The high ozone depletion and global warming potentials of fluorocarbon refrigerants have resulted in prohibitions and restrictions in many markets. Hydrocarbon refrigerants have low environmental impacts and are successfully used in domestic refrigerators and car air conditioners but replacing fluorocarbons in centrifugal chillers for air conditioning applications is unknown. Hydrocarbon replacements need a heat transfer correlation for refrigerant in flooded evaporators and predictions for operating conditions, capacity and performance. Safety precautions for large quantities of hydrocarbon refrigerants are needed and control of overpressure in plantrooms requires accurate prediction. Reliable correlations exist for forced convection in a single phase flow, condensation outside tubes and evaporation off sprayed tubes. For flooded evaporators this thesis proposes a new correlation for forced convection boiling of any refrigerant. An enhancement factor is combined with a modified Chen coefficient using recent pool boiling and forced convection correlations outside tubes. This correlates within typically a factor of two to known boiling literature measurements for CFC-113, CFC-11, HCFC-123, HFC-134a and HC-601. The operating conditions, capacity and performance of replacement hydrocarbons in centrifugal chillers were predicted using fluorocarbon performance as a model. With the new heat transfer correlation hydrocarbon predictions for flooded evaporators were made. For any fluorocarbon refrigerant there exists a replacement mixture of hydrocarbons which with a rotor speed increase about 40% gives the same cooling capacity in the same centrifugal chiller under the same operating conditions. For example replacing HCFC-123 in a flooded evaporator with HC-601/602 [90.4/9.6] and increasing the rotor speed by 43% will increase the coefficient of performance by 4.5% at the same cooling capacity. The maximum plantroom overpressure considered was from leakage and ignition of a uniform air/refrigerant mixture with maximum laminar burning velocity. Flow was modelled using a turbulence viscosity due to Launder and Spalding and turbulent deflagration using a reaction progress variable after Zimont. These partial differential equations were solved approximately for two and three dimensional geometries using finite volume methods from the Fluent program suite. Simple overpressure predictions from maximum flame area approximations agreed with Fluent results within 13.7% promising safe plantroom design without months of computer calculation.

Rapporten redovisar resultatet från energikartläggningen samt utredningen om kylsystemet som genomförts på glassgrossisten i Umeå. En övergripande studie av hela verksamheten med samtliga tekniska system har utförts. Grossisten ämnar minska sin klimatpåverkan som orsakas av energianvändning i fastigheten samt läckage av köldmedium från kylanläggning och fordonskylaggregat. Grossisten förbrukar frånsett bränsle till lastbilarna endast elenergi. Följande energiaspekter har framkommit som betydande för verksamheten:   Total energianvändning                            394 MWh Kylanläggning                                          258 MWh      (65% av total energianvändning) Kylaggregat lastbilar                                75   MWh      (19% av total energianvändning) Kylanläggningen utgör en stor del av grossistens totala energianvändning och måste efter beslut från EU:s f-gasförordning åtgärdas innan år 2020 då ett service- och underhållsförbud träder i kraft för det befintliga köldmediet.   Utredningen avser besvara hur man bäst tillmötesgår detta förbud, konvertera och ersätta köldmediet för fortsatt drift av den befintliga anläggningen eller investera i en ny klimatneutral kylanläggningstyp. Efter inspektion av kylsystemet samt genomförd studie om kylanläggningar och köldmedier rekommenderas att investera i en ny klimatneutral transkritisk koldioxidkylanläggning. En prisuppskattning är gjord och har uppskattats kosta mellan 1,3 – 1,5 mkr.   