Вплив рекуперації теплоти відведення та десикантного колеса на енергозбереження системи сонячного охолодження
DOI:
https://doi.org/10.15421/cims.5.342Ключові слова:
аміачно-водна абсорбція, силікагель, енергоефективність, сонячна енергія, вологий субтропічний клімат, кондиціювання повітряАнотація
Мета. Дослідження присвячено інтеграції десикантного колеса у традиційну сонячну охолоджувальну систему та оцінці доцільності використання теплоти відведення абсорбційної холодильної машини для його регенерації з метою підвищення загальної енергетичної ефективності системи. Результати. Запропонована система забезпечує економію сонячної енергії на 18–31,5% порівняно з традиційною сонячною охолоджувальною системою залежно від умов експлуатації. Дизайн / Метод / Підхід. Математичні моделі ключових компонентів системи — сонячних колекторів, абсорбційних холодильних машин NH₃–H₂O та силікагелевого десикантного колеса — верифіковано на основі експериментальних даних. Параметричний аналіз охопив вплив температури, вологості, частки свіжого повітря та температури регенерації на ефективність системи. Теоретичне значення. Поєднання абсорбційного та адсорбційного циклів через рекуперацію теплоти забезпечує обґрунтований шлях до підвищення коефіцієнта продуктивності сонячних систем кондиціювання повітря. Практичне значення. Отримані результати надають інженерам HVAC та проєктувальникам будівель апробовану конфігурацію для скорочення площі сонячних колекторів та енергоспоживання в установках сонячного охолодження, зокрема у вологому субтропічному кліматі. Оригінальність / Цінність. На відміну від попередніх досліджень, у яких абсорбційне охолодження та десикантне осушення розглядаються як незалежні підсистеми, ця робота є однією з перших, де запропоновано рекуперацію теплоти відведення абсорбційної холодильної машини безпосередньо для регенерації десикантного колеса, що створює синергетичний зв'язок і виключає необхідність у виділеному джерелі теплоти для регенерації. Обмеження дослідження / Майбутні дослідження. Дослідження базується на моделях усталеного режиму; експериментальне підтвердження інтегрованої системи та аналіз перехідних процесів залишаються завданнями майбутніх досліджень. Економічний аналіз та оцінка життєвого циклу не включені. Тип статті: Прикладне дослідження.
Завантажити
Посилання
Abdelgaied, M., Saber, M. A., Bassuoni, M. M., & Khaira, A. M. (2023). Adsorption air conditioning: a comprehensive review in desiccant materials, system progress, and recent studies on different configurations of hybrid solid desiccant air conditioning systems. Environmental Science and Pollution Research, 30(11), 28344–28372. https://doi.org/10.1007/s11356-023-25209-z
Aka, C. C., Onah, T. O., & Egwuagu, O. M. (2024). Design modification of elliptical vessel solar receiver by response surface methodology. Global Journal of Engineering and Technology Advances, 19(1), 129–142. https://doi.org/10.30574/gjeta.2024.19.1.0064
Al-Falahi, A., Alobaid, F., & Epple, B. (2020). Thermo-Economic Evaluation of Aqua-Ammonia Solar Absorption Air Conditioning System Integrated with Various Collector Types. Entropy, 22(10), 1165. https://doi.org/10.3390/e22101165
Allouhi, A., Kousksou, T., Jamil, A., Bruel, P., Mourad, Y., & Zeraouli, Y. (2015). Solar driven cooling systems: An updated review. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 44, 159–181. https://doi.org/10.1016/j.rser.2014.12.014
Alobaid, M., Hughes, B., Calautit, J. K., O’Connor, D., & Heyes, A. (2017). A review of solar driven absorption cooling with photovoltaic thermal systems. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 76, 728–742. https://doi.org/10.1016/j.rser.2017.03.081
