پیشنهاد سیستم‌ گرمایش، سرمایش و تولید توان یکپارچه خورشیدی بهینه و ارائه راهکارهای فنی مناسب برای کاهش مصرف انرژی در ساختمان اداری با رویکرد دستیابی به ساختمان انرژی صفر

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 کارشناسی ارشد، دانشکده فنی مهندسی، دانشگاه شهید مدنی آذربایجان، تبریز، ایران

2 دانشیار، دانشکده فنی مهندسی، دانشگاه شهید مدنی آذربایجان، تبریز، ایران

3 استادیار، دانشکده فنی مهندسی، دانشگاه شهید مدنی آذربایجان، تبریز، ایران

چکیده

 برای ساختمان‌های انرژی صفر، فناوری ساختمان باید متناسب با ویژگی‌های اقلیمی آن منطقه باشد تا با شرایط موجود سازگار گردد و با محیط زیست‌ همخوانی داشته باشد. این مقاله تجزیه و تحلیل انرژی را برای ساختمان نزدیک به انرژی صفر (nZEB) و ساختمان بدون انتشار کربن برای ساختمان اداری دانشگاه شهیدمدنی آذربایجان، واقع در پردیس دانشگاه در آذرشهر (ایران) ارائه می­دهد. دو طرح پیشنهادی یکپارچه با انرژی خورشیدی برای تامین نیازهای سرمایش، گرمایش و برق مصرفی ساختمان مورد بررسی قرار گرفته است. همچنین تمهیدات فنی لازم برای استفاده صحیح تجهیزات و اجرای بهینه تاسیسات، برنامه­ریزی زمان حضور ساکنین و الگوی مصرف بهینه در این بررسی مدنظر قرار گرفته شده است. نتایج تجزیه و تحلیل نشان می‌دهد که استفاده از
 سیستم­های پیشنهادی کاهش چشمگیری در مصرف انرژی ساختمان به همراه دارد؛ اما، امکان دست یابی به مصرف انرژی الکتریکی صفر برای ساختمان اداری فقط در ایام گرم سال، و با رعایت کامل مبحث 19، الگوهای رفتاری کارکنان و به­کارگیری طرح پیشنهادی دوم قابل دسترس است. با استفاده از طرح گردآور خورشیدی بدون فوتوولتایی و مواد تغییر فاز دهنده برای سقف موتورخانه، در حدود 42/21 درصد در مصرف سوخت صرفه‌جویی می‌شود. همچنین استفاده از طرح گردآور با مواد تغییرفاز دهنده و فوتوولتایی برای سقف موتورخانه، باعث صرفه­جویی حدود 26/14 درصد در مصرف سوخت می‌شود. بیشترین تخریب اگزرژی به دست آمده برای هر دو سیستم پیشنهادی به ژنراتور اختصاص دارد. بازده قانون اول و دوم ترمودینامیک برای سیستم‌های پیشنهادی اول و دوم به ترتیب به میزان 57 و 37 درصد و همچنین 61 و 41 درصد است.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


