Reclaiming heat from water chiller

Reclaiming heat from water chiller system with heat
pump system to produce hot water
WISIT CHUPRASERT1 and CHITTIN TANGTHIENG2
1’2Department of Mechanical Engineering, Faculty of Engineering, Chulalongkorn University
[e-mail], [e-mail]
ABSTRACT
Nowadays energy and environmental crisis are a major concern for all parts of society.
One of the solutions to solve this crisis is to use energy efficiently, especially by using a waste
heat recovery system. Most office buildings use chillers for cooling whereas the waste heat is
obtained as a by-product which can be used in the recovery system to generate hot water.
This paper is the study of the improvement of energy efficient usage by using the
waste heat recovery system on the chiller used for an air-conditioning unit with heat pump to
generate hot water. This will be performed by collecting data from the experiment conducted
by varying the water flow rate as the effect on hot water production. In addition, these results
can be applied to other office buildings as a guideline for a preliminary study and design
before introducing an actual implementation to reduce energy consumption of the hot water
generating system.
The results show that the temperature of produced hot water depends on the water
flow rate. When the water flow rate decreases, temperature of hot water and power of heat
pump compressor increase. On the other hand, the hot water temperature and power
consumptions of heat pump compressor decrease, when the water flow rate is increased. The
coefficient of performance (COP) of the chiller with the waste heat recovery system is
approximately 3.60 and the coefficient of performance (COP) of the heat pump increased
from 5.01 to 6.39, 6.77, 7.21, 7.56 and 7.66 (27.5%, 35.1%, 43.9%, 50.9% and 52.9%) at
water flow rate of 4, 6, 8, 10, 10 and 15.5 liters per minute respectively.
KEYWORDS
chiller, heat pump, hot water, waste heat recovery50 วารสารวิจัยพลังงาน ปี ที่9 ฉบับที่ 2555/2
รูปท่ี1ระบบท าความเย็นแบบอัดไอ
I. บทน า
ระบบท าน ้าเย็นส าหรับใช้ในการปรับอากาศ (Chiller system) เป็ นระบบที่มีใช้กันอย่างแพร่หลายในอาคารธุรกิจ เช่น
