کلکتور خورشیدی

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 تحقیق، کارایی کلکتور خورشیدی جذب مستقیم با استفاده از نانولوله های کربنی در مخلوطی از آب و اتیلن گلیکول به عنوان سیال پایه، به صورت تجربی بررسی و با کارایی کلکتور خورشیدی صفحه تخت مقایسه شده است. نتایج حاصل نشان داد کارایی بیشینه کلکتور جذب مستقیم در دبی ورودی 72 لیتر برساعت، با سیال پایه و سطح پایین جاذب، حدود 7/4% و با استفاده از نانوسیال نانولوله کربنی، حدود 23% بالاتر از کلکتور متداول است. براساس نتایج فوق، عملکرد کلکتور جذب مستقیم نانوسیال بنیان با هدف کاربری در آبگرمکن های خانگی، تحت شرایط کارکردی مشابه، بهتر از نوع متداول بوده و در صورتی که بتوان از نانوسیال پایدار به عنوان سیال عامل کلکتور جذب مستقیم بهره برد، می توان به کارایی بالاتری در تبدیل انرژی خورشیدی به انرژی مفید دست یافت.

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.

انرژی خورشیدی را می توان به صورت مستقیم و غیر مستقیم در تامین بار الکتریکی مصرفی، گرمایش و سرمایش ساختمان مورد استفاده قرار داد. به منظور استفاده از انرژی خورشیدی در یک سیکل تبرید، با حذف کمپرسور از یک کلکتور خورشیدی برای تامین بار گرمایشی استفاده می شود. بنابراین، در مقاله پیش رو به بررسی بالانس انرژی یک سیستم خورشیدی برای تامین بار گرمایشی و سرمایشی مورد نیاز در تهویه مطبوع یک ساختمان مسکونی و یک واحد اداری پرداخته شده است. برای این منظور با استفاده از نرم افزار کریر بار گرمایشی و سرمایشی مورد نیاز برای منزل و اداره محاسبه شده است. سپس با توجه به این بار، به روش تحلیلی و با کدنویسی در محیط MATLAB و EES به طراحی یک سیستم جذبی خورشیدی دو مرحله ای پرداخته شده است. در نهایت با توجه به سیستم طراحی شده به تحلیل اقتصادی آن پرداخته شده است. درنهایت مشخص است که استفاده از سیستم طراحی شده جذبی دو مرحله ای نه تنها می تواند حرارت مورد نیاز ساختمان که از نرم افزار کریر محاسبه شده است را تامین کند بلکه نسبت به یک سیستم یک مرحله ای در حدود %25 از راندمان بالاتری برخوردار است و در دراز مدت (حدود 10 سال) استفاده از این سیستم  نسبت به کولر گازی مقرون به صرفه خواهد بود.