Academic literature on the topic 'Annual refrigeration capacity'

It is justified the necessity of taking into consideration changes in thermal loads on the air conditioning system (heat and moisture treatment of air by cooling it with decreasing temperature and moisture content) in accordance with the current climatic conditions of operation. Since the effect of air cooling depends on the duration of its use and the amount of cold consumption, it is suggested that it be determined by the amount of cold spent per year for air conditioning at the GTU inlet, that is, for annual refrigerating capacity. The example of heat-using air conditioning at the inlet of a gas turbine unite (energy–efficient air conditioning systems) analyzes the annual costs of cooling for cooling ambient air to the temperature of 15 °C by an absorption lithium-bromide chiller and two-stage air cooling: to a temperature of 15 °C in an absorption lithium-bromide chiller and down to temperature 10 °С – in a refrigerant ejector chiller as the stages of a two-stage absorption-ejector chiller, depending on the installed (project) refrigerating capacity of waste heat recovery chiller.It is shown that, based on the varying rate of increment in the annual production of cold (annual refrigeration capacity) due to the change in the thermal load in accordance with current climatic conditions, it is necessary to select such a design thermal load for the air conditioning system (installed refrigeration capacity of chillers), which ensures the achievement of maximum or close to it annual production of cold at a relatively high rate of its increment. It is analyzed the dependence of the increment on the annual refrigerated capacity, relative to the installed refrigeration capacity, on the installed refrigeration capacity, in order to determine the installed refrigeration capacity, which provides the maximum rate of increase in the annual refrigerating capacity (annual production of cold). Based on the results of the research, it is proposed the method for determining the rational thermal load of the air conditioning system (installed – the design refrigeration capacity of the chiller) in accordance with the changing climatic conditions of operation during the year, which provides nearby the maximum annual production of cold at relatively high rates of its growth

The efficiency of air cooling at the inlet of gas turbine engines by exhaust heat conversion chiller, which transforms the GTE exhaust gases heat into cold, under variable climatic operating conditions, has been investigated. Considered is the use of a combined absorption-ejector exhaust heat conversion chiller with a step-by-step principle of air cooling at the gas turbine engines inlet: preliminary down to 15°C – by an absorption lithium-bromide chiller (ACh), which is used as a high-temperature air cooling stage, and further cooling down to 10°C – by a refrigerant ejector chiller (ECh) as a low-temperature cooling stage. Reserves have been identified for reducing the design (installed) refrigeration capacity of chillers by accumulating excess cold at reduced current heat loads with its use at increased heat loads. In this case, the design (installed) refrigeration capacity of chillers was determined by two methods: the first – based on the close to the maximum reduction in annual fuel consumption, the second – according to the maximum rate of increase in the reduction in annual fuel consumption. A scheme of the air cooling system at the gas turbine engines inlet using the refrigeration capacity reserve of the ACh, which provides preliminary cooling of the ambient air at the gas turbine engines inlet, in the booster stage, using the ACh accumulated excess refrigeration capacity has been proposed. The ACh excess refrigerating capacity, which is formed at decreased heat loads on the air coolers at the gas turbine engines inlet, is accumulated in the cold accumulator and is used at increased heat loads. The simulation results show the advisability of using the air cooling system at the gas turbine engine inlet with using the ACh accumulated excess refrigeration capacity, which allows reducing the ACh design (installed) refrigeration capacity by approximately 40%.

