شبیه‌سازی انرژی، اگزرژی و اقتصادی یک گلخانه نیمه خورشیدی با راستی‌آزمایی تجربی

در‌ این ‌مطالعه ‌با ‌استفاده ‌از نرم افزار متلب، مدل‌سازی دینامیکی یک گلخانه نیمه‌خورشیدی از دیدگاه انرژی، اگزرژی و اقتصادی برای اولین بار در ایران، با توجه به مستندات علمی منتشر شده، انجام شده است. این مدل‌سازی با در نظر گرفتن تبخیر و تعرق گیاه، دمای چهار نقطه متفاوت از داخل گلخانه نیمه‌خورشیدی را پیش‌بینی کرده است. جهت راستی‌آزمایی مدل ترمودینامیکی این شبیه‌سازی، از داده‌برداری انجام شده از گلخانه نیمه‌خورشیدی ساخته شده در شهر تبریز استفاده شده است. داده‌های ثبت شده در طول آزمایش، اختلاف دمای قابل ملاحظه °c 19.5 بین هوای داخلی گلخانه و هوای بیرون را نشان داده است. مقادیر متوسط %97.5، %87، %6.08، °c2 213.4 و °c 2.1 برای توابع خطای ضریب تبیین، درصد کارایی، درصد میانگین خطای مطلق، مجموع مربعات خطا و ریشه متوسط مربعات خطا نشان‌دهنده دقت مدل‌سازی حرارتی می‌باشد. علاوه‌براین در این پژوهش، مقادیر نابودی اگزرژی در فرآیندهای انتقال حرارت گلخانه مورد تحلیل قرار گرفته است. با توجه به اینکه تولید شرایط دمایی مناسب برای رشد گیاه به عنوان هدف اقتصادی این مطالعه در نظر گرفته شده است، هزینه واحد هوای داخلی گلخانه برای بازه زمانی یک دقیقه بررسی گردیده است. با افزایش نرخ بهره از %10 به %20، هزینه واحد هوای داخل گلخانه تقریبا دو برابر شده است. استفاده از شیشه‌های دو‌جداره توانسته است نابودی اگزرژی را تا % 45.36 کاهش دهد.

Energy, Exergy and Economic Analysis of a Semi-solar Greenhouse with Experimental Validation

In this study, modeling of a semisolar greenhouse has been done using Matlab software from the viewpoint of energy, exergy and economic, for the first time to the best of the author’s knowledge. This simulation predicts the four different point’s temperatures of the semisolar greenhouse, considering mass and heat transfer between greenhouse components and the crop evapotranspiration. The results of the proposed modeling have evaluated by data recording from the constructed typical semisolar greenhouse experimentally. Noticeable value of 19.5 °C has obtained for the temperature difference of the inside air and the outside air during tests. For statistical error functions of for coefficient of determination, model efficiency, mean absolute percentage error, total sum of squared error and root mean squared error average values of 97.5%, 87%, 6.08 %, 213.4°C2 and 2.1°C have been calculated which shows the acceptable accuracy of the thermodynamic analysis. Moreover, exergy destruction of heat and mass transfer processes in the greenhouse system has been inspected. Considering the aim of this study as providing suitable thermal conditions for the inside air, the greenhouse air unit cost for each time step of one minute was analyzed. The unit cost of the air inside the greenhouse increases considerably by raising the interest rate from 10% to 20%. Using the technique of double layer glass separated with air filled space as the greenhouse cover, total exergy destruction of the semisolar greenhouse decreases about 45.36%.