طراحی مفهومی سامانه هیبریدی کلکتور فتوولتائیک-حرارتی خورشیدی و پمپ حرارتی زمین گرمایی برای تامین برق، گرمایش و سرمایش یک ساختمان مسکونی با تمرکز بر پارامترهای فنی، اقتصادی و زیست محیطی

در این مقاله با ارائه و مقایسه چهار سامانه ترکیبی پمپ حرارتی زمین گرمایی فتوولتائیکحرارتی خورشیدی با چیدمان‌های سری و موازی و تبادل حرارت مستقیم در شهر زاهدان نیاز حرارتی شامل تامین آبگرم مصرفی، گرمایش، سرمایش ساختمان و تامین بخشی از نیاز برق مصرفی تجهیزات و فروش برق مازاد تولیدی به شبکه سراسری به عنوان منبع تامین مالی پروژه و درآمد زایی برای ساکنین صورت پذیرد و در عین حال نیاز منطقه از دسترسی به گاز طبیعی برطرف گردد. در گام نخست میزان انرژی مورد نیاز یک خانه مسکونی به نقشه پلان 94 متر مربعی با مصالح متداول ساختمانی منطقه برای یک خانواده چهار نفره در نرم افزار دیزاین بیلدر طراحی و نیاز حرارتی ساعتی در طی یک سال محاسبه شد. طراحی، مدلسازی و کنترل عملکرد هر سیستم پیشنهادی در نرم افزار پلی سان با استفاده از 25 عدد کلکتور فتوولتائیکحرارتی خورشیدی با مساحت کل 33.25 متر مربع و تعداد 2 مبدل حرارتی زمین گرمایی عمودی به عمق 100 متر انجام و هر چهار طرح بعد از تامین انرژی ساختمان، از لحاظ میزان مصرف انرژی، ضریب عملکرد پمپ حرارتی، میزان برق تولیدی و میزان دی اکسید کربن منتشر شده مورد بررسی و مقایسه قرار گرفتند. بیشینه و کمینه مقدار ضریب عملکرد در میان طرحهای طراحی شده به ترتیب معادل 4.39 و 3.87 برای سامانه تبادل حرارتی مستقیم و سامانه سری بود. با مقایسه طرح های پیشنهادی، طرح بهینه با میزان برق مصرفی kwh4957 و میزان برق تولیدی kwh10667 در سال معرفی شد. طول مدت بازگشت سرمایه 7 سال برآورد شد. با سامانه طراحی شده سالیانه از انتشار kg5089.7 دی اکسید کربن جلوگیری خواهد کرد. نتایج نشان دادند که طرح بهینه پیشنهادی برای اجرا در مناطق جنوب و جنوب شرقی ایران دارای صرفه اقتصادی و زیست محیطی خواهد بود.

01 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.

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 94squaremeter 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 photovoltaicthermal 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.