده مهندسی مکانیک
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1390
TITLE
Thermoeconomic Optimization of Solar Driven Ejector Refrigeration System
In this study, thermoeconomic analysis was performed to calculate and optimize steam jet refrigeration system. This system designed to work with water as refrigerant, because water is known as an environmental friendly fluid. Different configuration of system including, preheater, precooler and muliejector suggested and compared to define the most suitable economical configuration for the system operational in warm climate. Five configurations have been simulated thermodynamically in Engineering Equation Solver (EES) under the condition of 5 kW cooling load, sun radiation of 850 W/m 2 and the ambient temperature of 35 °C. Similar condition considered for all of the configurations as the start point. In this condition, the temperature of evaporator, condenser and generator are 7 °C, 45 °C and 85 °C. As the cost of heatexchengers bounded to their size, the appropriate equation carried out from heat transfer equations to size them. Thermodynamic simulation performed completely so that the exergy of all streams carried out for all of suggested configurations. The exergic efficiency and coefficient of performance of all configurations calculated before any attempt to start economical evaluation. Thermodynamic calculation showed that the forth configuration has the maximum coefficient of performance (0.253) based on working condition. Thermoeconomic calculation performed after exact and detailed thermodynamic calculation of all the suggested configurations. Evaluation of exergy and other thermodynamic properties of streams were conducted in these configurations. The average exergy cost method selected to extract economical calculation of system as one of the more suitable method in economical calculations based on exergy in systems of energy. Detailed economical calculation carried out for all streams and it was shown that cost of final product is much lower for model two and four in contrast to model one and three. The cost of final product gained 76.71 $/GJ in model number two which is the minimum value between all of suggested configurations. Accordance to the thermodynamic performance and the investment cost of this model, it was selected for optimization. Optimization performed in an iterative procedure and the result shown that this model will reside in thermoeconomic optimal condition by choosing 88 °C, 43 °C and 5 °C for generator, condenser and evaporator; respectively. In optimal condition, there was a reduction in cost of final product about 1.8% and there were significant reduction in investment cost of components and cost of exergy destruction and exergy loss about 20.57% and 39.1%; respectively, which shows the importance of economical evaluations of energy sytems. Iran is really wealthy in solar energy and usually there is no cloudy day throughout the warm seasons of year in center and south places of this country. On the other hand, a large amount of energy consumed in air conditioning applications of residential homes and office buildings annually. In this situation that lack of energy is a main problem, designing solar driven systems would be a suitable answer to this drawback which helps to save a large amount of electrical energy. Economical considerations help to reduce costs in air conditioning applications, too. Keywords: Air conditioning, Ejector refrigeration system, Thermodynamic, Exergoeconomic, Solar source.
در این پایاننامه به محاسبه و بهینهسازی ترمواقتصادی سیستم تبرید اژکتوری با منبع خورشیدی پرداخته شده است. در این سیستم که برای کاربردهای تهویه مطبوع در نظر گرفته شده است از آب بعنوان مبرد استفاده شده است. در انجام محاسبات سیستم ظرفیت تبرید 5 کیلووات در نظر گرفته شده است. در این پایاننامه ساختارهای مختلف برای سیستم پیشنهاد شده، سپس این ساختارها شبیهسازی ترمودینامیکی شدهاند. در انجام شبیهسازی سیستم، با توجه به محدوده دمایی ژنراتور، کلکتور انتخاب شده از نوع صفحه تخت است و شدت تابش خورشید ثابت و برابر با W/m 2 850 در نظر گرفته شده است. برای کلیه مدلها یک شرایط پایه یکسان تعریف شده است که در این شرایط دمای ژنراتور و کندانسور بترتیب C 85 و C 45 انتخاب شده و دمای اواپراتور C 7 در نظر گرفته شده است. با توجه به این که هزینه مبدلهای حرارت به اندازه آنها بستگی دارد، ضریب انتقال حرارت کلیه مبدلها محاسبه شده و از روابط مربوطه سطح انتقال حرارت آنها محاسبه شده است. شبیهسازی ترمودینامیکی تمامی این مدلها در نرمافزار EES صورت گرفته است. شبیهسازی ترمودینامیکی بطور کامل صورت گرفته و اگزرژی همه جریانهای درون سیستم برای تمامی مدلها محاسبه شده است. ضریب عملکرد سیستم و بازده تمامی اجزای درون سیستم تعیین شده است و مشخص شده است که در میان ساختارهای بررسی شده مدل چهارم با ضریب عملکرد 253/0 بالاترین ضریب عملکرد را برای شرایط پایه در نظر گرفته شده دارد. پس از تحلیل کامل و دقیق ترمودینامیکی ساختارهای پیشنهاد شده، محاسبات ترمواقتصادی سیستم صورت گرفته است. محاسبه ترمواقتصادی بر اساس روش متوسط هزینه اگزرژیک صورت گرفته است که یکی از کارآمدترین روشها در محاسبات ترمواقتصادی سیستمهای انرژی است. پس از انجام محاسبات اقتصادی و بدست آوردن هزینه جریانها و هزینه تولید برای مدلهای مختلف، مشخص شد که هزینه تولید در مدلهای دوم و چهارم بسیار پایینتر از مدل اول و سوم است. هزینه تولید در مدل دوم GJ/$ 71/76 بدست آمد که کمینه هزینه در بین مدلهای پیشنهاد شده بود. با توجه به هزینه خرید اولیه و عملکرد ترمودینامیکی مدلهای مختلف، این مدل برای بهینهسازی انتخاب شد. پس از انتخاب این مدل برای بهینهسازی، در یک فرایند تکرار بهینهسازی صورت گرفته است. پس از انجام بهینهسازی برای این مدل دمای ژنراتور C 88 ، دمای کندانسور و دمای اواپراتورC 5 انتخاب شد. بهینهسازی این سیستم % 8/1 کاهش هزینه تولید، % 57/20 کاهش هزینه خرید اجزاء و %1/39 کاهش هزینه اتلافات درون سیستم را در پی داشت. کشور ایران از نظر منابع انرژی خورشیدی بسیار غنی است و در طور فصول گرم سال کمتر آسمانی ابری دارد. از طرفی سالانه انرژی زیادی برای تامین سرمایش و تهویه مطبوع مکانهای مسکونی و اداری صرف میشود. طراحی و کاربرد سیستمهای تبرید خورشیدی میتواند راهحلی برای کاهش مصرف برق باشد و طراحی سیستم با بازدهی اقتصادی بالا موجب کاهش بیشتر هزینه در این بخش خواهد شد. کلمات کلیدی : تهویه مطبوع، سیستم تبرید اژکتوری، ترمودینامیک، اگزرژیاقتصادی، منبع خورشیدی