ارزیابی عملکرد منبع ذخیره حرارتی در اتصال با برج خنک‌کن جهت تامین آب سرد مورد نیاز سیستم سرمایش سقفی

نوع مقاله : مقاله مکانیک

نویسندگان

1 گروه مهندسی مکانیک، دانشکده مهندسی، دانشگاه بیرجند، بیرجند

2 گروه مهندسی مکانیک، دانشگاه بیرجند

3 دانشگاه بیرجند

چکیده

سیستم‌های ذخیره انرژی حرارتی می‌توانند نیاز به انرژی در زمان بیشینه تقاضا را کاهش دهند. در این سیستم، انرژی در زمان غیر اوج ذخیره می‌شود و در زمان اوج مصرف، امکان استفاده از این انرژی برای مصرف کننده فراهم می‌گردد. در تحقیق حاضر عملکرد سیستم ذخیره‌سازی انرژی در اتصال با برج خنک‌کن، به‌عنوان تنها منبع سرمایشی سیستم سرمایش سقفی مورد ارزیابی قرار گرفته است. با توجه به اینکه عملکرد برج خنک‌کن به شرایط محیطی بستگی دارد، عملکرد سیستم سرمایشی مذکور در مناطق مختلف آب و هوایی بررسی شده است. عملکرد این سیستم برای چهار شهر تهران، شیراز، تبریز و بندرعباس که به ترتیب به نمایندگی از اقلیم های معتدل و مرطوب، گرم و خشک، سرد و گرم و مرطوب انتخاب شده‌اند بررسی شده است. نتایج تحقیق نشان می‌دهد که با ذخیره سازی آب سرد تولیدی توسط برج خنک کن در ساعات غیر اوج مصرف و استفاده از این آب سرد در ساعات اوج مصرف، مقادیر بیشینه ضریب عملکرد سیستم سرمایشی برای شهرهای تهران، شیراز، تبریز و بندرعباس به ترتیب 5/8، 14، 5/12 و 10 حاصل می‌گردد. همچنین، با استفاده از این سیستم در بیشتر ساعات کارکرد سیستم سرمایش، دمای آب ارسالی به سیستم سرمایش سقفی حداقل 2 تا C˚3 کمتر از دمای آب خروجی از برج می‌باشد که مزیت استفاده از مخزن ذخیره حرارتی را مخصوصا در ساعات اوج مصرف نشان می‌دهد. نتایج تحقیق حاکی است که سیستم طراحی شده در شهر تهران با اقلیم معتدل و مرطوب قادر به تامین شرایط آسایش حرارتی در 90% ساعت‌های اداری است.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

Performance analysis of a thermal energy storage system connected to a cooling tower for chilled water production of radiant ceiling

نویسندگان [English]

  • Farzaneh Rabbani 1
  • Mehdi Nasrabadi 2
  • Alireza Zolfaghari 3
1 Mechanical Engineering, Department of Engineering, University of Birjand
2 Mechanical engineering, Birjand university
3 University of Birjand
چکیده [English]

Thermal energy storage systems can reduce the need for energy during peak demand times. In this system, energy is stored during non-peak times and is used during peak demand times. In this research, the performance of the energy storage system in connection with the cooling tower as a sole cooling source of radiant ceiling system has been assessed. Since the performance of the cooling tower depends on the environmental conditions, the performance of the cited cooling system has been investigated in different climate zones. The performance of this system has been evaluated in four cities of Tehran, Shiraz, Tabriz and Bandar Abbas, which are representative of temperate and humid, hot and dry, cold and hot and humid climates respectively. The results presented that by storing the chilled water which is produced by the cooling tower in non-peak hours and using this water in peak hours, the maximum COP of the cooling system could increase to 8.5, 14, 12 and 10 in cities of Tehran, Shiraz, Tabriz and Bandar Abbas, respectively. Furthermore, it can be seen that after implementation of the mentioned cooling system, the chilled water temperature of radiant ceiling system is at least 2 to 3°C lower than the temperature of the water which is provided by the tower in majority of occupant attendance hours, especially during peak demand times. The results indicated that the proposed cooling system in Tehran with a temperate climate is able to provide thermal comfort conditions in 90% of attendance times.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Thermal energy storage
  • Cooling tower
  • Radiant cooling system
  • Thermal comfort
  • Coefficient of performance

