An NTU- model for alternative refrigerants

This paper presents a steady state simulation model to predict the performance of alternative refrigerants in vapour compression refrigeration/heat pump systems. The model is based on the NTU- method in analysing the heat exchangers following an elemental approach. The model extends its applicability to new refrigerants including hydrocarbons and uses a large database of REFPROP package for refrigerant properties. The main inputs to the model include the physical details of the heat exchangers, compressor efficiency, mass flow rates of heat transfer fluids and their inlet temperatures to the evaporator and the condenser, the pressure drops across the heat exchangers and the capacity of either the evaporator or condenser (in kW). The model results are validated with a wide range of experimental data of HCFC22 and propane (HC290) on a heat pump test facility for a number of parameters, e.g. coefficient of performance, condenser capacity, mass flow rate of the refrigerant and compressor discharge temperature. Although the model is currently tested for pure refrigerants using compact brazed plate (counter flow type) heat exchangers, it can also be applied to mixture of refrigerants as well as to other types of heat exchangers.

Résumé

Dans cet article, on présente un modèle de simulation de régime permanent pour prédire la performance des frigorigènes de remplacement dans les systèmes frigorifiques ou les pompes à chaleur à compression de vapeur. Fondé sur la méthode NTU- utilisée pour analyser les échangeurs de chaleur, ce modèle emploie une approche élémentaire. Ce modèle étend la méthode aux nouveaux frigorigènes, y compris deees hydrocarbures, et utilise une base de données étendue, celle de REFPROP, pour les propriétés des frigorigènes. Les principaux paramètres du modèle comprennent des détails physiques sur les échangeurs de chaleur, le rendement des compresseurs, et les débits massiques des fluides de transfert de chaleur et leurs températures à l'entrée de l'évaporateur ou du condenseur, la chute de pression à travers les échangeurs de chaleur et la puissance soit de l'évaporateur, soit du condenseur (exprimés en kW). Les résultats obtensus en utilisant ce modèle sont validés pour une large gamme de données expérimentales obtenus avec le HCFC22 et avec le propane (le HC290) sur un banc d'essai de pompe à chaleur et pour un certain nombre de paramètres, par exemple le coefficient de performance, la puissance du compresseur, le débit massique du frigorigène et la température du frigorigène à la sortie du compresseur. En ce moment, le comportement des frigorigènes purs utilisés dans des échangeurs de chaleur compacts à plaques brasées (de type contre-courant) est en train d'être étudié; le modèle peut également être appliqué aux mélanges de frigorigènes et à d'autres types d'échangeurs de chaleur.