Aman, J., Ting, D. S.-K., & Henshaw, P. (2014). Residential solar air conditioning: Energy and exergy analyses of an ammonia–water absorption cooling system. Applied Thermal Engineering, 62(2), 424–432. https://doi.org/10.1016/j.applthermaleng.2013.10.006
Arun, M. B., Maiya, M. P., & Murthy, S. S. (2001). Performance comparison of double-effect parallel-flow and series flow water–lithium bromide absorption systems. Applied Thermal Engineering, 21(12), 1273–1279. https://doi.org/10.1016/s1359-4311(01)00005-9
ASHRAE. (2016). 2016 ASHRAE handbook: HVAC systems and equipment (SI ed.). American Society of Heating, Refrigerating and Air-Conditioning Engineers. https://books.google.com/books?id=iwCJAQAACAAJ
Behede, B., Chakrabarti, S., & Wankhede, U. (2024). Development of rotary dehumidifier with silica-gel-based composite desiccant. Thermal Science, 28(5 Part B), 4223–4233. https://doi.org/10.2298/tsci231016174b
CEN. (2006). EN 12975-2:2006: Thermal solar systems and components—Solar collectors—Part 2: Test methods. European Committee for Standardization. https://shop.standards.ie/en-ie/standards/en-12975-2-2006-331244_saig_cen_cen_761800
Dossat, R. J., & Horan, T. J. (2002). Principles of refrigeration (5th ed.). Prentice Hall. https://books.google.com/books?id=EE62QgAACAAJ
Eicker, U., & Pietruschka, D. (2009). Design and performance of solar powered absorption cooling systems in office buildings. Energy and Buildings, 41(1), 81–91. https://doi.org/10.1016/j.enbuild.2008.07.015
Fong, K. F., Chow, T. T., Lee, C. K., Lin, Z., & Chan, L. S. (2010). Comparative study of different solar cooling systems for buildings in subtropical city. Solar Energy, 84(2), 227–244. https://doi.org/10.1016/j.solener.2009.11.002
Ge, T. S., Dai, Y. J., & Wang, R. Z. (2011). Performance study of silica gel coated fin-tube heat exchanger cooling system based on a developed mathematical model. Energy Conversion and Management, 52(6), 2329–2338. https://doi.org/10.1016/j.enconman.2010.12.047
Ge, T. S., Ziegler, F., & Wang, R. Z. (2010). A mathematical model for predicting the performance of a compound desiccant wheel (A model of compound desiccant wheel). Applied Thermal Engineering, 30(8-9), 1005–1015. https://doi.org/10.1016/j.applthermaleng.2010.01.012
González-Torres, M., Pérez-Lombard, L., Coronel, J. F., Maestre, I. R., & Yan, D. (2022). A review on buildings energy information: Trends, end-uses, fuels and drivers. Energy Reports, 8, 626–637. https://doi.org/10.1016/j.egyr.2021.11.280
Gordon, J. M., & Ng, K. C. (2000). Cool thermodynamics: The engineering and physics of predictive, diagnostic and optimization methods for cooling systems. Cambridge International Science Publishing. https://books.google.com/?id=A9yNQgAACAAJ
Herold, K. E., Radermacher, R., & Klein, S. A. (2016). Absorption chillers and heat pumps (2nd ed.). CRC press. https://doi.org/10.1201/b19625
International Energy Agency. (2023). Space cooling: Tracking report. International Energy Agency https://www.iea.org/reports/space-cooling
ISFH. (2006). Report of performance test according EN 12975-2 for a glazed solar collector (Report No. 107-06/D). Institut für Solarenergieforschung GmbH. https://www.scribd.com/document/868120592
Kodama, A., Watanabe, N., Hirose, T., Goto, M., & Okano, H. (2005). Performance of a Multipass Honeycomb Adsorber Regenerated by a Direct Hot Water Heating. Adsorption, 11(S1), 603–608. https://doi.org/10.1007/s10450-005-5992-6
Kumar, A., Said, Z., & Bellos, E. (2020). An up-to-date review on evacuated tube solar collectors. Journal of Thermal Analysis and Calorimetry, 145(6), 2873–2889. https://doi.org/10.1007/s10973-020-09953-9
