بررسی کارایی مبدل حرارتی مارپیچ اسپرال زمین-هوا در تامین بار حرارتی و برودتی ساختمان

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 استادیار، گروه مهندسی مکانیک، دانشگاه پیام نور، تهران، ایران

2 استادیار، گروه معماری، دانشگاه پیام نور، تهران، ایران

چکیده

استفاده از سوخت‌های فسیلی جهت تامین انرژی موردنیاز ساختمان‌ها با محدودیت‌های بسیاری از جمله کاهش منابع و اثرات مخرب زیست محیطی همراه است و استفاده از منابع رایگان و تجدید پذیر انرژی برای تأمین بار حرارتی موردنیاز ساختمان‌ها مورد توجه می‌باشد. یکی از منابع انرژی رایگان، پاک و تجدیدپذیر انرژی موجود در لایه‌های زیر زمین است. اگرچه دمای خاک در لایه های سطحی ممکن است تحت تأثیر دمای محیط قرار گیرد، ولی دما در طول سال در اعماق زیرین سطح زمین تقریباً ثابت است؛ و در تابستان دمای زیر زمین کمتر و در زمستان بیشتر از دمای هوای محیط است. این پتانسیل می‌تواند برای سرمایش و گرمایش ساختمان‌ها مورد استفاده قرار گیرد. در این تحقیق بناست به بررسی نوع مارپیچ اسپیرال از مبدل حرارتی زمین-هوا پرداخته و عملکرد آن در شهر تهران ارزیابی گردد. شبیه‌سازی عددی با استفاده از نرم افزار انسیس-فلوئنت به صورت سه بعدی در حالت پایدار انجام شده است. این سیستم در دو حالت گرمایشی و سرمایشی شبیه سازی شده و نتایج به صورت افزایش و یا کاهش دمای هوای ورودی بیان می‌گردند. تاثیر عواملی مانند عمق دفن شده مبدل حرارتی در خاک، سرعت و دمای هوای ورودی بر روی دمای هوای خروجی و میزان بار حرارتی مبادله شده مبدل حرارتی با زمین بررسی می‌گردد. در حالیکه افزایش عمق دفن مبدل باعث افزایش انتقال حرارت می‌گردد، افزایش سرعت ورودی سبب کاهش تبادل حرارت زمین و هوا می‌شود. بررسی‌ها نشان می‌دهد مبدل حرارتی اسپیرال می‌تواند تا 15 درجه دمای هوای ورودی به ساختمان را در زمستان افزایش دهد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


1-       مراجع

 

[1]      ع. ا. سبزیپور, طبری ح., علی  آ., برآورد میانگین روزانه دمای خاک در چند نمونه اقلیمی ایران با استفاده از داده های هواشناسی, علوم آب و خاک (علوم و فنون کشاورزی و منابع طبیعی)، 1389

[2]      ا. علیزاده, محمدیان ا., موسوی ج., بررسی رابطه دمای هوا و دمای اعماق مختلف خاک و برآورد عمق یخبندان (مطالعه موردی استان خراسان رضوی), آب و خاک (علوم و صنایع کشاورزی)، 1387

[3]      م. کرمپور, یار مرادی ز., بررسی روند تغییرات دمای اعماق خاک در ایستگاه خرم‌‌ آباد, فصلنامه علوم و مهندسی محیط زیست، 1393

[4]      پ. نصرالدین, صفر م., برآورد دمای عمق های مختلف خاک از دمای هوا با بکار گیری روابط رگرسیونی، شبکه عصبی و شبکه عصبی-فازی (مطالعه موردی: منطقه کرمانشاه), دانش آب و خاک (دانش کشاورزی)، 1390

[5]      A. Mathur, Mathur S., Agrawal G., Mathur J., Comparative study of straight and spiral earth air tunnel heat exchanger system operated in cooling and heating modes, Renewable Energy, Vol., pp. 474-87, 2017.

[6]      J. Xamán, Hernández-Pérez I., Arce J., Álvarez G., Ramírez-Dávila L., Noh-Pat F., Numerical study of earth-to-air heat exchanger: The effect of thermal insulation, Energy and Buildings, Vol., pp. 356-61, 2014.

[7]      G. Gan, Simulation of dynamic interactions of the earth–air heat exchanger with soil and atmosphere for preheating of ventilation air, Applied energy, Vol., pp. 118-32, 2015.

[8]      N. A. Elminshawy, Siddiqui F. R., Farooq Q. U., Addas M. F., Experimental investigation on the performance of earth-air pipe heat exchanger for different soil compaction levels, Applied Thermal Engineering, Vol., pp. 1319-27, 2017.

[9]      J. Vaz, Sattler M. A., Brum R. d. S., dos Santos E. D., Isoldi L. A., An experimental study on the use of Earth-Air Heat Exchangers (EAHE), Energy and Buildings, Vol., pp. 122-31, 2014.

[10]   J. Vaz, Sattler M. A., dos Santos E. D., Isoldi L. A., Experimental and numerical analysis of an earth–air heat exchanger, Energy and Buildings, Vol., pp. 2476-82, 2011.

[11]   L. Ramírez-Dávila, Xamán J., Arce J., Álvarez G., Hernández-Pérez I., Numerical study of earth-to-air heat exchanger for three different climates, Energy and Buildings, Vol., pp. 238-48, 2014.

[12]   [12] F. Fazlikhani, Goudarzi H., Solgi E., Numerical analysis of the efficiency of earth to air heat exchange systems in cold and hot-arid climates, Energy Conversion and Management, Vol., pp. 78-89, 2017.