Transmission (värmeförluster genom klimatskal) och infiltration (ofrivillig ventilation) står för 50 % av den totalt avgivna energin. Avgiven värmeenergi via kylanläggningens kondensorfläktar på taket står för 18 % och lastbilarnas kylaggregat 19 %. Förslag på effektiviseringsåtgärder som framtagits efter energikartläggningen är följande: Installera en luftridå för att minska infiltrationsflöden i portöppning mellan frys- och varmlager. Installera timerstyrda motorvärmare på gårdsplanen. Tillsätta ett nytt ventilationsaggregat med roterande värmeväxlare Täta kring nödutgången på fryslagret Utförs alla effektiviseringsåtgärder beräknas en minskning av energianvändningen med 42 MWh, detta utgör 11% av grossistens totala energitillförsel.   I samband med en installation av en transkritisk koldioxidkylanläggning finns stora möjligheter att installera systemet så att den högtempererade kondensorvärmen kan tillvaratas för värmeåtervinning. Den heta gasvärmen kan förvärma tilluften i ventilationsaggregaten samt värma tappvarmvatten. Detta skulle bidra till att sänka det totala energibehovet ytterligare. / The report presents the results of the energy mapping and the investigation of the cooling system performed at the ice cream wholesaler GB Glass in Umeå. An overall study of the entire operation with all technical systems has been performed. GB glass aims to reduce its climate impact caused by energy consumption in the property as well as leakage of refrigerant from the cooling system and vehicle refrigeration equipment. Except fuel for trucks the wholesaler only consumes electricity. The following energy aspects have been identified as significant for the business:   Total energy use                                       394 MWh Cooling system plant                                258 MWh      (65% of total total energy use) Refrigeration trucks                                 75   MWh      (19% of total total energy use) The cooling system plant constitutes a major part of the wholesaler's total energy use and must be rectified due to a decision by the EU's F-Gas Regulation by 2020 when a service and maintenance prohibition carries out for the existing refrigerant. The investigation concerns how to best accommodate this prohibition, convert and replace the refrigerant for continued operation of the existing plant or invest in a new climate-neutral type. After inspection of the cooling system and completed study of cooling systems and refrigerants, it is recommended to invest in a new climate-neutral transcritical carbon dioxide plant. A price estimate has been made and has been estimated to cost between 1.3 - 1.5 million.  Transmission (thermal loss through climate scale) and infiltration (involuntary ventilation) accounts for 50% of the total energy delivered. Ceded heat energy by the cooling plants condenser fans on the roof accounts for 18% and the truck's cooling units 19%. Proposals for efficiency enhancements developed after the energy survey are as follows:  Install an air curtain to reduce infiltration flows in the doorway between freezing and storage Install timer-controlled engine heaters on the yard Add a new ventilation unit with rotary heat exchanger Seal around the emergency exit on the freezer Performing all efficiency measures is estimated to reduce energy consumption by 42 MWh, which represents 11% of the wholesaler's total energy supply. In connection with the installation of a transcritical carbon dioxide cooling system, there is a great opportunity to install the system so that the high temperature condenser heat can be used for heat recovery. The hot gas heater can preheat the supply air in the ventilation units as well as heating the tap water. This would help to further reduce the overall energy demand.

No description available.

[EN] In the first part of the current thesis, two fundamental numerical models (Fin2D-W and Fin1D-MB) for analyzing the air-side performance of minichannel evaporators were developed and verified. The Fin2D-W model applies a comprehensive two-dimensional scheme to discretize the evaporator. On the other hand, the Fin1D-MB model is based on the one-dimensional fin theory in conjunction with the moving boundaries technique along the fin height. The first objective of the two presented models is to identify and quantify the most influential phenomena encountered in the process of cooling and dehumidification. The second objective is to study the impact of the classical modeling assumptions on the air-side performance of minichannel evaporators. Different comparative studies between the traditional Effectiveness-NTU approach and the proposed