ارزیابی سیستم تهویه مطبوع همراه با تماس دهنده های غشایی مناسب برای استفاده در کشتی: مطالعه تجربی و عددی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی دکتری مهندسی سیستمهای انرژی دانشگاه آزاد اسلامی واحد تهران جنوب

2 دانشیار مهندسی سیستمهای انرژی دانشگاه آزاد اسلامی واحد تهران جنوب

3 استادیار مهندسی شیمی دانشگاه صنعتی شریف

چکیده

چکیده
سهم قابل توجهی از انرژی تولیدی در وسایط نقلیه دریایی اعم از کشتی‌ها در بخش سرمایش و تهویه مطبوع مصرف می‌گردد. بنابراین لازم است تا با استفاده از روش‌هایی کارآمد، این مقدار کاهش یابد. یکی ازروش‌های نوین که برای افزایش کیفیت هوای ورودی به محیط و همچنین کاهش مصرف انرژی در سال‌های اخیر مورد توجه قرار گرفته است، استفاده از خشک‌کن‌های مایع می‌باشد. بکارگیری خشک‌کن‌های مایع می‌تواند راه حل مناسبی برای کاهش مصرف انرژی مخصوصاً در مناطق گرم و مرطوب باشد. استفاده از تماس دهنده‌های غشایی یکی از روش‌های مناسب برای برقراری تماس بین خشک‌کن‌های مایع و هوای مرطوب می‌باشد. لذا در تحقیق حاضر ابتدا با استفاده از روش جدایش فازی، غشا‌هایی از جنس پلی‌سولفون با به کار بردن دو نوع حلال مختلف اعم از حلال DMF و NMP سنتز شد و ساختار و عملکرد آن‌ها در فرآیند رطوبت‌زدایی به طور آزمایشگاهی مورد بررسی قرار گرفت.
بهترین بازده رطوبت‌زدایی برابر با 14/45 % بدست آمد که مربوط به غشای سنتز شده با استفاده از حلال DMF و ترکیب 15درصد پلیمر بود. در ادامه شرایط آب و هوایی بندر بوشهر و شناور لندینگ کرافت 1800 تنی طراحی شده توسط شرکت کشتی سازی و صنایع فراساحل به عنوان نمونه شبیه سازی شد. نتایج نشان داد که استفاده از تماس دهنده‌ی غشایی با ارتفاع کانال 10 میلی‌متر و طول غشای 644/8 متر و غشای PSU-DMF-3 در سیستم تهویه مطبوع کشتی‌ها، منجر به صرفه‌جویی انرژی به میزان 4/34 درصد ‌شد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Evaluation of the air - conditioning system with suitable membrane دهنده‌های for the use of the ship: Experimental and experimental study

نویسندگان [English]

  • A.M Jafarpur 1
  • F Fazelpur 2
  • A Mousavi 3
چکیده [English]

A significant amount of the produced energy in marine vehicles is used in the air conditioning sectors. Therefore it is necessary to reduce this amount by using efficient methods. . One of the new efficient methods is liquid desicants. Using of liquid desicants can be a good solution to reduce energy consumption, especially in hot and humid areas. The use of membrane contactors is one of the suitable methods for making contact between liquid desicant and humid air.
In the present study polysulfone membranes were synthesized by phase separation method using two different types of solvents. The structure and performance of the membranes were examined thorough dehumidification process.
The best dehumidification efficiency was 45.14%, which was related to the PSU-DMF-3 sample. The weather conditions in Bushehr port and the 1800-ton landing craft ship (designed by the shipbuilding and offshore industries company) as an example were used in simulation process. The results of simulation showed that by using a membrane contactor with a channel height of 10 mm and a membrane length of 8.644 m and a PSU - DMF-3 membrane in the air conditioning system of ships, the energy saving can reach to 34.4%

کلیدواژه‌ها [English]

