فهرست مطالب

نشریه انرژی ایران
سال بیست و سوم شماره 1 (پیاپی 86، بهار 1399)

  • تاریخ انتشار: 1399/09/03
  • تعداد عناوین: 7
|
  • رضا فتاحی*، یونس نورالهی صفحات 7-23

    سهم مصرف انرژی الکتریکی تصفیه خانه های فاضلاب جهان در حدود 3% از کل مصرف انرژی جهان و نیز سهم مصرف انرژی واحد هوادهی بیورآکتور تصفیه خانه فاضلاب لجن فعال در حدود 55% از کل مصرف تاسیسات می باشد، بر این اساس کاهش در سهم مصرف انرژی سیستم هوادهی می تواند اقدام موثری در کنترل میزان مصرف انرژی و هزینه های مرتبط با آن باشد. بهبود در مصرف انرژی بیورآکتور لجن فعال تصفیه خانه فاضلاب از طریق استقرار سیستم مدیریت مصرف انرژی میسر می شود. در این مقاله با بکارگیری مدل نرم افزاری مبتنی بر روابط فرآیندی تصفیه فاضلاب و روابط ترمودینامیکی، طراحی سیستم مدیریت مصرف انرژی در بیورآکتور تصفیه خانه فاضلاب لجن فعال انجام شده و یک نمونه مطالعاتی  مورد بررسی قرار می گیرد. در این نمونه مطالعاتی استقرار سیستم مدیریت انرژی منجر به ارتقای مقدار شاخص راندمان اکسیژن دهی استاندارد سیستم هوادهی از 1/37 kgO2/kWh.  تا حدود 2/5kgO2/kWh  می گردد. مطابق نتایج حاصل از بررسی نمونه مطالعاتی در صورت استقرار سیستم مدیریت انرژی در تصفیه خانه های فاضلاب کشور به عنوان یک روش موثر، پتانسیل کاهش مصرف انرژی در حدود 37 میلیون کیلووات ساعت سالیانه معادل12 صرفه جویی میلیون متر مکعب در مصرف گاز طبیعی و عدم انتشار 9400 تن گاز گلخانه ای دور از دسترس نیست.

    کلیدواژگان: تصفیه خانه فاضلاب لجن فعال، سیستم مدیریت مصرف انرژی، بیورآکتور لجن فعال، راندمان اکسیژن دهی استاندارد (SAE)
  • ریحانه سادات حافظی فرد، جمال زارع پور احمدآبادی*، الهام عباسی هرفته صفحات 25-45

    باتوجه به افزایش جمعیت و اینکه منابع انرژی رو به کاهش است، در این تحقیق به مطالعه انرژی مصرفی خانگی پرداخته شده است. هدف از این پژوهش پیش بینی عوامل موثر بر انرژی مصرفی خانگی می باشد. برای این پیش بینی از سه الگوریتم قواعدM5 ، نزدیک ترین همسایه و  جنگل تصادفی استفاده شده است که در نرم افزار  weka  موجود می باشد. در این پژوهش از الگوریتم ارزیابی همبستگی ویژگی ها برای انتخاب بهترین عوامل نیز استفاده شده است. این الگوریتم مهمترین عوامل موثر بر انرژی مصرفی و میزان تاثیر آنها را مشخص می کند. نتایج حاصل از این بررسی نشان می دهد که چراغ ها و وسایل روشنایی، درجه حرارت و دما در اتاق نشیمن، درجه حرارت و دما در خارج از ساختمان، درجه حرارت و دما در خارج از ایستگاه هواشناسی چیورس،  سرعت وزیدن باد، رطوبت در منطقه آشپزخانه و درجه حرارت و دما در محل لباسشویی بیشترین تاثیر را در مصرف انرژی خانگی دارد. همچنین از بین الگوریتم های آزموده شده،  جنگل تصادفی بهترین نتیجه را به دست می دهد.