numerical models were implemented to achieve the mentioned goals. The results revealed that the modeling assumptions which have the most significant impacts on the heat and mass transfer rates are: the uniform air properties along the fin height, adiabatic-fin-tip at half the height, and negligence of partial dehumidification scenarios. These widely used assumptions resulted in substantial deviations in total heat transfer rate, up to 52%, between the Effectiveness-NTU approach and Fin2D-W model. In the second part of the thesis, the Fin1D-MB model was integrated into the IMST-ART® simulation tool to evaluate the global performance of minichannel evaporators (air- and refrigerant-side). The Fin1D-MB model was selected because of its simplicity, calculation speed, and reasonable solution accuracy relative to the Fin2D-W model. The validation of the complete Fin1D-MB model was conducted against many experimental data and numerical models available in the literature. The validation process was achieved for different heat exchanger geometries, refrigerants, and operating conditions. The results showed that for the R134a minichannel evaporators studied, the Fin1D-MB model successfully predicted the Inlet refrigerant and outlet air temperatures, cooling capacity, and refrigerant-side pressure drop within error bands of ±0.5 ºC, ±5%, and ±20%, respectively. For the CO2 (R744) minichannel evaporator studied, the presented model estimated the cooling capacity and outlet air temperature within error bands of ±10% and ±1.0 ºC, respectively. Regarding the CO2 pressure drop, the Fin1D-MB model generally underpredicted the pressure drop values compared to the experimental data, with a maximum deviation of 11 kPa. / [ES] En la primera parte de la tesis actual, dos modelos numéricos fundamentales (Fin2D-W y Fin1D-MB) para analizar el lado del aire de los evaporadores de minicanales se han desarrollado y verificado. El modelo Fin2D-W aplica un esquema detallado de dos dimensiones para discretizar el evaporador mientras que el modelo Fin1D-MB se basa en la teoría de la aleta unidimensional junto con la técnica de fronteras móviles para el lado del aire. El primer objetivo de los dos modelos presentados es identificar y cuantificar los fenómenos más influyentes encontrados en el proceso de enfriamiento y deshumidificación. El segundo objetivo es estudiar el impacto de las hipótesis comúnmente usadas en el modelado de la transmisión de calor del aire de los evaporadores de minicanales. Se implementaron diferentes estudios comparativos entre el enfoque tradicional Effectiveness-NTU y los modelos numéricos propuestos para alcanzar los objetivos mencionados. Los resultados muestran que las hipótesis que provocan una mayor desviación con respecto a la solución detallada en la transferencia de calor y masa son: propiedades de aire uniforme a lo largo de la altura de la aleta, extremo adiabático de aleta a mitad de su longitud, y no contemplar el supuesto de deshumidificación parcial en la aleta. Estas hipótesis ampliamente utilizadas han resultado en errores importantes en la transferencia de calor total, hasta un 52%, entre el enfoque Effectiveness-NTU y el modelo Fin2D-W. En la segunda parte de la tesis, el modelo Fin1D-MB se integró en la herramienta de simulación IMST-ART® para evaluar el rendimiento global de los evaporadores de minicanales (en el lado del aire y del refrigerante). El modelo Fin1D-MB se seleccionó gracias a su simplicidad, velocidad de cálculo, y solución de una precisión razonable relativa al modelo Fin2D-W. Se realizó una validación del modelo completo Fin1D-MB con la ayuda de datos experimentales y modelos numéricos ya disponibles en la literatura. El modelo se ha validado para diferentes geometrías de intercambiadores de calor, refrigerantes y condiciones de funcionamiento. Los resultados han mostrado que para los evaporadores de minicanales funcionando con el refrigerante R134a, el modelo Fin1D-MB predice de manera correcta las temperaturas de entrada del refrigerante y de salida del aire, la capacidad de enfriamiento, y la caída de presión del lado de refrigerante dentro de las bandas de error de ±0.5 ºC, ±5%, y ±20%, respectivamente. Para el evaporador de minicanales con CO2 (R744) estudiado, el modelo estima la capacidad de refrigeración y la temperatura de salida del aire