مهندسی مکانیک مدرس

مهندسی مکانیک مدرس

طراحی و امکان‌سنجی سیستم تهویه مطبوع مبتنی بر CHP ، گرمایش خورشیدی و سیستم ذخیره انرژی یخ برای ساختمان‌های مسکونی

نوع مقاله : پژوهشی اصیل

نویسندگان
علیرضا اعتماد 1
اشکان عبدالی سوسن 2
مهدی علی احیایی 3
1 کارشناسی ارشد، گروه مهندسی انرژی و اقتصاد، واحد علوم و تحقیقات، دانشگاه آزاد اسلامی، تهران، ایران
2 استادیار، گروه فنی و مهندسی، واحد آستارا، دانشگاه آزاد اسلامی، آستارا، ایران (مسئول مکاتبات)
3 دانشیار، گروه مهندسی مکانیک، واحد پردیس، دانشگاه آزاد اسلامی، پردیس، ایران
چکیده
بخش قابل توجهی از مصرف انرژی و آلودگی محیط زیست در جهان به صنعت ساختمان اختصاص دارد. در این میان سیستم های تهویه مطبوع سهم مهمی از مصرف انرژی ساختمان دارند. در این تحقیق، یک سیستم نوین تهویه مطبوع بر اساس ترکیب سه فناوری تولید همزمان برق و حرارت، ذخیره انرژی یخ، و گرمایش خورشیدی طراحی و مدل‌سازی شده است. این سیستم به اختصار CCHP-ITESSنامیده شده است که برگرفته از اختصارات سه فناوری فوق الذکر است. به‌عنوان مطالعه موردی، امکان‌سنجی پیاده‌سازی این سیستم در یک ساختمان مسکونی در شهر تهران ازنظر مصرف انرژی و توجیه‌پذیری اقتصادی مورد بررسی قرارگرفته است. نتایج مصرف انرژی، هزینه و دوره برگشت سرمایه برای این پروژه برای شهر تهران بررسی شده و به منظور ارزیابی تاثیر تعرفه های انرژی بر توجیه پذیری اقتصادی، سیستم پیشنهادی بر روی همان ساختمان مورد مطالعه در شرایط آب و هوایی و تعرفه های انرژی شهر لس آنجلس در ایالت کالیفرنیای آمریکا مدلسازی شد. نتایج نشان می دهد که در هر دو سناریو، به کارگیری سیستم پیشنهادی منجر به کاهش قابل توجه انرژی مبدا می گردد که این کاهش برای تهران 36.87 درصد و برای لس آنجلس 40.28 درصد است. اما به دلیل تفاوت در تعرفه های انرژی، دوره بازگشت سرمایه این سیستم در تهران حدود 39 سال و در لس آنجلس حدود 3.2 سال می باشد. در نتیجه بکارگیری این سیستم در شرایط شهر تهران توجیه ناپذیر در آمریکا، توجیه پذیر است.
کلیدواژه‌ها
تولید همزمان برق و حرارت
ذخیره انرژی حرارتی یخ
گرمایش خورشیدی
تهویه مطبوع
ترمواکونومیک

موضوعات

عنوان مقاله English

Design and Feasibility Analysis of a HVAC System based on CCHP, Solar Heating and Ice Thermal Storage for Residential Buildings

نویسندگان English

Alireza Etemad 1
Ashkan Abdalisousan 2
Mahdi Aliehyaei 3
1 Master’s student, Department of Energy Engineering and Economics, Science and research branch, Islamic Azad University, Tehran, Iran
2 Assistant professor, Department of engineering, Astara branch, Islamic Azad University, Astara, Iran
3 Associated professor, Department of mechanical engineering, Pardis Branch, Islamic Azad University, Pardis, Iran
چکیده English

A significant portion of world energy consumption belongs to building sector, And HVAC systems have an important share in building energy usage. In this research, a novel HVAC system has been proposed which is based on three technologies of combined heating and power, ice thermal energy storage, and solar heating. The system is named CCHP-ITESS as an abbreviation of previously mentioned technologies. This system was modeled on a case study building in Tehran, to obtain energy consumption, costs, and payback results in comparison with conventional HVAC systems. In order to realize the effect of energy prices on the economical results, the same system and building were simulated for the city of Los Angeles,California,US. The results showed that both scenarios will lead to significant reduction in net source energy consumption, which is 36.87% reduction in Tehran and 40.28% reduction in Los Angeles. However, the system is not economically reasonable in Tehran because of the low energy prices and has a 39 years of payback period, but is absolutely feasible in Los Angeles with ab payback period of less than 3.5 years. As a result, application of this system is feasible in Los Angeles and not feasible in Tehran.

