DEVELOPMENT AND PERFORMANCE ANALYSIS OF A SOLAR-AUGMENTED CHILLERS FOR HOT AND HUMID CLIMATES. Masters thesis, King Fahd University of Petroleum and Minerals.

PDF MS_Thesis Abdulsalam Hasan g202101590- Corrected V3.pdf - Accepted Version Restricted to Repository staff only until 10 March 2025. Download (10MB)

Arabic Abstract

يعد تكييف الهواء أمراً بالغ الأهمية للحفاظ على الراحة داخل المباني، خاصة في البلدان التي تتميز بمناخ حار ورطب مثل المملكة العربية السعودية. في مثل هذه المناخات، غالبًا ما تواجه مبردات ضغط البخار المبردة بالماء تحديات. تجاوز استهلاك طاقة الضاغط حد التعثر بسبب فشل أبراج التبريد في خفض درجة حرارة ماء التبريد إلى مستوى التصميم. ونتيجة لذلك، يستهلك الضاغط المزيد من الطاقة للحفاظ على قدرة التبريد المطلوبة. ولمواجهة هذه التحديات، تم اقتراح نظامين تبريد مبتكرين ومقارنتهما في هذه الدراسة. الأول هو دمج وحدة تبريد بالامتصاص مساعدة صغيرة تعمل بالطاقة الشمسية مع برج التبريد، في حين يشتمل الثاني على وحدة ضغط بخار صغيرة مساعدة ملحقة ببرج التبريد. يتم توجيه مياه التبريد الخارجة من برج التبريد إلى مبخر الوحدة الملحقة المساعدة، مما يضمن وصولها أو تقليلها لتكون أقل من درجة الحرارة التصميمية المطلوبة قبل دخولها إلى مكثف مبرد ضغط البخار الرئيسي. تشير النتائج الرئيسية إلى أن رفع درجة الحرارة الرطبة يزيد من استهلاك طاقة ضاغط المبرد الرئيسي بسبب ارتفاع درجات حرارة مياه التبريد. في حين أن ربط وحدة تبريد صغيرة ببرج التبريد الرئيسي للمبرد يمكن أن يكون فعالا، إلا أن قدرتها ونوعها مهمان. في حين أن وحدة الامتصاص الصغيرة التي تعمل بالطاقة الشمسية قد لا تحقق توفيرا، فإن وحدة ضغط البخار المدعومة بالطاقة الكهروضوئية تظهر حلاً واعداً، خاصة مع 10 ساعات تشغيل وحيث يمكن بيع فائض الكهرباء. وقد لوحظت أفضل النتائج في مدينة نيوم، حيث أدى دمج المبرد الرئيسي مع وحدة بقدرة 100 كيلوواط مدعومة بالطاقة الكهروضوئية إلى تحقيق أفضل صافي قيمة حالية (NPV) تبلغ 216,907$ إلى جانب نسبة الفائدة إلى التكلفة (BCR) تبلغ 2.27. ومن الجدير بالذكر أن الوحدة بقدرة 50 كيلوواط تبرز بين جميع البدائل حيث تبلغ قيمة BCR 2.28، مما يدل على فوائد متفوقة لكل دولار مستثمر.

English Abstract

Air conditioning is crucial for maintaining indoor comfort inside buildings, especially in countries characterized by a hot and humid climate like Saudi Arabia. In such climates, water-cooled vapor compression chillers often encounter challenges. The compressor's power consumption has exceeded the tripping threshold due to the failure of the cooling towers to lower the cooling water temperature to the designed level. Consequently, the compressor is exerting more power to sustain the required cooling capacity. To address these challenges, two innovative cooling systems were proposed and compared in this study. The first integrates an auxiliary small solar absorption unit with the cooling tower, while the second incorporates an auxiliary small PV-assisted vapor compression unit attached to the cooling tower. The cooling water exiting the cooling tower is directed to the auxiliary attached unit, ensuring it reaches or reduces to be lower than the required design temperature before entering the condenser of the main vapor compression chiller. Results indicate that integrating a small cooling unit into the main chiller cooling tower can be effective, with outcomes varying based on the small unit capacity and type. While a small solar absorption unit may not yield significant savings, a PV-assisted vapor compression unit exhibits a promising solution, particularly with 10 operating hours and where surplus electricity can be sold. The best outcomes are observed in Neom, where integration of the main chiller with a PV-assisted 100-kW unit yields an impressive Net Present Value (NPV) of $216,907 alongside a commendable 2.27 Benefit-Cost Ratio (BCR). Notably, the 50-kW unit stands out among all alternatives with a remarkable BCR of 2.28, signifying superior benefits per dollar invested.

Item Type:	Thesis (Masters)
Subjects:	Mechanical
Department:	College of Engineering and Physics > Mechanical Engineering
Committee Advisor:	Mokheimer, Esmail M. A.
Committee Members:	Antar, Mohamed A. and Khalifa, Atia E.
Depositing User:	ABDULSALAM HASAN (g202101590)
Date Deposited:	11 Mar 2024 08:18
Last Modified:	11 Mar 2024 08:18
URI:	http://eprints.kfupm.edu.sa/id/eprint/142825