بررسی عددی و آزمایشگاهی سیستم نوین سرمایش ساختمان مبتنی بر سیکل تبرید تراکمی

نوع مقاله : مقاله علمی

نویسندگان
1 گروه مهندسی مکانیک، دانشگاه فنی و حرفه‌ای، تهران، ایران
2 گروه مهندسی برق، دانشگاه فنی و حرفه‌ای، تهران، ایران
3 گروه مهندسی مکانیک، دانشگاه فنی و حرفه‌ای، تهران ایران.
4 گروه مهندسی مکانیک، دانشگاه فنی و حرفه‌ای، تهران، ایران.
چکیده
امروزه از سیستم‌های سرمایش مختلفی، ازجمله کولر آبی، اسپیلت، هواساز و غیره  جهت سرمایش ساختمان استفاده می‌شود که هرکدام از آن‌ها دارای چندین مزیت و عیب می‌باشد. یکی از مهم‌ترین ایراداتی که می توان برای بسیاری از سیستم‌های سرمایشی نام برد، یک‌نواخت‌نبودن دما در فضاهای ساختمان می‌باشد. مهم‌ترین بخش اتلاف حرارت ساختمان با محیط اطراف، از طریق پنجره‌ها می‌باشد. بر این اساس، در این پژوهش، یک سیستم سرمایش جدید مبتنی بر سیکل تبرید تراکمی پیشنهاد شده و به‌صورت عددی و آزمایشگاهی مورد بررسی قرار گرفته است. ارزیابی آزمایشگاهی این سیستم در محیط کارگاه تهویه‌ی مطبوع و ارزیابی عددی آن در نرم‌افزار دیزاین بیلدر انجام گرفته است. به‌علاوه، این سیستم با سیستم سرمایش اسپلیت مقایسه گردیده است. از مهم‌ترین نتایج به‌دست‌آمده از این پژوهش، می‌توان به توزیع یک‌نواخت دمای محیط و کاهش مصرف انرژی مقایسه با سیستم‌های معمول سرمایش اشاره نمود. در هنگام استفاده از سیستم کویل پنجره‌ای، تفاوت بیشینه و کمینه‌ی دما در بخش وسیعی از اتاق  کمتر  از 1 درجه‌ی سلسیوس اندازه‌گیری شده است. حال آنکه در سیستم اسپلیت، با حرکت از سمت سقف اتاق به سمت کف، دما حدود 2 درجه‌ی سلسیوس تغییر می‌کرد. همچنین این سیستم در مقایسه با سیستم سرمایش اسپلیت حدود 7/6 % انرژی کمتری مصرف نمود.
کلیدواژه‌ها
موضوعات

عنوان مقاله English

Numerical and Experimental study of a new building cooling system based on compression refrigeration cycle

نویسندگان English

Saeed Vahidifar 1
Seyyed Hasan Nabavi 2
Mahdi Zakeri 3
Mohammad Mahdi Naserian 1
Amin Heydarian 4
1 Assistant Professor, Department of Mechanical Engineering, Technical and Vocational University (TVU), Tehran, Iran.
2 Assistant Professor, Department of Electrical Engineering, Technical and Vocational University (TVU), Tehran, Iran.
3 Assistant Professor, Department of Mechanical Engineering, Technical and Vocational University (TVU), Tehran, Iran.
4 Assistant Professor, Department of Mechanical Engineering, Technical and Vocational University (TVU), Tehran, Iran.
چکیده English

Today, various cooling systems such as evaporative cooler, split, air conditioner etc., are used to cool the building, which have a number of advantages and disadvantages. One of the most important disadvantages that can be mentioned for many cooling systems is the non-uniform temperature distribution in the building zones. The most important part of the building’s heat loss is through the windows. Accordingly, in this research, a new cooling system based on compression refrigeration cycle is proposed and examined numerically and experimentally. Experimental evaluation of this system was performed in the air conditioning workshop and its numerical evaluation was performed in Design Builder software. In addition this system was compared with split cooling system. Among the most important results obtained from this research, we can point out the uniform distribution of the indoor air temperature and the reduction of energy consumption compared to the convectional cooling systems. When using a window coil system, the difference between the maximum and minimum temperature in a large part of the room was less than 1 degree Celsius. In the split system, however, the temperature has changed by about 2 degrees Celsius by moving from the ceiling of the room to the floor.  Moreover, energy consumption of the system was 6.7% lower than that of split cooling system.

