عنوان پایان‌نامه
ارزیابی و محاسبه کاهش طول مبدل زمینی یک پمپ حرارتی زمین گرمایی عمودی با استفاده از نانوفناوری
- رشته تحصیلی
- مهندسی انرژیهای جدید پذیر
- مقطع تحصیلی
- کارشناسی ارشد
- محل دفاع
- کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 74815;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 74815
- تاریخ دفاع
- ۱۹ بهمن ۱۳۹۴
- دانشجو
- حمید نره ای
- استاد راهنما
- رقیه قاسم پور
- چکیده
- لزوم کاهش انتشار گازهای گل¬خانه¬ای، نگرانی در مورد آینده منابع فسیلی و حرکت¬های اخیر به سمت محیط زیست پایدار شکل¬گیری تلاش¬های بسیاری به منظور کاهش مصرف انرژی در ساختمان¬ها را به همراه داشته است. از آنجایی که در اغلب موارد سیستم¬های تهویه مطبوع مورد نیاز، بیشترین سهم مصرف انرژی را در ساختمان¬ها به خود اختصاص می دهند، استفاده از سیستم¬هایی با راندمان بالا می تواند مصرف انرژی را به میزان چشم¬ گیری کاهش دهد. امروزه از پمپ¬های حرارتی منبع زمینی به عنوان سیستم¬های تهویه مطبوع با راندمان بالا یاد می شود. هرچند هزینه اولیه بالای این سیستم¬ها مانع بزرگی بر سر راه گسترش سریع آن¬ها است. یکی از دلایل این هزینه اولیه بالا، نیاز به چاه¬های عمیق یرای تامین بارهای سرمایشی و گرمایشی ساختمان است که از مقاومت گرمایی بالای زمین و چاه نشأت می¬گیرد. با استفاده از نانوفناوری دست¬یابی به موادی با رسانایی گرمایی بهبود یافته برای استفاده در مبدل حرارتی زمینی امکان¬پذیر است. در این پژوهش به بررسی تاثیر استفاده از نانوسیال و نانوکامپوزیت رسانای گرما در مبدل حرارتی زمینی یک پمپ حرارتی منبع زمینی پرداخته شده است. بدین منظور در بخش ابتدایی این مطالعه، ابتدا رسانایی گرمایی و ویسکوزیته نانوسیال آب/Al¬2O3، به عنوان دو مورد از مهم¬ترین خواص ترموفیزیکی نانوسیال، با استفاده از الگوریتم گرده افشانی گل چند هدفه بهینه شده است. سپس با استفاده از نتایج بهینه سازی، چند نانوسیال با کسر حجمی و ابعاد نانوذرات متفاوت برای طراحی مبدل حرارتی زمینی انتخاب و نتایج طراحی با نتایج حاصل از طراحی همین مبدل با سیال انتقال حرارت آب مقایسه شد. نتایج این مقایسه نشان داد که استفاده از نانوسیال تنها کاهش 3/1 % عمق چاه¬ مورد نیاز را به همراه دارد. با بررسی دلیل این کاهش کم و دور از انتظار مشخص شد که عامل آن مقاومت گرمایی ناچیز فیلم سیال نسبت به دیگر مقاومت¬های موجود در چاه است. در بخش دیگری از پژوهش تاثیر استفاده از نانوکامپوزیت پلی اتیلن چگالی بالا/گرافیت منبسط شده درون پلیمر در دمای پایین به جای پلیمر پلی اتیلن چگالی بالا در مبدل حرارتی زمینی مورد بحث قرار گرفت. نتایج این قسمت نشان داد که استفاده از 20 % کسر جرمی پرکننده در این نانوکامپوزیت 28/11 % کاهش عمق چاه را به همراه دارد. در آخر نیز با یک تحلیل اقتصادی ساده نشان داد
- Abstract
- In our era, ground-source heat pumps are known as energy-efficient air conditioning systems. However, their high initial costs are a major obstacle to the widespread use of such systems. In this study, the effects of using Al2O3/water nanofluid as heat transfer fluid and High-density polyethylene/low-temperature expandable graphite composites as a new material for tubes on reducing the bore length of a ground heat exchanger in a vertical ground-source heat pump are examined. For the heat transfer fluid, the effective thermal conductivity and the effective viscosity of the nanofluid, which play prominent roles in the convective heat transfer, are optimized via using multi-objective Flower Pollination Algorithm. In this algorithm, the logic of the second version of non-dominated sorting is utilized to deal with the two objectives of this optimization. Then some of the best possible combinations of the thermal conductivity and the viscosity of the nanofluid, extracted from the obtained Pareto front, were used to compute the required bore length. For Tubes, after a thorough investigation of different options, the above-mentioned composite is selected. The results were compared with the required bore length calculated using pure water as the heat transfer fluid and high-density polyethylene as the tube in the ground heat exchanger. The comparison demonstrated that employing Al2O3/water nanofluid instead of water as heat transfer liquid reduced less than 1.3% of the bore length. Furthermore, investigating the reason of this low reduction in the bore length revealed that grout has the most potential to reduce the bore length among the heat transfer fluid, tubes, and grout. Moreover, employing suggested composites reduced more than 11% of the bore length.
