مدل‌سازي مبدل‌هاي حرارتي لوله‌هاي هم‌مركز و يوشكل در پمپ‌هاي حرارتي زمين‌گرمايي

كارشناسي ارشد

رفتار ديناميكي مبدل‌هاي حرارتي زميني، يكي از عوامل مهم در عملكرد پمپ‌هاي حرارتي زمين‌گرمايي مي‌باشد. از اين رو در پژوهش حاضر به مدل‌سازي عددي و سه‌بعدي وابسته به زمان دو مبدل حرارتي يوشكل و لوله‌هاي هم‌مركز پرداخته شده است و عملكرد دو مبدل در دو حالت سرمايش و گرمايش براي نرخ‌هاي جرمي مختلف با يكديگر مقايسه گرديده است. شبيه‌سازي با استفاده از نرم‌افزار انسيس فلوئنت و بر مبناي روش حجم كنترل انجام شده كه در آن از پروفيل‌هاي دمايي مشخص براي زمين در تابستان و زمستان استفاده شده است. دو مبدل بر اساس پارامترهاي مختلف نظير دماي سيال خروجي از زمين، نرخ انتقال حرارت در اواپراتور و كندانسور، كار كمپرسور و پمپ، ضريب عملكرد پمپ حرارتي و پمپ زمين-گرمايي، ضريب كارآيي دو مبدل و نيز تاثير بر توزيع دماي خاك در راستاي افقي و عمودي مورد بررسي و مقايسه قرار گرفته‌اند. تاثير استفاده از انرژي زمين‌گرمايي در ميزان كاهش هزينه‌ي سوخت و برق مصرفي و نيز كاهش توليد كربن‌دي‌اكسيد از ديگر مواردي است كه در مطالعه‌ي حاضر به آن پرداخته شده است. طبق نتايج به دست آمده در حالت سرمايش، كه آب گرم خروجي از كندانسور از لوله‌ي داخلي مبدل لوله‌هاي هم‌مركز وارد مي‌شود، عملكرد مبدل لوله‌هاي هم‌مركز نسبت به مبدل يوشكل به لحاظ پارامترهاي ذكر شده بهتر مي‌باشد اما مبدل لوله‌هاي هم‌مركز سبب زودتر اشباع شدن زمين مي‌شود و استفاده‌ي مداوم و طولاني مدت از آن عملكرد مبدل را تحت تاثير قرار مي‌دهد. ميزان نرخ انتقال حرارت تزريق شده به زمين در تابستان در مبدل لوله‌هاي هم‌مركز در مقايسه با مبدل يوشكل در نرخ‌هاي جرمي 0/8، 1 و 1/2 كيلوگرم بر ثانيه به ترتيب حدود 5/34، 11/9 و 16/5 درصد بيشتر مي‌باشد. در حالت گرمايش، كه جهت ورود آب سرد خروجي از اواپراتور به ناحيه‌ي حلقوي مبدل لوله‌هاي هم‌مركز مي‌باشد، به دليل اتلافات حرارتي در مبدل لوله‌هاي هم‌مركز، عملكرد مبدل يوشكل در نرخ جرمي متناظر اندكي بهتر مي‌باشد و ميزان نرخ حرارت جذب شده از زمين در نرخ‌هاي جرمي 1 و 1/2 ثانيه تقريبا دو مبدل عملكرد مشابهي دارند. هم‌چنين مشاهده مي‌شود كه ميزان هزينه‌ي صرفه‌ جويي شده در مصرف برق براي توليد انرژي خالص در يك سال در مبدل لوله‌هاي هم‌مركز در مقايسه با مبدل يوشكل بيشتر مي‌باشد لذا استفاده از مبدل لوله‌هاي هم‌مركز از اين جهت اقتصادي‌تر است.

194392

دانشگاه علم و صنعت ايران

تبديل انرژي

دكتر سپهر صنايع