دراسة أداء أنظمة التدفئة الهجينة لاستخدامها في تطبيقات المباني السكنية

الباحث

غزوان عطية محمد

المشرف

أحمد صالح - عبد الهادي نعمة خليفة

الجامعة

الجامعة التكنولوجية

الكلية / القسم

قسم الهندسة الميكانيكية / الهندسة الميكانيكية

الشهادة

دكتوراه

السنة

2024

لغة الرسالة

انكليزي

الكلمات المفتاحية

Hybrid heating system;Residential buildings;Solar energy;Thermal performance

يستخدم القطاع السكني أكثر من %40 من الطاقة العالمية. وقد ثبت بالفعل أن استخدام أنظمة الطاقة المتجددة في المباني، مثل أنظمة المضخات الحرارية التي تعمل بالطاقة الشمسية، يمكن أن يحسن كفاءة الطاقة ويقلل من الغازات المسببة للانحباس الحراري. في هذه الدراسة، يتم دمج مجمع شمسي مسطح بالتوازي مع مضخة حرارية مصدر الهواء من أجل تسخين الماء في خزان التخزين، والذي يستخدم لتدفئة المساحات عن طريق تدوير الماء الساخن في وحدة اللفائف و المروحة. بالإضافة إلى ذلك، يتم تركيب الألواح الكهروضوئية لتزويد النظام بالكهرباء لتقليل استهلاك الطاقة من الشبكة، والتي تعتمد على الطاقة الشمسية. تم تنفيذ الدراسة تجريبياً ونظرياً في ظل الظروف المناخية لمدينة الموصل بالعراق (36.3489 درجة Vas 43.1577 درجة شرقاً). تضمن التحليل النظري محاكاة لنظام التدفئة بمضخة الحرارة بمساعدة الطاقة الشمسية باستخدام برنامج TRNSYS لتحليل أداء نظام التدفئة الهجين هذا وتقليل الكهرباء المستهلكة في تدفئة المكان. تم نمذجة خمسة أنظمة:، بدءًا من تدفئة المكان اعتمادًا على نظام التدفئة الكهربائية (الوضع 1(، والمجمع الشمسي المدعوم من السخان الكهربائي كمصدر تدفئة مساعد (الوضع 2)، ومضخة الحرارة فقط (الوضع 3(، والاتصال الموازي بين المجمع الشمسي ومضخة الحرارة الهوائية (الوضع 4(، وأخيرًا الاتصال الموازي للمجمع ومضخة الحرارة بالإضافة إلى وحدات الطاقة الكهروضوئية التي تزود النظام بالكهرباء (الوضع 5). تم تصميم وبناء الجهاز الخاص بالتجربة محليًا. كانت مساحة المجمع الشمسي 2 متر مربع، وتم ربطها بالتوازي مع المضخة الحرارية بقوة 3/1 حصان تعمل على تسخين خزان مياه سعة 0 لترًا. الغرفة التي تمثل الحمل لهذا Gall كانت أبعادها 1.55م x 1.8م وارتفاعها 2.2م. أجريت الاختبارات التجريبية باستخدام نموذج أولي تم تصميمه للعمل في أوضاع متعددة؛ لذلك تم تدفئة المكان باستخدام نفس الأوضاع الموضحة في الدراسة النظرية. تم تنفيذ الاختبارات التجريبية لجميع الأوضاع لمدة 12 ساعة من الساعة 8:30 صباحًا إلى 8:30 مساءً لدراسة أداء كل نظام وتوفير الكهرباء نتيجة لاستخدام الطاقة الشمسية ومضخة الحرارة الهوائية، بالإضافة إلى النظام الكهروضوئي الذي ينتج الكهرباء المجانية. أظهرت نتائج الاختبارات أن استخدام الطاقة الشمسية الحرارية لتدفئة الغرفة (الوضع 2) في يوم مشمس لمدة 12 ساعة في ظل ظروف الموصل بالعراق وفر ما يقرب من 40/ من استهلاك الكهرباء مقارنة بنظام التدفئة بالسخان الكهربائي التقليدي (الوضع 1).