It is proposed the definition of the installed (rational) refrigeration capacity of a waste heat-recovery absorption-ejector chiller that utilizes the heat of the exhaust gases of a gas turbine unite to cool the air at the inlet. Since the effect of air cooling, in particular in the form of a reduction in the specific fuel consumption, depends on its depth (the magnitude of the decrease in air temperature) and duration, it is proposed to determine it by the annual fuel economy. As an example of air cooling at the inlet of a gas turbine unit, the value of reducing specific fuel consumption due to cooling the air at the inlet to the temperature of 15 °C by an absorption lithium-bromide chiller and two-stage air cooling: to a temperature of 15 °C in an absorption lithium-bromide chiller and down to 10 °C – in a refrigerant ejector chiller as the stages of a two-stage absorption-ejector chiller, depending on the installed (design) refrigeration capacity is analyzed.It is shown that proceeding from the different rate of increment of the annual reduction in the specific fuel consumption due to the change in the thermal load in accordance with the current climatic conditions, it is necessary to choose such design heat load for the air cooling system (installed refrigeration capacity of the chillers), which ensures the achievement of the maximum or close to annual reduction in the specific fuel consumption at relatively high rates of its increment. In order to determine the installed refrigeration capacity, which ensures the maximum annual refrigeration capacity (annual production of cold), the dependence of the increment of annual fuel economy from the installed refrigeration capacity is analyzed. Based on the results of the investigation, it was proposed to determine the rational thermal load of the air cooling system (installed - the design refrigeration capacity of the chiller) in accordance with the changing climatic conditions of operation during the year, which provides a maximum annual reduction in the specific fuel consumption at relatively high rates of its increment

It is proved a possibility of using the thermohour cooling potential method, developed by the author, for defining the installed (design) refrigeration capacity of term transformer (refrigeration machine), providing a maximum rate of thermo-hour cooling potential increasing according to the current climatic conditions for a definite period of operation.It is proposed to define the effect, gained due to cooling air, in particular at the inlet of GTU, depends on duration and depth of cooling, by thermohour potential ÕS,°С·h, as air temperature decrease Δta multiplied by duration τ of GTU operation at decreased temperature: ÕS = ∑(Δta ∙°τ), which to some extent characterizes heat load on the cooling system.It is shown that taking into consideration a different rate of annual thermohour cooling potential arising with increasing the installed refrigeration capacity of term transformer, caused by changing the heat load according to current climatic conditions during a year, it is necessary to choose such design heat load on the air cooling system (refrigeration capacity of term transformer) that provides a maximum value of annual thermohour cooling potential or close it with relatively high rates of its increasing. To define the installed refrigeration capacity, providing a maximum rate of annual thermohour cooling potential increasing, it is analyzed the dependence of annual thermohour cooling potential related to the installed refrigeration capacity of term transformer, from the installed refrigeration capacity of term transformer. As a result of the investigation, it is proposed the method of defining the design heat load (installed refrigeration capacity) of term transformer with maximum rates of increasing thermohour cooling potential, as a further development of methodology of rational designing of them transformers for combustion engine inlet air cooling on the base of thermohour potential, developed by author

Cascade cooling systems containing different cooling methods (e.g., air cooling, water cooling, refrigerating) are used to satisfy the cooling process of hot streams with large temperature spans. An effective cooling system can significantly save energy and costs. In a cascade cooling system, the heat load distribution between different cooling methods has great impacts on the capital cost and operation cost of the system, but the relative optimization method is not well established. In this work, a cascade cooling system containing waste heat recovery, air cooling, water cooling, absorption refrigeration, and compression refrigeration is proposed. The objective is to find the optimal heat load distribution between different cooling methods with the minimum total annual cost. Aspen Plus and MATLAB were combined to solve the established mathematical optimization model, and the genetic algorithm (GA) in MATLAB was adopted to solve the model. A case study in a polysilicon enterprise was used to illustrate the feasibility and economy of the cascade cooling system. Compared to the base case, which only includes air cooling, water cooling, and compression refrigeration, the cascade cooling system can reduce the total annual cost by USD 931,025·y−1 and save 7,800,820 kWh of electricity per year. It also can recover 3139 kW of low-grade waste heat, and generate and replace a cooling capacity of 2404 kW.

