بررسی عملکرد گرمایی مبادله‌کن گرمایی زمین‌به‌هوا با استفاده از یک مدل تحلیلی شبه گذرا

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 استادیار، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه محقق اردبیلی، اردبیل، ایران

2 دانشجوی کارشناسی ارشد، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه محقق اردبیلی، اردبیل، ایران

3 استاد، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه تربیت مدرس، تهران، ایران

4 دانشیار، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه محقق اردبیلی، اردبیل، ایران

چکیده

در مقاله حاضر یک مدل تحلیلی شبه گذرا برای بررسی انتقال گرما در یک مبادله‌کن زمین‌به‌هوا توسعه داده شده است. در مطالعه حاضر، با درنظرگرفتن انتقال گرمای گذرا در خاک اطراف مبادله‌کن زمین‌به‌هوا، تأثیر اشباع گرمایی خاک در نظر گرفته شده است. اشباع گرمایی خاک به کاهش اختلاف دمای هوا و خاک اطراف مبادله‌کن زمین‌به‌هوا بعد از مدت زمانی از کارکرد سیستم گفته می‌شود که باعث کاهش عملکرد این سیستم می‌شود. همچنین تأثیر عمق دفن در عملکرد گرمایی مبادله‌کن در نظر گرفته شده است. نتایج مدل حاضر با نتایج تجربی و شبیه‌سازی عددی مقایسه شده و تطابق خوبی مشاهده شده است. عملکرد مبادله‌کن گرمایی زمین‌به‌هوا در شهر تهران بررسی شده است. نتایج نشان می‌دهد که با افزایش عمق بکار گیری مبادله‌کن از یک متر به دو متر می‌توان آهنگ انتقال گرمای متوسط را تا 37% بهبود داد. هرچقدر ساعات کارکرد سیستم در شبانه‌روز کمتر باشد، ظرفیت سرمایش بالاتر خواهد بود. به‌طوری‌که در حالتی که سیستم هشت ساعت در روز کار می‌کند نسبت به کارکرد مداوم، متوسط آهنگ انتقال گرما از هوا به خاک 66% افزایش‌یافته است.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

