فهرست مطالب

فصلنامه مهندسی و مدیریت انرژی
سال ششم شماره 2 (پیاپی 20، تابستان 1395)

  • تاریخ انتشار: 1395/06/27
  • تعداد عناوین: 6
|
  • محمدحسین رفان، عادل دمشقی، مهرنوش کمرزرین صفحات 2-11
    برای استفاده مناسب و کارآمد از انرژی باد، پیش بینی سرعت باد بسیار مهم است. باد یکی از منابع اصلی انرژی در جهان است، اما توربین های بادی دارای عدم قابلیت اطمینان، پیوستگی و یکنواختی در تولید توان هستند. از طرفی تغییرات ناگهانی سرعت باد موجب به خطر افتادن سلامتی واحدهای توربین باد می شود؛ ازاین رو پیشگویی سرعت باد برای نگهداری توربین و همچنین برنامه ریزی برای توان تولیدی اهمیت فراوانی دارد. این مقاله یک روش جدید برای پیشگویی سرعت باد ارائه می دهد. این روش براساس ترکیبی از الگوریتم ژنتیک و شبکه عصبی است. اطلاعات گذشته سرعت باد به عنوان ورودی مدل برای پیشگویی با گام بلند (چندروزه) سرعت باد استفاده می شوند. عملکرد روش ارائه شده براساس اطلاعات واقعی جمع آوری شده از مزرعه بادی کهک شرکت مپنا مورد سنجش قرار گرفته است. نتایج شبیه سازی دقت مدل پیشنهادشده را در پیشگویی سرعت باد نشان دادند. دقت مدل پیشگویی براساس معیارRMSE (Root Mean Squared Error) ، 96/0 متر بر ثانیه به دست آمد. نتایج حاصل از روش RNNGA (Recurrent Neural Network Genetic Algorithm) با روش های برخی مراجع مقایسه شد که این مدل با اطلاعات ورودی کمتر (سرعت باد)، دقت مشابه یا بهتر داشته است.
    کلیدواژگان: شبکه عصبی بازگشتی، الگوریتم ژنتیک، سرعت باد
  • جمال خداکرمی، پریسا قبادی صفحات 12-23
    ساختمان های اداری در مقایسه با انواع دیگر کاربری ها بزرگ ترین مصرف کننده انرژی در بخش ساختمان اند؛ ازاین رو با ارائه راهکارهای بهینه سازی مصرف انرژی، ارتقای کارایی و اصلاح الگوی بهره برداری می توان با کاهش میزان انرژی مصرفی، آسایش مورد نظر را فراهم کرد. در این پژوهش با کمک نرم افزارهای شبیه سازی Designbuilder و دینامیک سیالات محاسباتی(CFD) و دستگاه های ثبت اطلاعات، پارامترهای کیفیت محیط داخل (دما، رطوبت و فشار هوا) و میزان انرژی مورد نیاز در یک ساختمان هوشمند محاسبه و بررسی شد. هدف اولیه مطالعه ارائه راهکارهای ساده و عملی، کاهش مصرف انرژی و ایجاد شرایط آسایش کارکنان در یک ساختمان اداری بلندمرتبه پانزده طبقه در شهر تهران است. مطالعه، سپس راه های عملی و ساده کاهش مصرف انرژی را در چنین ساختمانی بررسی می کند. یافته های شبیه سازی نشان داد که با انجام برنامه ریزی مناسب در زمینه مصرف و مدیریت انرژی در ساختمان های اداری هوشمند، امکان کاهش بیش از 35 تا 40درصد مصرف انرژی سالانه وجود داشته و بیشترین میزان صرفه جویی در بخش های سرمایش و روشنایی است.
