Nowadays, more and more challenging actions of energy saving and emission reduction are necessary to follow the agreements’ directive imposed by legislative authorities. CHP and CCHP technologies could represent effective solutions to face up with the long-term global challenges, as energy security and climate change. CHP technology allows to produce at the same time electric energy and heat. If a comparison of generation efficiency with respect to separated production is made, the result is a lower fuel consumption, meaning economic saving, but also emission reduction. The goal of the present work was to design an instrument to model a hybrid CCHP refrigeration system based on the sub-cooling of the condenser’s exit of the vapor-compression section, operated by a lithium bromide absorption chiller driven by heat rejected from the ICE’s operation. The aforementioned configuration was proposed in order to enhance refrigeration’s efficiency through cogeneration, finding a useful employment of heat rejected by CHP, achieving high PES and first principle yield. System’s component modelling started from vapor-compression refrigerator’s model validation, through the comparison with an already existent web-application owned by Bitzer. Then the software has been developed introducing different design modalities of the machines installed, ability to find the optimal management of the system, energy balances and profitability estimation. Finally, the developed software was applied to real case studies, to evaluate the real potentialities of this new configuration.

Oggigiorno, azioni sempre più impegnative di risparmio energetico e riduzione delle emissioni sono necessarie per stare al passo con le direttive imposte dalle autorità legislative. Cogenerazione e trigenerazione potrebbero rappresentare soluzioni efficaci per far fronte alle sfide globali a lungo termine, come la sicurezza energetica e il cambiamento climatico. La cogenerazione permette di produrre allo stesso tempo energia elettrica e calore. Confrontando l’efficienza di generazione rispetto alla produzione separata, ne risulta una riduzione del combustibile utilizzato, quindi riduzione dei costi ed emissioni. L’obbiettivo del presente lavoro di tesi era sviluppare uno strumento in grado di simulare una refrigerazione ibrida tramite CCHP basata sul sotto-raffreddamento dell’uscita del condensatore della sezione a compressione di vapore operato da un assorbitore a bromuro di litio azionato dal calore di scarto del CHP. La suddetta configurazione è stata proposta al fine di efficientare il ciclo frigorifero attraverso la cogenerazione, trovando un impiego utile al calore di scarto del CHP, ottenendo elevati PES ed efficienza di primo principio. In primis, è stato creato un modello del frigorifero a compressione di vapore che è stato validato tramite il confronto con un’applicazione web. Dopodiché il software è stato sviluppato introducendo differenti modalità di dimensionamento delle macchine installate, la possibilità di gestire in maniera ottimizzata il sistema, bilanci energetici e una stima di fattibilità dell’investimento. Infine, il software sviluppato è stato utilizzato per analizzare le potenzialità della nuova configurazione applicata a casi reali.

Hybrid CCHP : vapor-compression chiller integrated with absorption sub-cooling

CORTI, MAURO
2017/2018

Abstract

Nowadays, more and more challenging actions of energy saving and emission reduction are necessary to follow the agreements’ directive imposed by legislative authorities. CHP and CCHP technologies could represent effective solutions to face up with the long-term global challenges, as energy security and climate change. CHP technology allows to produce at the same time electric energy and heat. If a comparison of generation efficiency with respect to separated production is made, the result is a lower fuel consumption, meaning economic saving, but also emission reduction. The goal of the present work was to design an instrument to model a hybrid CCHP refrigeration system based on the sub-cooling of the condenser’s exit of the vapor-compression section, operated by a lithium bromide absorption chiller driven by heat rejected from the ICE’s operation. The aforementioned configuration was proposed in order to enhance refrigeration’s efficiency through cogeneration, finding a useful employment of heat rejected by CHP, achieving high PES and first principle yield. System’s component modelling started from vapor-compression refrigerator’s model validation, through the comparison with an already existent web-application owned by Bitzer. Then the software has been developed introducing different design modalities of the machines installed, ability to find the optimal management of the system, energy balances and profitability estimation. Finally, the developed software was applied to real case studies, to evaluate the real potentialities of this new configuration.
FERGNANI, NICOLA
ING - Scuola di Ingegneria Industriale e dell'Informazione
20-dic-2018
2017/2018
Oggigiorno, azioni sempre più impegnative di risparmio energetico e riduzione delle emissioni sono necessarie per stare al passo con le direttive imposte dalle autorità legislative. Cogenerazione e trigenerazione potrebbero rappresentare soluzioni efficaci per far fronte alle sfide globali a lungo termine, come la sicurezza energetica e il cambiamento climatico. La cogenerazione permette di produrre allo stesso tempo energia elettrica e calore. Confrontando l’efficienza di generazione rispetto alla produzione separata, ne risulta una riduzione del combustibile utilizzato, quindi riduzione dei costi ed emissioni. L’obbiettivo del presente lavoro di tesi era sviluppare uno strumento in grado di simulare una refrigerazione ibrida tramite CCHP basata sul sotto-raffreddamento dell’uscita del condensatore della sezione a compressione di vapore operato da un assorbitore a bromuro di litio azionato dal calore di scarto del CHP. La suddetta configurazione è stata proposta al fine di efficientare il ciclo frigorifero attraverso la cogenerazione, trovando un impiego utile al calore di scarto del CHP, ottenendo elevati PES ed efficienza di primo principio. In primis, è stato creato un modello del frigorifero a compressione di vapore che è stato validato tramite il confronto con un’applicazione web. Dopodiché il software è stato sviluppato introducendo differenti modalità di dimensionamento delle macchine installate, la possibilità di gestire in maniera ottimizzata il sistema, bilanci energetici e una stima di fattibilità dell’investimento. Infine, il software sviluppato è stato utilizzato per analizzare le potenzialità della nuova configurazione applicata a casi reali.
Tesi di laurea Magistrale
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