Performance analysis of air-cooled chiller integrated with phase change material-propylene glycol water energy storage

การวิเคราะห์สมรรถนะเครื่องทำความเย็นแบบระบายความร้อนด้วยอากาศร่วมกับระบบสะสมพลังงานในรูปสารเปลี่ยนสถานะโพรพิลีนไกลคอล-น้ำ

Name: Khun, Nang San

ThaSH: Refrigeration and refrigerating machinery

ThaSH: Air conditioning

Abstract: This study investigated the performance of a phase change material–propylene glycol/water (PCM–PG/W) storage tank integrated into a conventional air-conditioning system during the charging (solidification) and discharging (melting) processes. Experimental tests were carried out on a 0.125 m³ storage tank containing a staggered array of RT 5 paraffin-based PCM tubes (melting point: 5 °C), with PG/W serving as the heat transfer fluid. During the charging phase, chilled water from an air-cooled chiller solidified the PCM by extracting latent heat, thereby storing thermal energy. In the discharging phase, heated PG/W returning from a fan coil unit located in a testing room, subjected to a 1 kW internal cooling load, was circulated through the PCM-PG/W tank. As the fluid passed through the PCM tube bank, thermal energy was transferred to the PCM, which absorbed the heat and lowered the PG/W outlet temperature. Three configurations were examined: full (77 tubes), two-thirds (51 tubes), and without PCM. Each PCM tube had a diameter of 0.025 m and was arranged in a staggered configuration. A theoretical model was developed to predict the temperature profiles of both PCM and PG/W along the tank length during both thermal phases. The model showed good agreement with the experimental results. The validated model was then employed to evaluate the effects of PCM tube quantity, PG/W flow rate, and ambient temperature on the outlet PG/W temperature and indoor air temperature. The optimal configuration that sustained a 1 RT cooling load and maintained the room temperature below 28 °C during office hours (9:00 to 17:00) was identified as a 2 m³ PCM-PG/W tank with a full tube configuration (416 tubes) at a flow rate of 0.167 kg/s. Compared to no PCM, a PCM-PG/W storage tank with 416 tubes saved approximately 5.83 kWh in daily electrical energy consumption.

Abstract: งานวิจัยนี้ได้ศึกษาสมรรถนะของถังเก็บพลังงานที่บรรจุวัสดุเปลี่ยนสถานะ (PCM) ร่วมกับส่วนผสมของโพรพิลีนไกลคอลและน้ำ (PG/W) ซึ่งใช้ในระบบปรับอากาศแบบทั่วไป โดยพิจารณาในช่วงกระบวนการแข็งตัวของ PCM และกระบวนการหลอมละลายของ PCM การทดลองดำเนินการกับถังขนาด 0.125 ลบ.ม. ซึ่งบรรจุท่อ PCM ชนิดพาราฟิน RT 5 (จุดหลอมเหลว 5 °C) เรียงแบบสลับในถัง และใช้ PG/W เป็นสารถ่ายเทความร้อน ในช่วงแข็งตัว น้ำเย็นจากเครื่องทำน้ำเย็นถูกใช้ในการดึงความร้อนแฝงออกจาก PCM ทำให้ PCM แข็งตัวและสามารถเก็บความเย็นไว้ได้ ส่วนในช่วงหลอมละลาย PG/W ที่มีอุณหภูมิสูงซึ่งไหลกลับมาจากคอยล์เย็นในห้องทดสอบ (ซึ่งมีภาระความเย็นภายใน 1 กิโลวัตต์) ถูกส่งผ่านถังเก็บความเย็น PCM-PG/W โดย PCM จะดูดซับความร้อนจาก PG/W ส่งผลให้อุณหภูมิของ PG/W ที่ไหลออกจากถังสูงขึ้น มีการทดสอบใน 3 รูปแบบ ได้แก่ กรณี 77 ท่อ, 51 ท่อ และกรณีไม่มีท่อ PCM โดยท่อแต่ละท่อมีเส้นผ่านศูนย์กลาง 0.025 ม. และจัดเรียงในรูปแบบสลับภายในถัง จากนั้นจึงพัฒนาแบบจำลองทางทฤษฎีเพื่อทำนายอุณหภูมิของ PCM และ PG/W ตามความยาวของถังในช่วงแข็งตัวและหลอมละลาย ผลการจำลองสอดคล้องกับผลการทดสอบ แบบจำลองที่ผ่านการตรวจสอบนี้ถูกนำมาใช้เพื่อวิเคราะห์ผลของจำนวนท่อ PCM อัตราการไหลของ PG/W และอุณหภูมิโดยรอบ 35 °C ต่ออุณหภูมิ PG/W และอุณหภูมิภายในห้อง จากผลการวิเคราะห์พบว่าค่าที่เหมาะสมสำหรับการรักษาภาระความเย็น 1 RT และควบคุมอุณหภูมิห้องไม่ให้เกิน 28 °C ตลอดช่วงเวลาทำงาน (9:00–17:00 น.) คือถังขนาด 2 ลบ.ม. ที่บรรจุท่อ PCM เต็มจำนวน (416 ท่อ) ที่อัตราการไหลของ PG/W เท่ากับ 0.167 กก./วินาที เมื่อเปรียบเทียบกับระบบที่ไม่มี PCM ถังเก็บพลังงานความเย็นแบบ PCM-PG/W ที่มีท่อบรรจุ PCM จำนวน 416 ท่อ สามารถประหยัดพลังงานไฟฟ้าได้ประมาณ 5.83 กิโลวัตต์ชั่วโมงต่อวัน

Chiang Mai University. Library

Address: CHIANG MAI

Email: cmulibref@cmu.ac.th

Name: Thoranis Deethayat

Role: Advisor

Created: 2568

Modified: 2025-09-15

Issued: 2025-09-15

วิทยานิพนธ์/Thesis

application/pdf

eng

DegreeName: Master of Engineering

Level: Master's Degree

Descipline: Energy Engineering

Grantor: Chiang Mai University

©copyrights Chiang Mai University

ลำดับที่.	ชื่อแฟ้มข้อมูล	ขนาดแฟ้มข้อมูล	จำนวนเข้าถึง	วัน-เวลาเข้าถึงล่าสุด
1	660631082.pdf	5.01 MB

ใช้เวลา

0.031287 วินาที