امکان‌سنجی فنی و اقتصادی بکارگیری مواد تغییر فاز دهنده در ترکیب سیستم‌های سرمایش تراکمی و سرمایش آزاد، مطالعه موردی: یک ساختمان مسکونی در شهر کرمان

نوع مقاله : مقاله مستقل

نویسنده

استادیار، پژوهشکده انرژی، پژوهشگاه علوم و تکنولوژی پیشرفته و علوم محیطی، دانشگاه تحصیلات تکمیلی صنعتی و فناوری پیشرفته، کرمان

10.22044/jsfm.2022.10454.3324

چکیده

ذخیره‌سازی انرژی حرارتی یک فناوری با پتانسیل بالا برای کاربردهای حرارتی متفاوت است که می‌تواند راه مناسبی برای اصلاح شکاف بین عرضه و تقاضای انرژی باشد. یکی از روش‌های نوین و کارآمد در ذخیره‌سازی انرژی حرارتی استفاده از مواد تغییر فاز دهنده است. هدف از این پژوهش تحلیل انرژی و اگزرژی ترکیب دو سیستم سرمایش آزاد و سرمایش تراکمی است که در آن‌ها از مواد تغییرفازدهنده به منظور صرفه‌جویی بیشتر در مصرف انرژی و بهبود عملکرد سیستم، استفاده شده است. ماده‌ تغییر فاز دهنده دما متوسط بکار رفته در سیستم سرمایش آزاد در طول شب با هوای محیط شارژ می‌شود و در طول روز و در طی فرآیند تخلیه، با خنک کردن هوای ورودی به کندانسور سیستم تراکمی، سبب کاهش مصرف انرژی در سیستم خنک کننده ساختمان می‌گردد. از سوی دیگر، تخلیه انرژی حرارتی ذخیره شده در مواد تغییر فاز دهنده در طول ساعات اوج مصرف صورت می‌گیرد. در این ساعات هزینه انرژی بالاتر است و بنابراین با استفاده از این روش ذخیره‌سازی انرژی حرارتی، می‌توان در هزینه‌های انرژی الکتریکی یک ساختمان نیز صرفه‌جویی نمود. بررسی فنی و اقتصادی این سیستم ترکیبی، نشان می‌دهد که 85/4% کاهش مصرف انرژی الکتریکی، 76/14% کاهش در ساعات اوج مصرف و 71/6% کاهش در قبض برق قابل انتظار است.

کلیدواژه‌ها


[1] توکلی ار (1395) تهویه مطبوع 30 درصد انرژی را مصرف می‌کند. درگاه اینترنتی مجله اقتصاد آنلاین (https://www.eghtesadonline.com).
[2] طحانی م، شمس‌الدینی س، فراهت س، ربانی ع (1394) شبیه‌سازی ترمودینامیکی کولرهای اجکتوری – تراکمی. نشریه علمی مکانیک سازه‌ها و شاره‌ها 187-179 :(2)5.
[3] Zalba B, Marin JM, Cabeza LF, Mehling H (2004) Free-cooling of buildings with phase change materials. Int J Refrig 27: 839-849.
[4] Kamali S (2014) Review of free cooling system using phase change material for building. Eng Build 80:131-136.
[5] Mosaffa AH, Garousi Farshi L, Infante Ferreira CA, Rosen MA (2014) Energy and exergy evaluation of a multiple-PCM thermal storage unit for free cooling applications. Renew Eng 68: 452-458.
[6] Waqas A, Ud-Din Z (2013) Phase change material (PCM) storage for free cooling of buildings - A review. Renew Sustain Eng Review 18: 607-625.
[7] Thambidurai M, Panchabikesan K, Mohan K, Ramalingam V (2015) Review on phase change material based free cooling of buildings – The way toward sustainability. J Eng Store 4: 74-88.
[8] Souayfane F, Fardoun F, Biwole PH (2016) Phase Change Materials (PCM) for cooling applications in buildings: A review. Eng Build 129: 396-431.
[9] Hoseini Rahdara M, Emamzadeh A, Ataei A (2016) A comparative study on PCM and ice thermal energy storage tank for air-conditioning systems in office buildings. App Therm Engineer 96: 391-399.
[10] De Falco M, Capocelli M, Giannattasio A (2016) Performance analysis of an innovative PCM-based device for cold storage in the civil air conditioning. Eng Build 122: 1-10.
[11] Alam M, Sanjayan J, Zou PXW, Ramakrishnan S, Wilson J (2017) Evaluating the passive and free cooling application methods of phase change materials in residential buildings: A comparative study. Eng Build 148: 238-256.
[12] Bakhshipour S, Valipour MS, Pahamli Y (2017) Parametric analysis of domestic refrigerators using PCM heat exchanger. Int J Refrig 83: 1-3.
[13] Said MA, Hassan H (2018) Parametric study on the effect of using cold thermal storage energy of phase change material on the performance of air-conditioning unit. App Eng 230:1380-1402.
[14] Morosuk T, Tsatsaronis G (2009) Advanced exergetic evaluation of refrigeration machines using different working fluids. Energy 34: 2248-2258.
[15] گودرزی ع، حقیقی‌پشتیری ا (1394) بررسی استفاده از مواد تغییر فاز دهنده در دیواره هواکش خورشیدی به منظور تهویه طبیعی فضای یک اتاق. نشریه علمی مکانیک سازه‌ها و شاره‌ها 269-257 :(3)5.
[16] Mosaffa AH, Garousi Farshi L, Infante Ferreira CA, Rosen MA (2014) Energy and exergy evaluation of a multiple-PCM thermal storage unit for free cooling applications. Renew Eng, 68: 452-458.
[17] Judge J, Hwang Y, Radermacher R (1995) Results of two drop-in replacement refrigerants for HCFC-22. The Hague, The Netherlands. Proc 19th Int Cong Refrig IVb 1168-1175.
[18] Hwang Y (2004) Potential energy benefits of integrated refrigeration system with microturbine and absorption chiller. Int J Refrig 27: 816-829.
[19] Harris NC (1983) Modern Air Conditioning Practice. 3rd edn. McGraw-Hill, New York, Chapter 8.
[20] Bejan A, Tsatsaronis G, Moran M (1996) Thermal Design and Optimization. 1st edn. John Wiley & Sons, New York, 121-131.
[21] Dincer I, Rosen MA (2013) Exergy, Energy, Environment and Sustainable Development. 2nd edn. Elsevier, Chaps 1 and 2.
[22] Kaushik SC, Arora A (2009) Energy and exergy analysis of single effect and series flow double effect water-LiBr absorption refrigeration system. Int J Refrign 32: 1247-1258.
[23] تعرفه‌های برق و شرایط عمومی آنها از ابتدای اردبیشهت سال 1398 (1398) وزارت نیرو، شرکت نیروی توزیع برق شمال کرمان.
[24] Dastmalchi M, Ahmadi Boyaghchi F (2020) Exergy and economic analyses of nanoparticle-enriched phase change material in an air heat exchanger for cooling of residential buildings. Energ Store 32: 101705.
[25] Duffie JA, Beckman WA (2013) Solar Engineering of Thermal Processes. 4th edn. John Wiley & Sons, New York, Chap 11.
[26] US Energy Information Administrator (2020) Average price of electricity to ultimate customers by end-use sector (https://www.eia.gov.com).