    کلیدواژگان: بهینه سازی مصرف انرژی، ساختمان های اداری، ممیزی انرژی، شبیه سازی انرژی، CFD، Designbuilder
  • ابراهیم افشاری، حامد افشاری، مهدی مشرف دهکردی، سیدعلی اطیابی، محمود عدمی صفحات 24-35
    شکل و هندسه میدان جریان تاثیر مستقیمی بر انتقال واکنشگرها به سمت لایه کاتالیست و متعاقبا عملکرد پیل سوختی غشاپلیمری دارد؛ ازاین رو ارائه یک میدان جریان مناسب ضروری است. در پژوهش حاضر، یک طرح جدید پیل سوختی غشاپلیمری با میدان جریان پینی لوبیا شکل به منظور کاهش نواحی کم فشار، افزایش میزان نرخ انتقال اکسیژن به لایه کاتالیست، بالا بردن دانسیته جریان و درنهایت، بهبود عملکرد پیل ارائه شده است. برای بررسی عملکرد میدان جریان پیشنهادی، این پیل با استفاده از دینامیک سیالات محاسباتی و دیدگاه تک دامنه ای شبیه سازی شده و عملکرد آن با یک پیل سوختی ساده با کانال های جریان موازی مقایسه شده است. هندسه و شرایط کاری هر دو پیل سوختی یکسان در نظر گرفته شده است. نتایج عددی کار حاضر نشان می دهد به واسطه وجود پین ها، نرخ انتقال اکسیژن به لایه پخش گاز و لایه کاتالیست کاتد افزایش پیدا می کند و باعث افزایش نرخ واکنش های الکتروشیمیایی و به تبع آن، دانسیته جریان پیل می شود. در مقایسه با پیل کانال های ساده، پیل سوختی پیشنهادی به واسطه افزایش دانسیته جریان و به خصوص در دانسیته های جریان بالا عملکرد بهتری دارد. با این وجود، در پیل سوختی با میدان جریان پینی افت فشار بالاتر و توزیع نایکنواخت تر دانسیته جریان مشاهده می شود.
    کلیدواژگان: پیل سوختی غشاپلیمری، میدان جریان پینی، انتقال اکسیژن، دینامیک سیالات محاسباتی
  • عبدالله شفیعیان، روناک دقیق صفحات 36-45
    در این مطالعه یک سیستم تجربی ، شامل کلکتور خورشیدی تحت خلا دارای لوله های حرارتی ، ساخته شده و در شرایط آب وهوایی شهر سنندج در روز های 21 مرداد، 30 مرداد و 7 شهریور مورد آزمایش قرار گرفته است. سپس یک مدل ریاضی براساس معادلات انرژی و اگزرژی توسعه داده شده و نتایج حاصل با نتایج تجربی مقایسه شده است. از نتایج به دست آمده مشخص گردید که تعداد بهینه لوله تحت خلا در شرایط آب وهوایی شهر سنندج برابر 15 عدد است. در ساعات پایانی روز، بازدهی اگزرژی مقادیر بالاتری در این محدوده زمانی به خود اختصاص داده است. تاثیر نرخ حجمی سیال بر دمای خروجی آن در ابتدای روز کم بوده و به تدریج این تاثیر بیشتر می گردد. همچنین تغییر نرخ حجمی در مقادیر پایین تاثیر بیشتری بر عملکرد کلکتور دارد. با افزایش نرخ حجمی این تاثیر به تدریج کاهش می یابد.در پایان نتایج حاصل از مدل توسعه داده شده به منظور پیش بینی عملکرد کلکتور تحت خلا دارای لوله حرارتی با نتایج تجربی مقایسه و هم خوانی خوبی میان این دو از نظر خطای استاندارد و بیشینه خطای نسبی مشاهده شده است.
    کلیدواژگان: کلکتور تحت خلا، لوله حرارتی، انرژی، اگزرژی
  • فریده یزدانی فرد، مهران عامری، احسان ابراهیم نیا بجستان صفحات 46-59
    سیستم فتوولتاییک/حرارتی ترکیبی از فناوری فتوولتاییک و فناوری حرارتی خورشیدی است که به وسیله آن، انرژی الکتریکی و حرارتی به طور هم زمان تولید می شود. در این تحقیق، یک سیستم فتوولتاییک/حرارتی صفحه تخت آبی در دو حالت با پوشش شیشه ای و بدون آن مدل سازی شده و کارایی سیستم فتوولتاییک/حرارتی از دیدگاه انرژی و اگزرژی به صورت عددی مورد مطالعه قرار گرفته است. تاثیر چهار متغیر تابش خورشید، دمای محیط، دبی جرمی و ضریب فشردگی بر راندمان انرژی و اگزرژی بررسی شده است. مدل پیشنهادشده با استفاده از نتایج آزمایشگاهی موجود اعتبارسنجی و تطابق مناسبی بین نتایج مشاهده شده است. براساس نتایج به دست آمده بازده انرژی سیستم فتوولتاییک/حرارتی با پوشش شیشه ای همواره بیشتر از سیستم بدون پوشش شیشه ای است؛ اما بازده اگزرژی سیستم با پوشش شیشه ای در بیشتر موارد از سیستم بدون پوشش شیشه ای کمتر است. افزایش تابش و ضریب فشردگی سبب افزایش بازده انرژی و بازده اگزرژی می شود، اما افزایش دمای محیط سبب افزایش بازده انرژی و کاهش بازده اگزرژی می گردد. همچنین یک دبی جرمی بهینه وجود دارد که به ازای آن، بازده اگزرژی ماکزیمم می شود. این دبی بهینه برای سیستم بدون پوشش شیشه ای بیشتر از سیستم با پوشش شیشه ای به دست می آید.
