Internal Heat Exchanger Influence in Operational Cost and Environmental Impact of an Experimental Installation Using Low GWP Refrigerant for HVAC Conditions

Abstract

The use of an internal heat exchanger in vapor compression refrigeration systems of one stage is a common practice because it helps to increase the cooling capacity in the evaporator. Furthermore, the use of refrigerants with low global warming potential is becoming more frequent due to environmental regulations worldwide. Thus, this paper presents an evaluation of the improvement produced by the inclusion of an internal heat exchanger cycle (IHXC) in an experimental installation from the viewpoint of exergy, economic and environmental through to exergy, exergoeconomics, and Specific Life Cycle Climate Performance (SLCCP) studies. The tests were conducted using R1234ze(E) as a replacement alternative to R134a in three evaporating temperature conditions: 4 °C, 9 °C, and 14 °C. Comparisons were made considering R134a in BRC mode versus R1234ze(E) in BRC and IHXC modes. Results show that a lower environmental impact is produced by an evaporating temperature of 14 °C with a reduction in SLCCP of 13.3% using IHXC and R1234ze(E). Moreover, the highest increase in exergy efficiency was observed for an evaporating temperature of 4 °C, with this increase being 9%, while the lowest increase in the total cost rate was observed for the same evaporating temperature, being 12.3% and 21.2% for BRC and IHXC modes using R1234ze(E), respectively. RESUMEN El uso de un intercambiador de calor interno en sistemas de refrigeración por compresión de vapor de una etapa es una práctica común porque ayuda a aumentar la capacidad de enfriamiento en el evaporador. Además, el uso de refrigerantes con bajo potencial de calentamiento global es cada vez más frecuente debido a las regulaciones ambientales a nivel mundial. Así, este trabajo presenta una evaluación de la mejora producida por la inclusión de un ciclo de intercambiador de calor interno (IHXC) en una instalación experimental desde el punto de vista exergético, económico y ambiental hasta exergético, exergoeconómico y Rendimiento Climático de Ciclo de Vida Específico (SLCCP). ) estudios. Las pruebas se realizaron utilizando R1234ze(E) como alternativa de reemplazo del R134a en tres condiciones de temperatura de evaporación: 4 °C, 9 °C y 14 °C. Se realizaron comparaciones considerando R134a en modo BRC versus R1234ze(E) en modos BRC e IHXC. Los resultados muestran que se produce un menor impacto ambiental con una temperatura de evaporación de 14 °C con una reducción del SLCCP del 13,3 % utilizando IHXC y R1234ze(E). Además, el mayor incremento en la eficiencia exergética se observó para una temperatura de evaporación de 4 °C, siendo este incremento del 9%, mientras que el menor incremento en la tasa de costo total se observó para la misma temperatura de evaporación, siendo del 12,3% y del 21,2% para Modos BRC e IHXC usando R1234ze(E), respectivamente.