  • membrane contactor "
  • " air conditioning system"
  • "simulation"
  • "energy saving
[1] Dongو C, Lu, L. Enhancing the dehumidification efficiency of solar-assisted liquid desiccant air dehumidifiers using nanoscale TiO2 super-hydrophilic coating. Energy Procedia. 2019 Feb 1;158:5765-9.
 [2] Zhang, L.Z., Huang, S.M., Chi, J.H. and Pei, L.X., Conjugate heat and mass transfer in a hollow fiber membrane module for liquid desiccant air dehumidification: a free surface model approach. International Journal of Heat and Mass Transfer, 55(13-14), pp.3789-3799.2012
[3] Zhang, L.Z. and Zhang, N., A heat pump driven and hollow fiber membrane-based liquid desiccant air dehumidification system: modeling and experimental validation. Energy, 65, pp.441-451.2014.
[4] Zhao, K., Liu, X.H., Zhang, T. and Jiang, Y., Performance of temperature and humidity independent control air-conditioning system in an office building. Energy and Buildings, 43(8), pp.1895-1903.2011
[5] Gabelman, A. and Hwang, S.T., Hollow fiber membrane contactors. Journal of Membrane Science, 159(1-2), pp.61-106.1999
[6] Klaassen, R., Feron, P.H. and Jansen, A.E., Flue gas treatment with membrane gas absorption.1998
[7] Woods, J., Membrane processes for heating, ventilation, and air conditioning. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 33, pp.290-304.2014
[8] Lee, Y., Noble, R.D., Yeom, B.Y., Park, Y.I. and Lee, K.H,. Analysis of CO2 removal by hollow fiber membrane contactors. Journal of Membrane Science, 194(1), pp.57-67.2001
[9] Witzko, R. and Bier, C., 1998. Gas absorption mit Membrankontaktoren. German Patent, (19639965).
[10] Mohammad, A.T., Mat, S.B., Sulaiman, M.Y., Sopian, K. and Al-abidi, A.A., Historical review of liquid desiccant evaporation cooling technology. Energy and Buildings, 67, pp.22-33. 2013
 [11] Larson, M.D., Simonson, C.J., Besant, R.W. and Gibson, P.W., The elastic and moisture transfer properties of polyethylene and polypropylene membranes for use in liquid-to-air energy exchangers. Journal of Membrane Science, 302(1-2), pp.136-149. 2007
[12] Seyed-Ahmadi, M., Erb, B., Simonson, C.J. and Besant, R.W., Transient behavior of run-around heat and moisture exchanger system. Part І: Model formulation and verification. International Journal of Heat and Mass Transfer, 52(25-26), pp.6000-6011. 2009
[13] Li, J. and Ito, A., Dehumidification and humidification of air by surface-soaked liquid membrane module with triethylene glycol. Journal of Membrane Science, 325(2), pp.1007-1012.2008.
[14] Huang, X., Li, Y., Ke, T., Ling, X. and Liu, W., Thermal investigation and performance analysis of a novel evaporation system based on a humidification-dehumidification process. Energy Conversion and Management, 147, pp.108-119. 2017
[15] Fakharnezhad, A. and Keshavarz, P., Experimental investigation of gas dehumidification by tri-ethylene glycol in hollow fiber membrane contactors. Journal of industrial and engineering chemistry, 34, pp.390-396. 2016
[16] Bettahalli, N.S., Lefers, R., Fedoroff, N., Leiknes, T. and Nunes, S.P., Triple-bore hollow fiber membrane contactor for liquid desiccant based air dehumidification. Journal of Membrane Science, 514, pp.135-142. 2016
[17] Kirsch, V.A., Roldugin, V.I., Plisko, T.V. and Bazhenov, S.D., Modeling of convection–diffusion transport in a hollow-fiber membrane contactor with radial transverse liquid flow. Petroleum Chemistry, 56(11), pp.1061-1065. 2016
[18] Wang, X., Wang, L., Yin, X., Jiang, Y., Liu, H. and Jia, L., 2019. Modeling and performance analyses of a batch-wise liquid desiccant air conditioning system. Building and Environment, 154, pp.1-12. 2019
[19] Barth, C., Goncalves, M.C., Pires, A.T.N., Roeder, J. and Wolf, B.A., Asymmetric polysulfone and polyethersulfone membranes: effects of thermodynamic conditions during formation on their performance. Journal of Membrane Science, 169(2), pp.287-299. 2000
[20] Sun, B., Zhang, M., Huang, S., Su, W., Zhou, J. and Zhang, X., Performance evaluation on regeneration of high-salt solutions used in air conditioning systems by electrodialysis. Journal of Membrane Science, 582, pp.224-235. 2019
[21] Cho, H.J., Cheon, S.Y. and Jeong, J.W., Experimental analysis of dehumidification performance of counter and cross-flow liquid desiccant dehumidifiers. Applied Thermal Engineering, 150, pp.210-223. 2019