امکان‌سنجی فنی و اقتصادی استفاده از انرژی خورشیدی به‌منظور تامین بار حرارتی یک سالن مرغداری

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

• منصور جلالی ¹
• احمد بناکار ²
• بهفر فرزانه ³
• مهدی منتظری ⁴

¹ دانشجوی دکتری، گروه مکانیک بیوسیستم، واحد اقلید، دانشگاه آزاد اسلامی، اقلید، ایران

² گروه مکانیک بیوسیستم، دانشگاه تربیت مدرس، تهران، ایران

³ گروه مکانیک بیوسیستم، واحد اقلید، دانشگاه آزاد اسلامی، اقلید، ایران

⁴ دانش‌آموخته دکتری مکانیک بیوسیستم، دانشگاه تربیت مدرس، تهران، ایران

https://doi.org/10.22067/jam.2022.75172.1090

چکیده

در این مطالعه، به طراحی یک سیستم حرارتی خورشیدی با هدف کاهش مصرف انرژی در یک مرغداری پرداخته شد. مرغداری مورد مطالعه دارای 8 متر طول، 5 متر عرض و 2.5 متر ارتفاع است. در این راستا جمع‌کننده‌های حرارتی خورشیدی مختلف مورد بررسی قرار گرفت و بهترین مساحت سطح جمع‌کننده خورشیدی برای دستیابی به بیشترین بهره از انرژی خورشیدی پیشنهاد شد. در این مطالعه جمع‌کننده خورشیدی از نوع صفحه تخت (FPC) است. علاوه بر این، برای تامین ۵۰ درصد انرژی از خورشید (و مابقی از سیستم ترکیبی) سطح مورد نیاز برای جمع‌کننده پیشنهاد می‌شود. شبیه‌سازی با استفاده از نرم‌افزار‌‌‌ TRNSYS انجام شد. نتایج نشان داد که برای دریافت بیشترین میزان انرژی خورشیدی (کسر خورشیدی حداکثر)، سطح جمع‌کننده‌ای معادل با 30 مترمربع مورد نیاز است. اما زمانی‌که دیدگاه اقتصادی مد نظر قرار گیرد، سطح جمع‌کننده‌ای معادل با 26 متر‌مربع توصیه می‌شود. علاوه بر این نتایج نشان داد که برای برقراری تعادل بین سیستم خورشیدی و سیستم کمکی، نیاز به سطح جمع‌کننده‌ای معادل 16 متر‌مربع است. با نصب 2 متر‌مربع جمع‌کننده خورشیدی، می‌توان 5.2 درصد انرژی کل را به‌وسیله خورشید تامین کرد. همچنین با افزایش کسر خورشیدی، توانایی سیستم در استحصال از انرژی خورشیدی بیشتر می‌شود.

کلیدواژه‌ها

• انرژی
• جمع‌کننده خورشیدی
• طیور
• مدل‌سازی عددی

20.1001.1.22286829.1402.13.3.3.4

موضوعات

• مهندسی سامانه‌های کشاورزی (گلخانه، پرورش ماهی، تولید قارچ)

©2022 The author(s). This article is licensed under Creative Commons Attribution 4.0 International License (CC BY 4.0), which permits use, sharing, adaptation, distribution and reproduction in any medium or format, as long as you give appropriate credit to the original author(s) and the source.