کلیدواژه‌ها English

Combined heating and power
Ice thermal energy storage
solar heating
Air Conditioning
thermoeconomics
1. Park C-E, Jeong S-J, Joshi M, Osborn TJ, Ho C-H, Piao S, et al. Keeping global warming within 1.5 C constrains emergence of aridification. Nat Clim Chang. 2018;8(1):70.
2. IEA. The global exchange for energy efficiency policies, data and analysis. Available from: https://www.iea.org/topics/energyefficiency/buildings/. 2018.
3. Iran ministry of energy. Iran Energy Balance Sheet. 1397.
4. Wang J, Han Z, Guan Z. Hybrid solar-assisted combined cooling, heating, and power systems: A review. Renew Sustain Energy Rev [Internet]. 2020;133(August):110256. Available from: https://doi.org/10.1016/j.rser.2020.110256
5. Hassan AA, Elwardany AE, Ookawara S, Ahmed M, El-Sharkawy II. Integrated adsorption-based multigeneration systems: A critical review and future trends. Int J Refrig [Internet]. 2020;116:129–45. Available from: https://doi.org/10.1016/j.ijrefrig.2020.04.001
6. Mahian O, Mirzaie MR, Kasaeian A, Mousavi SH. Exergy analysis in combined heat and power systems: A review. Energy Convers Manag [Internet]. 2020;226(September):113467. Available from: https://doi.org/10.1016/j.enconman.2020.113467
7. Jia J, Chen H, Liu H, Ai T, Li H. Thermodynamic performance analyses for CCHP system coupled with organic Rankine cycle and solar thermal utilization under a novel operation strategy. Energy Convers Manag. 2021 Jul 1;239:114212.
8. Cho H, Sarwar R, Mago PJ, Luck R. Design and feasibility study of combined heat and power systems integrated with heat pump. Appl Therm Eng [Internet]. 2016;93:155–65. Available from: http://dx.doi.org/10.1016/j.applthermaleng.2015.09.027
9. KhosropoorArabi M. Performance Analysis of Indirect Absorption Chiller based on CHP System Components. Chill Cool tower. 1392;
10. Sepehri A, Nelson B. Energy and emissions analysis of ice thermal energy storage in the western US. Energy Build. 2019 Nov 1;202:109393.
11. Sanaye S, Shirazi A. Four E analysis and multi-objective optimization of an ice thermal energy storage for air-conditioning applications. Int J Refrig. 2014;36(3):828–41.
12. Song X, Zhu T, Liu L, Cao Z. Study on optimal ice storage capacity of ice thermal storage system and its influence factors. Energy Convers Manag. 2018;164:288–300.
13. Lin W-M, Tu C-S, Tsai M-T, Lo C-C. Optimal energy reduction schedules for ice storage air-conditioning systems. Energies. 2015;8(9):10504–21.
14. Luo N, Hong T, Li H, Jia R, Weng W. Data analytics and optimization of an ice-based energy storage system for commercial buildings. Appl Energy. 2017;204:459–75.
15. Candanedo JA, Dehkordi VR, Stylianou M. Model-based predictive control of an ice storage device in a building cooling system. Appl Energy. 2013;111:1032–45.
16. Heine K, Cesar Tabares-Velasco P, Deru M. Energy and cost assessment of packaged ice energy storage implementations using OpenStudio Measures. Energy Build. 2021;248:111189.
17. Akbari H, Sezgen O. Case studies of thermal energy storage (TES) systems: Evaluation and verification of system performance. 1992;
18. Collins MR, Abulkhair H. An evaluation of heat transfer and effectiveness for unglazed transpired solar air heaters. Sol Energy. 2014;99:231–45.
19. Settino J, Sant T, Micallef C, Farrugia M, Staines CS, Licari J, et al. Overview of solar technologies for electricity, heating and cooling production. Renew Sustain Energy Rev. 2018;90:892–909.
20. Al-Shamani AN, Yazdi MH, Alghoul MA, Abed AM, Ruslan MH, Mat S, et al. Nanofluids for improved efficiency in cooling solar collectors–a review. Renew Sustain Energy Rev. 2014;38:348–67.
21. ASHRAE. Climatic data for building design standards. ASHRAE Stand. 2013;(169).
22. ASHRAE. ASHRAE Handbook HVAC systems and equipment. ASHRAE; 2016.
23. MacPhee D, Dincer I. Performance assessment of some ice TES systems. Vol. 48, International Journal of Thermal Sciences. 2009 Dec.
24. Energy Star. Source Energy: Technical Reference [Internet]. 2019. Available from: https://portfoliomanager.energystar.gov/pdf/reference/Source Energy.pdf?ccac-8037
25. New energy technologies, innovation and clean coal. 2020.
26. Sanaye S, Shirazi A. Thermo-economic optimization of an ice thermal energy storage system for air-conditioning applications. Energy Build [Internet]. 2013;60:100–9. Available from: http://dx.doi.org/10.1016/j.enbuild.2012.12.040
27. Iran Electicity Tariff [Internet]. 2018. Available from: https://www.theglobaleconomy.com/Iran/electricity_consumption/
28. Office of Planning and Macroeconomics of Electricity and Energy of the Ministry of Energy. Iran CHP Power Feed-in Tariff [Internet]. 1398. Available from: http://pep.moe.gov.ir/
29. SCE Electricity Tariff [Internet]. 2020. Available from: https://www.sce.com/residential/rates/Time-Of-Use-Residential-Rate-Plans#
30. CBI. Central Bank of Iran: Inflation rate [Internet]. 2018. Available from: https://www.cbi.ir/page/6251.aspx
مهندسی مکانیک مدرس
دوره 22، شماره 2
بهمن 1400
صفحه 81-92