Thermal systems of buildings in the tropics are highly energy intensive. In this study, a novel integrated solar photovoltaic–thermal–refrigeration (PVTR) system used to produce hot water and air-conditioning in the tropical climate conditions of Singapore was analyzed. A dynamic simulation model was formulated for the analysis. Mathematical models were developed for the PV sandwich attached with a solar flat plate collector and for the main components of the refrigeration system. Thorough investigation of the electrical and thermal performances of the system were conducted through the analysis of coefficient of performance (COP), cooling capacity, water temperature and heat capacity in water heater, photovoltaic (PV) module temperature and PV efficiency. The results show that attractive electrical and thermal performance can be achieved with a maximum annual cooling COP of 9.8 and a heating COP of 11.3. The PV efficiency and power saving were 14% and 53%, respectively. The annual cooling, heating and PV energy produced were 9.7, 15.6 and 1.6[Formula: see text]MWh, respectively. The financial payback period of the system was 3.2 years and greenhouse gas (GHG) emission reduction annually was 12.6 tons of CO2 equivalents (tCO2e).

This research presents the development of environmentally-friendly and energy efficient refrigerant for medium temperature refrigeration systems that new azeotropic refrigerant mixture of hydrofluorocarbons and hydrocarbon that can retrofit in the refrigeration system using R404A. The medium back pressure refrigeration testing standard that follow CAN/ANSI/AHRI540 standard air-conditioning, heating, and refrigeration institute (AHRI) and The properties of refrigerants and refrigeration simulation system that used national institute of standards and technology (NIST) reference fluid thermodynamic and transport properties database (REFPROP) software and NIST vapor compression cycle model accounting for refrigerant thermodynamic and transport properties (CYCLE_D-HX) software. The methodology uses decision tree function in datamining by rapid minor software that first of KDnuggets annual software poll that showed new azeotropic refrigerant mixture had cooling capacity, refrigerant effect, GWP and boiling point were lower than R404A but work and pressure for medium temperature refrigeration system of azeotropic refrigerant mixture were higher than R404A. The artificial intelligence (AI) by data mining technic can predictive environmentally-friendly and energy efficient refrigerant for medium temperature refrigeration. The result of refrigerant mixed by R134A, R32, R125 and R1270 and is consistent with the evolution of fourth-generation refrigerants that contain a mixture of HFCs and HCs which are required to produce a low-GWP, zero-ozone-depletion-potential (ODP), high-capacity, low-operating-pressure, and nontoxic refrigerant.

One of the most attractive reserves of enhancing the energetic efficiency of air conditioning systems is to provide the operation of refrigeration compressors in nominal or close to nominal modes by choosing rational design cooling loads (cooling capacities) and their distribution according to a cooling load behaviour within the overall design (installed) cooling load band to match current changeable climatic conditions and provide close to maximum annual cooling capacity generation according to cooling duties. The direction of increasing the efficiency of outdoor air conditioning in combined central-local type systems by rationally distributing the heat load - cooling capacity of the central air conditioner into zones of variable heat load in accordance with current climatic conditions and its relatively stable value, i.e. cooling capacity required for further air cooling at the entrance to the indoor recirculation air conditioning system is justified. By comparing the values of the excessive production of cold and its deficit within every 3 days for a rational design heat load of the air conditioning system (cooling capacity of the installed refrigeration machine), which provides close to maximum annual production of cold, and the corresponding values of the excess and deficit of cooling capacity in accordance with current climatic conditions during July substantiated the feasibility of accumulating the excess of cooling capacity of a central air conditioner at low current loads and its use for covering cooling deficit at elevated heat loads through pre-cooling the outdoor air. It is developed a scheme of a combined central-local air conditioning system, which includes the subsystems for the outdoor air conditioning in a central air conditioner and the local indoor recirculated air conditioning.

