| dc.description.abstract | CoolPack er en gratis samling av beregnings- og simuleringsprogrammer utviklet ved DTU (Danmarks Tekniske Universitet) for bruk til dimensjonering, analyse og design av varmepumpe- og kjølesystemer. Programpakken har termodynamiske tabeller og diagrammer for ulike kjølemedier integrert i verktøyene, i tillegg til flere ulike kretsoppsett.
Formålet med oppgaven er å utforske muligheten for bruk av CoolPack for studenter og andre som ønsker å lære mer om varmepumpe- og kjølekretser. For å avdekke styrker og svakheter ved programmet ble flere av verktøyene i programpakken brukt til å utføre beregninger som antas nyttige for forståelse og læring. Bruk av programmet sammenlignes med utførelse av oppgavene uten dataverktøy, da dette har vært alternativet gjennom vår studietid.
I første omgang ble en teoretisk varmepumpesyklus valgt, slik at CoolPack kunne brukes til å undersøke hvordan ulike parametre påvirker syklusen. Fokuset ble holdt på CoolPack sin gjennomføring av oppgavene, i motsetning til resultatene funnet. Verktøy for dynamisk simulering av en nedkjøling, kompressorberegninger, beregning av UA-verdi og ulike krets-verktøy ble også testet, ved å lage oppgaver verktøyene passet til å utføre.
Den siste delen av oppgaven fokuserte på beregninger utført på et varmepumpeanlegg som skal bygges ved energilaboratoriet ved NMBU og benyttes til undervisningsformål. Fra produsenten fikk vi oppgitt et par konkrete begrensninger slik at CoolPack kunne brukes til å se på mulige kombinasjoner av temperaturer og effekter vi kan ha i kretsen.
Det ble også utviklet en brukerveiledning for CoolPack-verktøyene benyttet i beregningene. Veiledningen ligger som et vedlegg til oppgaven.
Resultatene CoolPack produserer støtter teorien. Utførelsen av beregningene viser at det er enkelt for brukeren å endre én og én parameter for å se innvirkningen de har på syklusen. Å utføre slike endringer for å se effekten av dem har stort læringsutbytte.
Det samme gjelder de ulike diagrammene produsert av CoolPack. Alle disse beregningene hadde vært svært tidkrevende å utføre uten bruk av hjelpemidler. CoolPack sine beregninger på anlegget gjorde det også mulig å utelukke visse scenarier for anlegget som skal bygges ved energilaboratoriet.
Det CoolPack derimot ikke kan er å sette opp et teoretisk anlegg med spesifikke komponenter, for så å utføre analyser eller simuleringer av hvordan dette anlegget ville fungert under varierende driftsbetingelser. En annen ulempe ved CoolPack, er det tunge fokuset på kjølekretsen, til tross for at det vil være minst like relevant for norske studenter å se på varmepumpekretsen. De ulike verktøyene overlapper også til en viss grad, og navngivingen av parametrene er inkonsekvent.
Til tross for at det finnes mangler ved programmet konkluderes det med at CoolPack er en svært nyttig programpakke som med fordel kan inkluderes i en læringsprosess. Oppgaven viser at CoolPack kan brukes i sammenheng med både teoretiske regneoppgaver og praktiske laboratorieoppgaver. Forslag til bruk av CoolPack i studentoppgaver i forbindelse med det kommende varmepumpeanlegget ved energilaboratoriet er derfor presentert.
Vi anbefaler også å bruke programpakken ved teoretiske beregninger i introduksjonskurs i termodynamikk og når man først lærer om varmepumpesyklusen. Bruk av CoolPack vil være tidsbesparende og gi økt forståelse. Eksempler på relevante oppgaver er å finne termodynamiske egenskaper for kjølemedier ved gitte forhold, sammenligne ulike kretsoppsett og kjølemedier, beregne kompressorvirkningsgrader med utgangspunkt i målinger og beregne UA-verdi i varmevekslere.
CoolPack is a cost-free collection of calculation tools developed at the Technical University of Denmark (DTU) developed for use in dimensioning, analysis and the design of refrigeration cycles. The collection has thermodynamic tables and diagrams for different refrigerants integrated into the calculation tools, in addition to several different refrigeration systems.
The purpose of this thesis is to explore the possibilities of use of CoolPack for students and others wishing to learn more about heat pump cycles and refrigeration cycles. To discover the collection’s strengths and weaknesses, the tools were used to perform calculations and simulations deemed useful for learning about and understanding the principles behind heat pump cycles and refrigeration cycles. Use of the collection is compared to performing the same tasks without calculation or simulation tools, since this has been the alternative for us while studying.
Initially, a theoretical heat pump cycle was specified, so that one of CoolPack’s cycle-based tools could be used to explore how changing different parameters would influence the cycle. The focus was placed on how CoolPack performed the tasks. Thereafter, tools for the dynamic simulation of cooling, compressor calculations, calculation of UA-value as well as several cycle-based tools were tested by designing tasks they would be fitting to perform.
Lastly, CoolPack was used to perform calculations on a heat pump that will be constructed for the energy laboratory at NMBU for educational purposes. The producer informed us of the known specifications and limitations of the system, so that CoolPack could be used to find possible combinations of temperatures, heat flows and work flows.
A user’s manual for the tools used in the thesis was also developed. The manual is in Norwegian and can be found as an appendix.
The results found by CoolPack support the theoretic principles of refrigeration cycles. The calculations performed show that changing specific parameters in order to see the respective parameter’s influence on the cycle is an easy task for the tool collection. Performing such tasks and creating diagrams with the tools is very beneficial to the learning process. Performing the same tasks without calculation tools or simulation tools would on the other hand be a time-consuming process. The calculations carried out in CoolPack also made it possible to exclude certain scenarios for the future heat pump system at the energy laboratory.
What CoolPack on the other hand cannot do, is analyse how a specific system would work under changing operational conditions. Another disadvantage to the tool collection is the heavy focus on refrigeration as opposed to heat pumps. For Norwegian students, the heat pump cycle is just as relevant, if not more relevant. Several of the tools in the collection overlap to a certain extent and the naming of parameters is inconsistent.
Despite a few deficiencies in some of the tools in the collection, it is concluded that CoolPack is a useful program and advantageous to the learning process. The thesis shows that CoolPack can be used both in theoretical calculations and in practical laboratory exercises. As a result, suggestions for using CoolPack in student tasks connected to the future heat pump at the energy laboratory is included. We also recommend using the tool collection for theoretical calculations in introductory thermodynamical courses and when first learning about the refrigeration cycle. Examples are finding thermodynamic properties for a refrigerant at specific circumstances, finding heat of vaporization for a given amount of a refrigerant, and calculating COP for different refrigeration cycles and refrigerants. | nb_NO |