อาคารส านักงาน โรงแรม โรงพยาบาล ซึ่งอาคารดังกล่าวมีความต้องการทั ้งการปรับอากาศ เพื่อรักษาสภาพอากาศภายใน
ตัวอาคาร และต้องการพลังงานในการผลิตน ้าร้ อน เพื่อใช้ในการซักรีด หรืออุปโภคต่างๆ ไปพร้ อมๆ กัน ซึ่งโดยทั่วไปแล้ว
ระบบท าความเย็นจะมีการระบายความร้อนทิ ้งสู่บรรยากาศ ซึ่งความร้อนจ านวนดังกล่าวสามารถน ากลับมาใช้ในการผลิต
น ้าร้ อนได้[1,3,6,7] แต่ความร้ อนจ านวนดังกล่าวอาจไม่เพียงพอส าหรับการผลิตน ้าร้ อนให้มีอุณหภูมิสูงตามที่ต้องการ
ดังนั ้นในงานวิจัยนี ้จึงได้ท าการศึกษาถึงการใช้ปริมาณความร้ อนปล่อยทิ ้งจากระบบท าน ้าเย็นร่วมกับการใช้ฮีตปั๊มในการ
ผลิตน ้าร้อนส าหรับใช้ในกิจกรรมต่างๆ ภายในอาคารประเภทดังกล่าวข้างต้น ซึ่งเป็ นอีกแนวทางที่ช่วยลดการใช้พลังงานใน
การผลิตน ้าร้อน รูปที่ 1 แสดงการถ่ายเทความร้ อนที่รับมาจากภาระความร้ อนภายในห้องปรับอากาศและก าลังไฟฟ้ าที่ใช้
ในการอัดไอ ซึ่งจะปล่อยความร้อนที่รับมาทิ ้งออกสู่บรรยากาศที่บริเวณเครื่องควบแน่น
จากรายงานการตรวจวิเคราะห์การใช้พลังงานในระบบน าความร้ อนปล่อยทิ ้งของระบบปรับอากาศแบบรวมศูนย์
กลับมาใช้ของอาคารส านักงานแห่งหนึ่งในประเทศอิตาลีเป็ นเวลา 1 ปี Luigi[7] พบว่า สามารถใช้ความร้ อนปล่อยทิ ้งใน
การผลิตน ้าร้อนได้ 100% ในเดือนที่มีอากาศร้อน และ 70% ในเดือนอื่นๆและสามารถผลิตน ้าร้อนได้ที่อุณหภูมิ 40°C โดย
มีอุณหภูมิน ้าเย็น 7°C และอุณหภูมิบรรยากาศ 35°C
สาธิต[4] ได้ศึกษาระบบการผลิตน ้าร้ อนด้วยระบบฮีตปั๊มร่วมกับการน าความร้ อนปล่อยทิ ้งจากระบบปรับอากาศ
กลับมาใช้ โดยการจ าลองแบบทางคณิตศาสตร์ ซึ่งได้น าเสนอส าหรับอาคารเชิงพาณิชย์ในเขตภูมิภาคอากาศร้ อนชื ้นของ
ประเทศไทย ซึ่งได้ท าการเลือกโรงแรมขนาด 115 ห้องซึ่งประกอบด้วย ระบบท าน ้าเย็นมีขนาด 257 kW ใช้สารท าความเย็น
R-134aเป็ นสารท างาน และมีระบบฮีตปั๊มขนาด 25.7kW ใช้สารท าความเย็น R-134a เช่นกัน พบว่าระบบสามารถผลิต
น ้าร้อนได้ที่อุณหภูมิ เฉลี่ยทั ้งปี เท่ากับ 44.7
o
C ทั ้งนี ้อุณหภูมิของน ้าร้ อนที่ผลิตได้จะขึ ้นกับภาระการท าความเย็นของระบบ
ท าน ้าเย็นและปริมาณการใช้น ้าร้อน
อาทิตย์ ไชยอรนันท์[5] ได้สร้างและประเมินสมรรถนะของเครื่องต้นแบบส าหรับท าน ้าร้ อนโดยใช้ฮีตปั๊ม สามารถใช้ใน
บ้านพักอาศัยขนาด 3- 4 คน ถังเก็บน ้าร้อนที่ใช้มีขนาด 100 ลิตร ใช้สารท าความเย็น R-22 เป็ นสารท าความเย็น เครื่องอัด
