28772

تحليل انرژي، اگزرژي، اگزرژي اقتصادي و اگزرژي زيست محيطي و بهينه سازي سيستم پمپ حرارتي هيبريدي فتوولتائيك و كالكتور به همراه سيستم ذخيره ساز پي سي ام در سيكل تبريد

كارشناسي ارشد

مهندسي سيستمهاي انرژي-محيط زيست

1399

1402/06/22

دكتر ابوالفضل احمدي

دكتر سيد مجتبي ميرحسيني

فناوريهاي نوين

امروزه استفاده از سيستم هاي هيبريدي در سراسر جهان بسيار رايج شده است. در اين مطالعه، هدف به حداقل رساندن استفاده از انرژي شبكه به منظور تأمين انرژي گرمايش و سرمايش با كمك يك پمپ حرارتي هيبريدي مجهز به كلكتور خورشيدي تخت، مواد تغيير فاز (PCM) و پنل‌هاي فتوولتائيك است. براي دستيابي به بهترين نتايج، يك مدل ديناميكي عددي متشكل از صفحات مختلف فتوولتائيك خورشيدي (PV) در 3 مدل، باتري، اينورتر و پمپ حرارتي هيبريدي به همراه كلكتور و ماده تغيير فاز دهنده با حل معادلات مهندسي (EES) و نرم‌افزار شبيه سازي TRNSYS مدل‌سازي شده است. سناريوهاي مختلفي بر مبناي اهدافي نظير بهينه‌سازي اقتصادي، بهينه‌سازي محيط زيستي، بهينه‌سازي چند هدفه اقتصادي و تخريب اگزرژي طراحي شده است كه تمامي بررسي‌ها بر مبناي 11 سناريو اصلي مي‌باشد. با توجه به سناريوهاي پيشنهادي، بهينه‌سازي چندهدفه به منظور بهبود همزمان پاسخ‌هاي مطالعه در چند بخش توسط الگوريتم MOPSO با نرم‌افزار متلب انجام شده است. همچنين بهينه سازي اقتصادي و زيست محيطي نيز به صورت جداگانه جهت مقايسه و بررسي راهكارها ارائه شده است. نتايج بهينه‌سازي چند هدفه نشان مي‌دهد كه هزينه چرخه عمر در هنگام استفاده از پانل پلي كريستالي 26/21 درصد كمتر از پانل مونو كريستال و 71/38 درصد كمتر از پانل لايه نازك است. در نتيجه با توجه به شرايط و نگرش خاص مي‌توان سيستم مورد نظر را انتخاب كرد. همچنين در بهينه سازي اقتصادي مشخص شد كه بهترين سيستم مربوط به پنل پلي كريستالي، حجم ماده تغيير فاز دهنده استفاده شده در سيستم برابر با 375/0 m^3، تعداد پنل‌هاي استفاده شده 18 و حداقل مقدار هزينه چرخه عمر 08/3929 دلار است. در بخش اقتصادي همچنين مطالعه‌اي بر عملكرد چندين سيستم رايج در بازار، صورت گرفته و تمامي سيستم‌ها در قياس با يكديگر قرار گرفته‌اند. اين مقايسه در بخش محيط زيستي نيز صورت گرفته و ميزان انتشار گاز 〖CO〗_2 در تمامي سيستم‌ها براي ماه‌هاي مختلف سال ارائه و بررسي شده است. نتايج نشان مي‌دهد كه ميزان كربن‌دي‌اكسيد توليدي ساختمان در سال در بهينه‌ترين حالت ممكن برابر با 66/2 تن مي‌باشد كه نسبت به سيكل پمپ حرارتي سنتي 1/9 برابر كمتر مي‌باشد.

1402/07/09

Energy Analysis, Exergy, Economic Exergy and Environmental Exergy and Optimization of Photovoltaic Hybrid Heat Pump System and Collector with PCM Storage System in Refrigeration cycle

9/12/2024 12:00:00 AM

Nowadays, the use of hybrid systems has become very common all over the world. In this study, the aim is to minimize the use of grid energy in order to provide heating and cooling energy with the help of a hybrid heat pump equipped with a flat solar collector, phase change material (PCM), and photovoltaic panels. To achieve the best results, a numerical dynamic model consisting of different solar photovoltaic (PV) panels in 3 models, batteries, inverters and hybrid heat pump along with collector and PCM has been modeled by solving engineering equations (EES) and TRNSYS software. Various scenarios have been designed based on objectives such as economic optimization, environmental optimization, economic multi-objective optimization and exergy destruction, and all investigations are based on 11 main scenarios. According to the proposed scenarios, multi-objective optimization has been done in order to simultaneously improve the study answers in several sections by MOPSO algorithm with MATLAB software. Also, economic and environmental optimization is also presented separately for comparing and reviewing solutions. The results of multi-objective optimization show that the amount of LCC when using polycrystalline panel is 21.26% lower than monocrystalline panel and 38.71% higher than thin film panel. As a result, according to the specific conditions and attitude, you can choose the desired system. Also, in the economic optimization, it was found that the best system is related to the polycrystalline panel, the volume of PCM used in the system is equal to 1 m^3, the number of panels used is 18, and the minimum amount of LCC is 3929.08$. In the economic sector, a study has also been conducted on the performance of several similar and common systems in the market, and all systems have been compared with each other. This comparison has also been made in the environmental sector and the amount of 〖CO〗_2 gas emission in all systems for different months of the year has been presented and analyzed. The results show that the amount of carbon dioxide produced by the building per year in the most optimal possible state is equal to 2.66 tons, which is 9.1 times less than the traditional heat pump cycle.

اگزرژي تخريب شده، اگزرژي اقتصادي، اگزرژي محيط زيست، پمپ حرارتي، پمپ حرارتي هيبريد، بهينه سازي چند هدفه، الگوريتم ازدحام ذرات، كلكتور خورشيدي، پنل فتوولتائيك، مواد تغيير فازدهنده

Exergy-economic, Environment, Heat Pump, Hybrid Heat Pump, Multi-Objective Optimization, Particle Swarm Algorithm, Solar Collector, Photovoltaic Panel, Phase Change Materials

Armin Ghodrati

Abolfazl Ahmadi