    کلیدواژگان: انرژی مصرفی خانگی، الگوریتم M5Rules، الگوریتم نزدیکترین همسایه، الگوریتم جنگل تصادفی، ارزیابی همبستگی ویژگی ها، وسایل روشنایی، دما، ایستگاه هواشناسی چیورس
  • مجید خزعلی، اشکان عبدالی سوسن* صفحات 47-82

    با افزایش استفاده از سیستم های انرژی تجدیدپذیر و متغیر بودن دسترسی به این نوع انرژی، جهت پایداری سیستم نیاز به سیستم های ذخیره سازی انرژی است. در این میان، سیستم های ذخیره سازی انرژی با خصوصیات و کاربردهای مختلفی وجود دارد که سیستم ذخیره سازی انرژی هوای فشرده یکی از آن ها است. در مقاله حاضر، جدیدترین پژوهش ها وسیستم های نوین در زمینه ذخیره سازی انرژی برپایه فشرده سازی هوا و خصوصیات آن ها با طبقه بندی و مقایسه فرایندهای این سیستم ها، مورد بررسی قرار گرفت. وجه مشترک همه این سیستم ها استفاده از هوای فشرده، یا به بیان بهتر سیال تراکم پذیر، برای ذخیره سازی انرژی به صورت پتانسیل مکانیکی است. از نظر نحوه ذخیره شدن هوا می توان این سیستم ها را به سه دسته هم حجم، هم فشار و مایع سازی تقسیم کرد. با توجه به پیچیدگی های متعدد سیستم های مورد بررسی در مقاله حاضر، آن ها به دو دسته اصلی ذخیره سازی انرژی هوای فشرده به همراه ذخیره سازی حرارتی و سیستم های نوین و ترکیبی تقسیم بندی شدند. رشد و توسعه سیستم های ذخیره سازی انرژی هوای فشرده با ذخیره سازی حرارتی، به علت بالا بودن هزینه سرمایه ای، دشوارتر به نظر می رسد اما سیستم های نوین و ترکیبی باوجود این که کمی فراتر از مرزهای تکنولوژیکی موجود هستند، به واسطه ترکیب و تجمیع فناوری فشرده سازی هوا با فناوری های دیگر نظیر سیستم های کاهنده فشار گاز شهری، تلمبه ذخیره ای و مایع سازی هوا می توانند نقش به سزایی در چشم انداز ذخیره سازی انرژی داشته باشند.

    کلیدواژگان: ذخیره سازی انرژی، هوای فشرده، ذخیره سازی حرارتی، مایع سازی هوا، تلمبه ذخیره ای
  • شراره محمدی، محسن پورفلاح*، سید سهیل موسوی، مجتبی آقاجانی دلاور صفحات 83-112

    بویلرها به عنوان یکی از مصرف کننده های عمده انرژی در ساختمان می باشند. به همین دلیل، افزایش راندمان این دستگاه و بهبود عملکرد آن، گام موثری در رفع مشکلات موجود در مصرف انرژی ساختمان و کاهش اتلاف انرژی است.  با توجه به محدودیت منابع انرژی های فسیلی و افزایش روزافزون هزینه حامل های انرژی در دنیا ، تولیدکنندگان این تجهیزات همواره در جهت بهبود کارکرد و بهره گیری از تجهیزات کنترلی مناسب کوشیده اند. هدف انجام مطالعه حاضر، افزایش راندمان بازیابی حرارتی انرژی بخار آب موجود درگازهای حاصل از احتراق در دیگ چگالشی پوسته و لوله مواج می باشد. دیگ چگالشی مورد نظر برای بازیابی حرارتی، مبدل حرارتی پوسته و لوله مواج می باشد که فرآیند بازیابی حرارتی توسط کد تجاری CFD، ANSYS FLUENT 18.2 به صورت عددی مورد بررسی و تحلیل قرار گرفته است. در این مطالعه، تاثیر آرایش قرارگیری متفاوت لوله ها در داخل پوسته دیگ چگالشی به صورت عددی مورد تحلیل قرار گرفته است. حل عددی با نتایج آزمایشگاهی صحت سنجی شده است و مطابق نتایج به دست آمده، ماکزیمم خطای مشاهده شده بین نتایج به دست آمده، 9/6 و %9/8 می باشد که نشان می دهد شبیه سازی عددی حاضر از دقت کافی برخوردار است. همچنین، تعداد 10 لوله با سه آرایش متفاوت در داخل پوسته قرار گرفته است. نتایج نشان می دهد که مدل با آرایش قرارگیری نامنظم و غیرخطی لوله ها دارای انتقال حرارت گرمای نهان بهتری نسبت به دو مدل دیگر می باشد.