ไอมีขนาด 1.4 kW ขนาดการท าความเย็นเท่ากับ 3.5 kW และเครื่องควบแน่นมีขนาด 4.5 kW พบว่าน ้าร้ อนที่ผลิตได้มี
อุณหภูมิเฉลี่ย 50.5o
C สมัประสทิธิ์สมรรถนะเฉลยี่ ของฮีตปั๊ม 3.3 แต่ราคาของเครื่องท าน ้าร้ อนด้วยฮีตปั๊มจะสูงกว่าเครื่อง
Cooling
Load
Rejected
Heat
Ambient
Expansion Valve
Evaporator Condenser
Compressor Power
In put
Refrigerated Spaceวารสารวิจัยพลังงาน ปี ที่9 ฉบับที่ 2555/2 51
ท าน ้าร้ อนด้วยไฟฟ้ าอยู่มาก จากการประเมินค่าใช้จ่ายพบว่า ต้นทุนรวมของน ้าร้ อนต่อหน่วยความร้ อนที่ผลิตได้อยู่ที่ 1.2
บาท/MJ (ค่าไฟฟ้ าหน่วยละ 3.0 บาท)
ปราโมทย์ สายประดิษฐ์[2] ศึกษาระบบท าน ้าร้อนด้วยฮีตปั๊มแบบอัดไอ โดยใช้สารท าความเย็น R-134a ใช้เครื่องอัด
ไอขนาด 342 W สามารถถ่ายเทความร้อนได้สูงสุดประมาณ 1.2 kW และท าให้น ้ามีอุณหภูมิสูงขึ ้นในเวลาประมาณ 1 นาที
จากการจ าลองสถานการณ์ของระบบ เพื่อต้องการความร้อนที่ได้สูงสุด 3.5 kW เทียบกับเครื่องท าน ้าร้ อนไฟฟ้ า พบว่าต้อง
ใช้เครื่องอัดขนาด 1.1 kW และเครื่องระเหยขนาด 2.6 kW โดยที่ระบบจะให้ค่าสมั ประสิทธิ์สมรรถนะ สงู สดุ ประมาณ 4 -
4.2 และสามารถท าน ้าร้ อนได้อุณหภูมิสูงสุด 41.7o
C ที่อัตราการไหลของน ้า 3 ลิตรต่อนาทีและน ้าเข้าระบบที่อุณหภูมิ
25o
C
วัตถุประสงค์ของบทความวิจัยนี ้จึงเป็ นการศึกษาถึงกระบวนการเพิ่มประสิทธิภาพการใช้พลังงาน โดยการน าความ
ร้อนปล่อยทิ ้งจากระบบท าน ้าเย็นร่วมกับการใช้ระบบฮีตปั๊มในการผลิตน ้าร้อน ด้วยวิธีการทดลองเก็บข้อมูลจากชุดทดลอง
เพื่อประเมินถึงความสามารถของการผลิตน ้าร้อน และศึกษาถึงพฤติกรรมการท างานของระบบท าน ้าเย็นและฮีตปั๊ม เพื่อใช้
เป็ นข้อมูลเบื ้องต้นในการออกแบบและปรับปรุงระบบจริง
II. ชุดทดลองที่ใช้ในงานวิจัย
ในงานวิจัยนี ้ได้ท าการสร้างระบบผลิตน ้าร้อนโดยการน าความร้อนปล่อยทิ ้งร่วมกับการใช้ฮีตปั๊มเพื่อใช้เป็ นต้นแบบใน
การศึกษา ได้ดัดแปลงน าเฉพาะส่วนที่เป็ นคอนเดนซิ่งยูนิตของระบบปรับอากาศชนิดแยกส่วน ซึ่งภายในประกอบด้วย
เครื่องอัดไอ และเครื่องควบแน่น น ามาประกอบร่วมกับระบบฮีตปั๊ม รายละเอียดของอุปกรณ์ในชุดทดลองดังแสดงใน
ตารางที่ 1
อุปกรณ์ในชุดทดลอง ข้อมูลทางเทคนิค อุปกรณ์ในชุดทดลอง ข้อมูลทางเทคนิค
ระบบท าความเยย น
- เครื่องอัดไอ ชนิดโรตารี่ 5.396 kW
ระบบฮีตปั๊ม
- เครื่องอัดไอ ชนิดสโคล 2.1 kW
-อุปกรณ์แลกเปลี่ยนความร้อน
ชนิดแผ่น
พื ้นที่แลกเปลี่ยนความร้อน
1.4 m²
-อุปกรณ์แลกเปลี่ยนความร้อน
ชนิดแผ่น
พื ้นที่แลกเปลี่ยนความร้อน
2.0 m²
- เครื่องควบแน่น ชนิดระบายความ
ร

