Please use this identifier to cite or link to this item: http://hdl.handle.net/10773/35954
Title: Simulation of the energy behavior of refrigeration systems integrating PCM storage
Other Titles: Simulação do comportamento energético de sistemas de refrigeração integrando armazenamento em PCM
Author: Delgado, Ana Paula Carvalho
Advisor: Martins, Nelson Amadeu Dias
Silva, Fernando Neto da
Keywords: Phase change materials
Refrigeration
Heat storage
Energy efficiency
Numerical modelling
TRNSYS
Defense Date: 20-Dec-2022
Abstract: Currently, the building sector consumes a large percentage of the global electricity. When analysing a residential building, it is possible to perceive that refrigeration systems are one of the most energy-intensive components. Therefore, it is essential to develop methods to reduce electricity consumption or its cost. In recent years, phase change materials have gained immense importance in this area as a research topic due to their thermophysical properties. The most relevant for this project is the possible accumulation of thermal energy in the form of latent heat. The use of PCMs in a freezer promotes an even distribution of energy supply, making periods of energy consumption more flexible without detriment to food storage. In developed countries, the demand for energy is extremely high. Very soon, intelligent electrical networks will be available, which manage the energy supply according to the effective needs of equipment and services, redirecting it to the most critical consumption points. This energy management at a macro level, i.e., of the electricity grid, can, in the limit, mean not installing a thermoelectric plant. On the other hand, in developing countries, still, far from this reality (Smart Grids), the electrical grid cannot reliably meet the population’s needs, and blackouts are frequent. Also, in this scenario, refrigeration equipment with extended autonomy is beneficial, not so much for the energy efficiency that they could induce in the system, but rather for the greater guarantee of conservation of the goods they store. This dissertation aims to develop a numerical model of a refrigeration system that incorporates phase change materials to improve its energy efficiency and autonomy. Firstly, it will be necessary to select the computational tool and the method for modelling the behaviour of the phase change material. Three scenarios - empty freezer, freezer with M-packs and freezer with M-packs and PCMS, will be analysed. Next, the numerical model will be developed and calibrated, which will be used to carry out autonomy and electrical consumption tests to establish quantitative relationships between the equipment characteristics and its performance in the aspects under analysis. As expected, the results show that using PCMs in a freezer under the right conditions and parameters increases the equipment’s autonomy. Therefore, this technology can be implemented for its reliability.
Atualmente, os edifícios consomem uma elevada cota do gasto global energético anual. Ao analisar um edifício residencial é possível perceber que os sistemas de refrigeração são dos componentes com maior consumo energético. Sendo assim, é fundamental desenvolver métodos que visem a diminuição do consumo de eletricidade, ou do custo associado a esse consumo. Nos últimos anos, os materiais de mudança de fase (PCMs) têm ganho imenso relevo nesta área, nomeadamente enquanto tópico de investigação devido às suas propriedades termofísicas, sendo a mais relevante para este projeto a possível acumulação de energia térmica sob a forma de calor latente. A utilização de PCMs numa arca frigorifica promove uma distribuição equilibrada do fornecimento de energia flexibilizado os períodos de consumo de energia sem prejuízo para o armazenamento de alimentos. Nos países desenvolvidos, a procura de energia é extremamente elevada. Num futuro muito próximo, estarão disponíveis redes elétricas inteligentes sendo que estas gerem o fornecimento de energia de acordo com as necessidades efetivas dos equipamentos e serviços sendo capazes de a redirecionar para os pontos de consumo mais críticos. Esta gestão de energia a um nível macro, i.e., da rede elétrica, pode, no limite, dispensar a instalação de uma central termoelétrica. Por sua vez, nos países em desenvolvimento, ainda longe desta realidade (Smart Grids) a rede elétrica não consegue satisfazer as necessidades da população de uma forma confiável, sendo os apagões bastantes frequentes. Também neste cenário, equipamentos de refrigeração com autonomia alargada são de grande utilidade, não tanto pela eficiência energética que poderiam induzir no sistema, mas antes pela maior garantia de conservação dos bens que armazenam. Este trabalho tem como ponto de maior interesse o desenvolvimento de um modelo numérico de um sistema de refrigeração que incorpore materiais de mudança de fase para melhorar a sua eficiência energética e a sua autonomia. Para atingir este objetivo, em primeiro lugar, vai ser necessário selecionar a ferramenta computacional a utilizar, assim como, o método de modelação do comportamento do material de mudança de fase. Três cenários - congelador vazio, congelador com M-packs e congelador com M-packs e PCMS, serão analisados. Seguidamente, proceder-se-á ao desenvolvimento e calibração do modelo numérico, que será usado para realizar testes de autonomia e consumo elétrico tendo em vista o estabelecimento de relações quantitativas entre as características dos equipamentos e o seu desempenho nas vertentes em análise. Os resultados mostram que a utilização de PCMs num congelador nas condições e parâmetros adequados aumenta a autonomia do equipamento. Por conseguinte, esta tecnologia pode ser implementada devido à sua fiabilidade.
URI: http://hdl.handle.net/10773/35954
Appears in Collections:UA - Dissertações de mestrado
DEM - Dissertações de mestrado

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