Application of Flat Thermosyphon Heat Pipes Affecting on Performance Enhancement of a Split Type Air conditioner

Abstract

The vertical flat thermosyphon (VFT) technology has been used in various forms and is becoming more prevalent. They are used in conjunction with cooling coils in air conditioning units. The front side of the coil acts to reduce the temperature of the air, and the rear side coil acts to increase high temperature. The cooling coils capability to condense the moisture will increase. The result is cooler than to recycle. This research project is to study the design, construct and compare the heat transfer rate, energy consumption, economic and statistical analysis, between before and after installation of closed loop oscillating heat pipe with check valves into cooling coils of split type air conditioner size of 12,000 BTU. The working fluids used in the experiment consists of three types. R134a, R22 and R410a. Air velocity was 1.5, 2.0 and 2.5 m/s The indoor design temperature was 25 oC

The result of the design found that the air conditioning system sensible heat was 1.40 kJ/s and latent heat was 1.295 kJ/s. The demand for re-heat was 423 J/s. The regression equations was used in this experiment to predict theory heat transfer rate of dimensionless parameters was 431.2 J/s. Therefore lengths of the evaporator, the condenser and the adiabatic were 200, 150 and 200 mm respectively. The experiment found that the working fluids of R-410a at air velocity was 2.5 m/s the highest specific moisture condensation rate was 0.97 kg/kWh which increased 38.57 %, the specific heat transfer rate and thermal efficiency 97.32 kW/m2 and 0.32 respectively, coefficient of performance (COP) was 1.90 increased 21.79 % , energy efficiency ratio (EER) 6.47 increased 21.39 % and electricity power consumption was 1.62 kWh which showed a decrease of 5.8 %. The economic analysis found that payback period is 1.06 year, internal rate of return (IRR) of 94.7 % and which could save costs by 702.72 Baht/year. The analysis of variance showed that working fluids, air velocity and interaction all impose changes to the value. The differences were statistically significant at the level of 0.05, indicating whether one or both of the two factors together has the same effect. Compared to the average LSD method of 95% there are differences in all levels of factors.

ในปัจจุบันเทคโนโลยีท่อความร้อนแบบเทอร์ไซฟอนแบน ได้ถูกนำไปใช้งานในรูปแบบต่างๆ และกำลังเป็นที่แพร่หลายมากขึ้น เมื่อนําไปใช้ประกอบกับคอยล์เย็นในเครื่องปรับอากาศ โดยให้ชุดหนึ่งอยู่หน้าคอยล์ทําหน้าที่ลดอุณหภูมิของอากาศลง และอีกชุดหนึ่งอยู่หลังคอยล์ จะเพิ่มอุณหภูมิอากาศให้สูงกลับขึ้นมา คอยล์เย็นจะถ่ายเทความชื้นได้มากขึ้น ผลที่ได้ยังสามารถนำความเย็นที่เกินความต้องการกลับมาใช้ใหม่ การวิจัยครั้งนี้เป็นการศึกษาเพื่อออกแบบ, สร้าง ทดสอบ เปรียบเทียบปริมาณการใช้พลังงานไฟฟ้า, การถ่ายเทความร้อน, สมรรถนะ, ผลทางเศรษฐศาสตร์ ระหว่างก่อนและหลังติดตั้งอุปกรณ์ท่อความร้อนแบบเทอร์โมไซฟอนชนิดแบนเข้ากับคอยล์เย็นในเครื่องปรับอากาศแบบแยกส่วนขนาด 12,000 บีทียู ใช้สารทำงานในการทดลอง 3 ชนิดประกอบด้วย R134a, R22 และ R410a ที่ความเร็วลม 1.5, 2.0 และ 2.5 เมตรต่อวินาที อุณหภูมิการออกแบบภายในห้อง คือ 25 องศาเซลเซียส

ผลจากการออกแบบ พบว่า ระบบปรับอากาศจะมีค่าความร้อนสัมผัส 1.40 กิโลวัตต์ และความร้อนแฝง 1.295 กิโลจูลต่อวินาที ที่ความต้องการความร้อนสำหรับใช้รีฮีตเท่ากับ 423 จูลต่อวินาที จากการใช้สมการสหสัมพันธ์ของตัวแปรไร้มิติ เพื่อทำนายความร้อนทางทฤษฎีเท่ากับ 431.2 จูลต่อวินาที ทำให้ได้อุปกรณ์ที่มีขนาดของความยาวส่วนทำระเหย ส่วนควบแน่น และส่วนกันความร้อน คือ 200 150 และ 200 มิลลิเมตร ตามลำดับ จากผลการทดสอบ พบว่า อุปกรณ์ที่บรรจุสารทำงาน R134a ความเร็วลมผ่านคอยล์เย็น 2.5 เมตรต่อวินาที มีอัตราการควบแน่นความชื้นจำเพาะสูงสุดคือ 0.97 กิโลกรมต่อกิโลวัตต์-ชั่วโมง เพิ่มขึ้นร้อยละ 38.57 อัตราการถ่ายเทความร้อนจำเพาะและค่าประสิทธิผลทางความร้อนสูงสุดคือ 97.32 กิโลวัตต์ต่อตารางเมตร และ 0.32 ตามลำดับ สัมประสิทธิ์สมรรถนะเท่ากับ1.90 มีค่าเพิ่มขึ้นร้อยละ 21.97 อัตราส่วนประสิทธิภาพ 6.47 เพิ่มขึ้นร้อยละ 21.39 และการใช้พลังงานเท่ากับ 1.62 กิโลวัตต์-ชั่วโมง ลดลงร้อยละ 5.8 ผลการวิเคราะห์ทางเศรษฐศาสตร์ ยังพบว่า มีระยะเวลาคืนทุน 1.06 ปี อัตราการคืนทุนภายในโครงการร้อยละ 94.7 และประหยัดไฟฟ้าได้ 702.72 บาทต่อปี สำหรับการเปรียบเทียบค่าเฉลี่ยของการทดสอบทางสถิติของข้อมูลความเร็วลม และชนิดของสารทำงานที่บรรจุในอุปกรณ์ท่อความร้อน มีผลต่อค่าสัมประสิทธิ์เชิงสมรรถนะของเครื่องปรับอากาศ อย่างมีนัยสำคัญทางสถิติ (p<0.05) โดยที่ระดับความเร็วลม 2.5 เมตรต่อวินาที สารทำงาน R134a ทำให้สัมประสิทธิ์เชิงสมรรถนะมีค่าสูงสุดและมากกว่าสิ่งทดลองอื่น