مراجع

  • Bansal V., Misra R., Agrawal G.D. and Mathur J., Performance analysis of earth–pipe–air heat exchanger for winter heating. Energy and Buildings, Vol. 41, No. 11, pp.1151-1154, 2009.
  • Ronge D. and Ubale D., Design of an Earth-Air Heat Exchanger System for Space Cooling in Climatic Conditions of Nagpur, India. In Techno-Societal 2018, 479-488, 2020.
  • Ascione F., Bellia L. and Minichiello F., Earth-to-air heat exchangers for Italian climates. Renewable energy, Vol. 36, No. 8, pp. 2177-2188, 2011.
  • Bisoniya T.S., Kumar   and Baredar P., Experimental and analytical studies of earth–air heat exchanger (EAHE) systems in India: a review. Renewable and Sustainable Energy Reviews, Vol. 19, pp. 238-246, 2013.
  • Bansal V., Misra R., Agrawal G.D. and Mathur J., Performance analysis of earth–pipe–air heat exchanger for summer cooling. Energy and buildings, Vol. 42, No. 5, pp. 645-648, 2010.
  • Mathur A., Surana A.K. and Mathur S., 2016. Numerical investigation of the performance and soil temperature recovery of an EATHE system under intermittent operations. Renewable Energy, Vol. 95, pp.510-521.
  • Bansal V., Misra R., Agarwal G.D. and Mathur J., ‘Derating Factor’new concept for evaluating thermal performance of earth air tunnel heat exchanger: A transient CFD analysis. Applied Energy, Vol. 102, pp. 418-426, 2013.
  • Ramírez-Dávila L., Xamán J., Arce J., Álvarez G. and Hernández-Pérez I., Numerical study of earth-to-air heat exchanger for three different climates. Energy and buildings, Vol. 76, pp. 238-248, 2014.
  • Vaz J., Sattler M.A., dos Santos E.D. and Isoldi L.A., Experimental and numerical analysis of an earth–air heat exchanger. Energy and Buildings, Vol. 43, No. 9, pp. 2476-2482, 2011.
  • Brum R.S., Rocha L.A.O., Vaz J., Santos E.D. and Isoldi L.A., Development of simplified numerical model for evaluation of the influence of soil-air heat exchanger installation depth over its thermal potential. International Journal of Advanced Renewable Energy Research, Vol .1, No. 9, pp. 505-514, 2012.
  • Hermes V.F., Ramalho J.V.A., Rocha L.A.O., Dos Santos E.D., Marques W.C., Costi J., Rodrigues M.K. and Isoldi L.A., Further realistic annual simulations of earth-air heat exchangers installations in a coastal city. Sustainable Energy Technologies and Assessments, Vol. 37, p.100603, 2020.
  • Ghosal M.K. and Tiwari G.N., Modeling and parametric studies for thermal performance of an earth to air heat exchanger integrated with a greenhouse. Energy conversion and management, 47(13-14), pp.1779-1798, 2006.
  • Serageldin A.A., Abdelrahman A.K. and Ookawara S., Earth-Air Heat Exchanger thermal performance in Egyptian conditions: Experimental results, mathematical model, and Computational Fluid Dynamics simulation. Energy conversion and management, Vol. 122, pp. 25-38,
  • Rouag A., Benchabane A. and Mehdid C.E., Thermal design of Earth-to-Air Heat Exchanger. Part I a new transient semi-analytical model for determining soil temperature. Journal of cleaner production, Vol. 182, pp. 538-544,
  • Sehli A., Hasni A. and Tamali M., The potential of earth-air heat exchangers for low energy cooling of buildings in South Algeria. Energy Procedia, Vol. 18, pp. 496-506, 2012.
  • Al-Ajmi F., Loveday D.L. and Hanby V.I., The cooling potential of earth–air heat exchangers for domestic buildings in a desert climate. Building and Environment, Vol. 41, No. 3, pp.235-244, 2006.
  • Lee K.H. and Strand R.K., The cooling and heating potential of an earth tube system in buildings. Energy and Buildings, Vol. 40, No. 4, pp. 486-494, 2008.
  • Fazlikhani F., Goudarzi H. and 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. 148, pp. 78-89, 2017.
  • Mirahmadi Golrodbari S.A., Maerefat M., Haghighi Poshtiri A. and Minaei A., Determination of optimum diameter of Earth to Air Heat Exchanger by analytical method for air conditioning. Modares Mechanical Engineering, Vol. 15, No. `12, pp. 481-490, 2016.  
  • Minaei A., Talee Z., Safikhani H. and Ghaebi H., Thermal resistance capacity model for transient simulation of Earth-Air Heat Exchangers. Renewable Energy, Vol. 167, pp.558-567, 2021.
  • Kusuda T. and Achenbach R., Earth temperature and thermal diffusivity at selected stations in the United States. National Bureau of Standards Gaithersburg MD. 1965.
  • Carslaw H.S. and Jaeger J.C., Conduction of heat in solids (No. BOOK). Clarendon press, Oxford ,1992.
  • Hahn D.W. and Özisik M.N., Heat conduction. John Wiley & Sons, New Jersey, 2012.
  • Bergman T.L., Incropera F.P., DeWitt D.P. and Lavine A.S., Fundamentals of heat and mass transfer. John Wiley & Sons, New Jersey, 2011.
  • Bisoniya T.S., Design of earth–air heat exchanger system. Geothermal Energy, 3(1), pp.1-10, 2015.
  • Ozgener O., Ozgener L. and Tester J.W., A practical approach to predict soil temperature variations for geothermal (ground) heat exchangers applications. International Journal of Heat and Mass Transfer, Vol. 62, pp. 473-480, 2013.
  • Ebrahimpour A. and Maerefat M., A method for generation of typical meteorological year. Energy Conversion and Management, Vol. 51. No. 3, pp. 410-417, 2010.
  • Weather Data by Region. [Online]. Available: https://energyplus.net/weather/sources.
مهندسی مکانیک دانشگاه تبریز
دوره 52، شماره 1 - شماره پیاپی 98
اردیبهشت 1401
صفحه 139-148

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار