30924

استفاده از سيستم ميكرو تركيبي خورشيدي حرارت و برق (MCHP) خانگي در عراق

دكتري تخصصي (PhD)

مهندسي مكانيك- تبديل انرژي

1398

1402/11/11

محمدحسن شجاعي فرد

محمد مزيدي شرف آبادي

مهندسي مكانيك

هنوز يك نياز آشكار و غيرقابل انكار براي افزايش راندمان استفاده از انرژي در ساختمان ها وجود دارد. به منظور كاهش مصرف انرژي و انتشار CO2 در عراق، به دليل آب و هواي سخت، ساختمان هاي مسكوني به ويژه در تابستان انرژي زيادي مصرف مي كنند. از سوي ديگر، اگرچه توليد برق در عراق افزايش يافته است، اما تقاضاي برق به ويژه در دهه گذشته افزايش يافته است. اين منجر به قطع دوره اي برق به منظور تامين آن براي بيشترين تعداد شهرها تقريباً به طور مساوي مي شود. هدف از اين كار بررسي عملكرد و طراحي مدل يك سيستم فتوولتائيك حرارتي (PV/T) به صورت عددي و تست تناسب آن با اقليم عراق به منظور تامين برق و آب گرم خانگي براي يك ساختمان مسكوني معمولي واقع در بصره است. شهر، جنوب عراق بخش بررسي در پژوهشكده نفت تهران به منظور بررسي تأثير تابش خورشيد، جريان آب ورودي و دماي محيط بر عملكرد PVT/آب به صورت تجربي انجام شد. تمامي تحليل‌ها و اعتبارسنجي عددي مرتبط با استفاده از نرم‌افزار ANSYS (CFD) انجام شد. نتايج تجربي ثابت كرد كه با افزايش سطح تابش و دماي آب در ورودي، بازده الكتريكي، حرارتي، كلي و اگزرژي سيستم كاهش مي‌يابد. دستيابي به اين هدف مستلزم انتخاب پيكربندي جريان مناسب و سيال كاري است. چهار نوع پيكربندي جريان (6،8،10 و جريان مارپيچ دوگانه) و دو نوع كسر وزني (3wt و 6wt) (PVT/Al2O3-water) (PVT/TiO2-water) و نانو سيال هيبريدي (PVT/ Al2O3- TiO2- آب). نتايج نشان مي‌دهد كه پيكربندي‌هاي جريان مارپيچي دوگانه زماني كه آب را به عنوان سيال كار مي‌گيرد بهتر از ديگري است. كه در آن حداكثر راندمان الكتريكي و حرارتي به ترتيب به (14.863، 34.55) درصد رسيد. بنابراين، افزايش راندمان الكتريكي و حرارتي در حدود 9.5٪، 4.23٪، 1.12٪ در مقايسه با (6،8،10 لوله مبتني بر سيستم PVT) وجود دارد. از سوي ديگر، نتايج روشن شد كه با افزودن 6 درصد وزني نانوسيال هيبريدي (آب Al2O3- TiO2-) به عنوان سيال كار، بازده الكتريكي و حرارتي PVT مارپيچ دوگانه به ترتيب به 19.16 درصد و 63.98 درصد مي رسد. در حالي كه راندمان الكتريكي و حرارتي 6 درصد وزني (آب Al2O3) (13.56٪، 50.71٪) است، در حالي كه براي سيستم PVT (TiO2-water): 11.34٪، 38.79٪ در يك رديف II هدف سوم مي تواند با تركيب بهترين طراحي سيستم PVT با چهار نوع خانه پيشنهادي تحت شرايط آب و هواي عراق به صورت تئوري توسط نرم افزار TRANSYS 16 بر حسب كل انرژي ماهانه و مصرف آب روزانه ساختمان سنتي (بدون PVT) ادغام شده با (PVT/) مورد مطالعه قرار گيرد. بر پايه آب) و مجدداً با (PVT/Al2O3-آب)، (PVT/TiO2-آب) و (PVT/Al2O3-TiO2-آب). نتايج نشان داد كه مصرف انرژي سالانه براي مدل هاي A، B و C1،2 ، 3 به ترتيب (32.27، 18.22، 15.367، 17.88 و 12.75) مگاوات ساعت است كه به معني كاهش حدود (52.33، 44.59 و 60.48) درصد (52.33 درصد) و (15.69 درصد) نسبت به حالت پايه است. بدون PVT). علاوه بر اين، هنگام استفاده از 6 درصد وزني از نانو سيال هيبريدي (PVT/Al2O3- TiO2-آب)، صرفه جويي در انرژي جمع آوري شده و كمكي 26.76 درصد و 44.36 درصد در سيستم PVT در مقايسه با سيستم (PVT/Water) مي باشد. در حالي كه در مورد (PVT/Al2O3-آب) صرفه جويي عبارتند از: 19.64% و 38.56% و (PVT/TiO2-آب): 3.55% و 31.51%. همچنين از نظر ميانگين دماي آب ذخيره شده، (PVT/Al2O3- TiO2-آب) به 55.4 درجه سانتيگراد و (PVT/Al2O3-آب) و (PVT/TiO2-آب) به 48.4 درجه سانتيگراد و 37.67 درجه سانتيگراد رسيده است. بنابراين، به اين نتيجه رسيديم كه استفاده از 6 درصد وزني نانوسيال هيبريدي (آب Al2O3- TiO2) بهترين عملكرد را نسبت به ديگري نشان مي دهد. در رابطه با آب گرم مصرفي، نتايج حاكي از آن است كه ميزان توليد آب گرم در فصل زمستان به طور متوسط حدود (42 درصد) ميزان تقاضا را پوشش داده است. اين در حالي است كه در فصل تابستان 100% تقاضا را پوشش داده است نتايج اقتصادي نشان مي دهد كه هزينه سالانه (قبض شبكه) براي خانه پيشنهادي بدون استفاده از طراحي جديد سيستم PVT به 328.12 دلار مي رسد در حالي كه هزينه سالانه كاهش مي يابد. به 142.29 دلار، يعني با استفاده از اين سيستم PVT، قبض برق سالانه با صرفه جويي 185.83 دلار به 56.63 درصد كاهش يافت. در نهايت نتايج نشان داد كه با استفاده از سيستم PVT تقاضاي سالانه و هزينه برق كاهش مي‌يابد و در نتيجه مشكل قطع برق به‌ويژه با بازگشت 100 درصدي سرمايه‌گذاري در طول عمر سيستم PVT حل مي‌شود.

