Study of cooling system for building by absorption system cycle using turbine exhaust gases

Abstract

Günümüzde yaşam tarzlarındaki gelişme ve hava sıcaklıklarındaki artış nedeniyle insanların konforlu ve rahat olması önemli hale gelmiştir. Elektrikli klima sistemleri ve makineler yüksek elektrik enerjisi tüketimi ve kısa ömürleri nedeniyle büyük yapılar ve binalar için en uygun çözüm olmamaktadır. Absorbsiyonlu bir havalandırma sistemi, atık ısı, sıvı yakıt ve elektrik kaynakları gibi çeşitli ısı kaynakları kullanılarak çalıştırmak için daha uygundur. Buna ilaveten daha ekonomik olup işletme maliyetleri daha düşüktür. Ofis binaları ve iş hanları gibi büyük binalarda absorpsiyonlu havalandırma sistemleri kullanılabilir. Bu çalışma, Irak'ın Selahaddin şehrinde (35° K enleminde) bulunan bir ofis binasının soğutma yüklerini, bir gaz türbininin egzoz gazı kullanılarak değerlendirmekte olup soğutma yükü Soğutma Yükü Sıcaklık Farkı (CLTD) metodu kullanılarak elde edilmiştir. Bina içerisinde kuru, yüksek sıcaklık ikliminde olan iki kat ve 29 adet yer bulunmaktadır. İnsan ısı yükü kazanımı, aydınlatma ısı yük kazanımı, havalandırma ve filtreleme ısı kazanımı gibi soğutma yükü unsurları tamamen değerlendirilmiş bulunmaktadır. Hesaplamalar aynı zamanda duvarlar ve çatılardan soğutma ısı yükleri içinde yapılmıştır. Bu çalışmada, bir gaz türbininden gelen elektrik enerjisi üretiminden çıkan egzoz atık ısı ile tahrik edilen absorpsiyonlu soğutma sistemi döngüsünün kullanılmasının maliyet operasyonlarını ve toplam enerji tüketimini azaltmak amacıyla gerekli soğutmayı. sağlayabileceği ortaya konulmuştur. Sistemi çeşitli jeneratör ve kondansatör sıcaklıklarında analiz etmek ve uygun Verim Katsayısını (COP) bulmak için Microsoft Excel programı kullanılmıştır. Çalışmanın diğer bölümlerinde, Irak ve Türkiye'de buhar sıkıştırmalı soğutucular ile egzoz gücüyle çalışan absorpsiyonlu soğutucular arasında karşılaştırma yapılarak ısı egzoz gazları ve maliyet tasarrufu işlemleri hesaplanmıştır.Elde edilen sonuçlar, ofis binasındaki toplam soğutma yükünün 217.156 KW olduğunu ve ortalama hissedilebilir ısı faktörünün (SHF) 0.911 olduğunu göstermiştir. Ofis binasındaki yerlere tedarik edilen toplam hava miktarı 14.3 m3/sn olmuştur. Tasarlanan absorpsiyonlu soğutma sistemi, verim katsayısının etkisinin değişik jeneratör sıcaklığı ve kondansatör sıcaklığında analiz edilmesinden dolayı değişkenlik gösteren COP değerlerine sahip olmuştur. Durum 1, 2 ve 3 için maksimum COP değerleri sırasıyla 0.79, 0.77 ve 0.753 olmuştur. Atık ısı gazları için, elde edilen sonuçlar minimum değerin 155.17 MW ve maksimum değerin 362.49 MW olduğunu göstermiştir. Sistemin yarı yıllık maliyet tasarruf oranları ise (Irak'ta) 4846.92 $ ve (Türkiye'de) 5519.77$ olmuştur.

Human comfort is important nowadays because of the development in life styles and the increase in weather temperatures. Electrical air conditioning systems and machines are not the most suitable solutions for large structures and buildings due to their high electrical power consumption and short lifetime. An absorption air conditioning system is more suitable for operation using various heat sources such as waste heat, liquid fuel and electrical sources. Moreover, they have low economic and operation costs. Large buildings, such as office buildings and commercial complexes, can be provided with absorption air conditioning systems.This study estimates the cooling loads of an office building located in the city of Salahuddin, Iraq (35°N latitude) using the exhaust gas of gas turbine and the cooling load obtained by using the Cooling Load Temperate Difference (CLTD) method. The building has 29 spaces of two floors in a dry, high temperature climate. The cooling load elements, such as people heat load gain, lighting heat load gain, ventilation and infiltration heat gain, are all fully estimated. The calculations are also performed for cooling heat loads through walls and roofs. In this study, the use of an absorption refrigeration system cycle powered by exhaust waste heat from the electric power generation from a gas turbine could deliver the necessary cooling to decrease cost operations and overall energy consumption. The Microsoft Excel program was used to analyze the system at various generator and condenser temperatures to find a suitable Coefficient of Performance (COP). For the other part of this study, heat exhaust gases and cost savings operations were calculated by comparing between vapor compression chillers and exhaust-driven absorption chillers in Iraq and Turkey. The results showed a total cooling load in the office building of 217.156 KW and an average sensible heat factor (S.H.F) of 0.911. The total supply of air to the spaces was 14.3 m3/sec. The designed absorption cooling system had varying COP values because we analyzed the effect of the COP in the variation of the generator temperature and condenser temperature. The maximum COP values for Cases 1, 2 and 3 were 0.79, 0.77 and 0.753, respectively. For the waste heat gases, the results showed 155.17 MW as a minimum value and 362.49 MW as a maximum value. Half-yearly cost savings operations of the system were $4846.92 (in Iraq) and $5519.77 (in Turkey).