ارائه‌کننده: سیاوش منیعی

استاد راهنما: دکتر مهدی معرفت

استاد مشاور: دکتر مصطفی محمودی

استاد ناظر داخلی اول: دکتر رضا مداحیان

استاد ناظر داخلی دوم: دکتر محمد ضابطیان طرقی

استاد ناظر خارجی اول: دکتر سید علیرضا ذوالفقاری

استاد ناظر خارجی دوم: دکتر جاماسب پیرکندی

تاریخ: ۱۴۰۴/۱۱/۱۴ 

ساعت: ۱۰ 

مکان: دانشکده مکانیک ، اتاق 154

چکیده:

این پژوهش به ارائه شبیه‌سازی گذرای یک گلخانه یکپارچه با سامانه ترکیبی فتوولتائیک-حرارتی (PV/T) و مبدل حرارتی هوا-زمین (EAHE) در شرایط اقلیمی شهر تهران می‌پردازد. هدف اصلی این تحقیق ارائه یک رویکرد جدید در مدلسازی سامانه هیبریدی PV/T-EAHE افزوده شده به تجهیزات مرسوم گلخانه های سنتی بوده تا تأثیر عملکرد هم‌زمان سامانه نوین پیشنهادی به زیرساخت انرژی گلخانه‌های مرسوم از منظر کاهش تقاضای بارهای حرارتی-برودتی و الکتریکی مورد ارزیابی قرار گیرد. شبیه‌سازی‌ شبکه با استفاده از نرم‌افزار TRNSYS انجام شده به‌گونه‌ای که پانل‌های PV/T بر روی سقف جنوبی گلخانه نصب گردیدند و سامانه EAHE در زیر سطح کشت جانمایی شده تا با ملاحظات طراحی علم کشاورزی خورشیدی (Agrivoltaic) سازگار باشد. به منظور تحلیل جامع نتایج، دو هندسه نمونه شامل گلخانه آزمایشگاهی (مقیاس کوچک با سطح زیربنای 24 مترمربع) و گلخانه تجاری (با سطح زیربنای 320 مترمربع) مورد آنالیز قرار گرفت و نهایتا نتایج هر هندسه گزارش گردید. برای هر یک از هندسه های نمونه، تغییرات زمانی پارامترهای حرارتی و ترمودینامیکی شامل دمای هوا، رطوبت نسبی، غلظت دی‌اکسیدکربن و تبخیر و تعرق گیاه برای دو روز شاخص ۱۲ ژانویه (سردترین روز) و ۱ ژوئیه (گرم‌ترین روز) تحت چهار پیکربندی مختلف شامل گلخانه مبنا (سنتی)، گلخانه مجهز به PV/T، سامانه EAHE و پیکربندی کاملاً هیبریدی PV/T–EAHE مورد تحلیل قرار گرفت.

پس از استخراج حدکثر بار سرمایشی و گرمایشی در سناریوهای مختلف، مقادیر مربوطه با یکدیگر مقایسه گردید و درصد کاهش مصرف آب و انرژی گزارش شد. نتایج نشان می‌دهد که در پیکربندی هیبریدی، تقاضای بار حرارتی و برودتی نسبت به حالت مبنا به‌ترتیب برای گلخانه آزمایشگاهی در حدود ۱۹٫۶٪ و ۱5٫9٪ و گلخانه تجاری در حدود 23٫4٪ و 16٫۹٪ کاهش می‌یابد. بررسی شرایط عملکرد سامانه هیبریدی بیانگر آن است که عملکرد پانل PV/T در کاهش تقاضای بار در فصل تابستان نسبت به فصل زمستان مطلوبتر بوده، در صورتی که برای مبدل حرارتی EAHE برعکس است. اما با نصب و عملکرد همزمان هر دو سامانه، بار طراحی سرمایشی و گرمایشی بطور میانگین 18 و 20 درصد به ترتیب برای گلخانه آزمایشگاهی و تجاری کاهش می یابد. از سوی دیگر، بررسی میزان آب مصرفی روزانه ناشی از کولر تبخیری و تعرق گیاه در گلخانه های آزمایشگاهی و تجاری به ترتیب کاهش حدود 17 و 23 درصد برای سامانه هیبریدی نسبت به حالت مبنا نشان می دهد. همچنین مصرف روزانه خالص انرژی الکتریکی مربوط به فن‌های سامانه نسبت به گلخانه متداول ۴4٪ کاهش می‌یابد. این نتایج، امکان‌سنجی فنی و پتانسیل بالای صرفه‌جویی انرژی ناشی از ادغام سامانه‌های PV/T و EAHE در کاربردهای گلخانه‌ای واقع در اقلیم نیمه‌خشک را تأیید می‌کند. افزون بر این، اعتبارسنجی مدل در مقایسه با روابط تحلیلی و داده‌های تجربی، تطابق مناسبی را نشان می‌دهد؛ به‌طوری‌که مقادیر خطای نسبی بارهای حرارتی و برودتی مدل در مقایسه با روابط تحلیلی میانگین خطای حدود 4 درصد را نشان داده، و از سوی دیگر محاسبه RMSE تغییرات دمای هوای داخل گلخانه در تابستان و زمستان با داده های تجربی بیانگر خطای ۱٫۶۳ تا ۱٫۸۳ درجه سانتی‌گراد و ضرایب تعیین (R²) در محدوده ۰٫۹۱ تا ۰٫۹۶ می باشد.