نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی دکتری مهندسی مکانیک بیوسیستم دانشگاه تهران پردیس ابوریحان

2 دانشیار پردیس ابوریحان، دانشگاه تهران، تهران، ایران

3 دانشیار موسسه تحقیقات فنی و مهندسی کشاورزی، سازمان تحقیقات، آموزش و ترویج کشاورزی، کرج، ایران

4 استاد دانشکده مهندسی کشاورزی و بیولوژیکی، دانشگاه پوردو، لفایت، ایالات متحده امریکا

چکیده

در میان انرژی­های تجدیدپذیر، انرژی زمین­گرمایی به دلیل اینکه محدود به فصل، زمان و شرایطی خاص نیست، نسبت به سایر انواع انرژی­های تجدیدپذیر برتری دارد. از جمله کاربردهای انرژی زمین­گرمایی، استفاده از گرمای زمین در سطوح کم­عمق مانند مبدل حرارتی هوا-زمین (EAHE) است که به عنوان روشی نوین و مؤثر برای پیش­گرم کردن هوا در زمستان و پیش­سرد کردن در تابستان استفاده می‌شود. در این پژوهش، طراحی یک مبدل EAHE برای یک واحد گلخانۀ تجاری به منظور تأمین گرما یا سرما بررسی شده است. برای بررسی اثر پارامترهای اصلی مانند قطر، طول، سرعت جریان هوا، و توان فن و بازدۀ سامانه، مدلی یک بعدی از سامانۀ EAHE توسعه داده شد. با توجه به اینکه رابطه­ای مستقیم بین تعداد واحدهای انتقال (NTU) و بازدۀ سامانه (ɛ) مشاهده شده­است، می­توان به ­منظور به­ دست آوردن NTU مناسب و بازده مورد نظر، با به ­کارگیری روش­های متعدد به ساخت یک مبدل حرارتی هوا-زمین پرداخت و طراحی سامانۀ EAHE را به سمتی هدایت کرد که این دو پارامتر با مقادیر مورد نظر تأمین شوند. با مدل ارائه شده در این مطالعه به سادگی می‌توان اثر پارامترهای اصلی را به عنوان فاکتورهای مؤثر در طراحی، بدون اتلاف انرژی و زمان، بررسی کرد.

کلیدواژه‌ها

Anon. (2012). Handbook heating, ventilating, and air-conditioning system and equipement. ASHRAE, Atlanta, GA The American Society of Heating, Refrigerating and Air Conditioning Engineers, Inc.
 
Anon. (2016).  Paris agreement, United Nations Treaty Collection.
 
Ascione, F., Bellia, L., & Minichiello, F. (2011). Earth-to-air heat exchangers for Italian climates. Renewable Energy, 36, 2177- 2188.
 
Badescu, V., & Isvoranu, D. (2011). Pneumatic and thermal design procedure and analysis of earth-to-air heat exchangers of registry type. Applied Energy, 88(4), 1266-1280.
 
Bisoniya, T. S. (2015). Design of earth–air heat exchanger system. Geothermal Energy, 3(18), 1-10.
 
Cengel, Y. A., Afshin, J. Gh., & Hsiaokang, M. (2011). Heat and mass transfer: fundamentals & applications. 4e. McGraw-Hill.
 
De Paepe, M., & Janssens, A. (2003). Thermo-hydraulic design of earth-air heat exchangers. Energy Buildings35(4), 389-397.
 
Ghosal, M. K., & Tiwari, G. N. (2006). 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), 1779-1798.
 
Gouda, S. G. A. (2010). Using of geothermal energy in heating and cooling of agricultural structures (Ph. D. Thesis), BENHA University.
 
Kanaris, A. G., Mouza, A. A., & Paras, S. V. (2006). Flow and heat transfer prediction in a corrugated plate heat exchanger using a CFD code. Chemical Engineering and Technology: Industrial ChemistryPlant EquipmentProcess EngineeringBiotechnology29(8), 923-930.
 
Lindeburg, M. R. (1992). Engineer in training reference manual. Professional Publication, Inc. 8th Edition.
 
Luciu, R. S., Mateescu, T., Cotorobai, V., & Mare, T. (2009). Nusselt number and convection heat transfer coefficient for a coaxial heat exchanger using Al2O3–water pH= 5 nanofluid. The Bulletin of the Polytechnic Institute of Jassy, 55, 71-80.
 
Mikani, A., Etebarian, H. R., Sholberg, P. L., O’Gorman, D. T., Stokes, S., & Alizadeh, A. (2008). Biological control of apple gray mold caused by Botrytis Mali with Pseudomonas fluorescens strains. Postharvest Biology and Technology, 48(1), 107-112.
 
Mongkon, S., Thepa, S., Namprakai, P., & Pratinthong, N. (2014). Cooling performance assessment of horizontal earth tube system and effect on planting in tropical greenhouse. Energy Conversion and Management, 78, 225-236.
 
Nakamura, H., & Igarashi, T. (2004). Variation of Nusselt number with flow regimes behind a circular cylinder for Reynolds numbers from 70 to 30 000. International Journal of  Heat and Mass Transf.er, 47(23), 5169-5173.
 
Sehli, A., Hasni, A., & Tamali, M. (2012). The potential of earth-air heat exchangers for low energy cooling of buildings in South Algeria. Energy Procedia, 18, 496-506.
 
Sethi, V. P., & Sharma, S. K. (2008). Survey and evaluation of heating technologies for worldwide agricultural greenhouse applications. Solar Energy. 82(9), 832-859.
 
T’Joen, C., Liu, L., & Paepe, M. D. (2012). Comparison of Earth-Air and Earth-Water Ground Tube Heat Exchangers for Residentialal Application. 14th International Refrigeration and Air-Conditioning Conference, July 16-19. Purdue University, West Lafayette, United States.
 
Vourdoubas, J. (2004). Comparison of greenhouse heating with geothermal energy, solar energy and biomass. International Conference Geothermal Energy Applications in Agriculture. May 3-4, Athens, Greece.
 
Vourdoubas, J. (2015). Overview of heating greenhouses with renewable energy sources a case study in Crete-Greece. Journal of Agriculture and Environmental Science, 4(1), 70-76.
 
Wang, Y., Dong, Q., & Liu, M. (2007). Characteristics of Fluid flow and heat transfer in shellside of heat exchangers with longitudinal flow of shellside fluid with different supporting structures. In: C. Cen,, Chi, Y., & Wang, F. (Eds.) Challenges of power engineering and environment. Springer, Berlin, Heidelberg.
 
Xiao, B., Wang, G., Wang, Q., Maniruzzaman, M., Sisson, R. D., & Rong, Y. (2011). An experimental study of heat transfer during forced air convection. Journal of Materials Engineering and Performance, 20(7), 1264-1270.
 
Yener, D., Ozgener, O., & Ozgener, L. (2017). Prediction of soil temperatures for shallow geothermal applications in Turkey. Renewable and Sustainable Energ Reviews, 70, 71-77.