تحليل اگزرژي سيستم پمپ حرارتي خورشيدي انبساط مستقيم با در نظر گرفتن اثرات افت فشار مبرد R134a

Exergy analysis of a direct-expansion solar-assisted heat pump system considering the effects of pressure drop of the R134a refrigerant flow

در اين مقاله تحليل اگزرژي يك سيستم پمپ حرارتي خورشيدي انبساط مستقيم در شرايط آب و هوايي شهر كرمانشاه به صورت عددي بررسي شده و بر خلاف كارهاي ديگر، اثرات افت فشار جريان مبردr134a در كندانسور، تبخيركننده/كلكتورخورشيدي و مجموعه​ي لوله​كشي در نظر گرفته شده است. به منظور محاسبه​ي افت فشار مبرد دوفازي درون تبخيركننده و كندانسور از مدل همگن افت فشار جريان درون لوله​هاي افقي استفاده شد. سيستم شامل يك كلكتور خورشيدي صفحه تخت با مساحت 4 مترمربع، يك تانك ذخيره​ي آب​گرم به حجم 150 ليتر، يك كمپرسور چرخشي نوع هرمتيك و يك شيرانبساط ترموستاتيكي مي​باشد. همچنين تاثير عوامل مختلفي مانند دماي محيط، تابش خورشيدي، مساحت سطح كلكتور و سرعت كمپرسور، بر بازده اگزرژي و ميزان تخريب اگزرژي سيستم، بررسي گرديد. نتايج حاصل از شبيه​سازي هم​خواني خوبي با نتايج آزمايشگاهي داشته و نشان مي​دهند كه افزايش افت فشار در كلكتور خورشيدي/تبخيركننده، اثر نامطلوبي بر ضريب عملكردگرمايي سيستم و بازده كلكتور خورشيدي دارد. همچنين در طول كاركرد يك ساله سيستم مشخص شد كه بيشترين ميزان بازده اگزرژي سيستم 22.7 درصد و كمترين تخريب اگزرژي سيستم 1.48 كيلووات، مربوط به ماه دسامبر با كم​ترين ميزان تابش خورشيدي مي​باشد. نتايج نشان مي​دهند كه از ميان تمامي اجزاي سيستم، كلكتور خورشيدي كمترين ميزان بازده اگزرژي با مقدار 12.6 درصد و بيشترين مقدار تخريب اگزرژي با مقدار 2.19 كيلووات را دارد.

In this paper, the exergy analysis of a direct-expansion solar-assisted heat pump system (DX-SAHP) has been presented considering the effects of the pressure drop associated with the ï‌‚ow of R134a refrigerant through the condenser, collector/ evaporator and connection pipes. In order to calculate the two phase refrigerant pressure drop through the evaporator and condenser, the homogeneous model of pressure drop inside horizontal pipes has been used. The DX-SAHP system mainly employs a bare ï‌‚at-plate solar collector with a surface area of 4 m2, a hot water tank with the volume of 150L, a rotary-type hermetic compressor and a thermostatic expansion valve. Furthermore, the effect of various parameters including ambient temperature, solar radiation, collector area and compressor speed have been analyzed on the exergy efficiency and exergy loss of the system. The results of the simulation have good agreement with the experimental results and show that the increase in solar collector/evaporator pressure drop adversely affects the system COP and the solar collector efficiency. During the operation of the DX-SAHP system within a year, it is concluded that the largest value of the exergy efficiency of the system is 22.7 percent and the lowest value of the exergy loss is 12.6 kW. The obtained values are particularly due to the minimum amount of solar radiation in December. Results indicate that the solar collector has the minimum value exergy efficiency amounted to 12.6 percent and the maximum value of exergy loss amounted to 2.19 kW, among all of the system components.