پمپ حرارتی زمین گرمایی

در این پژوهش طراحی بهینه ی یک سیستم ترکیبی شامل کلکتور خورشیدی و پمپ حرارتی زمین گرمایی از دیدگاه فنی و اقتصادی برای تأمین بار حرارتی یک ساختمان مورد بررسی قرار گرفته است. عملکرد اجزای مختلف سیستم به گونه ای تنظیم شده است که علاوه بر پیش گرمایش سیال ورودی به اواپراتور و تنظیم این دما به مقدار ایده آل، ضریب عملکرد پمپ حرارتی نیز افزایش یابد. سیستم بهینه ابتدا از لحاظ فنی و سپس از دیدگاه اقتصادی بررسی و طرح بهینه با در نظر گرفتن ملاحظات فنی و اقتصادی انتخاب شده است. مدل انتخابی دارای ضریب عملکرد میانگین 3.9 برای پمپ حرارتی، مساحت 30.375 مترمربع برای کلکتور و طول لوله زمین گرمایی 472.5 متر (5 چاه 47.5 متری با استفاده از لوله های U شکل سری) می باشد. هزینه کلی سیستم بر اساس کمینه کردن هزینه های اقتصادی به عنوان تابع هدف و پس از انتقال هزینه ی عملیاتی به سال پایه برابر با 85680 دلار برآورد شده است.

در این مقاله با ارائه و مقایسه چهار سامانه ترکیبی پمپ حرارتی زمین گرمایی فتوولتائیک-حرارتی خورشیدی با چیدمان های سری و موازی و تبادل حرارت مستقیم در شهر زاهدان نیاز حرارتی شامل تأمین آبگرم مصرفی، گرمایش، سرمایش ساختمان و تأمین بخشی از نیاز برق مصرفی تجهیزات و فروش برق مازاد تولیدی به شبکه سراسری به عنوان منبع تأمین مالی پروژه و درآمد زایی برای ساکنین صورت پذیرد و در عین حال نیاز منطقه از دسترسی به گاز طبیعی برطرف گردد. در گام نخست میزان انرژی مورد نیاز یک خانه مسکونی به نقشه پلان 94 متر مربعی با مصالح متداول ساختمانی منطقه برای یک خانواده چهار نفره در نرم افزار دیزاین بیلدر طراحی و نیاز حرارتی ساعتی در طی یک سال محاسبه شد. طراحی، مدلسازی و کنترل عملکرد هر سیستم پیشنهادی در نرم افزار پلی سان با استفاده از 25 عدد کلکتور فتوولتائیک-حرارتی خورشیدی با مساحت کل 25/33 متر مربع و تعداد 2 مبدل حرارتی زمین گرمایی عمودی به عمق 100 متر انجام و هر چهار طرح بعد از تأمین انرژی ساختمان، از لحاظ میزان مصرف انرژی، ضریب عملکرد پمپ حرارتی، میزان برق تولیدی و میزان دی اکسید کربن منتشر شده مورد بررسی و مقایسه قرار گرفتند. بیشینه و کمینه مقدار ضریب عملکرد در میان طرحهای طراحی شده به ترتیب معادل 39/4 و 87/3 برای سامانه تبادل حرارتی مستقیم و سامانه سری بود. با مقایسه طرح های پیشنهادی، طرح بهینه با میزان برق مصرفی kwh 4957 و میزان برق تولیدی kwh 10667 در سال معرفی شد. طول مدت بازگشت سرمایه 7 سال برآورد شد. با سامانه طراحی شده سالیانه از انتشار kg 7/5089 دی اکسید کربن جلوگیری خواهد کرد. نتایج نشان دادند که طرح بهینه پیشنهادی برای اجرا در مناطق جنوب و جنوب شرقی ایران دارای صرفه اقتصادی و زیست محیطی خواهد بود.