Gas turbine intake air cooling (TIAC) by exhaust gas heat recovery chillers is a general trend to improve turbine fuel efficiency at increased ambient temperatures. The high efficiency absorption lithium–bromide chillers of a simple cycle are the most widely used, but they are unable to cool inlet air lower than 15 °C. A two-stage hybrid absorption–ejector chillers were developed with absorption chiller as a high temperature stage and ejector chiller as a low temperature stage to subcool air from 15 °C to 10 °C and lower. A novel trend in TIAC by two-stage air cooling in hybrid chillers has been substantiated to provide about 50% higher annual fuel saving in temperate climate as compared with absorption cooling. A new approach to reduce practically twice design cooling capacity of absorption chiller due to its rational distribution with accumulating excessive refrigeration energy at decreased thermal loads to cover the picked demands and advanced design methodology based on it was proposed. The method behind this is issued from comparing a behavior of the characteristic curves of refrigeration energy required for TIAC with its available values according to various design cooling capacities to cover daily fluctuation of thermal loads at reduced by 15 to 20% design cooling capacity and practically maximum annual fuel reduction.

Turbine intake air cooling (TIAC) by absorption lithium-bromide chillers (ACh) utilizing the exhaust heat is considered as the most effective fuel saving technology for temperate climatic conditions. But the cooling potential of TIAC systems based on ACh of a simple cycle is limited by a comparatively increased chilled water temperature of about 7°C excluding cooling intake air lower than 15°C. The application of a refrigerant as a coolant enables deeper cooling intake air to 10°C and lower. The application of two-stage hybrid absorption-ejector chillers (AECh) with a refrigerant ejector chiller (ECh) as a low temperature stage makes it possible to increase the annual fuel saving approximately twice in temperate climate due to deeper cooling air as compared with ACh. Furthermore, this effect can be achieved with the sizes of TIAC system reduced by about 20 % due to determining the rational refrigeration capacity of AECh providing practically maximum annual fuel saving increment and the use of the current excessive refrigeration capacities to cover peaked loads.

The efficiency of refrigeration capacity regulation in ambient air conditioning systems = Ефективність регулювання холодопродуктивності в системах кондиціювання зовнішнього повітря / E. Trushliakov, A. Radchenko, M. Radchenko, S. Kantor, O. Zielikov // Матеріали XI міжнар. наук.-техн. конф. "Інновації в суднобудуванні та океанотехніці". В 2 т. – Миколаїв : НУК, 2020. – Т. 1. – С. 475–480.
Розроблено новий метод і підхід до аналізу ефективності системи кондиціювання зовнішнього повітря, згідно з яким весь діапазон змінних теплових навантажень поділяється на дві зони: зона обробки навколишнього повітря зі значними коливаннями поточного теплового навантаження і зона без коливань. Пропонований спосіб регулювання холодопродуктивності дозволяє підвищити ефективність використання встановленої холодопродуктивності в поточних кліматичних умовах.
Abstract. A new method and approach to analyzing the efficiency of ambient air conditioning system has been developed, according to which the overall range of changeable heat loads is divided in two zones: the zone of ambient air processing with considerable fluctuations of the current heat load and a zone without fluctuations. The proposed method of the refrigeration capacity regulation allows to increase the efficiency of utilizing the installed refrigeration capacity in current climatic conditions.

Approach to enhance the energetic efficiency of air conditioning systems by cooling load distribution in ambient air procession = Підхід до підвищення енергетичної ефективності систем кондиціювання повітря шляхом розподілу холодопродуктивності при обробці зовнішнього повітря / M. Radchenko, E. Trushliakov, A. Radchenko, S. Kantor, V. Tkachenko // Матеріали XI міжнар. наук.-техн. конф. "Інновації в суднобудуванні та океанотехніці". В 2 т. – Миколаїв : НУК, 2020. – Т. 1. – С. 490–500.
У загальному випадку весь діапазон холодопродуктивності будь-якої системи кондиціювання повітря включає нестабільний діапазон і порівняно стабільну частину холодопродуктивності для подальшого охолодження повітря. Таким чином, стабільний діапазон холодопродуктивності може бути забезпечений роботою звичайного компресора, в той час як режим із значними коливаннями холодопродуктивності вимагає її модуляції. Пропонований підхід може бути використаний для проектування систем зі змінним потоком хладагента (VRF), забезпечених системою обробки зовнішнього повітря (OAP).
Abstract. In general case, an overall cooling load band of any air conditioning system comprises the unstable cooling load range and a comparatively stable cooling load part for further air cooling. Thus, the stable cooling load range can be covered by operation of conventional compressor, meantime mode with considerable cooling load fluctuation needs load modulation. A proposed method can be adopted for designing Variable Refrigerant Flow (VRF) systems provided with Outdoor Air Processing (OAP) system.

