Master's Thesis

Evaluation of a sustainable cooling system using water evaporation

Final Thesis 3.34 MB Appendix 8.92 MB

Author of thesis: Bc. Matúš Jurák

Acad. year: 2025/2026

Supervisor: Ing. Jan Pokorný, Ph.D.

Reviewer: Ing. Barbora Řehák Kopečková, Ph.D.

Abstract:

The aim of this master’s thesis was to design an evaporative cooling unit based on a direct evaporation system, to experimentally validate its performance, its cooling capacity, coefficient of performance (COP), water consumption and sustainability in Czechia. Specifically, the work set out to determine under which operating conditions, namely inlet air temperature, relative humidity, and volumetric airflow rate the system achieves its maximum cooling power and COP, as well as to quantify the pressure drop across the cooling pad and to calculate water us-age. In the first part of the thesis, the fundamental principles of direct and indirect evaporative cooling are reviewed, with emphasis on the context of climate change, the theory of adiabatic cooling, and current developments such as the Maisotsenko cycle and hybrid configurations, together with the theory of moist air. In the experimental section, measurements of cooling ca-pacity were carried out at three inlet temperatures (24 °C, 32 °C, 40 °C), three relative humidity levels (20 %, 40 %, 60 %), and five airflow rates 60, 120, 180, 240, 300 m³/h. The results demonstrated that the optimal operating point is at 40 °C and 20 % RH with an airflow of 120 m³/h, where the cooling capacity reached approximately 605 W and the COP was around 60 while at airflow 300 m³/h, cooling capacity was 1452 W, but COP 31. At lower temperatures and higher humidity levels, both cooling capacity and COP decreased. Based on these findings, suitable season and climatic regions in Czech republic and applications for evaporative cooling can be identified and recommended.

Keywords:

Direct evaporative cooling, wet bulb efficiency, cooling capacity, COP, water consumption

Date of defence

09.06.2026

Result of the defence

Defended (thesis was successfully defended)

znamkaDznamka

Grading

D

Process of defence

Student seznámil zkušební komisi s průběhem řešení, výsledky a závěry své závěrečné práce. V návaznosti na posudky student zodpověděl dotazy oponenta. V rozpravě k DP byly položeny studentovi dále tyto otázky: Profesor Jedelský položil dotaz zaměřený na tlakové ztráty a jejich záporné hodnoty uvedené v grafu. Další dotaz směřoval k typické závislosti tlakové ztráty na průtoku. Student dotaz s pomocí částečně zodpověděl. Doc. Katolický položil dotaz ke grafu zobrazujícímu závislost chladicího výkonu na množství spotřebované vody. Student se pokusil uvedené nesrovnalosti z větší části objasnit. Doc. Lízal měl dotaz na výpočet relativní chyby měření uvedené v práci. Student chybně pojmenoval uvedenou hodnotu. Doc. Katolický položil dotaz na porovnání výsledného ochlazení u komerčního chladiče a experimentálního zařízení. Student dotaz částečně zodpověděl. Doc. Fišer položil dotaz zaměřený na možnosti zlepšení komerčního chladiče tak, aby se svými parametry přiblížil experimentálnímu zařízení. Student na dotaz odpověděl.

Language of thesis

Slovak

Faculty

Department

Study programme

Power and Thermo-fluid Engineering (N-ETI-P)

Specialization

Environmental Engineering (TEP)

Composition of Committee

doc. Ing. Jaroslav Katolický, Ph.D. (předseda)
doc. Ing. Bc. Jan Fišer, Ph.D. (člen)
Ing. Stanislav Patočka, Ph.D. (člen)
prof. Ing. Jan Jedelský, Ph.D. (místopředseda)
doc. Ing. František Lízal, Ph.D. (člen)
doc. Ing. Pavel Charvát, Ph.D. (člen)

Supervisor’s report
Ing. Jan Pokorný, Ph.D.