dentro de las bandas de error de ±10% y ±1.0 ºC, respectivamente. En cuanto a la caída de presión de CO2, el modelo Fin1D-MB generalmente predice a la baja los valores de la caída de presión en comparación con los datos experimentales, con una desviación máxima de 11 kPa. / [CAT] A la primera part de la tesi actual, dos models numèrics fonamentals (Fin2D-W i Fin1D-MB) per analitzar el costat de l'aire dels evaporadors de minicanals s'han desenvolupat i verificat. Al model Fin2D-W s'aplica un esquema detallat de dues dimensions per discretitzar l'evaporador mentre que al model Fin1D-MB es basa en la teoria d'aleta unidimensional juntament amb la tècnica de frontera mòbil per al costat de l'aire. El primer objectiu dels dos models presentats és identificar i quantificar els fenòmens més influents trobats en el procés de refredament i deshumidificació. El segon objectiu és estudiar l'impacte de les hipòtesis comunament utilitzades en el modelatge de la transmissió de calor de l'aire dels evaporadors de minicanals. Es van implementar diferents estudis comparatius entre l'enfocament tradicional Effectiveness-NTU i els models numèrics proposats per assolir els objectius esmentats. Els resultats mostren que les hipòtesis que provoquen una major desviació respecte a la solució detallada a la transferència de calor i massa són: propietats d'aire uniforme al llarg de l'altura de l'aleta, extrem adiabàtic d'aleta a la meitat de la seua longitud, i no contemplar el supòsit de deshumidificació parcial en l'aleta. Aquestes hipòtesis àmpliament utilitzades donen errors importants en la transferència de calor total, fins a un 52%, entre l'enfocament Effectiveness-NTU i el model Fin2D-W. A la segona part de la tesi, el model Fin1D-MB es va integrar en l'eina de simulació IMST-ART® per avaluar el rendiment global dels evaporadors de minicanals (al costat de l'aire i del refrigerant). El model Fin1D-MB es va seleccionar gràcies a la seva simplicitat, velocitat de càlcul, i solució d'una precisió raonable relativa al model Fin2D-W. Es va realitzar una validació del model complet Fin1D-MB amb l'ajuda de dades experimentals i models numèrics ja disponibles a la literatura. El model s'ha validat per a diferents geometries d'intercanviadors de calor, refrigerants i condicions de funcionament. Els resultats mostren que per als evaporadors de minicanals funcionant amb el refrigerant R134a, el model Fin1D-MB prediu de manera correcta les temperatures d'entrada del refrigerant i de sortida de l'aire, la capacitat de refreda-ment, i la caiguda de pressió del costat de refrigerant dins de les bandes d'error de ±0.5 ºC, ±5%, i ±20%, respectivament. Per a l'evaporador de minicanals amb CO2 (R744) estudiat, el model estima la capacitat de refrigeració i la temperatura de sortida de l'aire dins de les bandes d'error de ±10% i ±1.0 ºC, respectivament. Pel que fa a la caiguda de pressió de CO2, el model Fin1D-MB generalment prediu a la baixa els valors de la caiguda de pressió en comparació amb les dades experimentals, amb una desviació màxima d'11 kPa. / Hassan, AHA. (2016). Development and Validation of a Minichannel Evaporator Model under Dehumidification [Tesis doctoral no publicada]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/71357 / TESIS

The topic of this diploma thesis is CFD simulation of flow inside CO2 semi-hermetic reciprocating compressor Stream manufactured by Emerson. The goal of this thesis is to analyze critical points inside the compressor with regard to excessive entrainment of oil by flowing refrigerant by means of CFD simulation using ANSYS CFX. Simulation for both single-phase and two-phase flow is part of the thesis and results from them are analysed.

The topic of this diploma thesis is to design water chiller for ceiling cooling system. The thesis is divided into four main parts. The first part deals with the theoretical description of emitting cooling systems. The following part focuses on the theory of refrigerating systems and describes especially the thermal cycle and refrigerants which are used in cooling systems. In the third chapter refrigerating equipment are described. Compressor, heat exchangers and expansion valves belong to the main parts of refrigerating systems. The final chapter is devoted to the draft and selection of components of the refrigerating system.

