تحلیل اکسرژی سیستم پمپ حرارتی زمین گرمایی در منطقه لاریجان
محورهای موضوعی : مدیریت محیط زیستحسام الدین سالاریان 1 , هومن نادری 2 , مرتضی حسین زاده 3
1 - استادیار دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه آزاد اسلامی واحد نور، نور، ایران.
2 - کارشناس ارشد مکانیک دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه آزاد اسلامی واحد آیت ا... آملی، ایران.
3 - استادیار دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه آزاد اسلامی واحد آیت ا... آملی، ایران.
کلید واژه: پمپ حرارتی زمین گرمایی, انرژی, اکسرژی, ضریب عملکرد,
چکیده مقاله :
زمینه و هدف: در این مقاله یک سیستم پمپ حرارتی زمین گرمایی با مبدل حرارتی بسته عمودی U شکل که انرژی مورد نیاز خود را از اعماق زمین تامین می‌کند مورد بررسی قرار می‌گیرد. تحلیل اکسرژی برای این سیستم انجام شده، همچنین راندمان و ضریب عملکرد آن بدست می‌آید. روش بررسی: روابط انرژی، اکسرژی، آنتروپی و آنتالپی برای هر دو سیستم پمپ حرارتی زمین گرمایی اعمال شده و نتایج بر اساس شرایط جغرافیایی و آب و هوایی منطقه لاریجان اراِئه گردیده است. به دلیل وجود چشمه آبگرم در این منطقه تحلیل جامع اکسرژی دو سیستم پمپ حرارتی زمین گرمایی با مبدل حرارتی بسته عمودی U شکل و باز بدست می‌آید. یافته ها: بیشترین اتلاف اکسرژی در هر دو سیستم مربوط به فن کندانسور می‌باشد. همچنین نتایج نشان می‌دهند که ضریب عملکرد و راندمان سیستم پمپ حرارتی زمین گرمایی با کویل زمینی باز بالاتر می‌باشد که به دلیل دمای بالا تر اولیه (دمای زمین یا چشمه آبگرم) می‌باشد. نتیجه گیری:نتایج نشان می دهدپمپ حرارتی با سیکل باز دارای ضریب عملکرد وهمچنین راندمان اکسرژی بالاتری نسبت به پمپ حرارتی زمین گرمائی با سیکل بسته می باشد.
Background and Objective: This study aims to investigate a Ground-Coupled Heat Pump system with vertical U-bend heat exchanger which can provide the energy needed from the depths of earth. Exergy of the system was analyzed and the performance efficiency and coefficient were obtained. Method:In Larijan village, due to hot springs in the area, exergy analyses of two Ground-Coupled Heat Pump systems with vertical U-bend and open loop heat exchangers were compared. Energy, exergy, entropy and enthalpy equations of both Ground-Coupled Heat Pump systems were applied and results were presented based on geographic and climatic conditions of Larijan region. Results:Moreover, it was found that the maximum exergy losses in both systems occurres in the fan condenser. Conclusion: The results show that, due to higher temperatures (the temperature of the ground or the hot spring), the performance coefficient and the efficiency of geothermal heat pump system with the open loop heat exchangers are higher.
1- Siavoshi kord, A., Jazayeri, S.A., 2012. Optimization and analysis of avertical ground-coupled Heat pump. International Journal of Renewable Energy Research, pp.637-657
2- Hwang, Y., Lee, J., Jeong, Y., Koo, K., Lee, H., Kim, I., Jin, S., Kim, S., 2008. Cooling Performance of a vertical ground-coupled-heat pump system installed in a school building. International Journal of Renewable Energy Research, Vol. 1(5), pp.737-757
3- Hepbasli, A., 2005. Thermodynamic analysis of a ground-source heat pump system for district heating. International Journal of Energy Research, Vol. 29, pp.671-687
4- Monsefrad, M., javaherdeh, K., 2012. Exergy analysis of two types of GSHP using low temperature sources. Proceedings of the Fourth International Conference on
Heating, cooling and air conditioning, Iran, Tehran Olympic Hotel, 23-25 June
5- Cengel Y., Boles MA, 2001. Thermodynamics: An engineering approach (McGraw-Hill.4th edition)
6- Chua, K.J., Chou, S.K., Yang, W., 2010. Advanced heat pump systems: a review. Applied Energy, Vol. 87, pp.3611-3624
7- Kotas, T., 1985. The exergy method of thermal plant analysis. Tiptree, Essex: Anchor Brendon Ltd
8- Wark, K., 1995. Advanced thermodynamics for engineers.(McGraw-Hil)
9- Vries, D.A., 1963. Thermal Properties of Soils. In W.R. van Wijk (ed.) Physics of Plant Environment (North-Holland Publishing Company, Amsterdam)
10- Vries, D.A., 1975. Heat Transfer in Soils. In D.A. de Vries and N.H. Afgan (ed.) Heat and Transfer in the Biosphere (Script a Book Co., Washington, DC)
11- Bejan, A., 1988. Advanced engineering thermodynamics (John Wiley & Sons)
12- Yang, H., Cui, P., Fang, Z., 2010. Vertical-borehole ground-coupled heat pump: a review of models and systems. Applied Energy, Vol. 87, pp.16-27
13- Kavanaugh, SP., Rafferty, K., 1997. Ground-source heat pumps: design of geothermal system for commercial and institutional building. ASHRAE.
14- Hepbasli, A., 2002. Performance evaluation of a vertical ground source heat pump system in Izmir, Turkey. International Journal of Energy Research, Vol. 26, pp.1121-1139
15- Hepbasli, A., Akdemir, O., 2004. Energy and exergy analysis of a ground source (geothermal) heat pump system. Energy Conversion and Management, Vol. 45, pp.737-757
16- Siavoshi kord, A., Jazayeri, S.A., Siavoshi, P., 2012. Analysis of the Geothermal Heat Pump climate of Tehran. Twentieth Annual International Conference on Mechanical Engineering, Iran, Shiraz, Shiraz University, School of Mechanical Engineering, 26-28 May
17- Kara, YA., 1999. Utilization of low tempreture geothermal recources for space heating by using GHPs, PhD thesis, Ataturk University, Erzurum, Turkey, pp.130-135
18- Kara, YA., Yuksel, B., 2000. Evaluation of low tempreture geothermalenergy through the use of heat pump. Energy Conversion and Management, Vol. 42, pp.773-781
19- Esen, H., Inalli, M., Esen, M., Pihtili, K., 2007. Energy and exergy analysis of a ground-coupled heat pump system with two horizontal ground heat exchangers. Building and Environment, Vol. 42(10), pp.3606-3615
20- Sonntag, R., Borgnakke, C., VanWaylen, G., 1986. Fundamentals of Engineering Thermodynamics. New York:(John Wiley & Sons,4th edn, 74)