Методи визначення теплового навантаження систем кондиціювання повітря з урахуванням поточних кліматичних умов = Methods to determine the heat load of air conditioning systems with account of current climatic conditions / Є. І. Трушляков, А. М. Радченко, Б. С. Портной, С. Г. Фордуй // Матеріали X міжнар. наук.-техн. конф. "Інновації в суднобудуванні та океанотехніці". В 2 т. – Миколаїв : НУК, 2019. – Т. 1. – С. 493–497.
Анотація. Одним з найбільш привабливих резервів підвищення енергетичної ефективності систем кондиціювання повітря є забезпечення роботи холодильних компресорів в номінальному або близькому до номінального режимах шляхом вибору раціонального проектного теплового навантаження та його розподілу в межах його проектної величини відповідно до характеру поточного теплового навантаження за змінних поточних кліматичних умов з метою максимального або близького до нього річного виробництва холоду відповідно до його витрат на кондиціювання повітря. В загальному випадку весь діапазон поточних теплових навантажень будь-якої системи кондиціювання повітря включає діапазон нестабільних навантажень, пов’язаних з попереднім охолодженням зовнішнього повітря зі значними коливаннями витрат холодопродуктивності відповідно до поточних кліматичних умов, і порівняно стабільну частку холодильної потужності, що витрачається на подальше зниження температури повітря від певної порогової температури до кінцевої температури на виході. Цілком очевидно, що стабільний діапазон теплового навантаження може бути забезпечений при роботі звичайного компресора в режимі, близькому до номінального режимі, тоді як попереднє охолодження зовнішнього повітря зі значними коливаннями теплового навантаження потребує регулювання холодопродуктивності шляхом застосування компресора з регульованою швидкістю. Таким чином, за характером зміни поточних теплових навантажень будь-яка система кондиціювання повітря, чи то центральна система кондиціювання повітря з його тепловологісною обробкою в центральному кондиціонері, чи то її комбінація з місцевою рециркуляційною системою кондиціювання повітря в приміщеннях, по суті, складається з двох підсистем: попереднього охолодження зовнішнього повітря і його подальшого охолодження до встановленої кінцевої температури. Запропонований метод розподілу проектного теплового навантаження в залежності від характеру поточних теплових навантажень є корисним для раціонального проектування систем центрального кондиціювання повітря та їх комбінованих версій з місцевою системою кондиціювання повітря.
Abstract. One of the most attractive reserves for improving the energy efficiency of air conditioning systems is to ensure the operation of refrigeration compressors in nominal or close to nominal modes by selecting a rational design heat load and distributing it within its design value according to the behavior of the current heat load under variable current climatic conditions to provide the maximum or close to maximum annual cooling capacity generation accord-ing to cooling duties of air conditioning. In the general case, the overall range of current thermal loads of any air conditioning system includes a range of unstable loads associated with the precooling of ambient air with significant fluctuations in cooling capacity according with current climatic conditions, and a relatively stable range of cooling capacity consumed to further reduce air temperature from a certain threshold temperature to the final outlet tem-perature. It is quite obvious that a stable range of heat load can be ensured within operating a conventional com-pressor in a mode close to the nominal mode, while precooling the ambient air with significant fluctuations in heat load requires regulation of the cooling capacity through the use of a variable speed compressor. Thus, in response of the behavior of the change in current heat loads, any air conditioning system, whether the central air-conditioning system with its heat procession in a central air conditioner, or a combination thereof with a local recirculation sys-tem of indoor air, essentially consists of two subsystems: pre-cooling the ambient air and then cooling it to the set point temperature. The proposed method of distribution of design heat load depending on the behaviour of current heat load is useful for the rational design of central air conditioning systems and their combined versions with the local air conditioning system.
Аннотация. Одним из самых привлекательных резервов повышения энергетической эффективности систем кондиционирования воздуха является обеспечение работы холодильных компрессоров в номинальном или близком к номинальному режимах путем выбора рационального проектной тепловой нагрузки и ее распределения в пределах ее проектной величины в соответствии с характером текущей тепловой нагрузки в соответствии с меняющимися текущими климатическими условиями с целью максимального или близкого к нему годового производства холода в соответствии с его расходованием на кондиционирование воздуха. В общем случае весь диапазон текущих тепловых нагрузок любой системы кондиционирования воздуха включает диапазон нестабильных нагрузок, связанных с предварительным охлаждением наружного воздуха со значительными колебаниями затрат холодопроизводительности в соответствии с текущими климатическими условиями, и сравнительно стабильную долю холодопроизводительности, расходуемой на снижение температуры воздуха от определенной пороговой температуры до конечной температуры на выходе. Совершенно очевидно, что стабильный диапазон тепловой нагрузки может быть обеспечен при работе обычного компрессора в режиме, близком к номинальному, тогда как предварительное охлаждение наружного воздуха со значительными колебаниями тепловой нагрузки требует регулирования холодопроизводительности путем применения компрессора с регулируемой скоростью. Таким образом, по характеру изменения текущих тепловых нагрузок любая система кондиционирования воздуха, то ли центральная система кондиционирования воздуха с его тепловлажностной обработкой в центральном кондиционере, то ли ее комбинация с местной рециркуляционной системой кондиционирования воздуха в помещениях, по сути, состоит из двух подсистем: предварительного охлаждения наружного воздуха и его дальнейшего охлаждения до установленной конечной температуры. Предложенный метод распределения проектного тепловой нагрузки в зависимости от характера текущих тепловых нагрузок весьма полезный для рационального проектирования систем центрального кондиционирования воздуха и их комбинированных версий с местной системой кондиционирования воздуха.