Kylmaskinerna på Saab ABs fastighet i Järfälla står för en stor del av den totala användningen av elektricitet i fastigheten. Därför är det viktigt att undersöka och analysera hur dessa kylmaskiner presterar i dagsläget och vilka åtgärder som kan vidtas för att förbättra prestandan. Detta examensarbete har fokuserat på hur kylmaskinerna i D-huset på Saab i Järfälla presterar. Därför har flera tester på dessa kylmaskiner utförts. Mätvärdena har huvudsakligen registrerats med ClimaCheck utrustning och uppmätt data har analyserats med datorprogrammen Refprop, Energy Equation Solver och Excel.   Undersökningar av kylmaskinerna i D-huset har visat på flera upptäckter. En upptäckt är att köldmedierna inte har rätt sammanställning. I en del fall beror det på att läckage förändrar ett köldmediums sammansättning och i andra fall har R22 och R417A blandats. De nya kompositionerna har försämrade termofysiska egenskaper än ursprungskompositionen, vilket leder till sämre prestanda av kylmaskinerna. En annan nackdel av läckage av R417A kan leda till höga halter av butan i köldmediekompositionen vilket kan resultera i ett potentiellt brandfarligt köldmedium. Mätningar visar att två kylmaskiner konstant är på och använder i genomsnitt 130kW elektricitetseffekt och producerar 290kW kyla och återvinner maximalt 68kW värme. Den totala energieffektiviteten i hela kylsystemet COPtot är maximalt 1,9 vilket är lågt. Förbättringsåtgärder på kylmaskinerna har vidtagits, bland annat har kondenseringstrycket sänkts till 15barg, detta leder till 24kW minskat kompressoreffektsbehov för samma kylkapacitet, vilket innebär en månadsbesparing på 17MWh. Kylmaskinerna är kopplade till värmesystemet via hetgasväxlare, men dessa är seriekopplade istället för parallellkopplade, detta leder till att mindre energi kan återvinnas till värmesystemet. Ett annat resultat är att ifall kylmaskinernas kondensorer är sammankopplade med värmesystemet kan värmebehovet i D-huset i stort sett elimineras och besparingar på maximalt 251MWh per månad kan uppnås. / The chillers at Saab AB in Järfälla stands for the largest part of electricity usage at Saab’s facilities in Järfälla, it’s therefore important to evaluate and analyze the chillers in order to be able to optimize the performance of the chillers. This master thesis has focused on how the chillers in the D-building at Saab’s facilities at Järfälla perform. Several tests have been done on the chillers in order to do that. The results have been measured by ClimaCheck equipment. The measured data have been analyzed by the computer software Refprop, Energy Equation Solver and Excel. Investigations on the chillers in the D-building have shown several findings. One of the findings is that the refrigerants don’t have the right composition. In some cases it depends on that past leakages changes the composition and in other cases it’s because R22 and R417A have been mixed on purpose. The new compositions have worse thermodynamical properties than the original composition, which have lead to reduction in the chiller’s performance. Another implication caused by leakage of R417A is that it can lead to high concentrations of butane in the refrigerant composition, which can result in a possible flammable refrigerant mixture. Measurements have shown that two chillers are in constant operation they and use an average of 130kW electricity. The chillers constantly produce 290kW cold and the maximum recovered heat is 68kW in total. The total energy-efficiency of the refrigeration system COPtot is 1.9, which is low. Improvements have been done, one of them is that the condenser pressure has been lowered to 15barg, which results in a reduction of electrical power requirement for the compressors by 24kW while the system maintains the same cooling capacity. This results in monthly savings of 17MWh electricity. The chillers are connected to the heating system by desuperheaters, which are connected in series, which results in less energy efficiency. Another result is that if the chillers condensers are connected to the heating system the external heating need of the D-building can almost be eliminated. This would result in savings of maximal 251MWh per month.

Diese Arbeit umfasst experimentelle und theoretische Untersuchungen zum Verständnis des Siedenverhaltens von Kältemittel R-134a an glatten und porösen Oberflächen und beschäftigt sich mit der Herausforderung der Optimierung geeigneter Oberflächenstrukturen zur Steigerung des Wärmeübergangskoeffizienten. Die in der Einleitung vorgestellte Anforderung an immer kompaktere Wärmeübertrager wird durch poröse Schichten, welche mittels Vakuum-Plasma-Beschichtung hergestellt werden, Rechnung getragen. Innerhalb des in der Praxis üblichen Bereichs des Siededrucks und der Wärmstromdichten werden im Vergleich zum Stand der Technik beim Sieden von R-134a am Einzelrohr und am Rohrbündel für optimierte, poröse Wärmeübertrageroberflächen deutlich verbesserte Wärmeübergangskoeffizienten nachgewiesen. Zum besseren Verständnis des gesteigerten Wärmeübergangs beim Sieden liefert diese Arbeit im Weiteren einen Einblick in die Blasenbildung an unterschiedlichen Oberflächenstrukturen mittels optischer Analyse. Detaillierte Angaben zu Grundlagen des Siedens und der Blasenbildung sowie zur verwendeten Beschichtungstechnik sind im Anhang ab Seite 185 wiedergegeben. / This work includes experiments and theoretical analyses on boiling of refrigerant R-134a on smooth and porous surfaces, and deals with the challenge of optimizing suitable surface structures to increase the heat transfer coefficient. The targets presented in the introduction with respect to increasing compact heat transfer are taken into account by different porous layers produced by means of vacuum plasma coating. Within the usual range of pressure and heat flux density the heat transfer coefficient was found to be significantly improved, compared to the state of the art for single tubes and tube bundles by means of optimized, porous heat transfer surfaces. For a better understanding of the increased heat transfer for boiling on porous surfaces, this work provides an insight into the formation of bubbles on different surfaces via optical analysis.

