شبیه سازی سه بعدی عملکرد سه سیستم هیبریدی پمپ حرارتی زمین گرمایی-خورشیدی طی ۲۰ سال

پمپ های حرارتی زمین گرمایی به دلیل بازده انرژی بالا و کاهش قابل توجه مصرف برق نسبت به سامانه های گرمایشی الکتریکی متداول، از فناوری های کارآمد تامین گرمایش ساختمان به شمار می روند. با این حال، هزینه اولیه زیاد ناشی از حفاری مبدل های حرارتی زمین گرمایی و افت تدریجی دمای زمین در طول سال های بهره برداری، که منجر به کاهش ضریب عملکرد سیستم می شود، از مهم ترین چالش های این فناوری هستند. ترکیب انرژی خورشیدی با سامانه های زمین گرمایی می تواند راهکاری موثر برای کاهش این مشکلات باشد، اما عدم هم زمانی پیک بار گرمایشی ساختمان و پیک تولید انرژی خورشیدی، کارایی بسیاری از سامانه های هیبریدی متداول را محدود می کند. در این پژوهش، عملکرد سه نوع مختلف از سیستم های پمپ حرارتی زمین گرمایی–خورشیدی برای یک ساختمان مسکونی واقعی طی دوره ای ۲۰ ساله مورد ارزیابی عددی قرار گرفته است. بدین منظور، یک مدل عددی سه بعدی و گذرا در محیط فرترن توسعه داده شده که انتقال حرارت در مبدل حرارتی زمین گرمایی، لوله ها، مخزن ذخیره حاوی ماده تغییر فاز، پمپ حرارتی و محیط زمین را به صورت هم زمان شبیه سازی می کند. نتایج نشان می دهد سیستمی که در آن انرژی خورشیدی به صورت مستقیم به سیال ورودی پمپ حرارتی تزریق شده و مازاد آن به زمین منتقل می شود، موجب افزایش قابل توجه دمای سیال ورودی به پمپ حرارتی می گردد. این امر منجر به کاهش طول موردنیاز مبدل حرارتی زمین گرمایی بین ۳۵ تا ۵۵ درصد و همچنین کاهش مصرف سالانه برق تا حدود ۶ درصد نسبت به سایر سیستم های متداول می شود.

کلیدواژه ها:

پمپ حرارتی زمین گرمایی ، انرژی خورشیدی ، شبیه سازی عددی سه بعدی ، مواد تغییر فاز