Cílem diplomové práce bylo vyhodnotit systém chlazení využívající odpařování vody a posoudit vhodnost nasazení vypařovacích systémů v různých lokalitách včetně ČR. Součástí zadání byla rešerše dané problematiky, návrh chladicího zařízení pracujícího na principu odpařování a vyhodnocení spotřeby vody potřebné pro jeho provoz. Student provedl sadu měření v klimatické komoře při různých průtocích vzduchu, tloušťkách celulózy, a to vše pro devět různých klimatických podmínek. V letošním roce měl student za úkol zlepšit zpracování závěrečné práce oproti loňskému roku. Konzultace probíhaly pravidelně a student měl dostatečný časový prostor pro odstranění hlavních nedostatků práce. V průběhu roku se podařilo opravit zásadní odborné i formální chyby, které byly v předchozí verzi identifikovány. Student opravil hlavní připomínky z loňského roku a doplnil statistické vyhodnocení nejistot měření výkonu. Dále doplnil kapitolu věnovanou komerčnímu systému, ve které prezentoval výsledky měření, jež v loňské verzi práce nebyly zahrnuty, přestože tato měření provedl. Současně doplnil také kapitolu zabývající se možnostmi využití systému v podmínkách ČR a v úvodu lépe rozpracoval problematiku změny klimatu. Podařilo se tedy zlepšit formální i obsahovou stránku práce, přesto však výsledný text stále vykazuje nedostatky po stylistické a kompoziční stránce. Práce obsahuje místy nepřehledné formulace a některé pasáže mohou být pro čtenáře obtížně srozumitelné. Slabší je zejména provázanost textu, návaznost jednotlivých částí a práce s odkazy na obrázky a tabulky. Student pracoval poctivě na zlepšení práce, jeho celková samostatnost a vlastní přinos byli dostatečné. Pozitivně hodnotím rozsah řešení a splnění cílů. Výslednou práci doporučuji k obhajobě a hodnotím USPOKOJIVĚ (D).
Evaluation criteria Grade
Splnění požadavků a cílů zadání C
Postup a rozsah řešení, adekvátnost použitých metod B
Vlastní přínos a originalita E
Schopnost interpretovat dosažené výsledky a vyvozovat z nich závěry D
Využitelnost výsledků v praxi nebo teorii D
Logické uspořádání práce a formální náležitosti D
Grafická, stylistická úprava a pravopis D
Práce s literaturou včetně citací D
Samostatnost studenta při zpracování tématu E

Grade proposed by supervisor: D

Diplomová práce pana Bc. Juráka je zaměřena na udržitelné systémy chlazení prostřednictvím odpařování vody a jejich využití. V rámci definovaných cílů práce se měl student zaměřit na rešerši vypařovacích systémů a M-cyklu, navrhnout chladicí zařízení pracující na principu vypařování a vyhodnotit množství spotřebované vody pro jeho provoz, identifikovat vhodné a nevhodné lokality na Zemi pro jeho provoz a vyhodnotit použitelnost systému v podmínkách ČR.

Závěrečná práce byla studentovi vrácena s požadavkem na zapracování připomínek oponenta a komise, což student z větší části splnil. Byla provedena úprava formální stránky práce, oprava citací a zároveň došlo k rozšíření textu. V rámci plnění cílů byl podrobněji doplněn zejména cíl věnovaný použitelnosti navrhovaného zařízení v podmínkách České republiky. Došlo také k opravě obrázků a grafů.

I přes uvedená doplnění a zlepšení však práce stále vykazuje určité nedostatky, a to především z hlediska celkové čitelnosti. Nepřesné formulace a časté opakování obdobných vyjádření místy zhoršují srozumitelnost předkládaného textu. V práci se objevují například duplicitní informace, včetně opakování celého souvětí na straně 73 v kapitole 5 „Posouzení využitelnosti systému v ČR“. Řada informací se v průběhu práce opakuje, text na sebe proto místy obtížněji navazuje a čtenář se v něm hůře orientuje. K přehlednosti práce nepřispívají ani často chybějící odkazy na obrázky přímo v textu.

Jak již bylo zmíněno výše, citace byly oproti předchozí verzi práce opraveny a ve většině případů odkazují na odpovídající zdroje. Byl nalezen pouze jeden chybný odkaz, kdy uvedená informace pocházela z jiného článku, a dále chybějící citace u obrázku 2.12. Problémem však zůstává nesourodost citačního stylu. Při podrobnějším zkoumání lze nalézt například nejednotné uvádění názvů článků, které jsou v některých případech označeny hvězdičkami a v jiných nikoliv. U odborných článků je v některých případech uveden identifikátor DOI, zatímco u jiných článků, které DOI rovněž mají, chybí. Například u zdroje [16] není uveden rok vydání a současně zde chybí název časopisu.