مراجع

1. Byrne, J., Glover, L., Hegedus, S., & VanWicklen, G. (2005). The potential of solar electric applications for Delaware’s poultry farms. Center for Energy and Environmental Policy, University of Delaware.
2. Costantino, A., Fabrizio, E., Biglia, A., Cornale, P., & Battaglini, L. (2016). Energy use for climate control of animal houses: The state of the art in Europe. Energy Procedia, 101, 184-191. https://doi.org/10.1016/j.egypro.2016.11.024
3. Cui, Y., Theo, E., Gurler, T., Su, Y., & Saffa, R. (2020). A comprehensive review on renewable and sustainable heating systems for poultry farming. International Journal of Low-Carbon Technologies, 15, 121-142. https://doi.org/10.1093/ijlct/ctz048
4. Cui, Y., Theo, E., Gurler, T., Su, Y., & Saffa, R. (2021). Feasibility of hybrid renewable heating system application in poultry house: a case study of East Midlands, UK, International Journal of Low-Carbon Technologies, 16, 73-88. https://doi.org/10.1093/ijlct/ctaa037
5. Dbouk, H. M., & Mourad, R. (2019). Solar Heated Poultry House. In 2019 IEEE AFRICON: 1-5. IEEE. https://doi.org/10.1109/africon46755.2019.9133832
6. Donald, J. O. (2009). Environmental Management in the Broiler House. Aviagen.
7. Francis, C. A. (2002). The Next Green Revolution: Essential Steps to a Healthy, Sustainable Agriculture. NACTA Journal, 46, 62-68. https://doi.org/10.5860/choice.39-4568
8. Duffie, J. A., & Beckman, W. A. (1991). Solar Engineering of Thermal Processes, 2nd Edition, Wiley Interscience, New York.
9. Duffie, J. A., Beckman, W. A., & Blair, N. (2020). Solar engineering of thermal processes, photovoltaics and wind, 5^th Edition, Wiley Interscience, New York. https://doi.org/10.1002/9781119540328
10. Flynn, C., & Siren, K. (2013). Modelling the drake landing solar community with TRNSYS 17 and estimating its potential under Helsinki condition, Alto University, School of Engineering, 1-15.
11. Gad, S., El-Shazly, M. A., Wasfy, K. I., & Awny, A. (2020). Utilization of solar energy and climate control systems for enhancing poultry houses productivity. Renewable Energy, 154, 278-289. https://doi.org/10.1016/j.renene.2020.02.088
12. Goodarzi, B., Kazemi, N., Kashanizadeh, R., Bogri, A., & Yaghoubi, M. (2016). Electric floor heating in non-peak 8-hour cycle in poultry halls. The Second National Conference on Mechanization and New Technologies in Agriculture, Tehran. (In Persian).
13. Herrando, M., Pantaleo, A. M., Wang, K., & Markides, C. N. (2019). Solar combined cooling, heating and power systems based on hybrid PVT, PV or solar-thermal collectors for building applications. Renewable Energy, 143, 637-647. https://doi.org/10.1016/j.renene.2019.05.004
14. Hottel, H. C., & Woertz, B. B. (1942). The Performance of Flat Plate Solar-Heat Collectors. Transactions of the ASME, 64, 64-91. https://doi.org/10.1115/1.4018980
15. Jurčević, M., Nižetić, S., Marinić-Kragić, I., & Čoko, D. (2021). Investigation of heat convection for photovoltaic panel towards efficient design of novel hybrid cooling approach with incorporated organic phase change material. Sustainable Energy Technologies and Assessments, 47, 101497. https://doi.org/10.1016/j.seta.2021.101497
16. Kim, D. S. (2018). How to decide on purchasing new medical equipment? OBG Management, 30(5), 34-39.
17. Klein, S. A., Duffie, J. A., Mitchell, J. C., Kummer, J. P., Beckmann, W. A., & Duffie, N. A. (2007). TRNSYS16 a Transient Simulation Program, Solar Energy Laboratory, University of Wisconsin-Madison, Madison, 357-359.
18. Koochakzadeh, A., & Tajri, B. (2014). Energy Consumption Control in Poultry Industry. 4^th International Conference on New Approaches to Energy Conservation, Tehran. (in Persian).
19. Li, Y., & Jing, D. (2017). Investigation of the performance of photovoltaic/thermal system by a coupled TRNSYS and CFD simulation, Solar Energy, 143, 100-112. https://doi.org/10.1016/j.solener.2016.12.051
20. Liu, Z., Jin, Z., Li, G., Zhao, X., & Badiei, A. (2022). Study on the performance of a novel photovoltaic/thermal system combining photocatalytic and organic photovoltaic cells. Energy Conversion and Management, 251, 114967. https://doi.org/10.1016/j.enconman.2021.114967
21. Mohammadi, Z., Mirdamadi, S. M., Farajollah Hosseini, S. J., & Lashgarara, F. (2021). Qualitative analysis of effective factors on the feasibility of utilizing solar technology in the poultry industry. International Journal of Environmental Science and Technology, 18, 703-710. https://doi.org/10.1007/s13762-020-02870-2
22. Shahini, H., Saadat fard, M., & Taki, M. (2018). Construction and evaluation of underfloor heating system in poultry house. 3^th National Congress on Development and Promotion of Agricultural Engineering and Soil Sciences of Iran, Tehran. (In Persian).
23. Shen, C., Liu, F., Qiu, S., Liu, X., Yao, F., & Zhang, Y. (2021). Numerical study on the thermal performance of photovoltaic thermal (PV/T) collector with different parallel cooling channels. Sustainable Energy Technologies and Assessments, 45, 101101. https://doi.org/10.1016/j.seta.2021.101101
24. Shyu, C. W. (2013). End-users' experiences with electricity supply from stand-alone mini-grid solar PV power stations in rural areas of western China. Energy for Sustainable Development, 17(4), 391-400. https://doi.org/10.1016/j.esd.2013.02.006
25. Wang, Y., Li, B., Liang, C., & Zheng, W. (2020). Dynamic simulation of thermal load and energy efficiency in poultry buildings in the cold zone of China. Computers and electronics in agriculture, 168, 105127. https://doi.org/10.1016/j.compag.2019.105127
26. Xue, J. (2017). Photovoltaic agriculture-New opportunity for photovoltaic applications in China. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 73, 1-9.‏ https://doi.org/10.1016/j.rser.2017.01.098
27. Zelzouli, K., Guizani, A., Sebai, R., & Kerkeni, C. (2012). Solar Thermal Systems Performances versus Flat Plate Solar Collectors Connected in Series. Engineering, 4, 881-893. https://doi.org/10.4236/eng.2012.412112