ผลลัพธ์ (อังกฤษ) 1:

Reclaiming heat from water chiller system with heatpump system to produce hot waterWISIT CHUPRASERT1 and CHITTIN TANGTHIENG21'2Department of Mechanical Engineering, Faculty of Engineering, Chulalongkorn [e-mail], [e-mail] energy and environmental crisis are a major concern for all parts of society.One of the solutions to solve this crisis is to use energy efficiently, especially by using a wasteheat recovery system. Most office buildings use chillers for cooling whereas the waste heat isobtained as a by-product which can be used in the recovery system to generate hot water.This paper is the study of the improvement of energy efficient usage by using thewaste heat recovery system on the chiller used for an air-conditioning unit with heat pump togenerate hot water. This will be performed by collecting data from the experiment conductedby varying the water flow rate as the effect on hot water production. In addition, these resultscan be applied to other office buildings as a guideline for a preliminary study and designbefore introducing an actual implementation to reduce energy consumption of the hot watergenerating system.The results show that the temperature of produced hot water depends on the waterflow rate. When the water flow rate decreases, temperature of hot water and power of heatpump compressor increase. On the other hand, the hot water temperature and powerconsumptions of heat pump compressor decrease, when the water flow rate is increased. Thecoefficient of performance (COP) of the chiller with the waste heat recovery system isapproximately 3.60 and the coefficient of performance (COP) of the heat pump increasedfrom 5.01 to 6.39, 6.77, 7.21, 7.56 and 7.66 (27.5%, 35.1%, 43.9%, 50.9% and 52.9%) atwater flow rate of 4, 6, 8, 10, 10 and 15.5 liters per minute respectively.KEYWORDSHeat pump water chiller, hot, heat, waste energy research magazine recovery50 volume 9 year 2555 (2012)/2.Figure 1 a I yenbaepat Ta systemChapter I. naThe system Ta cool Uncle for use in air conditioning (Chiller system) into narabop that are widely used in the building industry.The building can area agency hospital. Who says there is a need both to maintain an internal climate.The building and the energy required to produce a creative ร้ teaching for use in laundry or other goods to พร้. Om, which generallyTa systems cooling cooling has been left to the atmosphere. The heat were the secret alloy used to produce.Uncle ร้ ondai [1, 3, 6, 7], but it may loop onchan ร้ inadequate for producing creative ร้. Onhai high temperature as needed.So, in this research study is to use vaseline, ร้. Onploi from the system are cool uncle in conjunction with using the heater pump.Produce more heat for use in various activities within the above categories, building into the guidelines again, helping to reduce energy consumption in.To produce more heat. Figure 1 shows a transfer ร้ onthi ร้-derived from the exposed. Onpha, both air conditioned and electric are used.In developing it, which would leave the heat obtained leave to the condenser area.The report analyzed the system energy consumption in ร้ of Naga. Onploi disposal of centralized air conditioning systemBack of the building can work more in Italy, mostly. Nawela 1 year Luigi [7] found that can use ร้ in onploi.100% hot Uncle productions in the last month has gotten hot and 70% in the last month, and can produce more heat at temperature of 40° C,7° C temperatures cool and creative atmosphere, temperature, 35° C.Demo [4] studied ร้ creative production system. Onduai pump, heater system in conjunction with the Club of ร้ onploi from air-conditioning system.Back to JavaScript using a mathematical model, which has long proposed for commercial buildings, farming regions of ศร้ check box. Onchuen ofIn Thai, which has 115 rooms, big selection, Tamar, which is painted a cool Uncle system consists of a 257 kW use santha cooling.R-134 a swim heater system and nasantha pump size 25.7 kW use santha R-134a cool as well. I found that the system can produce.More hot temperature. The average for the whole year is equal to 44.7.oC thongni onthi ร้ creative production of temperature depends on the load of cold cream.Tana cool uncle and uncle RonSun nan Chai restaurant [5] have been created and evaluated the performance of the underlying instruments are for creative ร้. Ondoi use the heater pump can be used in.Housing size 3-4 person hot Uncle tank 100 litres in size that used mostly R-22 santha nasantha cooling cooling compressors.I have a 1.4 kW size size equal to 3.5 kW cooling and condenser with creative onthi ร้ 4.5 kW was produced there.The average temperature o 50.5C somrarot-ธิ์ sathi samap! 3.3 pump heater's layi restaurant but the price of a TA onduai ร้ Uncle heater pump is higher than the machine.CoolingLoadRejectedHeatAmbientExpansion ValveEvaporator CondenserCompressor PowerIn putRefrigerated Space energy research Magazine Vol. 9 issue 2 2555 (2012)/51.Tana onduai ร้ much more electrical from expense estimates that the total cost of the onthi ร้ ร้ more memory onto production at 1.2.Baht/MJ (electricity meter 3.0 baht)Pramote late invention [2] Study of the system with a pump heater hot Uncle Ta pellets either by santha R-134a cooling using air compressor.342 W size steam heat transfer can be a maximum of approximately 1.2 kW and higher temperatures, more in approximately 1 minute.From here take the situation of the system. For maximum heat 3.5 kW, compared with a ร้ Uncle onfaifa are found.Using the air compressor and large size 2.6 1.1 kW kW ball mill by means of the system, the performance rights act samap sadu sangu, about 4-4.2 and Tana ร้ Uncle The maximum temperature of 41.7 ondai oA C flow rate of 3 liters per minute more and more into the system temperature.25oCThe purpose of this research article re Bulletin education process to optimize the use of energy by means of Naga.Heat release from the system to use the system in conjunction with the cool Uncle heater pump to produce more heat. By means of observation experiment from the experiment.To evaluate the ability of producing creative and learn the behaviour of Ta ta to use pump heater cool and creative?Preliminary data, mostly in the design, development, and improve the system.II. experimental set that is used in research.In this research, he created the system, producing more heat by thermal disposal together with the release of Naga is used mostly to pump heater. In natonStudies have mostly only alter na. Nokon housing units-den of HVAC systems separate types which contain.An air compressor and condenser system consists of a pump, heater, together with Panama. The details of the device, as shown in the test series.Table 1Equipment in experimental series. Technical data Equipment in experimental series. Technical dataThe system is also painted in yellow green.-Compressors Rotary type steam 5.396 kWPump heater system.-Air compressor I sakhlo type 2.1 kW-Heat exchange equipment The type plate Phonthi heat exchanger1.4 m²-Heat exchange equipment The type plate Phonthi heat exchanger2.0 m²-Condenser Cooling type Lookin