مراجع

[1] L. Yang, H. Yan, and J.C. Lam, "Thermal comfort and building energy consumption implications–a review", Applied Energy, Vol. 115, February 2014, pp.164-173.
 [2] سید علیرضا ذوالفقاری، مهران سعادتی نسب و الهه نوروزی جاجرم، «بررسی تأثیر استفاده از نماهای دوپوسته سبز بر مصرف انرژی ساختمانهای بلندمرتبه در شرایط اقلیمی تهران»، مجلة مدل سازی در مهندسی، دورة 17، شمارة 56، 1398، صفحة 51-61.
[3] M. Nasrabadi and DP. Finn, "Analysis of a low-temperature small approach open cooling tower integrated with radiant cooling and displacement ventilation for space conditioning in temperate climates", Advances in Building Energy Research, Vol.19, July 2022, pp.1-26.
[4] Y. Yau and B. Rismanchi, "A review on cool thermal storage technologies and operating strategies," Renewable and Sustainable Energy Reviews, Vol. 16, no. 1, January 2012, pp. 787-797.
[5] I. Dincer and M. Rosen, "Energy storage systems," Thermal Energy Storage: Systems and Applications, John Wiley & Sons, Ltd Chichester, September 2021.
[6] X. Song, L. Liu, T. Zhu, S. Chen, and Z. Cao, "Study of economic feasibility of a compound cool thermal storage system combining chilled water storage and ice storage", Applied Thermal Engineering, Vol. 133, March 2018, pp. 613-621.
[7] R. McDowall, "Fundamentals of HVAC systems: SI edition", Academic Press, 2007.
[8] B. Costelloe and D. Finn, "Indirect evaporative cooling potential in air–water systems in temperate climates", Energy and Buildings, Vol. 35, No. 6, July 2003, pp. 573-591.
[9] A. Hasan and K. Siren, "Theoretical and computational analysis of closed wet cooling towers and its applications in cooling of buildings", Energy and Buildings, Vol. 34, No. 5, June 2002, pp. 477-486.
[10] A. Hasan, M. Vuolle, K. Sirén, R. Holopainen, and P. Tuomaala", A cooling tower combined with chilled ceiling: system optimisation," International Journal of Low-Carbon Technologies, Vol. 2, No. 3, July 2007, pp. 217-224.
[11] P. Sprecher and F. Tillenkamp, "Energy saving systems in building technology based on concrete-core-cooling", International Journal of Ambient Energy, Vol. 24, No. 1, January 2003, pp. 29-34.
[12] B. Costelloe and D. Finn, "Heat transfer correlations for low approach evaporative cooling systems in buildings", Applied Thermal Engineering, Vol. 29, No. 1, January 2009, pp. 105-115.
[13] M. Nasrabadi, and D.P. Finn, "Performance analysis of a low approach low temperature direct cooling tower for high-temperature building cooling systems", Energy and Buildings, Vol. 84, December 2014, pp.674-689.
[14] سعید رهگذر، مازیار دهقان، ابوالفضل پوررجبیان و حمیدرضا حقگو، «ارزیابی فنی-اقتصادی بهره‌گیری از سامانه ذخیره‌سازی یخ بر اساس الزامات جدید پیش‌نویس ویرایش چهارم مبحث 19 مقررات ملی ساختمان»،  مجلة مدل سازی در مهندسی، دورة 18، شمارة 63، 1398، صفحة 72-65.
[15] F. Bagheri, V. Mokarizadeh, and M. Jabbar, "Developing energy performance label for office buildings in Iran", Energy and Buildings, Vol. 61, June 2013, pp. 116-124.
[16] D. B. Crawley, L. K. Lawrie, F. C. Winkelmann, W. F. Buhl, Y. J. Huang, C. O. Pedersen, R. K. Strand, R. J. Liesen, D. E. Fisher, M. J. Witte, and J. Glazer. "EnergyPlus: creating a new-generation building energy simulation program", Energy and Buildings, Vol. 33, No. 4, April 2001, pp.319-331.
[17] U.S. DOE. Energyplus v8.1.0.009. California, USA, 2013. URL http://apps1.eere.energy.gov/buildings/energyplus/
[18] EnergyPlus Input/Output Reference. EnergyPlus Documentation. LBL, March 2018.
[19] P.Haves, B. Ravache, and M. Yazdanian. "Accuracy of HVAC Load Predictions: Validation of EnergyPlus and DOE-2 using FLEXLAB Measurements. Lawrence Berkeley National Laboratory", April 2020. DOI:10.20357/ B7H88D.
[20] EnergyPlus Engineering Reference. EnergyPlus Documentation. LBL, October 2013.
[21] مهدی نصرآبادی و فرزانه ربانی، « بررسی عوامل تاثیرگذار بر ناحیه ترموکلین در مخزن ذخیره انرژی حرارتی »، مجلة مدل سازی در مهندسی، دورة 19، شمارة 64،  اردیبهشت 1400، صفحة 15-25.
[22] JD. Feng, S. Schiavon, and  F.Bauman, "Cooling load differences between radiant and air systems", Energy and Buildings. Vol. 65, October 2013, pp. 310-21.
[23] M. Lain and J. Hensen, "Combination of low energy and mechanical cooling technologies for buildings in central Europe". In 5th International Refrigeration and Air Conditioning Conference, France, 2004, pp. 1-6.
[24] M. Lain, F. Drkal, J. Hensen, V. Zmrhal, "Low energy cooling techniques for retrofitted office buildings in central Europe", Ventilation and Retrofitting Prague, AIVC Brussels. Vol.5, September 2004, pp.79-84.
[25]  I. Doebber, M. Moore and M.Deru, "Radiant slab cooling for retail". ASHRAE Journal. Vol.52, No. 12, December 2010, pp. 28.
[26] G. Dunn, and I. Knight, "Small power equipment loads in UK office environments", Energy and buildings, Vol. 37, No. 1, January 2005, pp.87-91.
[27] CEN. CEN (COMITÉ EUROPÉEN DE NORMALISATION), EN 13779:2007 Ventilation for non-residential buildings - Performance requirements for ventilation and room-conditioning systems. Brussels (Belgium), 2007.
[28] Lighting for LEED Application guide for sustainable offices, Koninklijke Philips Electronics N.V, LEED/APPGUIDE08/12, 2012.
[29] P.O. Fanger, "Assessment of man's thermal comfort in practice. Occupational and Environmental Medicine", Vol. 30, No. 4, October 1973, pp.313-324.
[30] ASHRAE. "ASHRAE Handbook: Fundamentals. American Society of Heating, Refrigerating and Air-Conditioning Engineers", Inc., Atlanta, USA, SI edition, 2013.
[31] S.Wei, M. Li, W. Lin and Y. Sun, "Parametric studies and evaluations of indoor thermal environment in wet season using a field survey and PMV–PPD method", Energy and Buildings,Vol.42, No. 6, June 2010, pp.799-806.
[32] V. Wylen and G. John, "Fundamentals of thermodynamics", ed: India, 2002.
مدل سازی در مهندسی
دوره 21، شماره 73
تیر 1402
صفحه 187-200

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار