solar assisted air conditioning systems

Abstract

This thesis investigates the problem of regulating the temperature of a conditioned space using a Solar Assisted Air Conditioning Systems (SAACS) prototype located at Cabo Rojo, Puerto Rico. The SAACS Prototype consists of a 66 flat plate solar collector array with 115.4 m2 of selective surface area, a 35 kW single-effect lithium-bromide absorption chiller, a 84 kW cooling tower, a 50 kW auxiliary hot water boiler, a 5700 liter storage tank equipped with flexible stratification manifolds, and a 1800 l/hr air-handling unit. A discrete-time state-space model of the absorption chiller and a linear model of the plant to be controlled (the conditioned space) are identified and presented. Experimental data was used for the determination of these models. A temperature controller was designed and applied to the plant model. This controller operates the absorption chiller under multiple load conditions and regulates the flow in the chilled water line based on the conditioned space requirements. The designed controller was implemented in the SAACS prototype. The system’s performance under this temperature controller is analyzed and the results are presented and discussed.

Esta tesis considera el problema de regular la temperatura de un espacio acondicionado mediante un prototipo de sistema de acondicionador de aire asistido con energía solar (SAAS) localizado en Cabo Rojo, Puerto Rico. El sistema consiste de un arreglo de 66 colectores solares planos con una superficie selectiva de 115.4 m2, una máquina de absorción de Bromuro de Litio con una capacidad de 35 kW, una torre de enfriamiento con capacidad de 84 kW, una caldera con capacidad de 50 kW como calentador de agua auxiliar, un tanque de almacenamiento de 5700 litros equipado con tubería de estratificación flexible y una manejadora de aire de 1800 litros por hora. En esta tesis se desarrolla un modelo de tiempo discreto en variables de estado para la maquina de absorción y un modelo lineal de la planta a ser controlada (el espacio acondicionado). Se utilizaron datos experimentales para la determinación de estos modelos. Un controlador de temperatura fue diseñado y aplicado al modelo de la planta. Este controlador permite operar la maquina de absorción bajo múltiples condiciones de carga y regula el flujo de la línea de agua fría basado en los requerimientos del espacio acondicionado. El controlador diseñado fue implementado al SAAS. El desempeño del sistema con el controlador de temperatura es analizado y se presentan y se discuten los resultados.