Destek MA, and Avik S. Renewable, non-renewable energy consumption, economic growth, trade openness and ecological footprint: Evidence from organisation for economic Co-operation and development countries. Cleaner Production. 2020 Jan; 242: 118537.
[1]
Belussi L, Barozzi B, Bellazzi A, Danza L, Devitofrancesco A, Fanciulli C and et. al. A review of performance of zero energy buildings and energy efficiency solutions. Journal of building engineering. 2019 September; 25: 100772.
[2]
Rey-Hernández JM, Yousif C, Gatt D, Velasco-Gómez E, San José-Alonso J, Rey-Martínez FJ. Modelling the long-term effect of climate change on a zero energy and carbon dioxide building through energy efficiency and renewables. Energy and Buildings. 2018 September; 174; 85-96.
[3]
]4[
مرادی, فراز, چهارطاقی, محمود, و حسین پور. (2020). تحلیل ترمودینامیکی تاثیر راندمان مبادله‌کن گرمایی مبرد بر عملکرد سیستم تبرید جذبی آب-آمونیاک. مهندسی مکانیک دانشگاه تبریز, 50(2), 207-216.‎
Garcia JF, Kranzl L, Ambition levels of nearly Zero Energy Buildings (nZEB) definitions: An approach for cross-country comparison. Buildings. 2018 Oct; 8(10): 143.
[5]
D’Agostino D, Mele L, Minichiello F, Renno C. The use of ground source heat pump to achieve a net zero energy building. Energies. 2020 July; 13(13): 3450.
[6]
Rey-Hernández JM, Velasco-Gómez E, San José-Alonso JF, Tejero-González A, González-González SL, Rey-Martínez FJ. Monitoring data study of the performance of renewable energy systems in a near zero energy building in Spain: A case study. Energies. 2018 Nov; 11(11): 2979.
[7]
Sadeghian O, Moradzadeh A, Mohammadi-Ivatloo B, Abapour M, Anvari-Moghaddam A, Lim JS, Marquez FPG. A comprehensive review on energy saving options and saving potential in low voltage electricity distribution networks: Building and public lighting. Sustainable Cities and Society. 2012 Sep; 72: 103064.
[8]
Arumägi E, Kalamees T. Cost and energy reduction of a new nZEB wooden building. Energies. 2020 July; 13(14): 3570.
[9]
Asadi S, Nazari-Heris M, Nasab SR, Torabi, H, Sharifironizi M. An updated review on net-zero energy and water buildings: Design and operation. Food-Energy-Water Nexus Resilience and Sustainable Development. 2020 Jan; 267-290.
[10]
Castrillon-Mendoza R, Rey-Hernandez JM, Rey-Martinez, FJ. Industrial decarbonization by a new energy-baseline methodology. Case study. Sustainability. 2020; 12(5): 1960.
[11]
Torcellini P, Shanti P, Michael D, Drury C. Zero energy buildings: a critical look at the definition. No. NREL/CP-550-39833. National Renewable Energy Lab. (NREL), Golden, CO (United States), 2006.
[12]
Li DHW, Liu Y, Joseph CL. Zero energy buildings and sustainable development implications–A review. Energy. 2013; 54: 1-10.
[13]
Torcellini PA, Drury BC. Understanding zero-energy buildings. ASHRAE. 2006; 48(9): 62-69.
[14]
Magrini A, Giorgia L, Sara C, Alberto B, and Ludovica M. From nearly zero energy buildings (NZEB) to positive energy buildings (PEB): The next challenge-The most recent European trends with some notes on the energy analysis of a forerunner PEB example. Developments in the Built Environment. 2020 Aug; 3: 100019.
[15]
van der Grijp, Nicolien, Frans van der Woerd, Bruno Gaiddon, Reto Hummelshøj, Mia Larsson, Olufolahan Osunmuyiwa, and Rudy Rooth. Demonstration projects of nearly zero energy buildings: Lessons from end-user experiences in Amsterdam, Helsingborg, and Lyon. Energy Research and Social Science. 2019; 49: 10-15.
[16]
Zhijia H, Lu Y, Wei M, and Liu J. Performance analysis of optimal designed hybrid energy systems for grid-connected nearly/net zero energy buildings. Energy. 2017 Dec; 141: 1795-1809.
[17]
Wells L, B Rismanchi, Aye L. A review of Net Zero Energy Buildings with reflections on the Australian context. Energy and buildings. 2018 Jan; 158: 616-628.
[18]
Fouad MM, Shihata LA, and Mohamed AH. Modeling and analysis of Building Attached Photovoltaic Integrated Shading Systems (BAPVIS) aiming for zero energy buildings in hot regions. Building Engineering; 2019 Jan; 21: 18-27.
[19]
Huang MJ, Eames PC, Norton B. The application of computational fluid dynamics to predict the performance of phase change materials for control of photovoltaic cell temperature in buildings. In World renewable energy congress VI. Pergamon 2000.
[20]
Elsheniti MB, Hemedah, MA, Sorour MM, El-Maghlany WM. Novel enhanced conduction model for predicting performance of a PV panel cooled by PCM. Energy Conversion and Management. 2020 Feb; 205: 112456.
[21]
Fornarelli F, Camporeale SM, Fortunato B, Torresi M, Oresta P, Magliocchetti L, Miliozzi A, Santo G. CFD analysis of melting process in a shell-and-tube latent heat storage for concentrated solar power plants. Applied Energy. 2016 Feb; 164: 711-722.
[22]
Al-Najjar HMT, Mahdi JM. Novel mathematical modeling, performance analysis, and design charts for the typical hybrid photovoltaic/phase-change material (PV/PCM) system. Applied Energy.  2022 June; 315: 119027.
[23]
Mehdikhani V, Mirzaee I, Khalilian M, Abdolalipouradl M. Thermodynamic and exergoeconomic assessment of a new combined power, natural gas, and hydrogen system based on two geothermal wells. Applied Thermal Engineering. 2022 Apr; 206: 118116.
[24]
Roonprasang N, Namprakai P, Pratinthong N. Experimental studies of a new solar water heater system using a solar water pump. Energy. 2008 Apr; 33(4): 639-646.
[25]
Figueredo GR, Bourouis M, Coronas A. Thermodynamic modelling of a two-stage absorption chiller driven at two-temperature levels. Applied Thermal Engineering. 2008 Feb; 28(2-3): 211-217.
[26]
Aman J, Ting D.S.-K, and Henshaw P. Residential solar air conditioning: Energy and exergy analyses of an ammonia–water absorption cooling system. Applied Thermal Engineering. 2014 Jan; 62(2): 424-432.
[27]