عنوان پایان‌نامه
مدلسازی عددی و آنالیز اقتصادی و زیست محیطی پمپ حرارتی زمین گرمایی برای مصارف گرمایش و سرمایش ساختمانی
- رشته تحصیلی
- مهندسی انرژیهای جدید پذیر
- مقطع تحصیلی
- کارشناسی ارشد
- محل دفاع
- کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 62085;کتابخانه دانشکده علوم و فنون نوین شماره ثبت: 3
- تاریخ دفاع
- ۱۲ بهمن ۱۳۹۲
- دانشجو
- هادی فارابی اصل
- استاد راهنما
- یونس نوراللهی, حسین یوسفی سهزابی
- چکیده
- افزایش تقاضای انرژی جهانی از یک سو و آلودگی¬های ناشی از مصرف سوخت¬های فسیلی، کشورهای مختلف را به سوی یافتن منابع جدید و پاک انرژی سوق می¬دهد. در این میان، سرمایش و گرمایش ساختمان¬ها سهم قابل توجهی در مصرف انرژی کشورها دارد و پمپ حرارتی زمین گرمایی، یکی از منابع پاک برای تامین پایدار این نیاز انرژی به حساب می¬آید. در این سیستم¬ها، مبدل¬های حرارتی در عمق چندمتری خاک جایگذاری می¬گردند و در عمل، ساختمان با خاک که یک محیط با دمای ثابت محسوب می¬گردد تبادل حرارت می¬کند. ازین رو، عملکرد پمپ حرارتی بسیار بهبود یافته و مصرف انرژی و در نتیجه، انتشار آلاینده¬ها کاهش می¬یابد. در این پروژه، دو ساختمان اداری در سطح شهر تهران انتخاب و بار سرمایشی و گرمایشی آنها توسط نرم¬افزار تحلیل ساعتی، محاسبه گردید. در ادامه، با مطالعه پارامترهای موثر در طراحی بهینه سیستم پمپ حرارتی زمین گرمایی، دو سیستم متفاوت عمودی و افقی با استفاده از نرم¬افزار تخصصی GS2000 برای این دو ساختمان طراحی و مورد بررسی قرار گرفت. برای ساختمان شماره یک، سیستم مبدل¬های افقی حلقوی با طول گودال 400 متر که در عمق¬های 2 و 3 متری زمین نصب می¬شود که در مجموع، 3200 متر لوله به قطر 2 اینچ در آن استفاده شده است و برای ساختمان شماره دو، سیستم عمودی با چهارحلقه چاه هرکدام به طول 50 متر، که در هر چاه، 2 جفت لوله U شکل به قطر 1 اینچ استفاده شده است، برای تامین انرژی حرارتی و سرمایش مورد نظر کفایت می¬کرد. نتایج مدل¬سازی¬ها و تحلیل¬های اقتصادی و زیست¬محیطی نشان دادند که هزینه اولیه مورد نیاز برای نصب این سیستم به ازای هر تن بار برودتی برابر با 5/3 میلیون تومان است. در صورت استفاده از این سیستم به جای سیستم¬های متداول، 40% در مصرف برق و 75% در مصرف کل انرژی مورد نیاز سرمایش و گرمایش ساختمان صرفه¬جویی می¬گردد و همچنین هزینه¬های تعمیرات و نگه¬داری سالیانه بیش از 80% کاهش می¬یابد. دوره بازگشت سرمایه برای این طرح 5/5 سال و با در نظر گرفتن هزینه¬های اجتماعی مصرف سوخت¬های فسیلی، 5/4 سال برآورد شده است. هزینه اولیه سیستم¬های افقی نسبت به سیستم عمودی کمتر و دوره بازگشت سرمایه آن نیز کوتاه¬تر است. در صورت استفاده از سیستم، به ازای هرتن تبرید، سالانه از انتشار بیش از 5/0 تن گاز کربن¬دی-اکسید کاسته خواهد شد، این عدد برابر با 20 کیلوگرم در سال به ازای مترمربع ساختمان است. در کل می¬توان گفت، استفاده از سیستم پمپ حرارتی زمین گرمایی یکی از مطمئن¬ترین راه¬ها برای تامین انرژی پایدار سرمایش و گرمایش ساختمان¬ها و کاهش آلودگی¬ها ناشی از مصرف سوخت-های فسیلی است.
- Abstract
- According to population growth and technological advancements, the energy consumptions of human activities are increasing accordingly. As a results two major problems are exhibited including; depilation of fossil fuels resources in near future and various environmental pollutions. Therefore, energy managers and planners are trying for new and enhanced options that are necessary to meet energy demands with lower environmental effects. Application of advanced energy saving techniques and development of renewable energy resources and technologies are proper strategies for solving the problem. Heating and cooling of buildings has significant share in energy consumption of countries. Geothermal Heat Pump (GHP) is one of clean and sustainable sources to meet this energy demand. In this system, heat exchangers embedded in soil and building is exchanges the heat with soil that considers as a constant temperature media. As a result, heat pump performance improves significantly and energy use and pollutant emissions reduce compare to conventional heating and cooling systems. In this study, two administrative buildings in district 4 of Tehran municipality chose and their heating and cooling loads are calculated by using Hourly Analysis Program (HAP). In next step, by studding on effective parameters in optimum design of GHP, two different systems (vertical and horizontal) are designed and analyzed by using GS2000 software. For building number 1, horizontal slinky system with trench length of 400 meters with 3200 meters poly ethylene pipes with internal diameter of 2 inches, performs as heat exchanger and embedded in 2 and 3 meters below the ground surface. For building number 2, vertical system with four wells with 50 meters depth that there are 2 pairs of U tubes with internal diameter of 1 inch is used. The results of simulation and economical and environmental analysis show that the capital cost for GHP system is 3.5 Million I.R Tomans for 1 ton of heating or cooling demand of building. By using of GHP system instead of conventional ones, electricity usage 40% and whole heating and cooling energy consumption of building 75% decreases. The annual operating and maintenance costs 80% decreases. In this project, the payback period is 5.5 years and if the external costs of fossil fuel energies are considered, this time reduces to 4.5 years. Capital cost of horizontal system is less than vertical system and its payback period is shorter. The annual CO2 emission reduction is 500 Kilograms for 1 ton of heating or cooling load. This factor is equal to 20 Kilograms for 1 square meter of building area. It can be said that, using of Geothermal Heat pump system is one the most efficient ways to provide heating and cooling demands of buildings that reduce fossil fuels consumption and related pollutants emission.
