Modelling and performance analysis of a refrigeration system for different refrigerants and configurations

Bu çalışmada, dört farklı soğutucu akışkan (R134a, R404a, R410A ve R290) ve iki farklı yüzey tipi (8.03/8T ve CF-7.0-5/8J) kullanılan bir soğutma sisteminin performansını (COP) simüle etmek için, küçük ölçekli bir soğutma sistemi bileşenlerini (kondenser ve evaporatör) detaylı inceleyen bir matematiksel model sunulmuştur. Ayrıca, seçilen soğutucu akışkanların soğutma sistem performansı ve çevreye olan etkileri karşılaştırılarak değerlendirilmiştir. İncelenen soğutucu akışkanlar için farklı çalışma parametreleri (kütlesel debi, sıcaklık, basınç) model girdisi olarak kullanıldı. Farklı akışkan ve yüzey tiplerinin COP’ye etkisini incelemek amacıyla buhar sıkıştırmalı soğutma sistemini tanımlayan bir matematiksel model Engineering Equation Solver (EES) yazılımı kullanılarak geliştirildi. Model ayrıca evaporatörün iki bölgesi (buharlaşma ve kızgın gaz) için giriş-çıkış havası sıcaklıklarını (T_(air,evap,in) ,T_(air,evap,out) ), kondenserin üç bölgesi (kızgın gaz, yoğuşma ve aşırı soğuma) için giriş-çıkış hava sıcaklıklarını tahmin edebilir (T_(air,cond.,in) , T_(air,cond.,out) ). Model kullanılarak, evaporatör ve kondenserdeki farklı bölgeler için ısı taşınım katsayıları ve toplam ısı geçişini tahmin edilebilmektedir. Kondenser hava tarafı (ΔPair) basınç düşümü, 8.03/8T ve CF-7.0-5/8J yüzey tipleri için hesaplanmıştır. Hesaplanan basınç düşümü kullanılarak kondenser fanında tüketilen güç (W ̇) belirlenmiştir. En yüksek toplam COP değeri, her iki yüzey tipi 8.03/8T ve CF-7.0-5/8J için de R410a sentetik soğutucu akışkanı için bulunmuştur. Diğer yandan, en düşük COP değeri ise doğal soğutucu R290 için hesaplanmıştır. Yüzey tipleri karşılaştırıldığında CF-7.0-5/8J tipi tüm soğutucu akışkanlar için daha yüksek toplam COP değerine sahiptir. Yüzey tipi 8.0-3/8T olan kondenserin, CF-7.0-5/8J yüzey tipindeki kondansere göre daha yüksek fan gücü tüketimine sebep olduğu bulunmuştur. Simülasyon sonuçları, sistem COP değerini arttırmak için evaporatör ve kondenserde, CF-7.0-5/8J yüzey tipinin kullanımını önermektedir.--------------------This study presented a mathematical model for a small scale refrigeration system components such as condenser, evaporator based upon different empirical correlations of heat transfer coefficients in order to simulate the performance of system using four different refrigerants (R134a, R404a, R410A and R290) and two different surface types (8.03/8T and CF-7.0-5/8J). In addition, the selected refrigerants are evaluated in a refrigeration system in respect of energy efficiency and environmental matters.The improved model has been applied at variable operation parameters (mass flow rate, temperature, pressure) for investigated refrigerants. The numerical model defined a vapor compression refrigeration system is performed in EES to examine the effect of different refrigerants and surface types of condenser and evaporator on COP. The model is also capable of predicting the inlet and outlet air temperatures of evaporator for two regions (T_(air,evap,in) ,T_(air,evap,out) ), inlet and outlet air temperatures of condenser for three regions (T_(air,cond.,in) , T_(air,cond.,out) ). According to the model, overall and convection heat transfer coefficients of different zones for evaporator and condenser are predicted. The pressure drop of the condenser air side (ΔPair) is calculated for both surface types of 8.03/8T and CF-7.0-5/8J. Consumed power of condenser fan (W ̇) is determined by using calculated pressure drop. The highest overall COP is calculated for the synthetic refrigerant (R410a) for both surface type 8.03/8T and CF-7.0-5/8J. On the contrary, the lowest COP is computed for the natural refrigerant (R290). In terms of surface type, type CF-7.0-5/8J has higher overall COP values than those of type 8.0-3/8T for all refrigerants. It is found that the condenser with a surface type of 8.0-3/8T has higher consumed fan power than that of surface type of CF-7.0-5/8J. Simulation results show that the utilizing type CF-7.0-5/8J is recommended to enhance system COP for both evaporator and condenser