    کلیدواژگان: فتوولتاییک، حرارتی، فتوولتاییک، پوشش شیشه ای، بازده انرژی، بازده اگزرژی
  • هادی غائبی، هادی رستم زاده، محمد عبادالهی صفحات 60-73
    بحران کمبود انرژی یکی از اساسی ترین چالش های جوامع بشری است و در این میان یافتن راهی برای استفاده بهینه از منابع انرژی واحد و تولید همزمان می تواند به حفظ منابع انرژی و توسعه پایدار جوامع بشری بینجامد. در این مقاله، با به کارگیری ترکیب دو سیکل تبرید اجکتوری و سیکل رانکین آلی ((ORC، علاوه بر تولید توان از سیکل رانکین آلی، از گرمای اتلافی در کندانسور این سیکل، برای تولید سرمایش در سیکل تبرید اجکتوری استفاده شده است. در واقع کندانسور سیکل رانکین آلی به عنوان تبخیرکننده سیکل تبرید اجکتوری عمل می کند. سیال عامل مورداستفاده در سیکل تبرید اجکتوری ایزوبوتان بوده و برای سیکل ORC سیالات عامل مختلف R113، R141b، R11، R123، R245fa، R114 و ایزوبوتان استفاده شده است. بیشترین کارایی سیکل ترکیبی مربوط به حالتی است که ترکیب ایزوبوتان وR113 به ترتیب برای سیکل تبرید اجکتوری و سیکل ORC استفاده شوند. در این حالت، بازده سیکل ORC، بازده کل سیکل ترکیبی و ضریب عملکرد سیکل تبرید به ترتیب 97/19، 69/34 و 83/36درصد بودند. علاوه بر تحلیل انرژی، از دیدگاه تحلیل اگزرژی نیز ترکیب استفاده از R113 به همراه ایزوبوتان با دارا بودن بازده اگزرژی53/52 درصد مناسب است. همچنین مطالعه پارامتریکی جهت بررسی اثر پارامترهای عملکردی سیکل ترکیبی بر روی کارایی سیکل نیز انجام شده است.
    کلیدواژگان: سیکل رانکین آلی، سیکل تبرید اجکتوری، تولید همزمان، تحلیل انرژی، تحلیل اگزرژی
|
  • Mohammad Hossein Refan, Adel Dameshghi, Mehrnoosh Kamarzarrin Pages 2-11
    For proper and efficient utilization of wind power, the prediction of wind speed is very important. Wind is one of the main sources of energy in the world, but the wind turbines have a lack of reliability, continuity and homogeneity in power production. On the other hand, sudden changes of wind speed, lead to risk for wind turbine units health. Therefore, the prediction of wind speed for turbine maintenance and planning for production is very important. This paper provides a new method for predicting the wind speed. The technique is based on combining genetic algorithm and neural network. The previous wind speed information is used as inputs to Long-Step prediction (multi-day) of the wind speed. The proposed method was tested based on actual data collected from the MAPNA Co wind farm. Simulation results show the accuracy of the proposed model in predicting the wind speed. The accuracy of prediction models, based on root mean squared error (RMSE), is 0.96 meters per second. The results of the recurrent neural network genetic algorithm (RNNGA) method were compared with some reference methods which this model with less input data (wind speed), has the same or better accuracy.
    Keywords: RNNGA, Genetic Algorithm(GA), Wind speed
  • Jamal Khodakarami, Parisa Ghobadi Pages 12-23
    Office buildings in the construction sector are the largest consumer of energy. So providing solutions for energy efficiency, improving performance and correcting the operation pattern can reduce energy consumption and improve occupants comfort in these buildings. Using Design builder and CFD simulation software and recording devices, the study has analyzed the environment quality parameters (temperature, humidity and air pressure) to calculate the amount of energy required in a smart building. First the current state of the environment is evaluated. In the next steps the building energy bills analyzed, also simulation and calculation of building loads and ultimately provide solutions to energy audits and energy efficiency of buildings have been discussed. The objective of this study is to review ways to reduce energy consumption in such buildings. The simulation in this study shows that with proper planning and management of energy consumption in intelligent office buildings, there is a possibility of reducing more than 35 to 40% of annual energy consumption. However the most of the savings are in the cooling and lighting sectors in such buildings.
