In the last decade, desiccant assisted evaporative cooling (DAEC) has emerged as an
alternative air conditioning (A/C) method to conventional vapor compression (VC)
systems due to its lower operating costs and environmental impacts. However, for
enabling wider usage of DAEC systems, new low cost, natural and locally available
desiccant materials and evaporative cooling pad materials (ECPMs) need to be sought.
Moreover, development of novel DAEC processes and their integration with solar
energy are essential.
In that regard, the primary objective of the study was to develop a fixed bed DAEC
system integrated with solar energy, that uses novel composite sorbent to be utilized
as a coolth storage in hot-humid climate. To achieve this objective, initially, different
natural ECPMs in a fixed-bed solid DAEC system, containing a novel desiccant
material (Vmc-CaCl2), were experimented in laboratory environment. During the tests,
consecutive cycles with different operating conditions were performed for
comprehensive performance evaluation of each candidate material. Additionally,
DAEC and evaporative cooling (EC) processes were comparatively investigated with
the use of different ECPMs. Results showed that the DAEC provides between 17-62%
higher cooling rates than EC.
In the second part of the study, a solar-driven DAEC system was developed and tested
under real climatic conditions of North Cyprus (NC). Average thermal coefficient of
performance (COPth) and wet bulb effectiveness (εwb) of the system were found 0.60
and 121.6% with the use of Vmc-CaCl2/WoC as the working materials.
Furthermore, a numerical analysis using Transient System Simulation software
(TRNSYS) was performed to assess the cyclic performance of solar assisted DAEC
system. Simulation results showed that, system using silica gel/WoC couple can
provide average COPth and εwb of 0.32 and 104.2%, respectively.
In addition, economic analysis and life cycle assessment (LCA) were performed to
investigate the feasibility of the proposed solar-driven DAEC system in comparison
with a typical A/C split unit under the climatic conditions of NC. According to the
performed economic analysis, SIR = 3, IRR = 31% and SPP = 3 years were obtained.
Moreover, based on the performed LCA, the developed system produces 0.23 kg/year
CO2, which shows that it is environmentally friendly and economically feasible for
using in residential buildings in NC.
ÖZ:
Son yıllarda, desikant destekli evaporatif soğutma (DESS) sistemleri, çalışma giderleri
ve çevresel etkilerinin daha düşük olması sebebiyle, buhar sıkıştırmalı (BS) soğutma
sistemlerine alternatif bir iklimlendirme metodu olarak gelişmektedir. Ancak, DESS
sistemlerinin daha yaygın kullanımını sağlayabilmek için düşük maaliyetli, doğal ve
kolay erişilebilir yeni desikant malzemelerin (DeM) ve evaporatif soğutma ped
malzemelerinin (ESPM) araştırılması gerekmektedir. Bunun yanında, yenilikçi DESS
proseslerinin geliştirilmesi ve güneş enerjili teknolojiler ile entegrasyonu önem arz
etmektedir.
Bu bağlamda, çalışmanın birincil amacı, güneş enerjisi kaynaklı, yenilikçi kompozit
sorbent kullanan, sabit yataklı, soğutma enerjisi depolamak için kullanılabilecek bir
DESS sistemi geliştirmektir. Bu amaca ulaşmak için, ilk olarak, yenilikçi kompozit bir
sorbentin (Vmc-CaCl2) kullanıldığı sabit yataklı laboratuvar ölçekli DESS sisteminde
farklı ESPM’nin testleri gerçekleştirilmiştir. Deneyler sırasında, malzemelerin detaylı
analizini yapabilmek için farklı çalışma koşulları altında tekrar eden çevrimler
uygulanmıştır. Ayrıca DESS sistemi performansı evaporatif soğutma (ES) sistemi ile
karşılaştırmalı olarak incelenmiştir. Çalışma sonuçları DESS sisteminin direkt ES
sistemine göre 17-62% daha yüksek soğutma kapasitesine sahip olduğunu
göstermiştir.
Çalışmanın ikinci kısmında, güneş enerjili bir DESS sistemi, geliştirilmiş ve Kuzey
Kıbrıs iklim koşulları altında test edilmiştir. Malzeme çifti olarak Vmc-CaCl2/WoC
kullanılan çalışmada, ortalama ısıl performans katsayısı (COPth) ve yaş termometre
etkinliği (εwb) 0.60 ve 121.6% olarak bulunmuştur.
Ayrıca, güneş enerjili DESS sisteminin çevrimsel performansını değerlendirmek için
Zamana Bağlı Simülasyon programı (TRNSYS) kullanılarak sayısal bir analiz
gerçekleştirilmiştir. Sonuçlara göre, silika jel / WoC malzemeleri kullanılan sistemin
COPth ve εwb değerleri 0.32 ve 104.2% olarak elde edilmiştir.
Çalışmanın son bölümünde, önerilen güneş enerjili DESS sisteminin Kuzey Kıbrıs
iklim koşulları altında kullanımının ekonomik fizibilitesi ve yaşam döngüsü
değerlendirmesi tipik bir A/C split ünitesi ile karşılaştırmalı olarak incelenmiştir. Bu
kapsamda, gerçekleştirilen ekonomik analizlere göre; SIR = 3, IRR =% 31 ve SPP = 3
yıl olarak bulunmuştur. Ayrıca gerçekleştirilen yaşam döngüsü değerlendirmesi,
system yıllık CO2 salınımının 0.23 kg olduğunu göstermiştir. Sonuçlar, bu çalışmada
geliştirilen güneş enerjili DESS sisteminin Kuzey Kıbrıs'taki konutlarda kullanım için
ekonomik ve çevresel olarak uygun olduğunu göstermektedir