    کلیدواژگان: دیگ چگالشی، مبدل حرارتی، بازیابی حرارتی، لوله مواج، شبیه سازی عددی
  • امیرسهیل هنربری*، علیرضا درستی، پیمان مهرابی، محسن علیزاده صفحات 113-139

    توربین های بادی به عنوان یک انرژی تجدید پذیر به صورت مزارع بادی در نقاط مختلف که دارای اقلیم آب و هوایی بادخیز هستند، نصب و اجرا می شوند. اما در این مناطق جدا از این که ممکن است در نزدیکی دریاها، بیابان ها، جنگل ها و سایر مناطق زیست محیطی باشد، در نظر گرفتن بهبود شرایط اقلیمی و عدم آسیب رسانی ناشی از این توربین های بادی، مسئله ای مهم است. اتصال ریز شبکه ها به توربین های بادی می تواند منجر به بهبود تولید برق و ارسال آن به شبکه های توزیع باشد. لذا فرموله سازی و پیکربندی ریزشبکه متصل به توربین بادی، مستلزم بررسی دقیق پیکربندی سیستم تولید برق بادی با ریزشبکه به همراه تعیین انرژی باد با سرعت متغیر و تخمین خطا برای تحلیل و کنترل پایداری به کمک شناسایی خطاها می باشد. استفاده از سیستم های کنترلی منطق فازی و سپس شناسایی دقیق نواحی دارای خطا برای تحلیل پایداری با فیلتر کالمن توسعه یافته، مدنظر این تحقیق می باشد. نتایج شبیه سازی حاکی از بهبود تخمین خطا و تحلیل پایداری و سایر معیارهای ارزیابی است.

    کلیدواژگان: توربین های بادی، ریز شبکه، تحلیل پایداری، کنترل کننده بهینه
  • وحید نجف پور* صفحات 141-160

    در این مقاله، سیستمی هوشمندی جهت مدیریت همزمان مصرف انرژی و کنترل تردد در ساختمان های اداری ارایه می شود که با ایجاد بستری امن برای رصد و کنترل تردد، امکان ارایه سرویس های جانبی دیگری نظیر سیستم ثبت قرار ملاقات و سیستم اعلام هشدار را فراهم می سازد. این سیستم از واحدهای مختلفی تشکیل شده است که هریک در بخشی از ساختمان مثل ورودی، اتاق کارمندان و اتاق مدیریت نصب می گردند و در هرلحظه با واحد پردازشگر مرکزی در ارتباط هستند. در ادامه ی این مقاله، وظایف هرکدام از واحدها مورد بحث قرار گرفته و نمونه هایی از عملکرد کلی سیستم شرح داده می شود. در نهایت نتایج تجربی حاصل از ساخت و آزمایش نمونه ی اولیه در یک ساختمان هفت اتاقه مورد بررسی قرار می گیرد. این مقاله در جهت اهداف کلان نشریه انرژی ایران بوده و به اشاعه اندیشه ها و خلاقیت های علمی و اعتلای سطح دانش نظری و کاربردی در زمینه انرژی می پردازد.

    کلیدواژگان: مدیریت مصرف، ساختمان اداری، مدیریت انرژی، کنترل هوشمند، خانه ی هوشمند، هوشمند سازی
  • نگین صادقی*، مسعود شفیعی دستجردی، مریم رفیعی صفحات 161-191

