THERMODYNAMIC ANALYSIS AND EVALUATION OF ENERGY PERFORMANCE OF R744 (CO2) REFRIGERANT INDUSTRIAL COOLING SYSTEMS

Abstract

ÖZET

Bu çalışmada tek kademeli transkritik R744 (CO2) doğal soğutucu akışkanlı süpermarket uygulamaları için yeni nesil bir enerji depolamalı endüstriyel tip soğutucu sistem tasarlanarak, teorik olarak incelenmiştir. Çevrimde kullanılan R744 soğutucu akışkanının zayıf ve güçlü yönleri belirlenerek sistemin enerji performansı irdelenmiştir. İrdeleme sonucu enerji performansını arttıran, çevreye zararsız sistemler için kriterler belirlenmiştir. Endüstriyel tip soğutucularda kullanılan R744 soğutucu akışkanlı sistemin termodinamik analizleri yapılmıştır.

Klasik buhar sıkıştırmalı soğutma çevrimlerinde gaz soğutucudan atılan ısı kullanılmamaktadır. Bu tasarlanan çevrim ile gaz soğutucudan atılan yaklaşık 18-20 kW’lık ısı, kullanım sıcak suyu elde etme ve ısıtma amacı için kullanılabilecektir. Sistem sınır şartları -25 °C buharlaşma ve 40 °C gaz soğutucu çıkış sıcaklığına ve 41.5 °C çevre sıcaklığına göre göre optimum gaz basıncı 107.955 bar olarak hesaplanmıştır. Bu tasarlanan enerji depolamalı sistemin uygulanması ile atık ısı değerlendirileceği için enerji maliyetlerinin düşürülmesi amaçlanmıştır. Yapılan analizler neticesinde, transkritik CO2 soğutkanlı sistemin, soğutma performans katsayısı (COPs) 1.18, ısıtma performans katsayısı (COPı) 2.20 olarak ve ikinci yasa verimleri ise soğutma ve ısıtma için sırasıyla %31.09 ve %45.85 olarak hesaplanmıştır.

ABSTRACT

In this study, a new generation energy storage industrial type refrigerant system with single stage transcritical R744 (CO2) natural refrigerant for supermarket applications was designed and studied theoretically. The strengths and weaknesses of the R744 refrigerant used in the cycle were determined and the energy performance of the system was examined. As a result of the discussion, criteria have been determined for systems that increase energy performance and are harmless to the environment. Thermodynamic analyzes of the R744 refrigerant system used in industrial type refrigerators were performed.

In conventional steam compression refrigeration cycles, the heat released from the gas cooler is not used. With this designed cycle, approximately 18-20 kW of heat discharged from the gas cooler can be used for the purpose of obtaining domestic hot water and heating. Optimum gas pressure were calculated as 107.955 bar according to system limit conditions -25 °C evaporation, 40 °C gas cooler outlet temperature and 41.5 °C ambient temperature. With the application of this designed energy storage system, it is aimed to reduce energy costs as waste heat will be utilized. As a result of the analysis, the cooling performance coefficient (COPs) of the transcritical CO2 refrigerant system was 1.18, the heating performance coefficient (COPi) was 2.20, and the second-law efficiency for cooling and heating was calculated as %31.09 and %45.85.