طراحي مفهومي سامانه هيبريدي كلكتور فتوولتائيك-حرارتي خورشيدي و پمپ حرارتي زمين گرمايي براي تأمين برق، گرمايش و سرمايش يك ساختمان مسكوني با تمركز بر پارامترهاي فني، اقتصادي و زيست محيطي

The conceptual design of the photovoltaic solar thermal collector hybrid system and the ground source heat pump to provide electricity, heating and cooling a residential building focusing on technical, economic and environmental parameters

در اين مقاله با ارائه و مقايسه چهار سامانه تركيبي پمپ حرارتي زمين گرمايي فتوولتائيك-حرارتي خورشيدي با چيدمان‌هاي سري و موازي و تبادل حرارت مستقيم در شهر زاهدان نياز حرارتي شامل تأمين آبگرم مصرفي، گرمايش، سرمايش ساختمان و تأمين بخشي از نياز برق مصرفي تجهيزات و فروش برق مازاد توليدي به شبكه سراسري به عنوان منبع تأمين مالي پروژه و درآمد زايي براي ساكنين صورت پذيرد و در عين حال نياز منطقه از دسترسي به گاز طبيعي برطرف گردد. در گام نخست ميزان انرژي مورد نياز يك خانه مسكوني به نقشه پلان 94 متر مربعي با مصالح متداول ساختماني منطقه براي يك خانواده چهار نفره در نرم افزار ديزاين بيلدر طراحي و نياز حرارتي ساعتي در طي يك سال محاسبه شد. طراحي، مدلسازي و كنترل عملكرد هر سيستم پيشنهادي در نرم افزار پلي سان با استفاده از 25 عدد كلكتور فتوولتائيك-حرارتي خورشيدي با مساحت كل 33/25 متر مربع و تعداد 2 مبدل حرارتي زمين گرمايي عمودي به عمق 100 متر انجام و هر چهار طرح بعد از تأمين انرژي ساختمان، از لحاظ ميزان مصرف انرژي، ضريب عملكرد پمپ حرارتي، ميزان برق توليدي و ميزان دي اكسيد كربن منتشر شده مورد بررسي و مقايسه قرار گرفتند. بيشينه و كمينه مقدار ضريب عملكرد در ميان طرحهاي طراحي شده به ترتيب معادل 4/39 و 3/87 براي سامانه تبادل حرارتي مستقيم و سامانه سري بود. با مقايسه طرح هاي پيشنهادي، طرح بهينه با ميزان برق مصرفي kwh4957 و ميزان برق توليدي kwh10667 در سال معرفي شد. طول مدت بازگشت سرمايه 7 سال برآورد شد. با سامانه طراحي شده ساليانه از انتشار kg7/5089 دي اكسيد كربن جلوگيري خواهد كرد. نتايج نشان دادند كه طرح بهينه پيشنهادي براي اجرا در مناطق جنوب و جنوب شرقي ايران داراي صرفه اقتصادي و زيست محيطي خواهد بود.

This paper attempts to present and compare four solar assisted ground source heat pump combined systems with series and parallel layouts and direct and indirect heat exchange in Zahedan in order to supply part of the electricity demand for equipment and selling surplus electricity to the grid as a source of project financing and revenue generation for residents, moreover, fulfill the region's need for access to natural gas. In the first step, the energy need for a residential building on the 94-square-meter plan with common building materials of the region is designed for a family of four in Design builder software and the hourly heat needed for a year is calculated. Design, modeling and performance control of each proposed system in Polysun software is conducted with utilizing 25 solar photovoltaic-thermal collectors with a total area of 33.25 square meters and 2 vertical geothermal heat exchangers in 100 meters depth. an‎d all four plans are evaluated and compared after supplying energy of the building in terms of the amount of energy consumption, heat pump performance coefficient, the amount of produced electricity and CO2 emissions. The maximum and minimum values of the performance coefficient among the plans for direct heat exchange and series systems are 4.39 and 3.87, respectively , the optimal plan is introduced with 4957 kWh electricity consumption and 10667 kWh electricity production. The period of return on capital is estimated for 7 years. Due to the environmental impacts of fossil fuels and due to environmental assessment, the designed system will prevent 5089/7 kg CO2 emissions annually. The results indicate that the proposed optimal plan for exploiting in the south and southeast of Iran will have economic and environmental benefits.