Ступеневий принцип розподілу теплового навантаження в системі кондиціювання повітря = The stage principle of distribution of thermal load in air conditioning systems / Є. І. Трушляков, А. М. Радченко, В. С. Ткаченко, Б. С. Портной, С. Г. Фордуй, С. А. Кантор // Матеріали X міжнар. наук.-техн. конф. "Інновації в суднобудуванні та океанотехніці". В 2 т. – Миколаїв : НУК, 2019. – Т. 1. – С. 504–508.
Анотація. Підтримання роботи холодильних компресорів в номінальному або близькому до нього режимах шляхом вибору раціонального проектного теплового навантаження та його розподілу за характером зміни поточного теплового навантаження відповідно до поточних кліматичних умов є одним з перспективних резервів підвищення енергетичної ефективності систем кондиціювання повітря, реалізація якого забезпечує досягнення максимального або близького до нього річного виробництва холоду відповідно до його витрат на кондиціювання повітря. В загальному випадку весь діапазон поточних теплових навантажень будь-якої системи кондиціювання повітря включає діапазон нестабільних навантажень, обумовлених попереднім охолодженням зовнішнього повітря зі значними коливаннями витрат холодопродуктивності відповідно до поточних кліматичних умов, і діапазон порівняно стабільної холодильної потужності, що витрачається на подальше зниження температури повітря від певної порогової температури до кінцевої температури на виході. Якщо діапазон стабільного теплового навантаження може бути забезпечений при роботі звичайного компресора в режимі, близькому до номінального, то попереднє охолодження зовнішнього повітря зі значними коливаннями теплового навантаження потребує регулювання холодопродуктивності шляхом застосування компресора з регульованою швидкістю або ж використання надлишку холоду, закумульованого при знижених теплових навантаженнях. Такий ступеневий принцип охолодження забезпечує узгодження роботи холодильних машин з характером зміни поточних теплових навантажень будь-якої системи кондиціювання повітря, чи то центральної системи кондиціювання повітря з його тепловологісною обробкою в центральному кондиціонері, чи то її комбінації з місцевою рециркуляційною системою кондиціювання повітря в приміщеннях, по суті, як комбінації підсистем – попереднього охолодження зовнішнього повітря з регулюванням холодопродуктивності та подальшого охолодження повітря до встановленої кінцевої температури в умовах відносно стабільного теплового навантаження.
Abstract. Maintaining the operation of refrigeration compressors in nominal or close modes by selecting a rational design thermal load and distributing it in response to the behavior of the current thermal load according to the current climatic conditions is one of the promising reserves for improving the energy efficiency of air conditioning systems, which implementation ensures maximum or close to it in the annual cooling production according to air conditioning duties. In general case, the total range of current thermal loads of any air-conditioning system includes a range of unstable loads caused by precooling of ambient air with significant fluctuations in the cooling capacity according to current climatic conditions, and a range of relatively stable cooling capacity expended for further lowering the air temperature from a certain threshold temperature to the final outlet temperature. If a range of stable thermal load can be provided within operating a conventional compressor in a mode close to nominal, then precooling the ambient air with significant fluctuations in thermal load requires adjusting the cooling capacity by using a variable speed compressor or using excess of heat accumulated at reduced load. Such a stage principle of cooling ensures the operation of refrigerating machines matching the behavior of current thermal loads of any air-conditioning system, whether the central air conditioning system with ambient air procession in the central air conditioner, or its combination with the local indoors recirculation air conditioning systems in the air-conditioning system. in essence, as combinations of subsystems – precooling of ambient air with regulation of cooling capacity and subsequent cooling air to the mouth of the set point temperature under relatively stable thermal load.
Аннотация. Поддержание работы холодильных компрессоров в номинальном или близком к нему режимах путем выбора рациональной проектной тепловой нагрузки и ее распределения согласно характеру изменения текущей тепловой нагрузки в соответствии с текущими климатическими условиями является одним из перспективных резервов повышения энергетической эффективности систем кондиционирования воздуха, реализация которого обеспечивает достижение максимального или близкого к нему годового производства холода в соответствии с его расходованием на кондиционирование воздуха. В общем случае весь диапазон текущих тепловых нагрузок любой системы кондиционирования воздуха включает диапазон нестабильных нагрузок, обусловленных предварительным охлаждением наружного воздуха со значительными колебаниями затрат холодопроизводительности в соответствии с текущими климатическими условиями, и диапазон сравнительно стабильной холодопроизводительности, расходуемой на дальнейшее понижение температуры воздуха от некоторой пороговой температуры до конечной температуры на выходе. Если диапазон стабильной тепловой нагрузки может быть покрыт при работе обычного компрессора в режиме, близком к номинальному, то предварительное охлаждение наружного воздуха со значительными колебаниями тепловой нагрузки требует регулирования холодопроизводительности путем применения компрессора с регулируемой скоростью или использования избытка холода, аккумулированного при пониженных тепловых нагрузках. Такой ступенчатый принцип охлаждения обеспечивает согласование работы холодильных машин с характером изменения текущих тепловых нагрузок любой системы кондиционирования воздуха, то ли центральной системы кондиционирования воздуха с его тепловлажностной обработкой в центральном кондиционере, то ли ее комбинации с местной циркуляционной системой кондиционирования воздуха в помещениях, по сути, как комбинации подсистем–предварительного охлаждения наружного воздуха с регулированием холодопроизводительности и последующего охлаждения воздуха до конечной температуры в условиях относительно стабильной тепловой нагрузки.

