فصلنامه سیستم های انرژی پایدار

فصلنامه سیستم های انرژی پایدار

ارزیابی ترمواکونومیک و اگزرژی سیستم‌های زمین‌گرمایی سطحی و عمقی در تأمین بار حرارتی گلخانه در اقلیم سرد (مطالعه موردی: مشکین‌شهر)

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان
1 بخش فنی مهندسی، مرکز تحقیقات و آموزش کشاورزی و منابع طبیعی استان آذربایجان غربی، سازمان تحقیقات، آموزش و ترویج کشاورزی، ارومیه، ایران
2 دانشیار گروه مهندسی مکانیک، دانشگاه پیام نور، تهران، ایران
10.22059/ses.2026.413773.1236
چکیده
در این مطالعه، تحلیل انرژی و اگزرژی دو سامانه زمین‌گرمایی شامل پمپ حرارتی زمین‌گرمایی سطحی (SGHP) و سیستم زمین‌گرمایی عمقی (DGE) برای تأمین بار حرارتی یک گلخانه در منطقه سرد مشکین‌شهر انجام شده است. مدلسازی ترمودینامیکی با استفاده از نرم‌افزار EES و بر اساس داده‌های واقعی میدان زمین‌گرمایی سبلان صورت گرفته است. در شرایط طراحی (دمای بیرون 10- و دمای داخل 20 درجه سانتی‌گراد)، بار حرارتی گلخانه برابر 126 کیلووات محاسبه شد. نتایج نشان داد که سیستم SGHP با خاک دمای حدود 10 درجه سانتی‌گراد، دارای ضریب عملکرد حدود 5/3 و بازده اگزرژی 62/0 است. در مقابل، سیستم DGE با دمای سیال ورودی 85 درجه سانتی‌گراد، عملکرد بهتری از نظر ترمودینامیکی داشته و به COP معادل حدود 20 و بازده اگزرژی 68/0 دست یافته است. این اختلاف عملکرد عمدتاً ناشی از دمای بالاتر منبع حرارتی و کاهش نیاز به توان الکتریکی در سیستم عمقی است. از نظر اقتصادی، اگرچه سیستم زمین‌گرمایی سطحی به دلیل سادگی اجرا و نیاز کمتر به زیرساخت، بازگشت سرمایه سریع‌تری دارد، اما سیستم عمقی به دلیل مصرف بسیار پایین انرژی الکتریکی، در بلندمدت عملکرد پایدارتر و هزینه‌های عملیاتی کمتری را نشان می‌دهد. همچنین نتایج نشان می‌دهد که شرایط دمایی منبع و خواص حرارتی محیط نقش تعیین‌کننده‌ای در عملکرد نهایی سیستم دارند.
کلیدواژه‌ها
موضوعات

عنوان مقاله English

Thermoeconomic and Exergy Evaluation of Shallow and Deep Geothermal Systems for Greenhouse Heating in Cold Climates (Case Study: Meshginshahr)

نویسندگان English

nadereh tabrizi 1
mojtaba moravej 2
1 Thermoeconomic and Exergy Evaluation of Shallow and Deep Geothermal Systems for Greenhouse Heating in Cold Climates (Case Study: Meshginshahr)
2 Department of Mechanical Engineering, Payame Noor University, Tehran, Iran
چکیده English

This study presents an energy and exergy analysis of two geothermal systems, namely a shallow Ground Source Heat Pump (SGHP) and a Deep Geothermal Energy (DGE) system, for supplying the heating demand of a greenhouse located in the cold region of Meshginshahr, Iran. The thermodynamic modeling was carried out using Engineering Equation Solver (EES) based on real data from the Sabalan geothermal field. Under design conditions (outdoor temperature of −10 °C and indoor temperature of 20 °C), the greenhouse heating load was calculated to be 126 kW. The results indicate that the SGHP system, utilizing soil at an average temperature of approximately 10 °C, achieves a coefficient of performance (COP) of about 3.5 and an exergy efficiency of 0.62. In contrast, the DGE system, with a geothermal fluid inlet temperature of 85 °C, demonstrates superior thermodynamic performance, reaching an equivalent COP of around 20 and an exergy efficiency of 0.68. This performance improvement is primarily attributed to the higher source temperature and the significantly lower electrical energy requirement in the deep geothermal system. From an economic perspective, although the shallow geothermal system benefits from simpler implementation and lower infrastructure requirements, leading to a shorter payback period, the deep geothermal system offers more stable long-term performance due to its minimal electricity consumption and reduced operational costs. Furthermore, the findings highlight that source temperature conditions and thermal properties of the surrounding environment play a critical role in determining the overall system performance.

کلیدواژه‌ها English

Ground Source Heat Pump (GSHP)
Exergy
Thermoeconomic
Greenhouse Heating
Shallow Geothermal System

مقالات آماده انتشار، پذیرفته شده
انتشار آنلاین از 30 شهریور 1405