    پرداختن به موضوع انرژی در معماری معاصر ایران در کلیه مراحل برنامه ریزی، طراحی، ساخت و بهره برداری بسیار اهمیت دارد و تلاش در جهت هماهنگی و تعامل ساختمان با محیط اطراف، همواره یکی از مبانی پایداری ساخت و ساز است. بخش ساختمان یکی از عمده ترین بخش های مصرف کننده انرژی در کشور است و بخش زیادی از سطوح شهرها را بافت‎ های فرسوده تشکیل می دهند و اتلاف حرارت به ویژه از پوسته خارجی ساختمان های فرسوده یکی از عوامل موثر در افزایش مصرف انرژی است. این در حالی است که در طرح های بازآفرینی بافت های فرسوده، موضوع انرژی جایگاه چندانی در کشور ندارد. توجه به پوسته خارجی ساختمان، فراتر از کارکرد بصری و زیبایی شناختی می تواند در رابطه با ایجاد شرایط آسایش ساکنین و میزان مصرف انرژی، بسیار تاثیرگذار باشد. از این رو پژوهش حاضر با هدف بهینه یابی سطوح شفاف پوسته خارجی با توجه به میزان مصرف انرژی در بلوک شهری بافت فرسوده همت آباد انجام شده است. در این مقاله نخست وضع موجود بلوک شهری همت آباد از بافت فرسوده شهر اصفهان مدل سازی گردید سپس طرح مصوب محدوده مورد نظر با اعمال ضوابط مبحث نوزدهم مقررات ملی ساختمان مدل سازی گردید. در ادامه، مصرف انرژی دو طرح پیشنهادی، یکی در انطباق با هندسه زمین و دیگری از طریق بارگذاری توده منطبق با رون اصفهان محاسبه شد و به منظور بهینه یابی سطح شفاف پوسته خارجی، شبیه سازی و تحلیل مدل گردید و برای اولین بار در مقیاس بلوک شهری میزان دقیق سطح شفاف هر جبهه از ساختمان های بافت فرسوده همت آباد تعیین گردید. بهینه یابی سطح شفاف پوسته خارجی درگزینه دوم توانست به میزان 7/319 کیلووات ساعت بر مترمربع نسبت به وضع موجود، 42/13 کیلووات ساعت بر مترمربع نسبت به طرح مصوب  و 36/0 کیلووات ساعت بر مترمربع نسبت به گزینه پیشنهادی اول مصرف انرژی در بلوک شهری همت آباد را کاهش دهد و نسبت به سایر گزینه ها (وضع موجود، طرح مصوب و گزینه پیشنهادی اول) در اولویت قرار گیرد.

    کلیدواژگان: بهینه یابی، مصرف انرژی، سطح شفاف، پوسته خارجی، بافت فرسوده
|
  • Reza Fattahi*, Younes Noorollahi Pages 7-23
  • Reyhane Sadat Hafezifard, Jamal Zarepour-Ahmadabadi*, Elham Abbasi Pages 25-45

    Due to increasing population and decreasing energy sources, this research studies the consumption of domestic energy. The purpose of this study is to predict the factors affecting household energy consumption. To do this, we use 3 algorithms, M5Rules, K-nearest neighbor and random forest, available in Weka software. In this study, the feature correlation algorithm is used to select the most important factors affecting energy consumption and their impact. The results show that lights and fixtures, temperature of the living room, outside temperature, temperature outside of Chievres Station, wind speed, humidity in the kitchen and the temperature in the laundry area have the most impact on household energy consumption. Among the methods, random forest algorithm presented the best results.

    Keywords: Household Energy Consumption, M5Rules Algorithm, K-NN, Random Forest Algorithm, Correlation Evaluation of Properties, Lighting Devices, Temperature, Chievers Weather Station
  • Majid Khazali, Ashkan Abdalisousan* Pages 47-82

    With the increasing use of renewable energy systems and the volatility of access to this type of energy, needs energy storage systems to sustain the system. In the meantime, energy storage systems have distinct characteristics and applications, one of which is the compressed air energy storage system. In the present paper, the newest researches and novel systems in the field of energy storage based on compression of air and their properties were compared with the classification and comparison of the system processes. The commonalities of all these systems are the use of compressed air or compressible fluid, to store energy as a mechanical potential. In terms of how the air is stored, these systems can be divided into three categories: isochoric, isobaric, and Liquefaction. For the complexity of the systems studied in this paper, they were classified into two major categories of compressed air energy storage, together with thermal storage and novel and hybrid systems. The development of compressed air energy storage systems with thermal storage seems more difficult because of the high capital cost. But the novel and hybrid systems, although slightly beyond existing technological frontiers by combining and integrating compressed air energy storage technology with other technologies such as city gate station systems, pumped hydro storage, and air liquefaction can play a significant role in the energy storage landscape.

    Keywords: Energy storage, Compressed air, thermal storage, liquefaction, Pumped Hydro Storage
  • Sharareh Mohammadi, Mohsen Pourfallah*, Seyed Soheil Mousavi, Mojtaba Aghajani Delavar Pages 83-112

    Boilers are one of the major energy consumers in the building. For this reason, increasing the efficiency of this device and improving its performance is an effective step in solving the problems in building energy and reducing waste energy. Due to the limited resources of fossil fuels and the increasing cost of energy in the world, manufacturers of these equipment are always working to improve the performance and use of appropriate control equipment. The purpose of this study is to increase the thermal recovery efficiency of steam energy in gases from shell and corrugated tubes condensing boilers. Numerical simulations are performed using commercial CFD code, ANSYS FLUENT 18.2. In this research, the effect of different arrangement of tubes in a shell and corrugated tubes condensing boiler are analyzed numerically. There are 10 tubes with three different arrangements inside the shell. The results show that the first model has clearly better heat recovery performance than the other two investigated models because of its irregular position of the tubes. The numerical model is validated by experimental results. According to the comparison of the results, the maximum difference is 6.9% and 8.9%. So simulation result shows good agreement and accuracy. Also, 10 pipes with 3 different configurations are used inside the tube. results reveal that nonlinear and irregular configuration is better than two other models.

