بررسی عملکرد گرمایی مبادله‌کن گرمایی زمین‌به‌هوا با استفاده از یک مدل تحلیلی شبه گذرا

در مقاله حاضر یک مدل تحلیلی شبه گذرا برای بررسی انتقال گرما در یک مبادله‌کن زمین‌به‌هوا توسعه داده شده است. در مطالعه حاضر، با درنظرگرفتن انتقال گرمای گذرا در خاک اطراف مبادله‌کن زمین‌به‌هوا، تاثیر اشباع گرمایی خاک در نظر گرفته شده است. اشباع گرمایی خاک به کاهش اختلاف دمای هوا و خاک اطراف مبادله‌کن زمین‌به‌هوا بعد از مدت زمانی از کارکرد سیستم گفته می‌شود که باعث کاهش عملکرد این سیستم می‌شود. همچنین تاثیر عمق دفن در عملکرد گرمایی مبادله‌کن در نظر گرفته شده است. نتایج مدل حاضر با نتایج تجربی و شبیه‌سازی عددی مقایسه شده و تطابق خوبی مشاهده شده است. عملکرد مبادله‌کن گرمایی زمین‌به‌هوا در شهر تهران بررسی شده است. نتایج نشان می‌دهد که با افزایش عمق بکار گیری مبادله‌کن از یک متر به دو متر می‌توان آهنگ انتقال گرمای متوسط را تا 37% بهبود داد. هرچقدر ساعات کارکرد سیستم در شبانه‌روز کمتر باشد، ظرفیت سرمایش بالاتر خواهد بود. به‌طوری‌که در حالتی که سیستم هشت ساعت در روز کار می‌کند نسبت به کارکرد مداوم، متوسط آهنگ انتقال گرما از هوا به خاک 66% افزایش‌یافته است.

thermal performance evaluation of earth-to-air heat exchanger using a semi- transient analytical model

at the present work, a new semi-transient model for thermal performance evaluation of earth-to-air heat exchanger (eahe) is developed. in the current model, considering transient heat transfer in the soil around the pipe, the thermal saturation of the soil is considered. the thermal saturation is referred to a decreased temperature difference between air and soil near the pipe after some hours of operations which deteriorates the thermal performance of the eahe. the effect of the buried depth of the earth-to-air heat exchanger is also considered on simulation. results are validated against the already reported experimental and numerical data, and good agreement is observed. finally, the thermal performance of the heat exchanger is investigated for tehran city. the results showed that increasing the buried depth from one meter to two meters increases the average heat transfer rate from air to earth by 37%. decreasing the operation hours of the eahe per day increases the cooling capacity of the system. for instance, working of the system for only 8 hours a day increases the cooling capacity by 66% compared to continuous operation.