کلیدواژه‌ها English

Building cooling system
Window coil system
Split system
Experimental evaluation
Numerical evaluation
Uniform temperature distribution
[1] Olivieri L, Tenorio JA, Revuelta D, Navarro L, Cabeza LF. Developing a PCM-enhanced mortar for thermally active precast walls. Construction and Building Materials. 2018 Aug 30;181:638-49.
[2] Devaux P, Farid M. Benefits of PCM Underfloor Heating with PCM Wallboards for Space Heating in Winter. InThermal Energy Storage with Phase Change Materials 2021 Jul 25 (pp. 310-327). CRC Press.
[3] Young BA, Falzone G, Wei Z, Sant G, Pilon L. Reduced-scale experiments to evaluate performance of composite building envelopes containing phase change materials. Construction and Building Materials. 2018 Feb 20;162:584-95.
[4] Akeiber H, Nejat P, Majid MZ, Wahid MA, Jomehzadeh F, Famileh IZ, Calautit JK, Hughes BR, Zaki SA. A review on phase change material (PCM) for sustainable passive cooling in building envelopes. Renewable and Sustainable Energy Reviews. 2016 Jul 1;60:1470-97.
[5] Saffari M, de Gracia A, Ushak S, Cabeza LF. Passive cooling of buildings with phase change materials using whole-building energy simulation tools: A review. Renewable and Sustainable Energy Reviews. 2017 Dec 1;80:1239-55.
[6] Liu C, Zhou Y, Li D, Meng F, Zheng Y, Liu X. Numerical analysis on thermal performance of a PCM-filled double glazing roof. Energy and buildings. 2016 Aug 1;125:267-75.
[7] Du K, Calautit J, Wang Z, Wu Y, Liu H. A review of the applications of phase change materials in cooling, heating and power generation in different temperature ranges. Applied energy. 2018 Jun 15;220:242-73.
[8] Peker M, Kocaman AS, Kara BY. Benefits of transmission switching and energy storage in power systems with high renewable energy penetration. Applied Energy. 2018 Oct 15;228:1182-97.
[9] Kasaeian A, Pourfayaz F, Khodabandeh E, Yan WM. Experimental studies on the applications of PCMs and nano-PCMs in buildings: A critical review. Energy and Buildings. 2017 Nov 1;154:96-112. 
[10] Zhou D, Zhao CY, Tian Y. Review on thermal energy storage with phase change materials (PCMs) in building applications. Applied energy. 2012 Apr 1;92:593-605. 
[12] Maccarini A, Hultmark G, Bergsøe NC, Afshari A. Free cooling potential of a PCM-based heat exchanger coupled with a novel HVAC system for simultaneous heating and cooling of buildings. Sustainable Cities and Society. 2018 Oct 1;42:384-95.
[13] Tyagi VV, Chopra K, Kalidasan B, Chauhan A, Stritih U, Anand S, Pandey AK, Sarı A, Kothari R. Phase change material based advance solar thermal energy storage systems for building heating and cooling applications: A prospective research approach. Sustainable Energy Technologies and Assessments. 2021 Oct 1;47:101318.
[14] Boussaba L, Foufa A, Makhlouf S, Lefebvre G, Royon L. Elaboration and properties of a composite bio-based PCM for an application in building envelopes. Construction and Building Materials. 2018 Oct 10;185:156-65.
[15] Reyez-Araiza JL, Pineda-Piñón J, López-Romero JM, Gasca-Tirado JR, Arroyo Contreras M, Jáuregui Correa JC, Apátiga-Castro LM, Rivera-Muñoz EM, Velazquez-Castillo RR, Pérez Bueno JD, Manzano-Ramirez A. Thermal Energy Storage by the Encapsulation of Phase Change Materials in Building Elements—A Review. Materials. 2021 Jan;14(6):1420.
