Comparative Experimental Evaluation of Two Heat Recovery Modes under Steady-State and Transient Conditions in Packaged Air-Conditioning Units for Domestic Hot Water Production

एयर कंडीशनिंग इकाइयाँ आधुनिक आराम की अनसुनी नायक हैं, जो गर्मी को अंदर से बाहर की ओर स्थानांतरित करके हमारे घरों और कार्यालयों को ठंडा करने के लिए अथक रूप से काम करती हैं। हालाँकि, यह प्रक्रिया स्वाभाविक रूप से अपव्ययकारी है; इन मशीनों को चलाने के लिए उपयोग की जाने वाली ऊर्जा का एक महत्वपूर्ण हिस्सा गर्म गैस के रूप में होता है जो बस वातावरण में छोड़ दिया जाता है। यह निक्षेपित ऊष्मा एक खोए हुए अवसर का प्रतिनिधित्व करती है। इस तापीय ऊर्जा को यूँ ही लुप्त होने देने के बजाय, इंजीनियरों ने इसे पकड़ने और काम में लगाने के तरीके तलाशने के लिए लंबे समय से प्रयास किए हैं, जैसे कि शॉवर या सिंक के लिए पानी गर्म करने के लिए इसका उपयोग करना। चुनौती यह करने में नहीं है कि क्या हम इस अपशिष्ट ऊष्मा को चुरा सकते हैं, बल्कि यह है कि इसे इस तरह से कैसे किया जाए जिससे वास्तव में मशीन को बेहतर चलने में मदद मिले और एक उपयोगी सेवा भी प्रदान की जा सके।

ईरान और चीन के विश्वविद्यालयों के शोधकर्ताओं की एक टीम ने एक मानक पैकेज्ड एयर-कंडीशनिंग यूनिट पर एक विशिष्ट, व्यावहारिक दृष्टिकोण का परीक्षण करके इस प्रश्न का उत्तर देने का प्रयास किया। ये स्व-निहित प्रणालियाँ हैं जो अक्सर छतों पर या वाणिज्यिक इमारतों में देखी जाती हैं, जिनका व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है लेकिन गर्म पानी बनाने की उनकी क्षमता के लिए शायद ही कभी अध्ययन किया जाता है। शोधकर्ताओं ने कंप्रेसर से निकलने वाली गर्म रेफ्रिजरेंट गैस के मार्ग में सीधे एक कॉम्पैक्ट हीट एक्सचेंजर—जो धातु के खोल के भीतर तांबे की नलियों से बना एक उपकरण है—स्थापित किया। यह उपकरण एक सेतु के रूप में कार्य करता है, जिससे यह संभव होता है कि मुख्य आउटडोर कंडेंसर तक पहुँचने से पहले, वह दहकती हुई गैस आसपास के खोल के माध्यम से बहने वाले पानी को अपनी कुछ ऊष्मा स्थानांतरित कर दे। इसके बाद उन्होंने इस संशोधित प्रणाली को दो अलग-अलग वास्तविक परिदृश्यों के तहत परीक्षण किया ताकि यह देखा जा सके कि यह कैसा प्रदर्शन करती है।

पहले परिदृश्य में, टीम ने एक बार हीट एक्सचेंजर से गुजरने वाले ठंडे शहर के पानी के निरंतर प्रवाह का अनुकरण किया, जिससे पानी थोड़ा गर्म हुआ और फिर वह एक मुख्य वॉटर हीटर की ओर गया। यह उस स्थिति की नकल करता है जहाँ एयर कंडीशनर लगातार चल रहा है और इमारत को पानी की एक स्थिर पूर्व-गर्म धारा की आवश्यकता है। उन्होंने पाया कि जैसे-जैसे उन्होंने डिवाइस के माध्यम से बहने वाले पानी की गति बढ़ाई, एयर कंडीशनर वास्तव में अधिक कुशल हो गया। हीट एक्सचेंजर ने कंप्रेसर के लिए एक राहत वाल्व की तरह काम किया; गर्म गैस को जल्दी ठंडा करके, इसने उस दबाव को कम कर दिया जिसके विरुद्ध कंप्रेसर को काम करना पड़ता था। दबाव में इस कमी का अर्थ था कि कंप्रेसर को समान मात्रा में कूलिंग करने के लिए कम बिजली की आवश्यकता थी। विशेष रूप से, जब पानी का प्रवाह अधिक था, तो कंप्रेसर की बिजली खपत 21 प्रतिशत तक कम हो गई, और समग्र दक्षता दोगुनी से अधिक हो गई क्योंकि बरामद ऊष्मा को कूलिंग के साथ एक उपयोगी आउटपुट के रूप में गिना गया।