Abstract This paper addresses the optimization of refrigeration systems by proposing a deterministic model involving both discrete and continuous decisions. The superstructure-based representation of vapor compression-absorption cascade refrigeration system, recently presented by the authors, is properly extended to include more candidate configurations as well as a cost model considering capital and operation expenditures. The proposed superstructure representation is then formulated as a mixed-integer nonlinear programming (MINLP) model and solved using an optimization algorithm based on the generalized reduced gradient method. The mass flowrate, pressure, temperature, composition of all streams, and the energy transferred with the associated heat transfer area and driving force of all process units are simultaneously optimized. The optimal configuration is selected from the proposed superstructure. The resulting optimization model is inherently combinatorial in nature and involves more than 20 candidate combinations. A study case is presented in order to show the utility of the proposed model. Given the desired design specifications — refrigeration temperature and capacity — the model allows obtaining the optimal configuration, process-unit sizes, and operating conditions that minimize the total annual cost. As a result of the model, the optimal configuration consisting of a stand-alone compression cycle with R717 is selected from the proposed superstructure to achieve 100 kW at −20 °C. Then, this optimal solution is compared with a solution obtained with a fixed configuration consisting of a vapor compression-absorption cascade refrigeration system which is a sub-optimal solution compared to the stand-alone compression cycle.