1403/03/01

Application of Solar Micro Combined Heat and Power system (MCHP) in the household in Iraq

1/30/2025 12:00:00 AM

There is still an obvious and indisputable need for an increase in the efficiency of energy utilization in buildings. In order to decrease energy consumption and CO2 emissions In Iraq, due to the harsh climate, residential building consumes a high amount of energy, especially in summer. On the other hand, although there is an increase in electricity generation in Iraq but, there is an increase in electric demand especially in the last decade. This leads to periodic cut-off in the power in order to supply it for the largest number of cities almost equally. The aims of this work are to investigate the performance and design of a model of a Thermal Photovoltaic (PV/T) system numerically and test its suitability with Iraqi climates in order to electricity supply and domestic hot water for a typical residential building located in Basra city, south of Iraq. The investigating part was done in the Research Institute of Petroleum in Tehran, in order to study the effect of the solar radiations, inlet flow water and ambient temperature on the performance of the PVT/water experimentally. All related numerical analysis and validation were done by using ANSYS Software (CFD). The experimental results proved that as the radiation level and the water temperature at the inlet increased, the system’s electrical, thermal, overall, and exergy efficiency decreased. Achieving this goal requires choosing the appropriate flow configurations and working fluid. Four types of flow configurations (6,8,10 and double spiral flow) and two types of weight fraction of (3wt and 6wt) (PVT/Al2O3-water) (PVT/TiO2-water) and hybrid nano-fluid (PVT/Al2O3- TiO2- water). The results show that the double spiral flow configurations is the better than the other when takes the water as working fluid. Where, the maximum electrical and thermal efficiency reached (14.863, 34.55) % respectively. Thus, there is enhancement in the electrical and thermal efficiency about 9.5%, 4.23%, 1.12 % compared with (6,8,10 tubes based PVT system). In the other hand, the results clarified when adding 6wt% of the hybrid nanofluid (Al2O3- TiO2- water) as working fluid the electrical and thermal efficiency of the double spiral PVT is reached 19.16% and 63.98% % respectively. While the electrical and thermal efficiency of the 6wt% (Al2O3- water) are (13.56%,50.71%), meanwhile for the (TiO2-water) PVT system are: 11.34%,38.79%) in a row II The third goal can be studied in detail by combined the best design of the PVT system with four types of proposed house under Iraqi weather theoretically by TRANSYS 16 software in term of monthly total energy and daily water consumption the traditional building (without PVT) , integrated with (PVT/water-based) and again with (PVT/Al2O3-water) , (PVT/TiO2-water) and (PVT/Al2O3- TiO2-water) .The results indicated that the annual energy consumption for Models A, B and C1,2,3 are (32.27,18.22, 15.367, 17.88 and 12.75) MWh respectively which means that there is decreasing by about (52.33,44.59 and 60.48) % (52. 33%) and (15.69%) compared with the base case (building without PVT). Furthermore, when using 6wt% of the hybrid nano-fluid (PVT/ Al2O3- TiO2-water), the saving in the collected and auxiliary energy 26.76% and 44.36% in the PVT system, compared with (PVT/Water) system. While in the case of (PVT/Al2O3-water) the saving are: 19.64% and 38.56% and, (PVT/TiO2-water) are: 3.55% and 31.51%. Also, in term of the average stored water temperature, the (PVT/ Al2O3- TiO2-water) reached 55.4℃ while the (PVT/Al2O3-water) and (PVT/TiO2-water) it is reached 48.4℃ and 37.67℃ in a row.So, we concluded that using 6 wt% of the hybrid nanofluid (Al2O3- TiO2-water) show the best performance compared the other. Related to the domestic hot water, the results pointed that the amount of the production of hot water in the winter season covered the demand amount by about (42%) on average. Meanwhile, in the summer season, it covered 100% of the demand Economic results demonstrated that, the annual cost (grid bill) reaches 328.12$, for the proposed house without using the new design of the PVT system while the annual cost will be decreased to 142.29$, which means that by using this PVT system the annual electric bill reduced to 56.63% by saving 185.83$. Finally, the results proved that by using PVT system the annual demand and electricity cost will be decreased and thus, the cut-off electricity problem will be solved particularly with 100% return back of the investment along the PVT system lifetime.

مصرف انرژي , خواسته ها , كارايي , سيستم فتوولتائيك حرارتي , نانو سيال , نانو سيال هيبريدي

energy consumption , Demands , Performance , thermal photovoltaic system , Nanofluid , Hybrid Nano-Fluid

Noor Sakran

Dr. Mohammad hassan Shojaeifard