Evaluation of Solar Energy Usage in a Humidification-Dehumidification Desalination System

Öz

Nowadays, rapidly declining clean water resources are affecting the living creatures and the environment negatively. There are certain reasons for the reduction of clean water resources. Some of these reasons are the effects of global warming in different parts of the world, inaccuracies in the use of water together with the increasing population in the world, and the inefficient use of water resources in the agricultural and industrial sectors. Firstly, effective and conscious use of existing clean water resources should be the most important goal for human beings. The fact that a very large proportion of the water reserves on the earth is composed of non-sweet water (sea water), reveals the importance of desalination systems and increases the development of desalination system. The simplest and most widely used system is the humidificationdehumidification desalination (HDH) system. In this study, a HDH desalination system assisted with solar energy and ground source heat exchanger was designed. Main component of the system are humidification (water tower) and dehumidification (condenser) unit, solar collectors, heat exchangers, pumps and fan. A model was developed to perform detailed thermodynamic analysis of the system and the properties of all points in the system were analytically calculated by using Fortran Programming Language. In this study, the effect of solar energy on the performance of the designed system was investigated and the results were evaluated. 

Anahtar Kelimeler

• Desalination,Humidification,Dehumidification,Solar energy,Model

Nemlendirme-Nem Almalı Bir Damıtma Sisteminde Güneş Enerjisi Kullanımının Değerlendirilmesi

Öz

Günümüzde hızla azalan temiz su kaynakları, yeryüzünde yaşayan canlıları ve çevreyi olumsuz yönde etkilemektedir. Temiz su kaynaklarının azalmasında belli başlı sebepler bulunmaktadır. Bu sebeplerden bazıları, dünyanın farklı bölgelerinde oluşan küresel ısınmanın etkisi, dünyada artan nüfusla birlikte su kullanımındaki yanlışlıklar, tarım ve sanayi sektörlerindeki su kaynakların etkin bir şekilde kullanılmamasıdır. Öncelikli olarak mevcut temiz su kaynaklarının verimli ve bilinçli bir şekilde kullanması insanoğlu için en önemli hedef olmalıdır. Dünya üzerindeki su rezervlerinin çok büyük bir oranının tatlı olmayan sulardan (deniz suyu) oluşması, damıtma sistemlerinin önemini ortaya koymakta ve damıtma teknolojilerinin gelişimini her geçen gün artırmaktadır. Bu teknolojilerden en basit ve en yaygın kullanılanı nemlendirme-nem almalı damıtma (HDH) sistemleridir. Bu çalışmada, HDH teknolojisi çalışma prensibine dayalı güneş enerji destekli ve toprak kaynaklı ısı değiştiricili bir damıtma sistemi tasarlanmıştır. Sistemin ana elemanları; nemlendirme (su kulesi) ve nem alma (yoğuşturucu) ünitesi, güneş kolektörleri, ısı değiştiricileri, pompalar ve fandır. Ele alınan sistemin detaylı termodinamik analizlerini yapabilmek için bir model oluşturulmuş ve Fortran Programlama Dili kullanılarak sistemde bulunan tüm noktaların özellikleri analitik olarak hesaplanmıştır. Bu çalışmada, güneş enerjisinin tasarlanan sistemin performansına etkisi araştırılmış ve sonuçlar değerlendirilmiştir. 

Anahtar Kelimeler

• Damıtma,Nemlendirme,Nem alma,Güneş enerjisi,Model

Kaynakça

1. 1. Ali, M.T., Fath, H.E.S., Armstrong, P.R., 2011. A Comprehensive Techno-economical Review of Indirect Solar Desalination. Renewable and Sustainable Energy Reviews 15, 4187–4199.
2. 2. Solmuş, İ., Yıldırım, C., 2013. Güneş Enerjisi Destekli Entegre Su Isıtma-Damıtma Sisteminin Teorik Analizi, 11. Ulusal Tesisat Mühendisliği Kongresi, 1215-1228, İzmir.
3. 3. Narayana, G.P., Sharqawya, M.H., Lienhard, V.J.H., Zubairb, S.M., 2010. Thermodynamic Analysis of Humidification Dehumidification Desalination Cycles. Desalination and Water Treatment, 16, 339–353.
4. 4. Giwa, A., Akther, N., Al Housani, A., Haris, S., Hasan, S.W., 2016. Recent Advances in Humidification Dehumidification (HDH) Desalination Processes: Improved Designs and Productivity. Renewable and Sustainable Energy Reviews 57, 929–944.
5. 5. Niroomand, N., Zamen, M., Amidpour, M., 2014. Theoretical Investigation of using a Direct Contact Dehumidifier in Humidification–dehumidification Desalination Unit Based on an Open Air Cycle. Desalination and Water Treatment, 54(2), 305-315.
6. 6. Yıldırım, C., Solmus İ., 2014. A Parametric Study on a Humidification–dehumidification (HDH) Desalination Unit Powered by Solar Air and Water Heaters. Energy Conversion and Management, 86, 568–575.
7. 7. Xu, H., Zhao, Y., Jia, T., Dai, Y.J., 2018. Experimental Investigation on a Solar Assisted Heat Pump Desalination System with Humidification-dehumidification. Desalination, 437, 89-99.
8. 8. Gang, W., Hong-Fei, Z., Fei, W., Ze-Hui, C., 2017. Parametric Study of a Tandem Desalination System Based on Humidification- Dehumidification Process with 3-stage Heat Recovery. Applied Thermal Engineering, 112, 190-200. 9. Chang, Z.H., Zheng, H.F., Yang, Y.J., 2014. Experimental Investigation of a Novel Multieffect Solar Desalination System Based on Humidification Dehumidification Process. Renewable Energy, 69, 253–259.

9. 10. Soufaria, S.M., Zamena, M., Amidpourb, M., 2009. Performance Optimization of the Humidification–dehumidification Desalination Process using Mathematical Programming. Desalination, 237, 305–317.
10. 11. Narayan, G.P., Sharqawy, M.H., Summers E.K., Lienhard J.H., Zubair S.M., Antar M.A., 2010. The Potential of Solar-driven Humidification–dehumidification Desalination for Small-scale Decentralized Water Production. Renewable and Sustainable Energy Reviews 14, 1187–1201.
11. 12. American Society of Heating, Refrigerating and Air-Conditioning Engineers, 2001. ASHRAE Handbook: Fundamentals, Chapter 6: Psychrometrics, 6.1-6.17.
12. 13. Nayar, K.G., Sharqawy, M.H., Banchik, L.D., Lienhard, V.J.H., 2016. Thermophysical Properties of Seawater: A Review and New Correlations that Include Pressure Dependence. Desalination, 390, 1-24.
13. 14. Yılmaz, T., Ünal, Ş., 1994. Su ve Su Buharının Termodinamik Özellikleri için Genel Eşitlikler, J. of Engineering and Environmental Sciences, 18, 113-117.
14. 15. Kreider, J.F., Rabl, A., 1994. Heating and Cooling of Buildings: Design for Efficiency. McGraw-Hill, Chapter 10, Cooling Equipment, 486-487.
15. 16. Braun, J.E., Klein, S.A., Mitchell, J.W., 1989a. Effectiveness Models for Cooling Towers and Cooling Coils. ASHRAE Trans, 95(2), 164-174.
16. 17. Braun, J.E., Mitchell, J.W., Klein, S.A., 1989b. Applications of Optimal Control to Chilled Water Systems Without Storage. ASHRAE Trans, 95(1), 663-675.