بهینه سازی مصرف انرژی در ساختمان‌ها با استفاده از سیستم زمین‌گرمایی عمودی (منطقه‌ی مطالعاتی: استان تهران)

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 گروه انرژیهای نو و محیط زیست، دانشکده علوم و فنون نوین، دانشگاه تهران

2 گروه انرژی‌های نو و محیط زیست دانشکده علوم و فنون نوین دانشگاه تهران

3 گروه انرژیهای نو و محیط زیست دانشگاه تهران

چکیده

استفاده از انرژی‌های تجدیدپذیر جهت افزایش امنیت انرژی در کشورها، کاهش آلودگی‌های محیط زیستی و ایجاد توسعه‌ی پایدار مدت‌ها است که در راس توجه پژوهشگران می‌باشد. این انرژی‌های پاک شامل استفاده از انرژی خورشیدی، بادی، آبی، زیست‌توده، هیدروژن، جزر و مد و زمین‌گرمایی می‌باشد. ساختمان‌ها، به عنوان یکی از مصرف کنندگان بزرگ انرژی و تولید کنندگان بزرگ کربن دی اکسید، نیاز به حرکت به سمت توسعه‌ی پایدار دارند. ساختمان سبز یا ساختمان پایدار طرحی نوین است که هدف از آن بهینه سازی مصرف انرژی و کاهش آلایندگی ساختمان‌ها با استفاده از انرژی‌های تجدیدپذیر می‌باشد. این تحقیق در نظر دارد که استفاده از سیستم زمین‌گرمایی را جهت کاهش مصرف انرژی و تولید کربن دی اکسید در ساختمان‌های استان تهران بررسی کند. در همین راستا، ساختمان دانشکده‌ی علوم و فنون نوین دانشگاه تهران، واقع در استان تهران، به عنوان منطقه‌ی مطالعاتی انتخاب شده است. جهت طراحی و مدلسازی سیستم زمین‌گرمایی برای ساختمان مورد نظر، از نرم‌افزار Designbuilder استفاده می‌شود. تخصص این نرم‌افزار در مدلسازی سیستم‌های انرژی برای ساختمان‌ها می-باشد و یک ابزار قدرتمند در مدلسازی ساختمان سبز است. نتایج تحقیق در این مقاله نشان می‌دهد که استفاده سیستم زمین‌گرمایی برای تامین نیاز حرارتی ساختمان، باعث حذف مصرف گاز طبیعی در ساختمان می‌شود. همچنین با استفاده از پمپ حرارتی زمین‌گرمایی، جهت تامین نیاز سرمایش و گرمایش، مصرف الکتریسیته به میزان 89/77 مگاوات ساعت در سال کاهش یافته و تولید کربن نیز به میزان 83/20 تن در سال کاهش می‌یابد.

