شماره ركورد
34437
پديد آورنده
اميرمحمد شيرازي زاده
عنوان
بررسي اگزرژي – اقتصادي سامانه خورشيدي متمركز و غير متمركز جهت تامين انرژي ساختمان مسكوني انرژي صفر با در نظر گرفتن ذخيره ساز انرژي
مقطع تحصيلي
كارشناسي ارشد
رشته تحصيلي
مهندسي سيستمهاي انرژي- انرژي و محيط زيست
سال تحصيل
1401
تاريخ دفاع
1404/7/30
استاد راهنما
روح اله احمدي
استاد مشاور
/
دانشكده
دانشكده فناوريهاي نوين
چكيده
در اين پژوهش، يك چارچوب تحليلي يكپارچه براي ارزيابي همزمان انرژي، اگزرژي و اگزرژي- اقتصادي سامانههاي خورشيدي متمركز و غيرمتمركز در تأمين بارهاي يك ساختمان مسكوني انرژيصفر واقع در شهر تهران ارائه شده است. ابتدا ساختمان در نرمافزار Revit مدلسازي و پروفيلهاي ساعتي بار گرمايش، سرمايش و برق استخراج گرديد. سپس سه زيرسامانه توليد/ذخيره انرژي شامل آرايه فتوولتائيك- باتري، آبگرمكن خورشيدي همراه با ذخيرهساز تغيير فاز (PCM) و چيلر جذبي خورشيدي مجهز به PCM در محيط TRNSYS بهصورت ديناميكي شبيهسازي شد. بهمنظور مقايسه معماريهاي حرارتي و برودتي، دو فناوري كلكتور حرارتي شامل كلكتور لولهخلأ (ETC) بهعنوان گزينه غيرمتمركز و كلكتور سهموي خطي (PTC) بهعنوان گزينه متمركز پيادهسازي و ارزيابي گرديد. شاخصهايي نظير سهم خورشيدي، استقلال انرژي، بازده اگزرژي، توزيع تخريب اگزرژي اجزا و همچنين تحليل اگزرژي–اقتصادي (با لحاظ هزينه سرمايهگذاري و بهرهبرداري، نرخ تنزيل و عمر مفيد تجهيزات) در محيط MATLAB محاسبه شد. نتايج نشان ميدهد نوع كلكتور اثر مستقيم و معناداري بر رفتار انرژي و اگزرژي سيستم دارد؛ بهگونهاي كه بازده انرژي كلكتور از 39٪ در ETC به 55٫86٪ در PTC و بازده اگزرژي از 3/12% به 4/18٪ افزايش مييابد. از منظر اگزرژي- اقتصادي نيز نرخ هزينه محصولِ اگزرژي مفيد براي معماري سهموي خطي حدود 37/6 دلار بر ساعت و براي معماري لولهخلأ حدود 98/3 دلار بر ساعت برآورد شد كه نشاندهنده برتري فني PTC و مزيت اقتصادي ETC است. علاوهبراين، تحليل فصلي زيرسامانه فتوولتائيك نشان داد بيشترين بازده اگزرژي در ماههاي سرد سال (اواخر زمستان و اوايل بهار) و كمترين مقدار در گرمترين ماهها (مرداد و شهريور) حاصل ميشود. نتايج تحليل حساسيت نيز بيانگر آن است كه مساحت كلكتور، ظرفيت PCM و قيمت حاملهاي انرژي بيشترين اثر را بر هزينه نهايي و شاخصهاي عملكرد دارند. در مجموع، چارچوب پيشنهادي با فراهمسازي بستري دقيق براي مقايسه فناوريهاي خورشيدي، ميتواند بهعنوان ابزاري كاربردي در طراحي، انتخاب فناوري و تصميمگيري راهبردي براي توسعه ساختمانهاي انرژيصفر مجهز به سامانههاي خورشيدي متمركز/غيرمتمركز و ذخيرهسازهاي حرارتي و الكتريكي مورد استفاده قرار گيرد.
تاريخ ورود اطلاعات
1404/11/08
عنوان به انگليسي
Exergoeconomic evaluation of Concentrated and Non-Concentrated Solar Energy Systems for a Net-Zero Energy Residential Building with Energy Storage
تاريخ بهره برداري
10/22/2026 12:00:00 AM
دانشجوي وارد كننده اطلاعات
اميرمحمد شيرازي زاده
چكيده به لاتين
In this study, an integrated analytical framework is developed to evaluate the energy, exergy, and exergoeconomic performance of concentrated and non-concentrated solar systems in supplying the energy demands of a net-zero energy residential building located in Tehran’s climatic conditions. The building was first modeled in Revit, and hourly heating, cooling, and electrical loads were extracted. Subsequently, three energy supply subsystems—including a photovoltaic–battery unit, a solar water heater coupled with a phase change material (PCM) storage tank, and a solar-driven absorption chiller equipped with PCM—were dynamically simulated in TRNSYS. To assess the thermal and cooling architectures, two solar collector technologies were implemented and compared: an evacuated tube collector (ETC) as the non-concentrated option and a parabolic trough collector (PTC) as the concentrated alternative. Key performance indicators such as solar fraction, energy self-sufficiency, exergy efficiency, exergy destruction distribution across components, and exergoeconomic indices were evaluated in MATLAB considering capital and operational costs, discount rate, and equipment lifetime.Results indicate that the choice of collector markedly influences the energy and exergy behavior of the system. The energy efficiency of the collectors increases from 39% for the ETC to 55.86% for the PTC, while the exergy efficiency rises from 12.3% to 18.4%, respectively. From an exergoeconomic standpoint, the unit cost of useful exergy is estimated at 6.37 USD/h for the PTC configuration and 3.98 USD/h for the ETC, revealing a clear technical superiority for PTC and an economic advantage for ETC. Furthermore, the seasonal performance of the photovoltaic subsystem shows that the highest exergy efficiencies occur during the colder months (late winter and early spring), whereas the lowest values are observed in the hottest months (August and September). Sensitivity analyses demonstrate that collector area, PCM capacity, and variations in energy carrier prices exert the most significant influence on the overall cost and system performance.The proposed framework provides a rigorous analytical basis for comparing solar technologies and can serve as a practical decision-making tool for designing and deploying net-zero energy buildings equipped with concentrated and non-concentrated solar systems, along with thermal and electrical energy storage units.
كليدواژه هاي فارسي
ساختمان انرژيصفر , تحليل اگزرژي , تحليل اگزواقتصادي , كلكتور لولهخلأ , كلكتور سهموي خط , ذخيرهساز PCM
كليدواژه هاي لاتين
net-zero energy building , exergy Analysis , exergoeconomic analysis , evacuated-tube collector (ETC) , parabolic-trough collector (PTC) , PCM storage
Author
Amirmohamad Shirazizade
SuperVisor
Dr. Rouholah Ahmadi