21859

21859

طراحي مفهومي سيستم هيبريدي كلكتور فتوولتائيك-حرارتي خورشيدي و پمپ حرارتي زمين گرمايي براي تأمين برق، گرمايش و سرمايش يك ساختمان مسكوني با تمركز بر پارامترهاي فني، اقتصادي و زيست محيطي

كارشناسي ارشد

مهندسي سيستم هاي انرژي - انرژي و محيط زيست

1395

1398/8/29

دكتر عليرضا زاهدي

فناوري هاي نوين

با توجه به پتانسيل بالاي منابع انرژي زمين‌گرمايي و خورشيدي به عنوان پاك‌ترين منابع انرژي تجديدپذير در مناطق جنوب و جنوب شرقي ايران، تركيب اين دو منبع انرژي به منظور تأمين انرژي مورد نياز ساختمان‌هاي مسكوني طرح مطلوبي به نظر مي‌رسد. عدم برخورداري ساكنين استان سيستان و بلوچستان ايران از شبكه گاز سراسري، طولاني و هزينه بر بودن پروژه احداث خطوط انتقال گاز طبيعي و اثرات مخرب زيست محيطي و امنيتي استفاده از منابع سوخت فسيلي از جمله ديگر ضرورت‌هاي طرح مذكور است. در اين پايان نامه سعي شده است تا با ارائه و مقايسه چهار سامانه تركيبي پمپ حرارتي زمين گرمايي فتوولتائيك-حرارتي خورشيدي با چيدمان‌هاي سري، موازي و تبادل حرارت مستقيم در شهر زاهدان نياز حرارتي شامل تأمين آبگرم مصرفي، گرمايش، سرمايش ساختمان و تأمين بخشي از نياز برق مصرفي تجهيزات و فروش برق مازاد توليدي به شبكه سراسري به عنوان منبع تأمين مالي پروژه و درآمد زايي براي ساكنين صورت پذيرد و در عين حال نياز منطقه از دسترسي به گاز طبيعي برطرف گردد. در گام نخست ميزان انرژي مورد نياز يك خانه مسكوني به نقشه پلان 94 متر مربعي با مصالح متداول ساختماني منطقه براي يك خانواده چهار نفره در نرم افزار ديزاين بيلدر طراحي و نياز حرارتي ساعتي در طي يك سال محاسبه شد. در گام بعدي، طراحي، مدلسازي و كنترل عملكرد هر سامانه پيشنهادي در نرم افزار پلي سان با استفاده از 25 عدد كلكتور فتوولتائيك-حرارتي خورشيدي با مساحت كل 33/25 متر مربع و تعداد 2 مبدل حرارتي زمين گرمايي عمودي به عمق 100 متر انجام و هر چهار طرح بعد از تأمين انرژي ساختمان، از لحاظ ميزان مصرف انرژي، ضريب عملكرد پمپ حرارتي، ميزان برق توليدي و ميزان دي اكسيد كربن منتشر شده مورد بررسي و مقايسه قرار گرفتند. نتايج حكايت از آن داشت كه بيشينه و كمينه مقدار ضريب عملكرد در ميان طرح‌هاي ارائه شده به ترتيب معادل 4/39 و 3/87 براي سامانه تبادل حرارتي مستقيم و سامانه سري بود. با مقايسه طرح‌هاي پيشنهادي، طرح بهينه با ميزان برق مصرفي 4957 كيلووات ساعت و ميزان برق توليدي 16067 كيلووات ساعت در سال معرفي شد. علاوه بر آن تحليل اقتصادي نيز براي طرح بهينه انجام و طول مدت بازگشت سرمايه 7 سال برآورد شد. با توجه به اثرات زيست محيطي سوخت‌هاي فسيلي و با در نظر گرفتن ارزيابي زيست محيطي سامانه طراحي شده، ساليانه از انتشار 5089/7 كيلوگرم دي اكسيد كربن جلوگيري خواهد كرد. نتايج نشان دادند كه طرح بهينه پيشنهادي براي اجرا در مناطق جنوب و جنوب .شرقي ايران داراي صرفه اقتصادي و زيست محيطي است

1399/01/24

The conceptual design of the photovoltaic solar thermal collector hybrid system and the ground source heat pump to provide electricity, heating and cooling a residential building focusing on technical, economic and environmental parameters

11/19/2020 12:00:00 AM

Regarding the high potential of geothermal and solar energy sources as the cleanest renewable energy sources in the south and southeast of Iran, combining these two sources of energy to supply the needed energy for residential buildings seems a desirable plan. Residents of Sistan and Baluchestan province have no access to the gas network. The long and costly project of constructing natural gas transmission lines, and the devastating environmental and security impacts of using fossil fuel resources are other requirements of the plan. This thesis attempts to present and compare four solar assisted ground source heat pump (PV / T) combined systems with series and parallel layouts and direct heat exchange in Zahedan in order to supply part of the electricity demand for equipment and selling surplus electricity to the grid as a source of project financing and revenue generation for residents, moreover, fulfill the region's need for access to natural gas. In the first step, the energy need for a residential building on the 94-square-meter plan with common building materials of the region is designed for a family of four in Design builder software and the hourly heat needed for a year is calculated. In the next step, design, modeling and performance control of each proposed system in Polysun software is conducted with utilizing 25 solar photovoltaic-thermal collectors with a total area of 33.25 square meters and 2 vertical geothermal heat exchangers in 100 meters depth. And all four plans are evaluated and compared after supplying energy of the building in terms of the amount of energy consumption, heat pump performance coefficient, the amount of produced electricity and CO2 emissions. The results indicate that the maximum and minimum values of the performance coefficient among the plans for direct heat exchange and series systems are 4.39 and 3.87, respectively. By comparing the proposed plans, the optimal plan is introduced with 4957 kWh electricity consumption and 10667 kWh electricity production. Besides, an economic analysis is estimated for the optimal plan and the period of return on capital is estimated for 7 years. Due to the environmental impacts of fossil fuels and due to environmental assessment, the designed system will prevent 5089/7 kg CO2 emissions annually. The results indicate that the proposed optimal plan for exploiting in the south and southeast of Iran will have economic and environmental benefits.