[16] Uno T, Hokoi S, Ekasiwi SN. Passive Cooling Strategies to Reduce the Energy Consumption of Cooling in Hot and Humid Climates in Indonesia. InSustainable Houses and Living in the Hot-Humid Climates of Asia 2018 (pp. 407-418). Springer, Singapore.
[17] Shahcheraghian A, Ahmadi R, Malekpour A. Utilising latent thermal energy storage in building envelopes to minimise thermal loads and enhance comfort. Journal of Energy Storage. 2021 Jan 1;33:102119.
[18] اشرف‌زاده، زینب و نیک‌پور، منصور، 1397، بررسی تأثیر سایبان در میزان بار سرمایشی و گرمایشی در جبهه های مختلف ساختمان جهت کاهش مصرف انرژی (شهر کرمان )، دومین کنفرانس ملی معماری و شهرسازی.
 [19] Yazdani, H., Pulaei, Z., Asghari, M. Energy analysis of building cooling load using canopies and thermal insulation in three warm, temperate and cold climates of Iran. Journal of Mechanical Engineering. 2018 123: 14-22.
[20] مرکز تحقیقات ساختمان و مسکن، 1399، مبحث 19 مقررات ملی ساختمان.
 [21] Feng M, Bu X, Yang J, Li D, Zhang Z, Dai Y, Zhang X. smart windows based on photonic crystals. Journal of Materials Science. 2020 Jul;55(20):8444-63.
[22] Teixeira H, Gomes MG, Rodrigues AM, Pereira J. Thermal and visual comfort, energy use and environmental performance of glazing systems with solar control films. Building and Environment. 2020 Jan 15;168:106474. 
[23] Martın-Palma, R.J. (2009) “Spectrally selective coatings on glass: solar-control and low-emissivity coatings.” Journal of Nanophotonics, Vol. 3, 030305.
[24] Ragulis P, Ängskog P, Simniškis R, Vallhagen B, Bäckström M, Kancleris Ž. Shielding effectiveness of modern energy-saving glasses and windows. IEEE Transactions on Antennas and Propagation. 2017 Jun 21;65(8):4250-8.
[25] Kiani GI, Olsson LG, Karlsson A, Esselle KP. Transmission of infrared and visible wavelengths through energy-saving glass due to etching of frequency-selective surfaces. IEEE microwaves, antennas & propagation. 2010 Jul 1;4(7):955-61.
[26] Sun K, Tang X, Yang C, Jin D. Preparation and performance of low-emissivity Al-doped ZnO films for energy-saving glass. Ceramics International. 2018 Nov 1;44(16):19597-602.
[27] شاعری جلیل، یعقوبی محمود، وکیلی‌نژاد رزا. تأثیر شیشۀ هوشمند الکتروکرومیک بر بار سرمایش ساختمان‌های اداری در اقلیم گرم و مرطوب، گرم و خشک و سرد ایران. مهندسی و مدیریت انرژی ۱۳۹۹; ۱۰ (۳) :۹۹-۹۰
[28] Catalina T, Virgone J, Kuznik F. Evaluation of thermal comfort using combined CFD and experimentation study in a test room equipped with a cooling ceiling. Building and environment. 2009 Aug 1;44(8):1740-50.
[29] Ning B, Chen Y, Liu H, Zhang S. Cooling capacity improvement for a radiant ceiling panel with uniform surface temperature distribution. Building and Environment. 2016 Jun 1;102:64-72.
[30] Jazizadeh F, Ghahramani A, Becerik-Gerber B, Kichkaylo T, Orosz M. User-led decentralized thermal comfort driven HVAC operations for improved efficiency in office buildings. Energy and Buildings. 2014 Feb 1;70:398-410.
[31] Zhang, S., Cheng, Y., Fang, Z., Huan, C. and Lin, Z., (2017). “Optimization of room air temperature in stratum-ventilated rooms for both thermal comfort and energy saving”. Applied Energy, 204, pp.420-431.

  • تاریخ دریافت 16 آبان 1401
  • تاریخ بازنگری 24 آذر 1401
  • تاریخ پذیرش 27 دی 1401
  • تاریخ اولین انتشار 01 اسفند 1401
  • تاریخ انتشار 01 اسفند 1401