مهندسی مکانیک مدرس

مهندسی مکانیک مدرس

بررسی پمپ‌ حرارتی زمین گرمایی انبساط مستقیم دی اکسیدکربن

نویسندگان
1 دانشجوی دکترا، دانشگاه شهید باهنر کرمان
2 دانشگاه شهید باهنر، کرمان
چکیده
در این مقاله یک مدل عددی، جهت آنالیز پمپ حرارتی زمین گرمایی انبساط مستقیم با استفاده از مبرد دی اکسیدکربن در سیکل فوق بحرانی با در نظر گرفتن اثرات افت فشار مبرد در مبدل‌های حرارتی سیستم، در حالت پایدار توسعه داده شده است. حل عددی حاضر، آنالیز سیستم در شرایط کارکرد مختلف را در دو بررسی جداگانه شامل حالتی که طول حلقه مبدل زمین ثابت نگه داشته شده و حالتی که بار گرمایشی مشخصی مدنظر باشد ارائه می‌کند. با استفاده از شبیه سازی، ارزیابی مشخصه‌های سیستم مانند ظرفیت حرارتی و ضریب عملکرد سیستم در حالت اول و طول مورد نیاز حلقه مبدل زمینی و ضریب عملکرد سیستم در حالت دوم صورت گرفته است. جهت ارزیابی عملکرد سیستم، مطالعه‌ای پارامتریک بر تاثیر پارامترهای مختلف شامل اختلاف دمای زمین با دمای خروجی تبخیرکننده، سرعت کمپرسور، دما و دبی جرمی آب ورودی به خنک کننده گاز، نسبت مساحت مبدل‌های حرارتی و دمای زمین انجام شده است. در هر دو بررسی مشخص گردید که در یک مقدار اختلاف دمای زمین با دمای خروجی تبخیرکننده مشخص، مقدار بیشینه‌ی ضریب عملکرد سیستم وجود دارد. همچنین افزایش دور کمپرسور و دمای آب ورودی به خنک کننده گاز با کاهش ضریب عملکرد سیستم و افزایش دبی جرمی آب ورودی به خنک کننده گاز با افزایش ضریب عملکرد سیستم همراه است. نتایج حاصل از این پژوهش شامل ظرفیت حرارتی، ضریب عملکرد و طول مورد نیاز مبدل زمینی می‌تواند در طراحی و بهینه سازی یک پمپ حرارتی زمین گرمایی انبساط مستقیم مورد استفاده قرار گیرد.
کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله English

study of a direct-expansion ground source heat pump using carbon dioxide

نویسندگان English

Hossein Ghazizade-Ahsaee 1
Mehran Ameri 2
2 Department of Mechanical Engineering, Shahid Bahonar University
چکیده English

This paper presents a steady state simulation model to analyze a direct expansion ground source heat pump that uses carbon dioxide as refrigerant in a transcritical cycle. The analysis considers pressure drop characteristic in heat exchangers of the system. The present numerical model has been developed to examine the system in different operating conditions in two discrete cases. These cases include constant evaporator loop length and specified heating capacity. Then model evaluate the system based on COP and heating capacity in the first case and COP and evaporator loop length in the second case. To evaluate the performance of the system, a parametric study is performed to investigate the effect of different parameters such as difference between soil temperature and evaporator outlet temperature, compressor speed, water inlet temperature, water mass flow rate, area ratio heat exchanger and soil temperature. In both studies, It can be concluded that in a specific temperature difference of the difference between soil temperature and the outlet temperature of the evaporator, there is a maximum value for COP. Also, increasing the compressor speed and the temperature of inlet water to the gas cooler is accompanied with the diminution of COP. Increasing the mass flow rate of inlet water to the gas cooler leads to surge in COP. The results of this study include heat capacity, coefficient of performance and ground heat exchanger loop length can be used for design and optimization of a direct expansion geothermal heat pump.

کلیدواژه‌ها English

Ground Source Heat Pump
Direct Expansion
Carbon Dioxide
Transcritical
Pressure drop