Utvikling av Matlab-basert grafisk bruker-grensesnitt for analyse av kompressorens og varmevekslernes innvirkning på VC-syklusens ytelsesdata

Abstract

Det har vært en stor utvikling innen effektiviteten til varmepumper og kjølemaskiner de siste ti-årene , og simuleringsmodeller har vært et viktig verktøy for å kunne teste og optimalisere ytelsen til VC-syklusen (vapor compression cycle) ved forskjellige driftsforhold. Denne rapporten presenterer et grafisk brukergrensesnitt og modell for analyse av en standard VC-syklus, og vil være et supplement til modellene som allerede finnes. Det er lagt vekt på å kunne visualisere resultatene slik at modellen kan fungere som et læringsverktøy for studenter.

Denne rapporten har som mål å presentere modellen, og vise hvordan den kan benyttes for å analysere VC-syklusens ytelsesdata for en væske-til-vann varmepumpe med R410a som arbeidsmedium. Her har fokuset vært å undersøke hvordan endringer i fordamperen og kondensatorens varmeoverføringsytelse påvirker ytelsesdataene COP, VHC og eksergieffektivitet. Det er benyttet empiriske studier for å inkludere ulike uttrykk for kompressorens isentropiske virkningsgrad, noe som gjør modellen i stand til å undersøke hvordan VC-syklusen påvirkes av kompressoren. Dette er satt som et delmål og blir besvart i diskusjonskapittelet og konklusjonen.

Metodene har hovedsakelig vært å omdanne fysikk (termodynamikk) og empiriske resultater til datakode. Deretter har modellen blitt validert mot CoolProps egen funksjon for simulering av VC-syklusen. Hovedfunnene i studiet er hvordan varmevekslernes varmeoverføringsytelse påvirker temperaturforskjellen mellom arbeidsmediets faseovergangstemperatur og varmebæreren i varmeveksleren, og på den måten spiller inn på VC-syklusens plassering i Ph- og Ts-diagrammet. Ved å undersøke hvordan syklusen endres i disse diagrammene, kan man forstå hvordan COP, VHC og eksergieffektiviteten blir påvirket.

Studien konkluderte med at kompressorens isentropiske virkningsgrad bør kartlegges nøye før VC-syklusens ytelsesdata kan beregnes eller simuleres. Dette er fordi resultater fra empiriske data for kompressoren gir store variasjoner i ytelsesdataene. Empiriske data viser at isentropisk virkningsgrad bør beregnes som en funksjon av trykkforholdet over kompressoren. For varmepumper eller kjølemaskiner med varierende trykkforhold, bør ikke isentropisk virkningsgrad settes som en fast verdi, da dette kan gi unøyaktige resultater.