Fuzzy logic control of the compressor speed and electronic expansion valve in a chiller

Abstract

Günümüzde enerji tasarrufu ve küresel ısınma etkilerini azaltmak tüm dünyada en önemli konu haline gelmiştir. Elektrik dönüşüm sistemlerinin verimsiz kullanımı dolaylı olarak atmosferdeki sera gazı emisyonlarını arttırmakta ve küresel ısınmayı hızlandırmaktadır. Ayrıca soğutma sistemleri kullanımının artması nedeniyle toplam enerji tüketimdeki payı sürekli artmaktadır. Tüketim miktarlarını azaltmak için, daha verimli çalıştırılabilen evsel ve ticari iklimlendirme sistemleri kullanılmalıdır. İklimlendirme sistemlerinde, kullanıcı ihtiyacı değişmeden enerji tasarrufu yapılabilecek geniş bir potansiyel bulunmaktadır. Bu konuda en verimli olarak kullanılabilecek seçenek soğutma kapasitesinin modülasyonudur. Kapasite modülasyon yöntemleri soğutma sistemi kapasitesini yük ile eşitlemektedir. Bunun için en etkin yöntem ise, değişken hızlı kompresör kullanımıdır. Bu çalışmada temel amaç, 5 kW soğutma kapasiteli soğuk su üretim grubuna ait scroll kompresörün, PWM inverter ve bulanık mantık algoritması kullanılarak değişken hızlı olarak çalıştırılmasıdır. Aynı sistemde, termostatik ve elektronik tip genleşme vanası kullanmanın değişken hızlı sistem performansına etkisi de incelenmiştir. Deneysel çalışmanın yapıldığı soğutma sistemi kompresörü, ilk halinde sabit hızla çalışmak üzere tasarlanmıştır. Bu çalışmada ise bir invertörün ilavesi ile değişken hızlı olarak işletilmiştir. Böylece soğutma sistemlerinde yeni kontrol tekniklerinin mevcut sabit hızlı sistemlere de uygulanması ile daha verimli enerji kullanımı imkanları araştırılmıştır. Sonuç olarak, bulanık mantık kontrolun kullanıldığı değişken hızlı sistemde, açık-kapalı kontrol edilen sabit hızlı sisteme göre yüzde 17,2 COP artışı sağlanmıştır. Recently, energy conservation and reduction of the global warming effect become one of the most important subject in the worldwide. Greenhouse gas emission and global warming are increasing indirectly because of the fact that inefficient using of the refrigeration system. Refrigeration system's energy consumption is steadily increasing in overall energy consumption, since their using has been increasing. Refrigeration systems have full of energy conservation that is having minimum energy consumption while satisfying the user's needs. Energy consumption of the refrigeration system can be optimized by capacity modulation methods. These methods allow us to match the compressor refrigeration capacity to the cooling load at any time. Although there are many ways to achieve capacity modulation, variable speed capacity modulation is the most efficient method. In this thesis, variable speed capacity modulation method has been studied. The primary aim of this study is to setup a fuzzy logic controller to regulate speed of the scroll compressor used in 5 kW capacity chiller system by using PWM inverter. In addition to this, effect of the expansion valves like thermostatic and electronic on variable speed refrigeration system has been studied. The experimental setup had been designed to operate at fixed speed. During the study, to ensure variable speed, PWM inverter was added and fuzzy logic algorithm was implemented on the experimental setup. Thus ensure more energy efficient system and to apply new control techniques to the refrigeration systems has been studied by this research. As a result, variable speed compressor showed 17.2 percent COP increase according to the on-off controlled fixed speed system by using fuzzy logic control