The building industry utilizes more than 40% of global energy. It has already been shown that employing renewable energy systems in buildings, such as solar-assisted heat pump systems, can improve the energy efficiency and reduce the greenhouse gases. In this study, a flat plate solar collector is combined in parallel with an air source heat pump in order to heat the water in the storage tank, which is used for space heating by circulating the hot water in a fan coil unit. In addition, photovoltaic panels are installed to supply the system with electricity to reduce the power consumption from the grid, which relies on the solar energy. The study was implemented both experimentally and theoretically under the climate conditions of Mosul, Iraq (36.3489° N, 43.1577° E). The theoretical analysis included a simulation for the solar-assisted heat pump heating system using TRNSYS software to analyze the performance of this hybrid heating system and reduce the electricity consumed on space heating. Five systems were modeled, starting with the heating of the space depending on the electrical heating system (mode 1), the solar collector supported by the electrical heater as an auxiliary heating source (mode 2), the heat pump only (mode 3), the parallel connection between the solar collector and the air source heat pump (mode 4), and finally the parallel connection of the collector and the heat pump in addition to the PV modules that supplied the electricity to the system (mode 5). The experimental rig was designed and constructed locally. The solar panel area was 2 m2, and it was coupled in tandem to a 1/3 hp air source heat pump that heated a 60-liter water tank. The room, representing the load for this investigation, had dimensions of 1.55 m × 1.8 and a height of 2.2 m. The experimental tests were carried out using a prototype that was designed to operate in multiple modes; therefore, the space was heated using the same modes indicated in the theoretical study. The experimental tests were implemented for all modes for 12 hours from 8:30 a.m. to 8:30 p.m. to study the performance of each system and the electricity savings due to the use of solar energy and the air source heat pump, in addition to the photovoltaic system that produces free electricity. The testing results revealed that using the thermal solar energy for room heating (mode 2) on a sunny day for 12 hours under Mosul, Iraq circumstances saved approximately 40% of electricity consumption when compared to a conventional electrical heater heating system (mode 1). The seasonal performance factor increased by 158% compared with mode 1. Also, the use of the air source heat pump instead of the electrical heater (mode 3) saved about 35% of electricity energy, while the relative increase in the seasonal performance factor was 61.2%. For mode 4, the contribution of solar energy was 62%. Compared with mode 1, the percentage of electricity savings was 50.2%, and the increase in the seasonal performance factor was 188.6%. Finally, the use of mode 5 for heating the room saved 100% of the electricity consumed by the system during the test period. The theoretical findings were as follows: For mode 1, the electrical energy consumed after operating it for one day was 5.783 kWh, and for the cold months, the total consumption was 1144.183 kWh. The Seasonal Performance Factor (SPF) for this mode was 0.738 after 24 hours of operation, and it ranged between 0.67 and 0.79 for monthly operation. The use of solar energy in mode 2 saved 481.06 kWh of electrical energy for operating the system to heat the room for the five cold months. The relative increase in SPF for mode 2 ranged between 14.5% for January and 74.4% for March. By benefiting from the air energy, mode 3 saved 514 kWh of electrical energy for heating the testing room during the cold months. Where the saving of electricity for each month was about 45%. The combination of the solar collector and the air source heat pump for heating the room saved 731.62 kWh of electrical energy, where the increase in the SPF ranged between 109.15% for January and 186.47% for March. The addition of the PV system to mode 4 (mode 5) increased the amount of electricity saving. So, only 211.39 kWh of electricity was supplied by the grid. The electricity savings for this mode was 932.791 kWh when compared with mode 1, and the relative increases in SPF for mode 5 were ranged between 268.75% and 652.89 % for monthly operation of the system.

طلب نسخة من الملف

الملفات غير منشورة على الموقع. اترك بياناتك وسيتواصل معك موظفو قسم الشؤون الثقافية والفنون لإرسال النسخة مجاناً.

الاسم

رقم الهاتف

البريد الإلكتروني

الغرض من الطلب (اختياري)

إرسال الطلب