Published November 1, 2023 | Version v1
Publication Metadata-only

Techno-economic and emission analysis of solar assisted desiccant dehumidification: An experimental and numerical study

Creators

  • 1. National University of Sciences and Technology
  • 2. University of Azad Jammu and Kashmir
  • 3. Fayoum University
  • 4. Linköping University
  • 5. Middle East University
  • 6. Aswan University

Description

In humid climates, it is challenging to maintain moisture content in the air for human thermal comfort and industrial applications. Commercial dehumidifiers rely on conventional electric heaters to regenerate desiccant material, which accounts for significant energy consumption by such dehumidifiers. As a green solution to this problem, the present study integrates a flat plate solar air collector (FPSAC) with a desiccant dehumidifier to effectively use solar thermal energy and reduce electrical consumption. Performance evaluation of glazed and unglazed FPSAC-assisted desiccant dehumidifier has been conducted at process air flow rates of 33, 51 and 62 m3/h with a constant regeneration flow rate of 42 m3/h. Both glazed and unglazed FPSAC assisted desiccant dehumidification systems had the highest dehumidification effectiveness and percentage increase in temperature at the flow rate of 33 m3/h, while the highest moisture removal capacity was at 51 m3/h. Maximum dehumidification effectiveness, percentage temperature increase, and moisture removal capacity for the glazed case were 0.4, 66.67%, and 6.14 kg/h, respectively. Experimental results showed that the glazed FPSAC-integrated desiccant dehumidification system outperforms unglazed FPSAC in all performance evaluation parameters. Using Transient System Simulation software (TRNSYS), the proposed glazed and unglazed assisted desiccant dehumidification system was modeled and validated with experimental results. Furthermore, a techno-economic analysis of the solar hybrid desiccant dehumidification system has been carried out. The FPSAC used in this study showcased a 33.57% yearly solar fraction with a solar hybrid system having a payback period of 4.23 years. In addition, the hybrid system can reduce greenhouse gas emissions yearly by 0.352 tons of CO2 equivalents.

⚠️ This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%

Translated Description (Arabic)

في المناخات الرطبة، من الصعب الحفاظ على محتوى الرطوبة في الهواء للراحة الحرارية البشرية والتطبيقات الصناعية. تعتمد مزيلات الرطوبة التجارية على السخانات الكهربائية التقليدية لتجديد المواد المجففة، والتي تمثل استهلاكًا كبيرًا للطاقة بواسطة مزيلات الرطوبة هذه. كحل أخضر لهذه المشكلة، تدمج الدراسة الحالية مجمع الهواء الشمسي المسطح (FPSAC) مع مزيل الرطوبة المجفف لاستخدام الطاقة الحرارية الشمسية بشكل فعال وتقليل الاستهلاك الكهربائي. تم إجراء تقييم أداء مزيل الرطوبة المجفف بمساعدة FPSAC المزجج وغير المزجج بمعدلات تدفق هواء العملية 33 و 51 و 62 م 3/ساعة مع معدل تدفق تجديد ثابت قدره 42 م 3/ساعة. كان لكل من أنظمة إزالة الرطوبة المجففة بمساعدة FPSAC المزججة وغير المزججة أعلى فعالية لإزالة الرطوبة وزيادة النسبة المئوية في درجة الحرارة بمعدل تدفق 33 م 3/ساعة، في حين كانت أعلى قدرة لإزالة الرطوبة عند 51 م 3/ساعة. بلغت فعالية إزالة الرطوبة القصوى، والنسبة المئوية لزيادة درجة الحرارة، وقدرة إزالة الرطوبة للحالة المزججة 0.4 و 66.67 ٪ و 6.14 كجم/ساعة على التوالي. أظهرت النتائج التجريبية أن نظام إزالة الرطوبة المجفف المدمج في FPSAC المزجج يتفوق على FPSAC غير المزجج في جميع معايير تقييم الأداء. باستخدام برنامج محاكاة النظام العابر (TRNSYS)، تم نمذجة نظام إزالة الرطوبة المجفف المساعد المزجج وغير المزجج المقترح والتحقق من صحته بنتائج تجريبية. علاوة على ذلك، تم إجراء تحليل تقني اقتصادي لنظام إزالة الرطوبة المجفف الهجين الشمسي. أظهر FPSAC المستخدم في هذه الدراسة جزءًا شمسيًا سنويًا بنسبة 33.57 ٪ مع نظام هجين شمسي له فترة استرداد تبلغ 4.23 عامًا. بالإضافة إلى ذلك، يمكن للنظام الهجين تقليل انبعاثات غازات الدفيئة سنويًا بمقدار 0.352 طن من مكافئات ثاني أكسيد الكربون.

Translated Description (French)