کلیدواژه‌ها


[1] Kazemi, A. R., Mahbaz, S. B., Dehghani-Sanij, A. R., Dusseault, M. B., & Fraser, R. Performance evaluation of an enhanced geothermal system in the western canada sedimentary basin. Renewable and Sustainable Energy Reviews113, 109278,   2019.
[2] Mardiana, A. and S. Riffat, Building energy consumption and carbon dioxide emissions: threat to climate change. Journal of Earth Science & Climatic Change, (S3): p. 1, 2015.
[3] Moss RH, Edmonds JA, Hibbard KA, Manning MR, Rose SK, Van Vuuren DP, Carter TR, Emori S, Kainuma M, Kram T, Meehl GA. The next generation of scenarios for climate change research and assessment. Nature, 463(7282):747-56, 2010.
[4] Montazery, M., Kargarzadeh, A., Ghasempour, R., Reducing Carbon Emission of Greenhouses Using Hybrid Renewable Energy Systems (A case study in Iran), International Conference on Interdisciplinary Studies in Management and Engineering, Tehran, 2020. https://civilica.com/doc/ 1022931
[5] Kinney, C., Dehghani-Sanij, A., Mahbaz, S., Dusseault, M.B., Nathwani, J.S. and Fraser, R.A., Geothermal energy for sustainable food production in Canada’s remote northern communities. Energies12(21), p.4058, 2019.
[6] Dehghani-Sanij, A.R., Dehghani, S.R., Naterer, G.F. and Muzychka, Y.S., Marine icing phenomena on vessels and offshore structures: Prediction and analysis. Ocean Engineering143, pp.1-23, 2017.
[7] Oztig, L.I., Europe’s climate change policies: The Paris Agreement and beyond. Energy Sources, Part B: Economics, Planning, and Policy, 12(10): p. 917-924, 2017.
[8] Heubaum, H. and F. Biermann, Integrating global energy and climate governance: The changing role of the International Energy Agency. Energy Policy, 87: p. 229-239, 2015.
[9] Beerepoot, M., Technology roadmap: Geothermal heat and power. Renewable Energy Division, International Energy Agency, OECD/IEA, Paris: ed, 2011.
[10] Nian, Y.-L. and W.-L. Cheng, Evaluation of geothermal heating from abandoned oil wells. Energy, 142: p. 592-607, 2018.
[11] Nian, Y.-L. and W.-L. Cheng, Insights into geothermal utilization of abandoned oil and gas wells. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 87: p. 44-60, 2018.
[12] Pan, S.Y., Gao, M., Shah, K.J., Zheng, J., Pei, S.L. and Chiang, P.C., Establishment of enhanced geothermal energy utilization plans: barriers and strategies. Renewable Energy132, pp.19-32, 2019.
[13] Kumari, W. and P. Ranjith, Sustainable development of enhanced geothermal systems based on geotechnical research–A review. Earth-Science Reviews, 199: p. 102955, 2019.
[14] Bertani, R., Geothermal power generation in the world 2005–2010 update report. geothermics, 41: p. 1-29, 2012.
[15] Bertani, R., Geothermal power generation in the world 2010–2014 update report. Geothermics, 60: p. 31-43, 2016.
[16] Lund, J.W. and T.L. Boyd, Direct utilization of geothermal energy 2015 worldwide review. Geothermics, 60: p. 66-93, 2016.
[17] Cheng, W.L., Wang, C.L., Nian, Y.L., Han, B.B. and Liu, J., Analysis of influencing factors of heat extraction from enhanced geothermal systems considering water losses. Energy115, pp.274-288, 2016.
[18] Elders, W. and J. Moore, Geology of geothermal resources, in Geothermal Power Generation, Elsevier. p. 7-32, 2016.
[19] Ghafoor, D.Z. and Y.K. Khdir. Experimental Investigation of Earth Tube Heat Exchanger (ETHE) for Controlled Ventilation in Erbil. in 2020 6th International Engineering Conference “Sustainable Technology and Development"(IEC). 2020. IEEE.
[20] Nethra, M. and B. Kalidasan, Earth tube heat exchanger design for efficiency enhancement of PV panel. Materials Today: Proceedings, 2020.
[21] Nautiyal, M.H., Heat transfer analysis of source/sink of an earth tube heat exchanger by CFD modelling and simulation.
[22] Kang, Y. and K. Nagano, Field measurement of indoor air quality and airborne microbes in a near-zero energy house with an earth tube in the cold region of Japan. Science and Technology for the Built Environment, 22(7): p. 1010-1023, 2016.
[23] Xu, P., Liu, C., Zhang, X. and Tang, L., Numerical study on the thermal performance of earth-tube system in ningbo china, 2016.
[24] Badgaiyan, P. and S. Agrawal, CFD base performance evaluation of earth-air tube heat exchanger for natural air conditioning. Int. J. of Research Technology in Engineering Management (IJRTEM), 1(1): p. 01-05, 2016.
[25] Yaşar, Y. and S.M. Kalfa, The effects of window alternatives on energy efficiency and building economy in high-rise residential buildings in moderate to humid climates. Energy conversion and management, 64: p. 170-181, 2012.
[26] رسولی و رهبر, مدل‌سازی مصرف انرژی ساختمان آمفی‌تئاتر دانشگاه آزاد سمنان، با استفاده از نرم‌افزار دیزاین بیلدر. مجله مهندسی مکانیک و ارتعاشات. 10(1): p. 14-23.
[27] Heravi, G. and M. Qaemi, Energy performance of buildings: The evaluation of design and construction measures concerning building energy efficiency in Iran. Energy and Buildings, 75: p. 456-464, 2014.
[28] NOOROLLAHI, Y., YOUSEFI, H., REZAYAN, A.H. and FARABI, A.H., Technical, Economical and Environmental Feasibility Study of Urban Heating System Replaced with Geothermal Energy in IRAN, 2017.
[29] Kohl, T., R. Brenni, and W. Eugster, System performance of a deep borehole heat exchanger. Geothermics, 31(6): p. 687-708, 2002.
[30] Imran, M.S., Baharun, A., Ibrahim, S.H. and Abidin, W.A.W.Z., INVESTIGATION OF EARTH TUBE SYSTEM APPLICATION IN LOW INCOME BUILDING IN KUCHING, SARAWAK. Journal of Engineering Science and Technology12(6), pp.1433-1445, 2017.
[31] Noorollahi, Y., S.M. Bina, and H. Yousefi, Simulation of power production from dry geothermal well using down-hole heat exchanger in Sabalan Field, northwest Iran. Natural Resources Research, 25(2): p. 227-239, 2016.
[32] Yousefi, H., Ármannsson, H., Roumi, S., Tabasi, S., Mansoori, H. and Hosseinzadeh, M., Feasibility study and economical evaluations of geothermal heat pumps in Iran. Geothermics72, pp.64-73, 2018.
[33] Barakat, S., Ramzy, A., Hamed, A.M. and El Emam, S.H., Enhancement of gas turbine power output using earth to air heat exchanger (EAHE) cooling system. Energy conversion and management111, pp.137-146, 2016.
[34]Designbuilder, GSHP case study, 2018. https:// designbuilder.co.uk/helpv4.5/Content/GSHPCaseStudy.htm. Accessed 2020.09.22
[35]Designbuilder, Earth Tubes Configuration, 2018. https:// designbuilder.co.uk/helpv4.2/Content/EarthTubes.htm. Accessed 2020.09.22
[36] Yuan, T., Ding, Y., Zhang, Q., Zhu, N., Yang, K. and He, Q., Thermodynamic and economic analysis for ground-source heat pump system coupled with borehole free cooling. Energy and Buildings155, pp.185-197, 2017.
[37] Nethra, M. R., and B. Kalidasan. Earth tube heat exchanger design for efficiency enhancement of PV panel. Materials Today: Proceedings, 2020.

مقالات آماده انتشار، پذیرفته شده
انتشار آنلاین از تاریخ 20 دی 1399
  • تاریخ دریافت: 08 مهر 1399
  • تاریخ بازنگری: 19 مهر 1399
  • تاریخ پذیرش: 29 آذر 1399