17701

17701

مدل‌سازي و طراحي بهينه تامين گرمايش يك ساختمان مسكوني با استفاده از تركيب پمپ حرارتي زمين‌گرمايي و كلكتور خورشيدي

كارشناسي ارشد

سيستم هاي انرژي - انرژي و محيط زيست

خرداد 1396

دكتر روح اله احمدي - دكتر عليرضا زاهدي

فناوري نوين

هدف از نگارش اين پايان‌نامه، ارائه طرحي براي جايگزين كردن مصرف انرژي‌هاي فسيلي در ساختمان‌هاي مسكوني است. استان سيستان و بلوچستان در جنوب شرق كشور به دليل مشكلات فراوان انتقال لوله‌ي گاز، هنوز به طور كامل گازكشي نشده‌است. اين استان داراي ويژگي‌هاي منحصر به فرد جغرافيايي بوده و با دارا بودن منابع خوب زمين‌گرمايي و هم‌چنين تابش مناسب خورشيد، داراي پتانسيل بالايي براي استفاده از انرژي‌هاي تجديدپذير است. پمپ‌هاي حرارتي زمين‌گرمايي به دليل داشتن كارايي و قابليت اطمينان بالا در قرن اخير از محبوبيت فوق‌العاده‌اي برخوردارند و روز به روز استفاده از آن‌ها در دنيا رو به افزايش است. از اين رو مي‌توان از پمپ‌هاي حرارتي زمين‌گرمايي به عنوان جايگزين مناسبي براي سوخت‌هاي فسيلي جهت تهويه مطبوع ساختمان‌هاي مسكوني استفاده كرد. امروزه تركيب پمپ حرارتي زمين‌گرمايي با سيستم گرمايش خورشيدي به عنوان يك تركيب نوين انرژي مطرح است. هرچه دماي ورودي به اواپراتور پمپ حرارتي در حالت گرمايش بالاتر باشد، كارايي پمپ حرارتي بيشتر مي‌شود. به اين ترتيب مي‌توان از كلكتور خورشيدي براي افزايش دماي ورودي به اواپراتور، كمك به گرمايش منبع آب و يا افزايش دماي زمين كمك گرفت. همچنين در حالتي كه پمپ حرارتي زمين‌گرمايي، سرمايش ساختمان را تامين مي‌كند، كلكتور خورشيدي مي‌تواند آب گرم مصرفي را با تابش خوب منطقه سيستان تامين كند. در اين پايان‌نامه، گرمايش يك ساختمان با مساحت m2100 در زاهدان با استفاده از تركيب كلكتور خورشيدي و پمپ حرارتي زمين‌گرمايي با در نظر گرفتن چيدمان‌هاي مختلف مورد بررسي قرار مي‌گيرد. همچنين در يك مورد، گرمايش و سرمايش ساختمان هر دو توسط پمپ حرارتي و كلكتور خورشيدي نيز شبيه‌سازي مي‌شود. شبيه‌سازي‌ها در نرم‌افزار TRNSYS كه يك ابزار قدرتمند براي شبيه‌سازي سيستم‌هاي نوين است، انجام مي‌شود و سيستم‌ها از زواياي گوناگوني مثل مصرف انرژي، كارايي سيستم، دماي زمين، دماي ساختمان و دماي منبع آب مورد بررسي و مقايسه قرار مي‌گيرند. پس از انجام شبيه‌سازي، بيشترين و كمترين كارايي ميانگين، به ترتيب برابر 75/3 و 52/3 براي چيدمان اول و پنجم به‌دست آمد. همچنين در بهترين شرايط با تركيب سيستم خورشيدي و زمين‌گرمايي، مصرف انرژي سيستم به ميزان %7/8 نسبت به سيستم بدون كلكتور خورشيدي كاهش يافت. تركيب سيستم كلكتور خورشيدي و پمپ حرارتي زمين‌گرمايي مي‌تواند جايگزين مناسبي براي سيستم‌هاي مرسوم، جهت تامين تهويه مطبوع و آب گرم مصرفي باشد. كلمات كليدي: پمپ حرارتي زمين‌گرمايي، كلكتور خورشيدي، TRNSYS، انرژي تجديدپذير، COP

1396/05/02

1/1/1900 12:00:00 AM

This work aims on introducing a model to replace consumption of fossil fuels in residential buildings. Due to lots of difficulties, Sistan province in southeast of Iran has no gas pipelines yet. This province has some unique geographical features and with having suitable geothermal resources and great irradiation, has a great potential for utilizing renewable energies. In recent years because of high efficiency and reliability, geothermal heat pumps are gaining popularity and their use is rapidly growing. Therefore geothermal heat pumps can be an alternative of fossil fuels for air conditioning of buildings. With increasing evaporator temperature, efficiency of the heat pump will raise. Hence using solar collectors can help to increase the inlet temperature of the evaporator or heating domestic hot water and maintaining ground temperature. Also in the cooling mode of geothermal heat pump, solar collectors can provide domestic hot water, merely. In this thesis five different combinations of solar collector and geothermal heat pump for heating a 100m2 building is introduced also a single combination of both heating and cooling is proposed either. All simulations have been performed with TRNSYS software that is a powerful tool for modeling renewable systems and performance of the proposed combinations will be analyzed. Final results revealed that the least and the most average COP is 3.52 and 3.75 which have been achieved by the 5th and 1st scenario respectively. Also in the best case, combining solar and geothermal heat pump reduces the energy consumption of the system by 8.7% with respect to the geothermal heat pump stand-alone system. Keywords: Geothermal heat pump, solar collector, TRNSYS, renewable energy, COP