दूसरे परिदृश्य में एक अलग, अधिक गतिशील दृष्टिकोण का परीक्षण किया गया: घरेलू उपयोग के लिए उपयोगी तापमान तक पहुँचने तक पानी के एक टैंक को शुरू से गर्म करना। इस सेटअप में, पानी एक बार नहीं बह रहा था; इसके बजाय, इसे एक बंद लूप (क्लोज्ड लूप) में पंप किया गया था, जो हीट एक्सचेंजर के माध्यम से बार-बार घूमकर धीरे-धीरे ऊष्मा अवशोषित कर रहा था। शोधकर्ताओं ने इस प्रक्रिया को समय के साथ घटित होते देखा, यह नोट करते हुए कि पानी का तापमान 21 डिग्री सेल्सियस से बढ़कर 120 मिनट के भीतर 50 डिग्री सेल्सियस हो गया, और लगभग 220 मिनट के संचालन के बाद लगभग 60 डिग्री सेल्सियस के करीब तापमान प्राप्त किया गया। दिलचस्प बात यह है कि इस हीटिंग चरण के दौरान, एयर कंडीशनर के कंप्रेसर के व्यवहार में बहुत अधिक बदलाव नहीं आया। कंप्रेसर से निकलने वाली गैस का दबाव और तापमान काफी हद तक वैसा ही रहा जैसा कि हीट एक्सचेंडर के बिना होता। ऐसा इसलिए हुआ क्योंकि जैसे-जैसे टैंक में पानी गर्म होता गया, हीट एक्सचेंजर के लिए रेफ्रिजरेंट से अधिक ऊष्मा निकालना कठिन होता गया, इसलिए मुख्य आउटडोर कंडेंसर भारी काम (हेवी लिफ्टिंग) करता रहा। इसके बावजूद, सिस्टम ने कूलिंग प्रदर्शन को बनाए रखते हुए प्रभावी ढंग से पानी को गर्म करने का काम किया, और जब गणना में बरामद ऊष्मा को शामिल किया गया, तो समग्र दक्षता में 31 प्रतिशत से अधिक का सुधार हुआ।

अध्ययन निष्कर्ष निकालता है कि कंप्रेसर डिस्चार्ज लाइन से अपशिष्ट ऊष्मा को पकड़ना पैकेज्ड एयर-कंडीशनिंग इकाइयों के लिए एक व्यवहार्य और प्रभावी रणनीति है। यह दोहरा लाभ प्रदान करता है: सिस्टम दैनिक उपयोग के लिए गर्म पानी का उत्पादन कर सकता है और साथ ही इमारत को ठंडा करने के लिए आवश्यक ऊर्जा को कम कर सकता है, या कम से कम कंप्रेसर पर कम दबाव के साथ उस कूलिंग प्रदर्शन को बनाए रख सकता है। शोधकर्ताओं ने पाया कि ऊर्जा बचत के लिए सबसे अच्छे परिणाम तब आए जब सिस्टम का उपयोग पानी की एक निरंतर धारा को प्रीहीट करने के लिए किया गया, लेकिन क्लोज्ड-लूप विधि कूलिंग चक्र को बाधित किए बिना उच्च तापमान तक पानी को गर्म करने में सक्षम सिद्ध हुई। ये निष्कर्ष बताते हैं कि मौजूदा एयर-कंडीशनिंग हार्डवेयर में एक अपेक्षाकृत सरल जोड़ मौजूदा मशीनों को पूरी तरह से पुनर्गठित किए बिना अधिक टिकाऊ और कुशल बनाकर एक अपशिष्ट उत्पाद को एक मूल्यवान संसाधन में बदल सकता है। भविष्य के कार्यों को यह देखना होगा कि ये प्रणालियाँ वास्तविक इमारतों में लंबे समय तक कैसा प्रदर्शन करती हैं, लेकिन प्रयोगशाला के परिणाम हमारे निर्मित वातावरण में ऊर्जा के उपयोग को बेहतर बनाने के लिए एक स्पष्ट मार्ग प्रदान करते हैं।