The global demand for heat as the primary source of final energy underscores the urgency of decarbonizing the heating sector to foster sustainability. Heat pumps are crucial in achieving sustainability, particularly in district heating applications, offering efficient centralized heating solutions. However, certain refrigerants used in heat pumps have environmental implications, prompting the European Union to introduce the F-Gas Regulation and PFAS Ban proposal to phase out harmful options. This study focuses on performance analyses of natural and synthetic refrigerant options applicable to heat pump systems with a heating capacity of 10 MW and above in district heating applications. Comparative evaluations were conducted under five distinct boundary conditions, using R134a as the current refrigerant. Moreover, to understand performance variations caused by seasonal temperature changes, additional general boundary conditions were introduced for further comparison. The research demonstrates that R717(Ammonia) performs best among the tested refrigerants, followed by R600a and R152a, with commendable results. However, performance alone is insufficient for refrigerant selection. Safety analysis revealed that despite its high performance, ammonia may not be a suitable choice due to its toxic nature. Thus, when considering performance, technological compatibility, and safety aspects, R152 or R600a refrigerants emerge as more appropriate options for these applications. The study highlights the importance of identifying environmentally friendly and efficient refrigerants for heat pump systems in district heating applications. By considering various performance scenarios and safety considerations, decision-makers can make informed choices to decarbonize the heating sector effectively, contributing to a more sustainable and eco-friendly world. / Den globala efterfrågan på värme som den primära källan till slutlig energi understryker vikten av att ta bort koldioxid från värmesektorn för att främja hållbarhet. Värmepumpar är avgörande för att uppnå hållbarhet, särskilt i fjärrvärmeapplikationer, och erbjuder effektiva centraliserade värmelösningar. Vissa köldmedier som används i värmepumpar har dock miljökonsekvenser, vilket får EU att införa F-gasförordningen och PFAS-förbudsförslaget för att fasa ut skadliga alternativ. Denna studie fokuserar på prestandaanalyser av naturliga och syntetiska köldmediealternativ som är tillämpliga på värmepumpsystem med en värmekapacitet på 10 MW och mer i fjärrvärmeapplikationer. Jämförande utvärderingar utfördes under fem distinkta gränsförhållanden, med användning av R134a som aktuellt köldmedium. Dessutom, för att förstå prestandavariationer orsakade av säsongsbetonade temperaturförändringar, introducerades ytterligare allmänna randvillkor för ytterligare jämförelse. Forskningen visar att R717 (Ammoniak) presterar bäst bland de testade köldmedierna, följt av R600a och R152a, med lovvärda resultat. Enbart prestanda är dock otillräcklig för val av köldmedium. Säkerhetsanalys visade att trots dess höga prestanda kanske ammoniak inte är ett lämpligt val på grund av dess giftiga natur. Sålunda, när man överväger prestanda, teknisk kompatibilitet och säkerhetsaspekter, framstår R152 eller R600a som mer lämpliga alternativ för dessa applikationer. Studien belyser vikten av att identifiera miljövänliga och effektiva köldmedier för värmepumpsystem i fjärrvärmeapplikationer. Genom att överväga olika prestationsscenarier och säkerhetsöverväganden kan beslutsfattare göra välgrundade val för att minska koldioxidutsläppen från värmesektorn på ett effektivt sätt, vilket bidrar till en mer hållbar och miljövänlig värld.

No description available.