تحلیل عملکرد سیستم گرمایش ساختمان توسط پمپ ‌حرارتی منبع زیر‌زمینی و گردآورنده فتوولتائیک حرارتی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 گروه مهندسی مکانیک، دانشکده مهندسی، دانشگاه سیستان و بلوچستان

2 مدیر گروه مهندسی مکانیک گروه مهندسی مکانیک دانشگاه سیستان و بلوچستان

3 گروه مکانیک، دانشکده مهندسی شهید نیکبخت، دانشگاه سیستان و بلوچستان، ایران

چکیده

در پژوهش حاضر به تحلیل عملکرد سیستم گرمایش ساختمان مجهز به پمپ حرارتی منبع زیرزمینی و گردآورنده فتوولتائیک حرارتی پرداخته شده است. اجزاء سیستم مورد مطالعه شامل منبع کروی زیرزمینی، گردآورنده فتوولتائیک حرارتی و پمپ  حرارتی می‌باشد. بررسی عملکرد سیستم ترکیبی از دو منظر انرژی و اکسرژی صورت گرفته است. توسط توسعه موزانه انرژی برای اجزاء مختلف سیستم روابطی تحلیلی برای محاسبه دمای آب منبع کمکی، دمای سلول خورشیدی، دمای صفحه جاذب و نرخ حرارت جذب شده گردآورنده فتوولتائیک حرارتی به دست آمده است. توان الکتریکی خروجی مدول فتوولتائیک توسط مدل الکتریکی چهار پارامتری جریان-ولتاژ محاسبه شده است. با نوشتن موازنه اکسرژی برای اجزاء مختلف سیستم برگشت ناپذیری آنها مشخص شده است. نتایج شبیه‌سازی تحقیق حاضر در توافق خوبی با داده‌های آزمایشگاهی تحقیقات پیشین می‌باشد. بررسی نتایج نشان می‌دهد که برای تعداد گردآورنده 65 عدد و دبی جرمی 25 / 0 کیلوگرم بر ثانیه راندمان انرژی و اکسرژی حداکثر می‌باشد. کاهش حجم منبع کاهش دمای آب منبع کمکی را به دنبال دارد. افزایش 30 درصدی تعداد گردآورنده‌های فتوولتائیک حرارتی افزایش 25 درصدی دمای آب را سبب می‌شود. بیشترین و کمترین دمای آب منبع کمکی به ترتیب در زمینی از جنس سنگ ریزه زبر و گرانیت مشاهده شد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

Performance Analysis of a Building Heating System using Underground Source Heat Pump and Photovoltaic Thermal Collector

نویسندگان [English]

  • Malihe Karami 1
  • Faramarz Sarhaddi 2
  • Fatemeh Sobhnamayan 3
1 Department of Mechanical Engineering, University of Sistan and Baluchestan, Zahedan, Iran
2 Head of Department of Mechanical Engineering Research Laboratory of Renewable Energies and Electromagnetic Fluids, Department of Mechanical Engineering, University of Sistan and Baluchestan, Zahedan, Iran
3 Department of Mechanical Engineering, University of Sistan and Baluchestan, Zahedan, Iran
چکیده [English]

This study investigates the performance evaluation of a building heating system equipped to underground storage tank heat pump and photovoltaic thermal collector. The system consists of an underground spherical tank, a photovoltaic thermal collector and a heat pump. The performance evaluation of the combined system is carried out from the energy and exergy perspective. Developing energy balance for various components of the system, the analytical relations for water temperature    of the auxiliary tank, solar cell temperature, absorber plate temperature and the useful heat gain of photovoltaic thermal collector are obtained. The output electrical power of photovoltaic module is calculated by the four-parameter current-voltage model. By writing the exergy balance for the various components of the system, their irreversibility is specified. The validation of the simulation results is carried. The obtained results indicate that the energy and exergy efficiency is maximum for the collector number of 65 and mass flow rate of 0.25 kg/s. The decrease in storage tank volume causes a decrease in water temperature. The increase of 30% in the collector number causes an increase of 25% in water temperature. The highest and lowest water temperature of the tank is observed on the ground of coarse graveled and granite, respectively.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Energy storage
  • Underground tank
  • Photovoltaic thermal collector
  • Irreversibility