Dans les climats humides, il est difficile de maintenir la teneur en humidité de l'air pour le confort thermique humain et les applications industrielles. Les déshumidificateurs commerciaux s'appuient sur des appareils de chauffage électriques conventionnels pour régénérer le matériau déshydratant, ce qui représente une consommation d'énergie importante pour ces déshumidificateurs. Comme solution écologique à ce problème, la présente étude intègre un capteur d'air solaire à plaques plates (FPSAC) avec un déshumidificateur déshydratant pour utiliser efficacement l'énergie solaire thermique et réduire la consommation électrique. L'évaluation des performances du déshumidificateur déshydratant assisté par FPSAC vitré et non vitré a été réalisée à des débits d'air de procédé de 33, 51 et 62 m3/h avec un débit de régénération constant de 42 m3/h. Les systèmes de déshumidification assistés par dessiccant FPSAC vitrés et non vitrés avaient l'efficacité de déshumidification et le pourcentage d'augmentation de température les plus élevés au débit de 33 m3/h, tandis que la capacité d'élimination d'humidité la plus élevée était de 51 m3/h. L'efficacité maximale de déshumidification, le pourcentage d'augmentation de la température et la capacité d'élimination de l'humidité pour le boîtier vitré étaient de 0,4, 66,67 % et 6,14 kg/h, respectivement. Les résultats expérimentaux ont montré que le système de déshumidification de déshydratant intégré au FPSAC vitré surclasse le FPSAC non vitré dans tous les paramètres d'évaluation des performances. À l'aide du logiciel Transient System Simulation (TRNSYS), le système de déshumidification par dessiccation assistée proposé, vitré et non vitré, a été modélisé et validé avec des résultats expérimentaux. Par ailleurs, une analyse technico-économique du système de déshumidification solaire hybride déshydratant a été réalisée. Le FPSAC utilisé dans cette étude a présenté une fraction solaire annuelle de 33,57 % avec un système solaire hybride ayant une période de récupération de 4,23 ans. En outre, le système hybride peut réduire les émissions de gaz à effet de serre chaque année de 0,352 tonne d'équivalents CO2.

Translated Description (Spanish)

En climas húmedos, es difícil mantener el contenido de humedad en el aire para el confort térmico humano y las aplicaciones industriales. Los deshumidificadores comerciales dependen de los calentadores eléctricos convencionales para regenerar el material desecante, lo que representa un consumo significativo de energía por parte de dichos deshumidificadores. Como solución verde a este problema, el presente estudio integra un colector de aire solar de placa plana (FPSAC) con un deshumidificador desecante para utilizar eficazmente la energía solar térmica y reducir el consumo eléctrico. La evaluación del rendimiento del deshumidificador desecante asistido por FPSAC vidriada y no vidriada se ha realizado a caudales de aire de proceso de 33, 51 y 62 m3/h con un caudal de regeneración constante de 42 m3/h. Tanto los sistemas de deshumidificación por desecante asistida por FPSAC acristalados como los no acristalados tuvieron la mayor efectividad de deshumidificación y el aumento porcentual de temperatura a un caudal de 33 m3/h, mientras que la mayor capacidad de eliminación de humedad fue de 51 m3/h. La efectividad máxima de deshumidificación, el porcentaje de aumento de temperatura y la capacidad de eliminación de humedad para la caja acristalada fueron 0.4, 66.67% y 6.14 kg/h, respectivamente. Los resultados experimentales mostraron que el sistema de deshumidificación de desecante integrado en FPSAC vidriada supera a FPSAC no vidriada en todos los parámetros de evaluación del rendimiento. Utilizando el software de simulación de sistemas transitorios (TRNSYS), se modeló y validó con resultados experimentales el sistema de deshumidificación de desecante asistido esmaltado y no esmaltado propuesto. Además, se ha realizado un análisis tecnoeconómico del sistema de deshumidificación por desecante híbrido solar. El FPSAC utilizado en este estudio mostró una fracción solar anual del 33,57% con un sistema híbrido solar que tiene un período de recuperación de 4,23 años. Además, el sistema híbrido puede reducir las emisiones de gases de efecto invernadero en 0,352 toneladas equivalentes de CO2 al año.

Additional details

Additional titles

Translated title (Arabic)
التحليل التقني والاقتصادي والانبعاثات لإزالة الرطوبة بالمجفف بمساعدة الطاقة الشمسية: دراسة تجريبية ورقمية
Translated title (French)
Analyse technico-économique et des émissions de déshumidification par dessiccation solaire assistée : une étude expérimentale et numérique
Translated title (Spanish)
Análisis tecnoeconómico y de emisiones de la deshumidificación por desecante asistida por energía solar: un estudio experimental y numérico

Identifiers

Other
https://openalex.org/W4386889241
DOI
10.1016/j.egyr.2023.08.077

Is supplement to
https://openalex.org/W4389839383 (Other)
https://openalex.org/W4324386046 (Other)
https://openalex.org/W4298022948 (Other)
https://openalex.org/W3089085258 (Other)
https://openalex.org/W2393010393 (Other)
https://openalex.org/W2391902014 (Other)
https://openalex.org/W2287704214 (Other)
https://openalex.org/W2079579624 (Other)
https://openalex.org/W2028632800 (Other)
https://openalex.org/W1967908302 (Other)

GreSIS Basics Section

Is Global South Knowledge
Yes
Country
Egypt

References

  • https://openalex.org/W1984071859
  • https://openalex.org/W1996902202
  • https://openalex.org/W2008606301
  • https://openalex.org/W2011382297
  • https://openalex.org/W2016816245
  • https://openalex.org/W2030617758
  • https://openalex.org/W2035310998
  • https://openalex.org/W2037167273
  • https://openalex.org/W2044274626
  • https://openalex.org/W2062147717
  • https://openalex.org/W2064502007
  • https://openalex.org/W2125784182
  • https://openalex.org/W2284381870
  • https://openalex.org/W2580268607
  • https://openalex.org/W3034518607
  • https://openalex.org/W3035063624
  • https://openalex.org/W3044815788
  • https://openalex.org/W3084354857
  • https://openalex.org/W3088449653
  • https://openalex.org/W3089085258
  • https://openalex.org/W3091336073
  • https://openalex.org/W3113365044
  • https://openalex.org/W3199896297
  • https://openalex.org/W3204505302
  • https://openalex.org/W4200213939
  • https://openalex.org/W4206494147
  • https://openalex.org/W4210548743
  • https://openalex.org/W4225125938
  • https://openalex.org/W4292223494
  • https://openalex.org/W4294676881
  • https://openalex.org/W4296021884
  • https://openalex.org/W4306708430
  • https://openalex.org/W4309288493
  • https://openalex.org/W4309573641
  • https://openalex.org/W4372184017