Theoretical performance optimization of solar absorption chiller coupled to underground cooling tower.

Abstract

The study aims to enhance the thermal/economic performance of a solarpowered absorption heat pump used for the cooling/heating of a shopping center inIzmir. MATLAB and TRNSYS are used to simulate the system. First, borehole thermalenergy storage is added to the system to store the heat rejected by the chiller condenserin summer for later use in winter. Secondly, cooling water out of a condenser is partiallystored during an 8:00-16:00 working time, and cooled from 16:00 to 8:00 to takeadvantage of the lower ambient temperature at night. Lastly, chilled water storage isadded to the system to level the cooling load. The study revealed that the boreholeefficiency is 37%. Also, it enhanced the solar fraction in winter by 40% and increasedthe system cooling load to heat input ratio by 110%. The second study showed thatoperating a cooling tower at night can reduce cooling water temperature by 5°C. In thelast study, producing chilled water 24h/day reduced the required cooling capacity of thechiller to 34% of its current capacity of 1020kW, thus increasing the capacity factorfrom 41% to 96%. A brief economic analysis showed that the levelized cost ofcooling/heating is 0.034$/kWh and 0.049$/kWh for the system with chilled waterstorage and the system without chilled water storage respectively. This represented acost reduction of 29%.Keywords: Solar Collector, Absorption Chiller, Thermal Storage, Capacity Factor,BTES.

Bu çalışma, İzmir'deki bir alışveriş merkezinin soğutulması/ısıtılması içinkullanılan güneş enerjisi ile çalışan absorbsiyonlu ısı pompası sisteminintermal/ekonomik performansını iyileştirmeyi amaçlamaktadır. İlk olarak, sonradan kışınkullanmak için, soğutma sistemi kondensatörü tarafından yaz aylarında geri çevrilensıcaklığı korumak amacıyla sisteme sondaj deliği termal enerji deposu eklenmiştir.İkinci olarak ise, bir kondensatörden çıkan soğutma suyu, 8:00-16:00 çalışmasaatlerinde kısmen depolanmış ve gece daha düşük seviyedeki ortam sıcaklığındanfaydalanmak amacıyla, 16:00'dan 8:00'a kadar soğutulmuştur. Son olarak da, sistemesoğutma yükünü seviyelemek amacıyla soğutulmuş su deposu eklenmiştir. Çalışma,sondaj deliği verimliliğinin %37 olduğunu açığa çıkarmıştır. Ayrıca kış aylarında güneşenerjisinden yararlanma oranını %40 oranında genişletmiş ve sistemin soğutma yükünü%110 oranındaki bir ısı girdisi oranına yükseltmiştir. İkinci çalışma, gece bir soğutmakulesi kullanmanın, soğutma suyu sıcaklığını 5°C kadar azaltabileceğini göstermiştir.Son çalışmada ise, günde 24 saat boyunca soğutulmuş su üretimi, soğutma sistemininistenen soğutma kapasitesini 1020kW olan mevcut kapasitesinden %34 oranındaazaltılmış ve böylece, kapasite faktörünü %41'den %96'ya artırmıştır. Küçük birekonomik analiz de, soğutmanın/ısıtmanın seviyelendirilmiş maliyetinin, sırasıylasoğutulmuş su deposu olan sistem ve soğutulmuş su deposu olmayan sistem için,0.034$/kWh ve 0.049$/kWh olduğunu göstermiştir. Bu da maliyette %29 oranında birdüşüşü tasvir etmektedir.Anahtar Sözcükler: Güneş Enerjisi Kolektörü, Absorbsiyonlu Soğutma Sistemi, TermalDepo, Kapasite faktörü, BTES (Sondaj Deliği Termal Enerji Deposu).