Thermo-Economic Analysis of Transcritical Carbon Dioxide Refrigeration Cycle

Abstract

The use of refrigerants such as CFC and HCFC will have been completely finalized in 2030 because of the damage to the ozone layer by the international protocols. For this reason, CO₂ refrigerant cooling cycles, which are considered to be an alternative refrigerant and give proper performance results, have begun to be used. In this study, thermo-economic analysis of transcritical carbon dioxide refrigeration cycle was examined. The necessary thermodynamic data for analysis were obtained by CoolPack program. The coefficient of performance (COP) and the annual cost analysis of the cycle in the different working conditions were examined. Energy consumption cost values required for the calculations were taken from Republic of Turkey Energy Market Regulatory Authority.  The highest COP value of cycle for among all the working condition is found as 3.524 for 0 ^oC evaporator temperature, 30 ^oC gas cooler output temperature. The lowest annual cost values were found depending on the evaporator temperature change in transcritical carbon dioxide refrigeration cycle as 3269.376 Turkish Lira (TL). Obtained results were compared.

Keywords

• Carbon dioxide,thermo-economic analysis,COP,refrigeration cycle

Kritik Nokta Üstü Karbon Dioksit Soğutma Çevriminin Termo-Ekonomik Analizi

Öz

CFC ve HCFC gibi soğutucuların kullanımı, uluslararası protokoller tarafından ozon tabakasına verilen hasar nedeniyle 2030'da tamamen sonuçlandırılacaktır. Bu nedenle, alternatif bir soğutucu olarak kabul edilen ve uygun performans sonuçları veren CO2 soğutucu akışkanlı soğutma çevrimleri kullanılmaya başlanmıştır. Bu çalışmada kritik nokta üstü karbon dioksit soğutma çevriminin termo-ekonomik analizi incelenmiştir. Analiz için gerekli olan termodinamik veriler, CoolPack programından elde edilmiştir. Farklı çalışma koşullarında performans katsayısı (COP) ve çevrimim yıllık maliyet analizi incelenmiştir. Hesaplamalar için gereken enerji tüketimi maliyet değerleri Türkiye Cumhuriyeti Enerji Piyasası Düzenleme Kurumu'ndan alınmıştır. Tüm çalışma koşulları için en yüksek COP değeri, 0 oC evaporatör sıcaklığı, 30 oC gaz soğutucu çıkış sıcaklığı için 3.524 olarak bulunmuştur. En düşük yıllık maliyet değerleri kritik nokta üstü karbon dioksit soğutma çevrimindeki evaporatör sıcaklık değişimlerine bağlı olarak 3269.376 TL (TL) olarak bulunmuştur. Elde edilen sonuçlar karşılaştırılmıştır.

Anahtar Kelimeler

• karbondioksit,termo-ekonomik analiz,COP,soğutma çevrimi

Kaynakça

1. Kılıç, B. Exergy analysis of vapor compression refrigeration cycle with two-stage and intercooler, Heat Mass Transfer, vol. 48, pp.1207-1217, 2012.
2. Akdemir, Ö. and Güngör, A. CO2 soğutma çevrimlerinin maksimum performans analizi, Isı Bilimi ve Tekniği Dergisi, vol. 30, pp.37-43, 2010.
3. Llopi, R. Cabello, R. Sánchez, D. and Torrella, E. Energy improvements of CO2 transcritical refrigeration cycles using dedicated mechanical subcooling, International Journal of Refrigeration, DOI: 10.1016/j.ijrefrig.2015.03.016, 2015.
4. Bai, T. Yan, G. and Yu, J. Thermodynamics analysis of a modified dual-evaporator CO2 transcritical refrigeration cycle with two-stage ejector, Energy, vol. 84, pp.325-335, 2015.
5. Goodarzi, M. and Gheibi, A. Performance analysis of a modified trans-critical CO2 refrigeration cycle, Applied Thermal Engineering, vol. 75, pp.1118-1125, 2015.
6. Paride, G. Brian, E. and Giovanni, C. Advanced exergy analysis of a R744 booster refrigeration system with parallel compression, Energy, vol. 107, pp.562-571, 2016.
7. Haitao, H. Trygve, M. Petter, N. Armin, H. Guoliang, D. Qingnan, Huang. and Jingjing, Y. Performance analysis of an R744 ground source heat pump system with air-cooled and water-cooled gas coolers, International Journal of Refrigeration, vol. 63, pp.72-86, 2016.
8. https://www.ohio.edu/mechanical/thermo/property_tables/CO2/index.html

9. http://www.epdk.org.tr/