Thermodynamic analysis of a heat pump with sub-cooler cycle

Abstract

In this study, thermodynamic analysis of an alternative cycle to increase the efficiency of an R32 refrigerant heat pump is presented. The change in the overall performance of the system by changing the main cycle and sub-cooler parameters is presented. The condensation temperature of the refrigerant was varied between 35°C and 50°C, and the evaporation temperature was varied between -25°C and 0°C. While the condensation temperature of the sub-cooler was determined as the same value as the main cycle, the evaporation temperature of the sub-cooler was selected as variable with three different values (-10 °C, 0 °C and 10°C). The thermodynamic model of the system was created. The solution of the model and the thermophysical properties of the refrigerant were obtained with a computer software. The refrigerant mass flow rates (rm) in the main cycle and sub-cycle were selected as variable between 4 and 20. As the flow rate increased, the heating effect coefficient of the system showed a change close to horizontal. It has been observed that as the evaporation temperature of the refrigerant decreases, the heating effect coefficient of the alternative cycle increases compared to the standard cycle. It has been determined that the alternative cycle provides an increase in heating performance of 5-10% compared to the standard heat pump cycle.

Keywords

• R32
• Sub-cooler
• Heat pump
• Energy analysis
• Alternative

Alt soğutma çevrimli bir ısı pompasının termodinamik analizi

Abstract

Bu çalışmada, R32 soğutkanlı bir ısı pompasının etkinliğini arttırmak için alternatif bir çevrimin termodinamik analizi sunulmuştur. Ana çevrim ve alt çevrim parametrelerinin değiştirilmesi ile sistemin genel performansının değişimi sunulmuştur. Soğutkanın yoğuşma sıcaklığı 35°C ila 50 °C, buharlaşma sıcaklığı ise -25 °C ila 0°C aralığında değiştirilmiştir. Alt çevrimin yoğuşma sıcaklığı, ana çevrim ile aynı değer olarak belirlenirken, alt çevrimin buharlaşma sıcaklığı üç farklı değer (-10 °C, 0 °C ve 10°C) ile değişken olarak seçilmiştir. Sistemin termodinamik modeli oluşturulmuştur. Modelin çözümü ve soğutkanın termofiziksel özellikleri bir bilgisayar yazılımı ile elde edilmiştir. Ana çevrim ile alt çevrimdeki soğutkan kütlesel debi oranları (rm) 4 ila 20 arasında değişken olarak seçilmiştir. Debi oranı arttıkça, sistemin ısıtma tesir katsayısı yataya yakın bir değişim göstermiştir. Soğutkanın buharlaşma sıcaklığının düşmesi ile alternatif çevrimin ısıtma tesir katsayısında, standart çevrime oranla, artış oluştuğu görülmüştür. Alternatif çevrimin, standart ısı pompası çevrimine göre %5-10 aralığında ısıtma performansının artış sağladığı tespit edilmiştir.

Keywords

• R32
• Alt soğutma
• Isı pompası
• Enerji analizi
• Alternatif

References

1. Anonim (2020). R32 Yeni Nesil Soğutucu Akışkan Andaç, http://www.daikinakademi.com/Media/file/Pdf/Yen_Nesil_Sogutucu_Akiskan_R32.pdf (Son erişim tarihi: 17.06.2022).
2. Song Y, Cui C, Li M, Cao F. Investigation on the effects of the optimal medium-temperature on the system performance in a transcritical CO2 system with a dedicated transcritical CO2 subcooler. Applied Terhmal Engineering, 168, 9-10, 2020.
3. Alvaro C, Patricia A, Miguel A, Daniel S, Ramon C, David A. Experimental evaluation of a transcritical CO2 refrigeration facility working with an internal heat exchanger and a thermoelectric subcooler: Performance assessment and comparative. International Journal of Refrigeration, 141, 66-75, 2022.
4. Hongjie Q, Fuya L, Jianlin Y. Performance Analysis of a Novel Hybrid Vapor İnjection Cycle with Subcooler and Flash Tank for Air-Source Heat Pumps. International Journal of Refrigeration 74, 540–549, 2017.
5. Dongwoo K, Dong CL, Minwoo L, Hyun JC, Yongchan K. Energy performance evaluation of two-phase injection heat pump employing low-GWP refrigerant R32 under various outdoor conditions. Energy 214, 119098, 2021.
6. Il YC, HyeongJoon S, Dongwoo K, Yongchan K. Performance comparison between R410A and R32 multi-heat pumps with a sub-cooler vapor injection in the heating and cooling modes. Energy 112, 179-187, 2016.
7. Cengel YA, Boles MA. Thermodynamics An Engineering Approach. 8th Ed. McGraw-Hill Education, New York, USA, 2015.
8. Klein SA. Engineering Equation Solver. V11.199-3D, 2021.