KFUPM ePrints

Thermodynamic balancing of the regeneration process in a novel liquid desiccant cooling system by extraction technology

l Thermodynamic balancing of the regeneration process in a novel liquid desiccant cooling system by extraction technology. Masters thesis, King Fahd University of Petroleum and Minerals.

[img]PDF (Final version) - Other
Restricted to Abstract Only until 31 May 2018.

6Mb

Arabic Abstract

يعتبر تكييف الهواء ضرورة في المملكة العربية السعودية نسبة لدرجات الحرارة والرطوبة العالية على مستوى المملكة خلال السنة. لذلك، تعتبر المملكة مستهلك أساسي لأجهزة تكييف الهواء بحصة تصل إلى 60 % في الشرق الأوسط. تستهلك أجهزة تكييف الهواء 70 % من مجمل إستهلاك الطاقة الكهربائية في المملكة ومن المحتمل أن يتضاعف هذا الإستهلاك في العام 2030. لهذا، تقنيات تكييف الهواء صديقة البيئة، منخفضة التكلفة والمرشدة للطاقة أصبحت مطلب أساسي. في عديد من مناطق المملكة خاصة الساحلية منها، الرطوبة الموجودة في الهواء تعتبر مشكلة أساسية عند تكييف الهواء نسبة لإرتفاع الحمل غير المحسوس. كل ما سبق ذكره، يجعل المملكة مرشح مناسب كدولة تستخدم أنظمة التكييف المعتمدة على السوائل المجففة. في نظام التكييف المعتمد على السوائل المجففة التقليدي، يتم رمي الهواء المسؤول من سحب الرطوبة من السائل المجفف بعد خروجه من المجدد إلى الجو مع العلم أنه يحوي كمية معتبرة من الطاقة والرطوبة. لذلك هنالك مجال واسع لتطوير اداء النظام عن طريق استعادة هذه الفقودات. النظام الذي ستتم دراسته في هذه الأطروحة، هو عبارة عن نظام تقليدي (مجفف، مجدد، سخان ومبرد) زائداً مكثف مع تطبيق تقنية الإستخراج والإدخال بين المجدد والمكثف. الهدف من هذه الدراسة، هو تخفيض الطاقة المستهلكة عن طريق إستعادة الحرارة من الهواء المطرود من المجدد بإستخدام المكثف وأيضاً إنتاج مياه صالحة للشرب بالإضافة لتكييف الهواء. في هذا البحث تم إستخدام تقنية الإستخراج بين المجدد والمكثف لزيادة أداء نظام التكييف حيث تم إستخدام كلوريد الليثيوم كسائل مجفف لهذه الدراسة. تم تكوين نظام حسابي لإنتقال الحرارة والكتلة بين المجدد والمجفف لدراسة أثر إضافة المكثف مع/بدون تقنية الإستخراج على اداء نظام التكييف. لقد وجد أن اداء النظام المعدل بدون تقنية الإستخراج أفضل بنسبة 11.25 % من النظام التقليدي. هذا التحسن في الاداء ينخفض مع إنخفاض كفاءة المكثف حتى ينعدم إذا كانت كفاءة المكثف أقل من القيمة الحرجة. من أجل تحسين اداء النظام المعدل بدون تقنية الإستخراج، العشوائية الحرارية خفضت بصورة ملحوظة عن طريق جعل قيمة نسبة معدل السعة الحرارية عند نقطة الإستخراج مساوية للواحد. من الناحية التطبيقية، يمكن التحكم في نسبة معدل السعة الحرارية عن طريق تغيير نسبة معدل تدفق كتلة السائل المجفف إلى الهواء عند النقاط الخارجية والداخلية. هذه العملية تتم عن طريق أخذ جزء من الهواء المدار من المولد وحقنه في المكثف مما يقلل الفواقد الناتجة من تولد العشوائية الحرارية خلال المولد والمكثف. الفقد في الطاقة (Enthalpy pinch) عبر المولد أو المكثف أُستخدمت في التحليل الحراري في هذا البحث كبديل للفقد في درجة الحرارة (Temperature pinch) التي تستخدم في العادة لتحليل المبادلات الحرارية. لقد وجد أن معدل الاداء للنظام المعدل مع/بدون تقنية الإستخراج ينخفض كلما زاد الفقد في الطاقة. بإستخدام النظام الحسابي، وجد أنه عند Ψ = 20 kJ/kg dry air حيث انها القيمة الموازية ل 0.97 = ε لكلا من المولد والمكثف، اداء النظام الذي يستخدم تقنية الإستخراج المفرد أفضل بنسبة 85.7 % من النظام التقليدي كما إنه ينتج 94.2 kg من الماء الصالح للشرب في الساعة كمنتج إضافي تحت الظروف التشغيلية المعطاة.

