Performance Improvement of a Vapor Compression Air Conditioning System by Condensate and Fresh Water Source. Masters thesis, King Fahd University of Petroleum and Minerals.

Preview

PDF Nasiru_I_Ibrahim_MS_Thesis_December_2013.pdf Download (4MB) | Preview

Arabic Abstract

يتم إستهلاك كميات كبيرة من الطاقة الكهربية المنتجة في المملكة العربية السعودية من قبل أنظمة التكييف. ومن جهة أخرى، لا تزال ندرة المياه موجودة في معظم البلدان القاحلة وشبه القاحلة. تقدم هذه الأطروحة نتائج دراسة أجريت لتقليل استهلاك الطاقة وتحسين أداء أنظمة التكييف التي تعمل بطريقة ضغط الغاز باستخدام البخار المكثَف الناتج من قبل نظام التكييف. والنظام الأساسي المستخدم في هذه الدراسة هو مكيف هواء مشقوق بسعة 1.5 طن. . تم اعتماد ثلاثة خيارات مختلفة لتحسين أداء النظام و تقليل استهلاك الطاقة. الخيارات الثلاثة هي: الخيار "أ"، تبريد الهواء قبل دخوله المبخر باستخدام مكثف. الخيار "ب"، تبريد باستخدام مكثف. التكثيف ز الخيار "ج "تبريد الغاز المبرِد الخارج من المكثف الهواء قبل دخوله المبخر باستخدام التكثيف. تم عمل دراسة مقارنة للنظام الاساسى وانظام المعدل .اظهرت النتائج ان عملية التبريد المسبق للهواء قبل المبخر والمكثف باستخدام مكثف. وقللت عملية التبريد المسبقة للهواء الداخل للمبخر والمكثف باستخدام الماء المكثَف من ضغط التصريف للضاغط . أيضاً بشكل ملحوظ عندما تم تبريد الغاز المبرِد لأقل من درجة الغليان. وأدى إنخفاض ضغط التصريف للمضخة إلى إنخفاض استهلاك الطاقة في المضخة إلى حوالي 5٪ للخيار "أ" ، و4.8 ٪ للخيار "ب"، و 3.7 ٪ للخيار "ث" الظروف المناخية الحادة هى 36 درجة مئوية و 80% رطوبة نسبية ماخوذة من بيانات الطقس للاربع مدن الرئيسية فى المملكة العربية السعودية. ومن خلال خفض ضغط التصريف، يمكن تحسين متوسط العمر المتوقع للمضخة. وتم زيادة معامل الأداء (COP) بنحو 31 ٪ ، 21 ٪ و 30 ٪ للخيارات "أ" و"ب" و"ث" على التوالي. وكانت الزيادة في الكفاءة للقانون الثاني للخيارات "أ" و"ب" و"ث" هي 24.85، 23.51، و21.53 ٪ على التوالي. وتبين من التقييم العام للخيارات الثلاثة أن الخيار "أ" يعطي أفضل تحسين لأداء النظام، يليها الخيار "ب" ثم الخيار "ث". وتم دراسة معدل استخراج الماء المكثف من نظام تكييف الهواء الذي يعتبر مصدرا إضافياً للماء بالإضافة إلى تحليله كيميائياً لتحديد درجة نقائه. وكانت كمية الماء المكثف من خلال النظام في منطقة الظهران خلال الأشهر يونيو ويوليو وأغسطس وسبتمبر هي 1036, 1076 ، 1181، 3217، و1781 كجم على التوالي، وتم جمع هذه الكميات في التجربة كل ساعة. وكانت النتائج التحليلية لعملية التكثيف والتي تم حسابها لكل ساعة باستخدام البيانات المناخية الفعلية في إتفاق جيد مع النتائج التجريبية. تم اجراء التحاليل الكيميائية والتى تمت مقارنة نتائجها مع الموصى بها للماء المقطر من منظمة الصحة . أظهرت التحاليل الكيميائية الماء المكثف أنه يمكن استخدامه على أنه ماء مقطر بعد عملية ازالة البكتيريا ، وايضا يمكن استخدامه لتحسين اداء انظمة وتطبيقات تكييف الهواء كما فىتعويض مياه أبراج التبريد،والري.

English Abstract

Considerable amount of electrical energy produced in the Kingdom of Saudi Arabia is consumed by air conditioning systems. In addition, water scarcity still exists in most of the arid and semi-arid countries. This thesis presents the outcome of a study conducted to bring down energy consumption and improve the performance of a vapor compression air conditioning system using condensate that is generated by the system. The base system used in the study is a 1.5 ton split type air conditioner. Three different options of system modifications are adopted to improve its performance. The three options are: option ‘A’- air precooling before entering the evaporator using condensate, option ‘B’- precooling the air entering the condenser by condensate and option ‘C’- subcooling the refrigerant exiting the condenser using the condensate. Comparative study of the base system and the modified system is carried out. The results show that precooling the air entering the evaporator and condenser using condensate lowers the compressor discharge pressure. The discharge pressure also decreased significantly when subcooling is applied. The decrease in the discharge pressure resulted in the decrease in compressor power consumption to about 5% for option ‘A’, 4.8 % for option ‘B’ and 3.7% for option ‘C’ from experiments conducted for severest weather conditions. The severest weather conditions are 36 oC dry bulb temperature and 80% relative humidity obtained from the climate data of four major cities of Saudi Arabia. By decreasing the discharge pressure, the compressor’s life expectancy can be improved. The coefficient of performance, COP is increased by about 30 %, 21% and 30% for options ‘A’, ‘B’ and ‘C’, respectively. The increase in the second law efficiencies obtained for options ‘A’, ‘B’, and ‘C’ are 24.85, 23.51 and 21.53%, respectively. The overall assessment of the three options is that option ‘A’ gives better system performance improvement followed by option ‘B’, then option ‘C’. The rate of condensate extraction from the air conditioning system is studied and chemical analysis is carried out on the condensate sample to determine its quality. The amounts of condensate collected in Dhahran from the base system during the humid and hottest months of June, July, August and September are 1036, 1181, 2173 and 1781 kg, respectively, and these amounts are obtained experimentally on hourly basis. Analytical results of condensate extraction obtained by using hourly actual climate data are in good agreement with the experimental results. Condensate chemical analysis is conducted and the results are compared with the recommended guideline values of drinking water by World Health Organization. The Chemical analysis reveals that the condensate can be used as drinking water after undergoing simple bacterial removal process. It can also be used to improve the performance air conditioning systems and other applications such as cooling tower make up water and irrigation.

Item Type:	Thesis (Masters)
Subjects:	Mechanical
Department:	College of Engineering and Physics > Mechanical Engineering
Committee Advisor:	Al-Farayedhi, Abdulghani A.M
Committee Members:	Al-Sarkhi, Abdulsalam and Palanichamy, Gandhidasan
Depositing User:	IBRAHIM NASIRU (g201002000)
Date Deposited:	19 Jan 2014 07:53
Last Modified:	01 Nov 2019 15:40
URI:	http://eprints.kfupm.edu.sa/id/eprint/139047