Lee, S. H., & Lee, W. L. (2013). Site verification and modeling of desiccant-based system as an alternative to conventional air-conditioning systems for wet markets. Energy, 55, 1076–1083. https://doi.org/10.1016/j.energy.2013.04.029
Liu, S., Jeong, C. H., & Yeo, M. S. (2022). Development and performance analysis of a novel multi-zone hybrid desiccant cooling system. In CLIMA 2022 conference, 14th REHVA HVAC World Congress. TU Delft OPEN Publishing, Delft University of Technology. https://doi.org/10.34641/clima.2022.188
Niu, J. L., Zhang, L. Z., & Zuo, H. G. (2002). Energy savings potential of chilled-ceiling combined with desiccant cooling in hot and humid climates. Energy and Buildings, 34(5), 487–495. https://doi.org/10.1016/s0378-7788(01)00132-3
Ortiz, M., Barsun, H., He, H., Vorobieff, P., & Mammoli, A. (2010). Modeling of a solar-assisted HVAC system with thermal storage. Energy and Buildings, 42(4), 500–509. https://doi.org/10.1016/j.enbuild.2009.10.019
Pátek, J., & Klomfar, J. (1995). Simple functions for fast calculations of selected thermodynamic properties of the ammonia-water system. International Journal of Refrigeration, 18(4), 228–234. https://doi.org/10.1016/0140-7007(95)00006-w
Pesaran, A. A., & Mills, A. F. (1987). Moisture transport in silica gel packed beds—I.Theoretical study. International Journal of Heat and Mass Transfer, 30(6), 1037–1049. https://doi.org/10.1016/0017-9310(87)90034-2
Sheikhani, H., Barzegarian, R., Heydari, A., Kianifar, A., Kasaeian, A., Gróf, G., & Mahian, O. (2018). A review of solar absorption cooling systems combined with various auxiliary energy devices. Journal of Thermal Analysis and Calorimetry, 134(3), 2197–2212. https://doi.org/10.1007/s10973-018-7423-4
Solar Next AG. (2008). chillii® PSC12 – Absorption chiller. Solar Next AG. https://solarnext.de
Venegas, T., Qu, M., Wang, L., Liu, X., Gluesenkamp, K., & Gao, Z. (2023). Review of liquid desiccant air dehumidification systems coupled with heat pump: System configurations, component design, and performance. Energy and Buildings, 279, 112655. https://doi.org/10.1016/j.enbuild.2022.112655
Xu, Z. Y., & Wang, R. Z. (2014). Experimental verification of the variable effect absorption refrigeration cycle. Energy, 77, 703–709. https://doi.org/10.1016/j.energy.2014.09.044
Zambolin, E., & Del Col, D. (2010). Experimental analysis of thermal performance of flat plate and evacuated tube solar collectors in stationary standard and daily conditions. Solar Energy, 84(8), 1382–1396. https://doi.org/10.1016/j.solener.2010.04.020
Zhang, L. Z., & Niu, J. L. (2002). Performance comparisons of desiccant wheels for air dehumidification and enthalpy recovery. Applied Thermal Engineering, 22(12), 1347–1367. https://doi.org/10.1016/s1359-4311(02)00050-9
Zhang, X. J., Dai, Y. J., & Wang, R. Z. (2003). A simulation study of heat and mass transfer in a honeycombed rotary desiccant dehumidifier. Applied Thermal Engineering, 23(8), 989–1003. https://doi.org/10.1016/s1359-4311(03)00047-4
Завантаження
Опубліковано
Номер
Розділ
Категорії
Ліцензія
Авторське право (c) 2026 Christian Chikezie Aka, Thomas Okechukwu Onah, Barnabas Uchenna Ugwuanyi (Author)
Ця робота ліцензується відповідно до ліцензії Creative Commons Attribution 4.0 International License.
Всі статті, опубліковані в журналі Challenges and Issues of Modern Science, ліцензовані за ліцензією Creative Commons Attribution 4.0 International (CC BY). Це означає, що ви можете:
- Поширювати, копіювати та передавати статтю
- Адаптувати, реміксувати та створювати похідні роботи на основі статті
за умови, що ви надаєте належне посилання на оригінальну роботу, вказуєте ім'я авторів, назву статті, журнал та наявність ліцензії CC BY. Будь-яке використання матеріалів не повинно припускати схвалення авторами або журналом використаного матеріалу.