English Abstract

Air conditioning is a necessity in the Kingdom of Saudi Arabia due to extreme temperature and humidity values prevailing during the year. Therefore, the Kingdom is a major consumer of air conditioners with a share reaches up to 60 % in the Middle East. The air conditioning share is up to 70% of electric energy consumption of the Kingdom and it could be doubled by 2030. Therefore, cost-effective, environmentally friendly and energy efficient cooling techniques become essential requirement. In many regions of the Kingdom especially coastal areas such as Eastern and Western Provinces, the moisture content holding in the air is a major problem in air conditioning due to high latent load. This makes the Kingdom one of the most likely candidates for a country to be using liquid desiccant air conditioning systems. In the conventional liquid desiccant air conditioning system, the scavenging air is thrown into the atmosphere carrying a considerable amount of energy and water vapor. Thus, there is plenty of room to improve the system performance by recover these losses. The proposed cooling system consists of a conventional liquid desiccant cooling system (a dehumidifier, a regenerator, a heater, and a cooler) plus a condenser with applying extraction and injection between the regenerator and the condenser. The aim of this study is to reduce the energy consumption by recovering the heat from scavenging air using the condenser and also produces freshwater in addition to space cooling. In this research an attempt was made by applying extraction technique between the regenerator and condenser to increase the system performance. Lithium chloride (LiCl) is used as the liquid desiccant for this study. Mathematical formulation of simultaneous heat and mass transfer between the condenser and the regenerator was developed to study the effect of adding a condenser with/without extraction on the cooling system performance. It is found that the performance of modified system without extraction is 11.25% better than the conventional system. This improvement in system performance vanishes when the condenser effectiveness is less than the critical value. To further improve the system performance, entropy generation in zero extraction cycle is reduced noticeably by bringing heat capacity rate ratio at extraction point to unity. Operationally, heat capacity rate ratio can be varied by changing desiccant-to-air mass flow rate ratio at terminal and intermediate points. This can be done by extract part of recirculated air from the regenerator and inject it to the condenser decreasing local losses through the condenser and regenerator. Enthalpy pinch (losses through regenerator/condenser) has been introduced for analysis as a replacement to the temperature pinch that usually defined for heat exchangers. The coefficient of performance for both zero and single extraction systems decreases as enthalpy pinch increases (effectiveness decreases). Using the generated model, it is found that at Ψ= 20 kJ/kg dry air which is equivalent to ε = 0.97 for both regenerator and condenser, single extraction cycle performance is 85.7% better than zero extraction cycle and produces 94.2 kg of freshwater per hour as a by-product for the given conditions.



Item Type:Thesis (Masters)
Subjects:Chemical Engineering
Mechanical
Divisions:College Of Engineering Sciences > Mechanical Engineering Dept
Committee Advisor:Gandhidasan, Palanichamy
Committee Members:Zubair, Syed and Bahaidarah, Haitham
ID Code:140352
Deposited By:MOHAMED AHMED (g201402780)
Deposited On:04 Jun 2017 12:57
Last Modified:04 Jun 2017 12:57

Repository Staff Only: item control page