Abstract A nonlinear model describing the dynamic, fluid dynamics and thermodynamics of a dynamically balanced Gifford-McMahon (G-M) cryorefrigerator was developed. The cryorefrigerator consists of two horizontally opposed first- and second-stage displacers, a first- and a second-stage thermal regenerator, and a rotary valve that cycles the compressor supply gas pressure. The model accurately describes the motion of the displacers and the refrigeration produced at the two stages of the cold head. The analytical model consists of a set of twelve first order nonlinear differential equations. The numerical solution of the system is presented in the form of pressure histories in each chamber, position and velocity histories of each displacer, and P-V diagrams of the two stages of the cold head. The performance of the cryorefrigerator is calculated under various conditions. It is clearly shown that the device can achieve non-impacting displacer motion with sufficient cooling capacities of the two stages. This non-impacting operation creates a very low vibration device, which is valuable in applications where low vibration is required, such as magnetic resonance imaging (MRI) systems. It was also shown that the cooling capacity of the device can be optimized over the operating frequency.

An experimental comparison between two heat sinks systems has been performed. The area of the study is Guayaquil, Ecuador with an average annual temperature of 27 °C and an average annual relative humidity of 77% (UTM 0621517/09749485) where typical large HVAC systems with cooling towers are used. As a result of the high relative humidity in the area, the thermal efficiency of this type of heat exchanger is reduced. A geothermal heat exchanger cooling water using the constant and relatively low soil temperature is considered as a viable alternative for HVAC systems in this location. In this project, a prototype geothermal heat exchanger is built and experimentally compared with a cooling tower system. Through previous research, it was determined that the soil at this borehole consist of 5 % of landfill material; 86 % several strata of low plasticity silt, alternating silt; and 5 % sand. This location corresponds to the estuarine deposits of the Guayas River. The average soil temperature is 27 ° C, associated with a thermal conductivity of 1.87 W / m K and a thermal diffusivity of 0.085 m2 / day obtained from a Thermal Response Test of the soil. An experiment for the comparison of these two types of heat exchangers under a uniform heat load is designed and built. The cooling tower water installed has a capacity of 5 Tons of Refrigeration with a flow of 15 Gallons per minute. The geothermal heat exchanger consisting of four drilled to 42 meters deep vertical holes and connected in a parallel circuit. Both systems operate in periods of 8 and 12 hours during the hours of daylight. To simulate the thermal load in both cases, water is heated using two identical electric boilers with a nominal power of 9 kW each. Data from the energy consumption, and energy dissipation from each system is collected and analyzed. The Energy Efficiency Rating obtained for each system is on the order of 10.61 for the cooling tower water, and on the order of 14.78 for the geothermal heat exchanger, with savings of 61.7% in energy consumption and CO2 emissions by the system of geothermal cooling through better efficiency. We have also projected the costs of installation, operation and maintenance of both systems. Results suggest that despite the high cost of installation, a geothermal sink is a valid option for HVAC systems in cities or regions that have high temperatures and high humidity.