مراجع

[1] R. Yumrutaş, M. Ünsal, Energy analysis and modeling of a solar assisted house heating system with a heat pump and an underground energy storage tank, Solar Energy, 86 (2012) 983-993.
[2]  R. Yumrutaş, M. Ünsal, A computational model of a heat pump system with a hemispherical surface tank as the ground heat source, Energy, 25 (2000) 371-388.
[3] R.  Yumrutaş,  M.  Kunduz,  T.   Ayhan,   Investigation of thermal performance of a ground  coupled  heat  pump system with a cylindrical energy storage tank, International Journal of Energy Research, 27 (2003) 1051-1066.
[4] R. Yumrutas,  Ö.  Kaska,  Experimental  investigation  of thermal performance of a solar assisted heat pump system with an energy storage, International Journal of Energy Research, 28 (2004) 163-175.
[5] H. Esen, M. Inalli, M. Esen, K. Pihtili, Energy and exergy analysis of a ground-coupled heat pump system with two horizontal ground heat exchangers, Building and Environment, 42 (2007) 3606-3615.
[6] Y. Bi, X. Wang, Y. Liu, H. Zhang, L. Chen, Comprehensive exergy analysis of a ground-source heat pump system for both building heating and cooling modes, Applied Energy, 86 (2009) 2560-2565.
 [7] S. P. Lohani, D. Schmidt, Comparison of energy and exergy analysis of fossil plant, ground and air source heat pump building heating system, Renewable Energy, 35 (2010) 1275-1282.
[8] M. Ozturk, Energy and exergy analysis of a combined ground source heat pump system, Applied Thermal Engineering, 73 (2014) 362-370.
[9] V. Verma, K. Murugesan, Experimental study of solar energy storage and space heating using solar assisted ground source heat pump system for Indian climatic conditions, Energy and Buildings, 139 (2017) 569-577.
[10] V. Verma, K. Murugesan, Experimental study of solar assisted ground source heat pump system during space heating operation from morning to evening, Journal of Mechanical Science and Technology, 32 (2018) 391- 398.
[11] V. Saydam, M. Parsazadeh, M. Radeef, X. Duan, Design and experimental analysis of a helical coil phase change heat exchanger for thermal energy storage, Journal of Energy Storage, 21 (2019) 9-17.
[12] J. Menéndez, J. Loredo, M. Galdo, J.M. Fernández- Oro, Energy storage in underground coal mines in NW Spain: Assessment of an underground lower water reservoir and preliminary energy balance, Renewable Energy, 134 (2019) 1381-1391.
[13] C. Li, J. Mao, H. Zhang, Z. Xing, Y. Li, J. Zhou, Numerical simulation of horizontal spiral-coil ground source heat pump system Sensitivity analysis and operation characteristics. Applied Thermal Engineering, 110 (2017) 424-435.
[14] J. Yazdanpanahi, F. Sarhaddi, Irreversibility  rates in a solar photovoltaic/thermal water collector: An experimental study, Heat Transfer Research, 48 (8) (2017) 741-756.
[15] J. Yazdanpanahi, F. Sarhaddi, M. Mahdavi Adeli, Experimental investigation of exergy efficiency of a solar photovoltaic thermal (PVT) water collector based on exergy losses, Solar Energy, 118 (2015) 197-208.
[16] B. Liu, R. Jordan, Daily insolation on surfaces tilted towards equator, ASHRAE J. (United States) 10 (1961).
[17]  J.J. Hermosillo, C.A. Arancibia-Bulnes, C.A. Estrada, Water desalination by air humidification: Mathematical model and experimental study, Solar Energy, 86 (2012) 1070-1076.
نشریه مهندسی مکانیک امیرکبیر
دوره 52، شماره 9
آذر 1399
صفحه 2403-2424

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار