Naslov
TERMO-EKONOMSKA VIŠEKRITERIJSKA OPTIMIZACIJA SOLARNOG RASHLADNOG SUSTAVA
(Thermo-economic multicriteria optimization of a solar refrigeration system)

Autori
Barac, Antun

Vrsta, podvrsta i kategorija rada
Ocjenski radovi, doktorska disertacija

Fakultet
Strojarski fakultet u Slavonskom Brodu

Mjesto
Slavonski Brod

Datum
20.09

Godina
2022

Stranica
241

Mentor
Živić, Marija

Neposredni voditelj
Živić, Marija

Ključne riječi
Organski Rankineov ciklus, Parno-kompresijski rashladni ciklus, Pareto zavisnost, Minimalni period povrata investicije, Minimalna ukupna kapitalna investicija, Kompaktni izmjenjivači topline
(Organic Rankine Cycle, Vapor compression refrigeration cycle, Pareto frontier, Minimal payback period, Minimal capital investment cost, Compact heat exchangers)

Sažetak
U ljetnim mjesecima, u velikom broju gradova, 30- 50% električne energije troše klima uređaji. Korištenje solarne energije u tu svrhu može smanjiti potrošnju fosilnih goriva. Ova disertacija obuhvaća sve važne segmente modeliranja solarnog rashladnog sustava. Za postavljeni matematički model razvijen je programski kod za optimizaciju solarnog rashladnog sustava koji se temelji na kombiniranom ciklusu u kojem solarni organski Rankineov ciklus (ORC) male snage, do 10 kW, pokreće ljevokretni parno- kompresijski rashladni ciklus (VCC) preko zajedničkog vratila. Programski kod je napisan na platformi za rješavanje jednadžbi i optimizaciju, Engineering Equation Solver (EES), a termo-ekonomska analiza i višekriterijska optimizacija kombiniranog ciklusa provedena je za karakteristični ljetni dan uzimajući u obzir broj radnih sati za tipično solarno zračenje od 700 W/m2 te prosječnu temperaturu okoline od 26, 05 °C. Sustav je optimiran kako bi zadovoljio minimalne potrebe rashladnog opterećenja od 7, 26 kW. Višekriterijska optimizacija je provedena u dva uzastopna koraka. U prvom koraku optimira se cjelokupni termodinamički ciklus uzimajući u obzir padove tlaka i ukupne koeficijente prolaza topline u svim izmjenjivačima topline, koji se optimiraju u drugom koraku. Ova dva koraka se iterativno ponavljaju dok promjene promatranih parametara u optimizaciji ne postanu dovoljno male. Matematički model uključuje detaljnu analizu kompaktnih izmjenjivača topline i to pločastih te cijevno-orebrenih izmjenjivača topline, u smislu dizajna geometrijskih karakteristika, investicije i operativnih troškova, ukupnog koeficijenta prolaza topline te pada tlaka na strani radnog i sekundarnog fluida. Na temelju razvijenog matematičkog modela izvršena je višekriterijska optimizacija cijelog sustava u pogledu broja solarnih kolektora i temperature isparavanja ORC modula te dizajna izmjenjivača topline s obzirom na minimalne ukupne godišnje troškove. Optimizacijom cjelokupnog sustava dobije se Pareto zavisnost ukupne početne kapitalne investicije i perioda povrata investicije, dok se svi izmjenjivači topline optimiraju na način da njihovi ukupni godišnji troškovi održavanja, rada i otplate budu što niži. Rezultat optimizacije je Pareto zavisnost koja se sastoji od niza sub-optimalnih rješenja za svaki od ispitanih skalarnih težinskih faktora ponderiranog zbroja funkcije cilja solarnog rashladnog sustava. Analizirana su četiri radna fluida, R1234yf, R1234ze(E), R152a te R290, a kao najbolji se pokazao radni fluid R152a, za koji solarni rashladni sustav ima najmanji period povrata investicije u iznosu od 17 do 22 godine za optimalno najnižu početnu kapitalnu investiciju koja ovisi o veličini cjelokupnog sustava te pojedinih komponenti sustava.

Izvorni jezik
Hrvatski

Znanstvena područja
Strojarstvo

POVEZANOST RADA