بررسی کارایی مبدل حرارتی مارپیچ اسپرال زمین-هوا در تامین بار حرارتی و برودتی ساختمان

Abstract

استفاده از سوخت‌های فسیلی جهت تامین انرژی موردنیاز ساختمان‌ها با محدودیت‌های بسیاری از جمله کاهش منابع و اثرات مخرب زیست محیطی همراه است و استفاده از منابع رایگان و تجدید پذیر انرژی برای تأمین بار حرارتی موردنیاز ساختمان‌ها مورد توجه می‌باشد. یکی از منابع انرژی رایگان، پاک و تجدیدپذیر انرژی موجود در لایه‌های زیر زمین است. اگرچه دمای خاک در لایه های سطحی ممکن است تحت تأثیر دمای محیط قرار گیرد، ولی دما در طول سال در اعماق زیرین سطح زمین تقریباً ثابت است؛ و در تابستان دمای زیر زمین کمتر و در زمستان بیشتر از دمای هوای محیط است. این پتانسیل می‌تواند برای سرمایش و گرمایش ساختمان‌ها مورد استفاده قرار گیرد. در این تحقیق بناست به بررسی نوع مارپیچ اسپیرال از مبدل حرارتی زمین-هوا پرداخته و عملکرد آن در شهر تهران ارزیابی گردد. شبیه‌سازی عددی با استفاده از نرم افزار انسیس-فلوئنت به صورت سه بعدی در حالت پایدار انجام شده است. این سیستم در دو حالت گرمایشی و سرمایشی شبیه سازی شده و نتایج به صورت افزایش و یا کاهش دمای هوای ورودی بیان می‌گردند. تاثیر عواملی مانند عمق دفن شده مبدل حرارتی در خاک، سرعت و دمای هوای ورودی بر روی دمای هوای خروجی و میزان بار حرارتی مبادله شده مبدل حرارتی با زمین بررسی می‌گردد. در حالیکه افزایش عمق دفن مبدل باعث افزایش انتقال حرارت می‌گردد، افزایش سرعت ورودی سبب کاهش تبادل حرارت زمین و هوا می‌شود. بررسی‌ها نشان می‌دهد مبدل حرارتی اسپیرال می‌تواند تا 15 درجه دمای هوای ورودی به ساختمان را در زمستان افزایش دهد.