    Keywords: Condensing boiler, Heat Exchanger, Heat Recovery, Corrugated Tube, Numerical Simulation
  • Amirsoheil Honarbari*, Alireza Dorosti, Peyman Mehrabi, Mohsen Alizadeh Pages 113-139

    Wind turbines as a renewable energy are installed and operated as wind farms in various locations with windy climates.  Connecting micro grids to wind turbines can lead to improved power generation and transmission to distribution networks. Therefore, formulating and configuring the micro-grid connected to the wind turbine requires accurate examination of the configuration of the micro-grid with wind power generation system along with variable speed with wind energy determination and error estimation for stability analysis and control by means of error detection. The aim of this study is to use fuzzy logic control systems and then identify the faulty areas for stability analysis with the Extended Kalman Filter (EKF). In fact, I can provide our services to our users by using consulting services and providing linear services, and we can do it using fuzzy logical services. Simulation results represented improved error estimation and stability analysis and other evaluation criteria.

    Keywords: Wind Turbines, Micro-Grid, Stability Analysis, Optimized Controller
  • Vahid Najafpoor* Pages 141-160

    Rapid advances in new sciences and technologies result in high penetration of smart devices and services in daily life. In this regard, smart buildings are one of the prominent examples which have dramatically improved not only the accuracy and efficiency of buildings but also the speed of daily routines. Recently, integration of the cutting-edge technologies has been traversing from residential to the office buildings even security-based organizations. The purpose of this paper is to design an intelligent traffic control system for office buildings associated with managing energy consumption, providing additional facilities such as registering appointments and alerting system to cater a secure environment for traffic control and monitoring. The proposed system consists of multiple units which are installed in several parts of the building such as entrance, staff room, and management room. These units are connected to the central processing unit at any given moment. In the following, the tasks of each unit are discussed in details and examples of overall system performance are described. Finally, the experimental results obtained from the prototype test in a 7-room building are assessed. This article is aimed at the major goals of the Iranian Journal of Energy and disseminates scientific ideas and creativity and enhances the level of theoretical and applied knowledge in the field of energy.

    Keywords: Energy management, Office building, Smart control, Smart home
  • Negin Sadeghi*, Masoud Shafiei Dastjerdi, Maryam Rafiee Pages 161-191

    Addressing the issue of energy in contemporary Iranian architecture is very important at all stages of planning, design, construction and operation, and the effort to coordinate and interact with the environment is always one of the foundations of sustainable construction. On the other hand, much of the citychr('39')s surface is composed of worn-out areas with high levels of energy consumption. Heat dissipation from the transparent surfaces of dilapidated buildings is one of the factors, contributing to the increasing energy consumption. Attention to the exterior shell of the building, beyond the visual and aesthetic function, can be very effective in providing comfort and energy consumption for occupant. Therefore, the present study is conducted to optimize the transparent outer shell surfaces with respect to energy consumption in the urban block of Hammettabad worn-out texture. In this paper, the existing status of the block from the worn-out texture of Isfahan city was modeled, then the approved design of the area was modeled by applying the criteria of the National Building Regulations (Section 19). In the following two proposals, one is regarding the geometry of the land and the other is done by calculating the mass loading corresponding to the Isfahan climatically principles. Then, in order to optimize the transparent surface of the outer shell in the proposed designs, two simulation and analysis models were modeled. For the first time on the urban block scale, the precise level of the transparent surface of each front of the worn-out textured buildings in Hammettabad was determined. The optimization of the transparent surface area in building outer crust in the second option was 319.7 kWh compared to the current situation, 13.42 kWh / m2 compared to the approved plan at 0.36 kWh / m2 compared to the first proposed energy use alternative ,which prioritize the alternative on other options (status quo, approved plan and first proposed option).

    Keywords: Building energy consumption, Transparent surfaces, Facade, Worn-out area