مقایسه فنی و زیست محیطی سیستم ذخیره سازی سرمایش و گرمایش 24 ساعته و سالیانه در ساختمان‌های غیرمسکونی با استفاده از لوله‌های زیرزمینی

محورهای موضوعی : آلودگی هوا

عیسی خاکنژاد ¹ , اشکان عبدالی سوسن ²

1 - کارشناسی ارشد مهندسی سیستم‌های انرژی، گروه مهندسی انرژی و اقتصاد، دانشکده منابع طبیعی و محیط زیست، واحد علوم و تحقیقات، دانشگاه آزاد اسلامی، تهران، ایران.
2 - استادیار، مهندسی سیستم‌های انرژی، گروه فنی و مهندسی، واحد آستارا، دانشگاه آزاد اسلامی، آستارا، ایران. *(مسوول مکاتبات)

تاریخ دریافت : 1395/10/12 تاریخ پذیرش : 1396/10/02 تاریخ انتشار : 1398/04/01

کلید واژه: ذخیره‌سازی 24 ساعته, ذخیره‌سازی سالیانه, لوله‌های زیرزمینی, مصرف انرژی, گازهای گلخانهای,

چکیده مقاله :

زمینه و هدف: با توجه به افزایش تقاضا برای ساخت ساختمان‌های با کارایی انرژی بالا، راه‌حل‌های فنی موردنیاز است تا با حداقل نمودن مصرف انرژی، از آن ها استفاده نمود. یکی از این راه‌حل ها، عبارت است از ذخیره‌سازی انرژی در منابع زیرزمینی که بر اساس استفاده کوتاه مدت یا بلند مدت درنظر گرفته می‌شود. روش بررسی: در تحقیق حاضر یک بیمارستان در شهر تهران به نمایندگی از ساختمانی با نیاز انرژی حرارتی بالا موردمطالعه قرار گرفت و محاسبات حرارتی و سیالاتی برای ذخیره سرما و گرما توسط لوله‌های زیرزمینی در آن، توسط نرم‌افزار متلب شبیه‌سازی گردید و بارهای حرارتی و برودتی ساختمان توسط نرم‌افزارHAP4.5 محاسبه و در نرم‌افزار متلب وارد شد و اندازه و نحوه پاسخ سیستم های 24 ساعته و فصلی و نیز کاهش انتشار دی اکسید کربن مقایسه گردید. یافته‌ها: سیستم ذخیره ساز حرارتی، تقاضا از گرما و سرما را برای ساختمان کاهش نمی دهد، اما با استفاده از یک ذخیره‌سازی زیرزمینی می‌توان مقدار انرژی خریداری‌شده و آسیب‌های زیست‌محیطی آن را کاهش داد. بحث و نتیجه‌گیری: نتایج حاصل نشان داد، با به‌کارگیری سیستم ذخیره‌سازی 24 ساعته در طی سال، که دارای 15 خط لوله فولادی به قطر نامی 3 اینچ و به طول 600 متر که در عمق 3 متری سطح زمین قرار می‌گیرد، 67% از نیاز گرمایشی و 34% از نیاز سرمایشی را تأمین و از انتشار 127 تن دی‌اکسید کربن در سال جلوگیری می‌شود. در حالی که سیستم ذخیره سازی فصلی دارای 45 خط لوله با مشخصات یکسان در عمق 5 متری سطح زمین می باشد و %98 از نیاز گرمایشی و %5/39 از نیاز سرمایشی را تأمین و از انتشار 2/169 تن دی‌اکسید کربن جلوگیری می‌کند.

چکیده انگلیسی:

Background and Objective: Considering the demands on constructing high energy performance buildings, technical solution is needed to be used for decreasing and improving the energy consumption. One of this solutions is underground energy storage that is considered based on short-term or long-term usage. Method: In this study, a hospital in Tehran city, as a high energy performance building, was investigated. Fluid and heat transfer calculation for heat and cold storage in the building was simulated using MATLAB software for underground pipes. Also heating and cooling loads of the building was calculated by HAP4.5 software and the results were imported to MATLAB software. Then the volume and quality of the 24-hour and seasonal systems and reduction of carbon dioxide emissions were compared. Findings: Heating storage system does not reduce the heating and cooling demand of the building, but application of an underground storage can decrease the amount of bought energy and the subsequent environmental damage. Discussion and Conclusion: The results showed that application of a 24-hour storage system with 15 lines of steel pipes with the length of 600 m and nominal diameter of 3 inches placed in a ground depth of 3 m, yields 67% heating load and 34% cooling load and reduce CO2 emissions by 127 tons per year.  However, application of a 1-year storage system with 45 lines of steel pipes with the same specification placed in a ground depth of 5 m, yields 98% heating load and 39.5% cooling load and reduces CO2 emissions by 169.2 tons per year.  

منابع و مأخذ:

 

Reference

1. Andersson O, et al. Deliverable 10 - Sweden - Preliminary design of a seasonal heat storage for ITT Flygt. IGEIA – Integration of geothermal energy into industrial applications; 2008 retrieved 21 April 2013; Emmaboda, Sweden.


2. Paksoy H, et al. Aquifer Thermal Energy Cold Storage System at Richard Stockton College. EFFSTOCK 2009 (11th International) - Thermal Energy Storage for Efficiency and Sustainability; 2009 2009; Stockholm.


3. Wong B, et al. Recent Inter-seasonal Underground Thermal Energy Storage Applications in Canada. 2006 IEEE EIC Climate Change Technology; 2006.


4. Stene J, et al. Large-Scale Ground-Source Heat Pump Systems in Norway. IEA Heat Pump Annex 29 Workshop; 2008; Zurich.


5. Mansouri Sh, et al. Designing a cold storage system for an office building in Ahwaz city  and comparing it with conventional cooling systems (In Persian). 02nd International Conference on Heating, Ventilating and Air Conditioning; 2010; Tehran.


6. Mansouri Sh, et al. Study on technical specification of the cold storage tank of the ice type on a melting coil from inside with a capacity of 647 kWh (In Persian). 26th International Power System Conference; 2011; Tehran.


7. Khorasani M. Using of energy storage tank in design of solar water heaters (In Persian). 6th Conference on Emerging Trends in Energy Conservation; 2013; Tehran.


8. ASHRAE. ASHRAE HANDBOOK.  Fundamentals. Atalnda: American Society of Heating, Refrigerating and Air-conditioning Engineers; 2009.


9. Henrik K. Thermal Modelling of Water-Based Floor Heating Systems. Göteborg, Sweden: CHALMERS UNIVERSITY OF TECHNOLOGY; 2010.


10. Martínez I. HEAT AND MASS TRANSFER.  Termodinámica básica y aplicada. Madrid: Ed. Dossat; 1992.


11. Ministry of Energy. 1393 Energy balance sheet  (In Persian); 2014.


12. Standard natural gas piping in industrial areas (In Persian); 2005 .


13. UnionGas. chemical composition of Natural Gas 2016. https://www.uniongas.com


14. EIA. How much carbon dioxide is produced when different fuels are burned? 2016. https://www.eia.gov