ผลลัพธ์ (อังกฤษ) 3:

Reclaiming heat from water chiller system with heat
pump system to produce hot water
WISIT CHUPRASERT1 and CHITTIN TANGTHIENG2
1 2Department. ' Of, Mechanical Engineering Faculty of Engineering Chulalongkorn University
[e-mail],,, [e-mail]

Nowadays ABSTRACT energy and environmental crisis are a major concern for all parts of society.
.One of the solutions to solve this crisis is to use, energy efficiently especially by using a waste
heat recovery, system. Most office buildings use chillers for cooling whereas the waste heat is
obtained as a by-product which can be used in the. Recovery system to generate hot water.
This paper is the study of the improvement of energy efficient usage by using the
.Waste heat recovery system on the chiller used for an air-conditioning unit with heat pump to
generate hot water. This. Will be performed by collecting data from the experiment conducted
by varying the water flow rate as the effect on hot water. Production. In, addition these results
can be applied to other office buildings as a guideline for a preliminary study and. Design
.Before introducing an actual implementation to reduce energy consumption of the hot water
generating system.
The results. Show that the temperature of produced hot water depends on the water
flow rate. When the water flow, rate decreases temperature. Of hot water and power of heat
pump compressor increase. On the other hand the hot, water temperature and power
.Consumptions of heat pump, compressor decrease when the water flow rate is increased. The
coefficient of performance (COP). Of the chiller with the waste heat recovery system is
approximately 3.60 and the coefficient of performance (COP) of the. Heat pump increased
from 5.01 to 6.39 6.77 7.21 7.56,,,,, and 7.66 (27.5% 35.1% 43.9% 50.9% and, 52.9%) at
water flow rate. Of 4 6 8,,,, 10 10 and 15.5 liters per minute respectively.