    Keywords: Energy efficiency, Office buildings, Energy audit, Thermal simulation, CFD, Design builder
  • E. Afshari, H. Afshari, M. Mosharaf, A. Atyabi, M. Adami Pages 24-35
    The shape and geometry of the flow field have considerable effects on the transfer rate of the reactants toward the catalyst layer and consequently the performance of the polymer electrolyte membrane (PEM) fuel cell. In this study, a novel PEM fuel cell with pin-type flow field is proposed in order to reduce the wake regions, increase the oxygen transfer rate into the catalyst layer and the current density, and finally improve the fuel cell performance. To assess the performance of the proposed fuel cell, it is numerically simulated based on the computational fluid dynamics and the single-domain approaches and compared with that of a PEM fuel cell with parallel channels for the same geometry and operating conditions. The numerical results show that oxygen transfer rate into the gas diffusion layer and cathode catalyst layer is increased due to the existence of the pins in the proposed flow field. Comparing with the parallel channels, the pin-type fuel cell has an improved performance as the current density is increased, especially for high current density value. However, the pin-type fuel cell exhibits a higher pressure drop and non-uniform distribution of the current density.
    Keywords: Polymer membrane fuel cell, Pin, type flow field, Oxygen transport, Computational fluid dynamics
  • Abdellah Shafieian, Roonak Daghigh Pages 36-45
    In this study, an experimental system that includes evacuated tube heat pipe solar collector, is constructed and tested under weather conditions of Sanandaj in 21 August, 30 August and 7 September. Then a mathematical model, based on energy and exergy balance equations have been developed and the theoretical results were compared with experimental ones. The obtained results showed that the optimum number of vacuum tubes in weather conditions of Sanandaj is equal to 15. In the final hours of the day exergic efficiency is high. The effect of collector fluid mass rate on its efficiency is little at the beginning hours of the day and gradually increases over time. Also, the effect of this parameter is much more in lower values. Finally, the results of mathematical model developed to simulate the performance of evacuated tube heat pipe solar collector were compared experimental results and a good agreement was observed in terms of standard error and maximum relative error.
    Keywords: Evacuated tube collector, Heat pipe, Energy, Exergy
  • Farideh Yazdanifard, Mehran Ameri, Ehsan Ebrahimnia Bajestan Pages 46-59
    Photovoltaic/thermal (PV/T) systems are a hybrid of solar collectors and photovoltaic panels which convert radiant energy into both electricity and heat. The objective of this work is to simulate a water-based flat plate photovoltaic/thermal collector with glass cover and without it and investigate the influence of four parameters of solar irradiation, packing factor, ambient temperature and mass flow rate on the performance of this system. The accuracy of the model has been validated with the available data in the literature where good agreement between the results has been achieved. The results showed that energy efficiency of the glazed photovoltaic/thermal collector is higher than unglazed one and its exergy efficiency is lower. Results also showed that increasing solar irradiation and packing factor lead to increase in energy and exergy efficiencies while increasing ambient temperature leads to an increase in energy efficiency and decrease in exergy efficiency. Moreover, it was found that there is an optimum mass flow rate to maximize exergy efficiency. The value of the optimum mass flow rate is larger in the case of the unglazed system compared to that of glazed one.
    Keywords: Photovoltaic, thermal, Photovoltaic, Glass cover, Energy efficiency, Exergy efficiency
  • H. Ghaebi, H. Rostamzade, M. Ebadolahi Pages 60-73
    Energy shortage is one of the fundamental challenges of human beings in which finding a new way for optimum utilization of unique energy resources and cogeneration can be terminated to the reservation of energy or cogeneration purposes. In this paper, by using the combined Ejector Refrigeration Cycle (ERC) and Organic Rankine Cycle (ORC), in addition to producing power from Organic Rankine Cycle, we will use the waste heat recovery of condenser in the ORC for the purposes of generating cooling capacity in the ERC. Actually, the condenser of the ORC works as the evaporator of the ERC. We have considered isobutane as a working fluid of ERC and also R113, R141b, R11, R123, R245fa, R114, and isobutane as working fluids of ORC. The maximum Combined Cycle Performance is obtained when we would use isobutane and R113 as working fluids in ERC and ORC, respectively. In this case, ORC Efficiency, Combined Cycle Efficiency, and Cycle Coefficient of performance will be 19.97%, 34.69% and 0.3683, respectively.In addition to energetic analysis’ point of view, from the exergetic analysis’ one, the combined usage of R113 and isobutene by having the highest efficiency of 52.53% is an appropriate working fluids, too. Also a parametric analysis is performed for the cycle performances, based on the operational parameters of combined cycle.
    Keywords: Organic rankine cycle (ORC), Ejector refrigeration cycle (ERC), Cogeneration, Energetic analysis, Exergetic analysis