بررسي تحليلي سرمايش مستقيم زميني با استفاده مخزن ذخيره زميني در شرايط آب‌ و هوايي شهر تبريز

Analytical Study of Direct Cooling System Using Underground Energy Storage Tank in Climatic Condition of Tabriz City

در اين مقاله استفاده از يك مخزن ذخيره زميني كروي به‌عنوان چاه حرارتي ساختمان با كاربري مسكوني و اداري در شرايط آب‌وهواي شهر تبريز موردبررسي قرارگرفته است. براي بررسي انتقال حرارت تبادل يافته بين سيال داخل مخزن ذخيره و خاك اطراف آن‌، يك مدل تحليلي جديدي ارائه‌شده است. به‌طوري‌كه در داخل مخزن معادله حاكم انتقال حرارت از روابط مقاومت ظرفيت به‌دست‌آمده و در خارج از مخزن معادله انتقال حرارت هدايتي گذرا در مختصات كروي و در راستاي شعاعي در نظر گرفته‌شده است. ساختمان نمونه در نرم‌افزار انرژي پلاس و مخزن ذخيره زميني در نرم‌افزار متلب شبيه‌سازي‌شده‌اند. درنهايت اين دو به هم كوپل شده‌اند و عملكرد سيستم سرمايش زميني موردبررسي قرارگرفته است. نتايج نشان مي‌دهد ابعاد مخزن ذخيره كروي تأثير بسزايي در تأمين آسايش اتاق دارد. به‌طوري‌كه براي يك ساختمان نمونه يك قطر بهينه مخزن ذخيره كروي وجود دارد كه در آن ساعات عدم آسايش، كمينه است. با كمتر شدن قطر مخزن از قطر بهينه ساعات عدم آسايش به‌شدت افزايش مي‌يابد. همچنين در قطر‌‌‌هاي بيشتر از قطر بهينه ساعات عدم آسايش به مقدار ناچيزي افزايش مي‌يابد. همچنين در ساختمان با كاربري اداري قطر بهينه كمتر از ساختمان با كاربري مسكوني است.

In this paper, use of the spherical ground storage tank as a heat sink for cooling of the residential and office buildings in the climatic condition of Tabriz city is studied. For computing the heat transferred between the underground storage tank and the soil around it a new analytical solution is presented. Inside the storage tank, the analogy between thermal and electrical conduction is used for deriving heat balance equations. In ground around the storage tank, the transient conduction heat transfer equation in spherical coordinates is considered. The Sample building envelope is simulated in Energy Plus and the storage tank and fan coil are simulated in Matlab software. Finally the building and the underground storage tank is linked together and the performance of the direct cooling system is investigated. Results show that the dimension of the storage tank has significant effect on the comfort condition of the building. The optimum diameter is 3.5m and 3.0m for residential and office building. By decreasing the storage tank optimum diameter the discomfort hours increase significantly. Using storage tank with larger diameters than optimum diameter the discomfort hours increase very slightly. Also, results show that the optimum diameter for office building is lower than the residential building.