chiller KEYWORDS, pump heat, water waste hot, heat recovery50 Journal of energy research. The 9. The 2555 / 2
figure at 1 system, a vapor compression refrigeration I. บทน
.
.The system, work, evening post for use in air conditioning (Chiller system) is a plot that is widely used in building the business, such as
building is the office. Hotel, hospital, which building it needs both affect conditioning to maintain the air inside the
.The building and energy requirements in the production, management, sleep, for use in laundry, necessities, full, with each other, which generally
.The system, the cooling are thermal ti ng into the atmosphere, which is the amount of heat, such สามารถน back. Used in the manufacture of
, payment, sleep [1 3 6,,,7] but thermal, อนจ number of them may not be enough, for the production, management, at high temperature as desired
.Therefore, in this research, it studied the quantity of heat, and release ti ng from the system, water cooling, together with the use of heat pump in
.Manufacture, hot water, for use in activities within the building types mentioned above, which is on อีกแนวทาง to reduce energy consumption in
.Production, hot figure 1 show heat transfer, and received from the heat, and in the air-conditioned room. Are electricity that use
in vapor compression The heat release, get มาทิ Located to the atmosphere at the condenser
.From the inspection report analysis of energy use in the system. Heat release, ti ng of centralized air conditioning system
back of buildings. One of the offices in Italy is on time 1 years Luigi [7] found that can be used to heat, and release ti ng in
.Production, hot water has 100% in months with the hot air and the 70% in another month and can be manufactured, the hot water at 40 ° C by
temperature. Water cooling 7 ° C temperature and atmosphere 35 ° C
.Demonstrate [4] study system, the teaching system with heat pump, together with this, heat release, Ti, งจาก air conditioning
back used by power. A mathematical model which has been proposed. Post for commercial buildings in the region, hot air, อนชื of
.Thailand, which have, choosing a hotel room size 115 which consists of system, water cooling, size 257 kW, use as cooling
R-134a is On the festival. Work and a heat pump using binary size 25.7kW cooling. R-134a as well. It is found that the system can produce
., the hot water at an average year, both of 44.7

C line o, งนี, temperature, the water, and produce would be riding, and the cooling load, system
. , leading consumption, cold and hot
.Sun Chai on Nan [5] created and evaluate the performance of prototype, personalized for work, the company, by using heat pump can be used in
.Housing size 3 - 4, storage tanks, making that use size 100 l use as cooling. R-22 is two, ารท refrigeration compressors
I is the size of 1.4 kW. The size of water cooling of the 3.5 kW and condenser is the size of 4.5 kW found that, when the water produced with
.The average temperature is between 50.5o
C มัป สทิ pho performance of heat pump 3.3 solution, but the price of the machine, work, sleep, the heat pump is higher than the machine Cooling



Load Rejected Heat

, Ambient Expansion Valve

Evaporator Condenser Compressor In put Power

.Refrigerated Space Journal of energy research. The 9 issue 2555 / 2 51
. Work, to, with electricity in much of the cost evaluation found that The total cost of the, the, sleep per unit heat, produced in 1.2
B / MJ (electricity, electric, 3.0 baht per unit)
.Also, 2 สายประดิษฐ์ [] education system, work, heat pump hot water with vapor compression refrigeration, using compound R-134a use compressors
AI size 342 W. The heat transfer and a maximum of around 1.2 kW. Make Yar temperature สูงขึ, in approximately 1 Na T
.From the current situation of system simulation. To heat up 3.5 kW compared to machines, work, the water, electricity, found that use of compressors 1.1 kW
size. The evaporator and 2 size.6 kW without the application of chemicals system performance is the snake. สดุ about 4 -
4.2 and can it work, sleep, the maximum temperature 41.7o
C that rate of flow. Diving 3 liters per minute and, import the system temperature 25o

C
.The purpose of the research articles. This, therefore, is an education process to increase energy efficiency, by this, the
.Heat release ti ng from the system, work, together with the use of cooling system in the production of heat pump, hot water with the method of test data from the test set
.To evaluate the ability of production, hot water and to study the performance of the system, the work, work, and the heat pump cooling to
as data boeng Design and improvement of early in the real system, II
. The experiment used in the study
.In this research, has led to the creation, production systems, hot, heat release by this view, with the use of heat pumps for use as masters in
.A modified, only the is นคอน den Xing unit of split type air conditioning system. The machine consists of a
vapor compression and condenser, attributed with heat pump system The details of the equipment in the test set as shown in
.Table 1
equipment in laboratory, technical data device in the experiment, technical data, the system

- machine is in a vapor compression type rotary 5.396 heat pump system kW

. The vapor compression type scopolamine al 2.1 kW
-

plate type heat exchanger.Pur area heat exchanger
1.4. M /
-

heat exchanger plate type heat exchanger, an area of 2.0 m

- condenser type cooling
.