Práce disponuje kvalitní databází vzniklou na základě realizovaných měření. Oproti předchozí verzi závěrečné práce došlo ke zjevnému zlepšení kapitoly zaměřené na získané výsledky, což hodnotím pozitivně. Je však škoda, že text je místy chaotický a znesnadňuje například pochopení toho, jaké testy a v jakých kombinacích byly realizovány. Oceňuji také doplnění teorie a výpočtu nejistot typu A a B. Ráda bych však upozornila na chybu v rozepsaném vztahu pro výpočet nejistoty typu B, konkrétně ve vztahu (3.8), kde by se již neměla vyskytovat suma, protože se jedná o rozepsaný součet jednotlivých členů.

Z hlediska cílů práce byl podrobně doplněn cíl zaměřený na posouzení použitelnosti navrhovaného zařízení v podmínkách České republiky. Ocenila bych však detailnější zpracování cíle věnovaného rešerši Maisotsenkova cyklu, který je v cílech práce výslovně uveden, avšak v samotném textu je mu věnována pouze omezená pozornost. Z hlediska identifikace a vyhodnocení vhodných podmínek a nevhodných lokalit na Zemi pro nasazení tohoto systému bych rovněž ocenila explicitnější zhodnocení dané problematiky, například formou mapového zobrazení s vyznačením vhodných a nevhodných oblastí.

Práci pana Bc. Juráka i přes výše uvedené výtky doporučuji k obhajobě s výsledným hodnocením D/uspokojivě.
Evaluation criteria Grade
Splnění požadavků a cílů zadání C
Postup a rozsah řešení, adekvátnost použitých metod C
Vlastní přínos a originalita D
Schopnost interpretovat dosaž. výsledky a vyvozovat z nich závěry D
Využitelnost výsledků v praxi nebo teorii C
Logické uspořádání práce a formální náležitosti D
Grafická, stylistická úprava a pravopis D
Práce s literaturou včetně citací D
Topics for thesis defence:
  1. V práci uvádíte, že jednou z limitací experimentu bylo manuální navlhčování voštiny, která při určitých kombinacích provozních podmínek rychle vysychala. Zároveň zmiňujete, že vhodnějším řešením by bylo kontinuální vlhčení voštiny. Navrhněte proto úpravu experimentálního testovacího stavu tak, aby bylo možné během měření zajistit kontinuální a rovnoměrné vlhčení voštiny.
  2. Jedním z cílů práce bylo navrhnout chladicí zařízení pracující na principu přímého nebo nepřímého odpařování a vyhodnotit množství vody potřebné pro jeho provoz. V rámci práce jste se však již od počátku zaměřil pouze na návrh chladicího zařízení využívajícího princip přímého odpařování. Na základě jakých kritérií nebo vstupních informací jste se rozhodl právě pro tento princip? Vysvětlete prosím také, proč nebyla v práci uvažována ani porovnána možnost realizace zařízení založeného na principu nepřímého odpařování.
  3. Ve výpočtu nejistot uvádíte, že u měřených veličin předpokládáte normální rozdělení. Ověřoval jste tento předpoklad statistickým testem normality? Pokud ano, jaký test jste použil? Pokud ověření provedeno nebylo, navrhněte, jaký test by byl pro posouzení normality naměřených dat vhodný.
  4. Na straně 18 uvádíte jako chladiva s nízkým GWP amoniak (R717), oxid uhličitý (R744), vodu (R718) a uhlovodíky, například propan (R290). Vysvětlete prosím, co znamená zkratka GWP a jaký je její význam při hodnocení environmentálních dopadů chladiv. Dále uveďte hodnoty GWP pro uvedená chladiva. Obdobně prosím vysvětlete také význam ukazatele ODP a uveďte jeho hodnoty pro tato chladiva.

Grade proposed by reviewer: D

Responsibility: Mgr. et Mgr. Hana Odstrčilová