الجميورية العربية السورية وزارة التعميم العالي

جامعة تشرين كمية اليندسة الميكانيكية و الكيربائية

قسم ىندسة القوى الميكانيكية

التخزين ي األمثل لتكييف مبنى في تدمر باستخدام قالتصميم الطا الحراري الكامن في الجميد

دراسة أعدت لنيل شيادة الماجستير في ىندسة القوى الميكانيكية

) اختصاص ىندسة اآلالت الحرارية (

إعداد الميندس سعيد محمد سميم جيده

بإشراف عل ابراهم الدكتور المهندس محمد

6106

I

" ممخص "يشيد مجال , ترشيد استيالك الطاقة الكيربائية األمثلل محاور بحثية تيدفضمن ىذا البحث يندرج

نظرا لفوائده عمى صعيد التخفيض من التكاليف التأسيسية تخزين الطاقة الحرارية اىتماما عالميا واسعا و ذروة انتاجيا من من ناحية لمتجييزات و ذلك عن طريق الموائمة بين فترات ذروة الطمب عمى الطاقة

( من أكثر أنواع Latent Heat Storage) -LHS-تخزين الحرارة الكامنة تبريعحيث ناحية أخرى عمل ضمنو مجاال واعدا لمبحث و التطوير.التخزين كفاءة , و يعتبر ال

من ساعات الذروة إلى ساعات نقل الحمولة الكيربائيةانطمقت الفكرة األساسية ليذا البحث من أىمية الحضيض و ىذا ما يساعد و بشكل كبير عمى استقرار حمولة المحطات الكيربائية و تحسين معامل

الحمل اليومي في سوريا. يجمع بحيث ضمن البادية السوريةلقد تم إعداد المخططات المعمارية لبناء افتراضي في مدينة تدمر

بين التصميم البيئي المستدام واألبنية الذكية لموصول لمبنى معماري واقعي بحيث يكون منسجم مع البيئة راري صيفا من أجل األشير و ذلك كخطوة أساسية لتخفيض الكسب الح المحيطة وموفر لمطاقة الكيربائية

أيمول ( و من ثم تصميم منظومة التخزين -آب-تموز-التصميمية المقترحة في ىذا البحث ) حزيرانالحراري لممبنى القائمة عمى مبدأ تشكيل الجميد ضمن خزانات حرارية في أوقات انخفاض الطمب عمى

لحرارية و الكيربائية.الطاقة الكيربائية ليتم انصيارىا الحقا في أوقات الذروة ا الضمع ىو عندما يكونأظيرت النتائج من ناحية التصميم المعماري و البيئي أن أفضل توجو لممبنى

غرب(, أما استخدام العزل الحراري فقد ساىم بتخفيض حمل التبريد –)جنوب األكبر لمبناء باالتجاهولى خارج الجدار و الثانية في المنتصف %( تتوضع مواد العزل عمى طبقتين األ25األعظمي بنسبة )

ما يحقق أفضل كفاءة لمكتمة الحرارية لممبنى مع تسميط الضوء عمى أىمية الكواسر الشمسية في تخفيض الكسب الحراري الشمسي أيضا.

( MATLAB) باستخدام برنامج الماتالب فقد تم إعداد خوارزمية من ناحية نظام التخزين الحراري وذلك لتغطية جزء من أحمال التكييف الشحن والتفريغ لمخزان يلطور الجميد الرياضية لخزان لمنمذجة

1420)حراري يعادل وذلك بتخزين %(33بنسبة ) التخزين الجزئي استراتيجيةتطبيق ب خالل وقت الذروةKw-h) رت أظيي. االنصيار الخارج بتقنية ( وانصياره ) سعتو ضمن خزان حراري من الجميدتغطية حمولة ل لمتحقق من الكفاءة الترموديناميكية لمخزان جدوى إجراء النمذجة الحرارية لمخزان النتائج

, كما بينت النتائج نقل لجزء من الحمولة الكيربائية اليومية لمبرد الماء حواليالتبريد المطموبة

II

(576 Kw-h مع ) الطاقة بانخفاض واضح باستطاعة التجييزات الميكانيكية والكيربائية مع توفيرمع تحسين معامل الحمل الكيربائية لفصل صيفي واحد (kW-h/Season 1376) قدره الكيربائية ما يحقق استقرار لممنظومة الكيربائية. (DLFاليومي )

طق الحارة تساعد في إزاحة الذروة االمن بيرة فييقدم ىذا البحث نتائج يمكن تعميميا عمى مشاريع ك .الحرارية واستيالك الطاقة

م. سعيد جيده

الكلمات المفتاحية :

التصمم المستدام , األبنة الذكة , المواد متغرة الطور , المبادالت الحرارة االسترجاعة , تخزن

, الجدوى االقتصادة .الطاقة الحرارة ف الجلد

III

ABSTRACT

This research is classified within the fields of research that aims to rationalize

electricity consumption optimization. The field of thermal energy storage has a

global wide attention due to its benefits in reducing of initial costs for equipment

by achieving a balance between the peak demand of electric power and the

height of its production on the other hand, where is the latent heat storage of the

most efficient types of storage and work within it is a promising area of research

and development.

The main idea of this research is about the importance of the shifting of

electrical load from peak hours to off peak hours and this helps largely on the

stability of the load power stations and improve the electrical daily load factor in

Syria.

It been drawing architectural plans for the construction of default in the city of

Palmyra, this building combines the construction of sustainable design and

smart buildings to gain access to the building architect and realistic so that it is

consistent with the surrounding environment on the one hand and the energy

consumption on the other hand this as basic step for reducing heat gain in the

summer for months design in this research (June-July-August-September) and

then designing thermal storage system which Based on the principle stores ice in

thermal tanks during off peak hours and then melt during on peak hours (

electrical-heat gain).

On architectural and environmental design hand the results showed that

optimum orientation for building when the larger side of the building south-

west direction, and the use of thermal insulation has contributed to reducing the

cooling load maximum (25%) are deposited insulating materials on the first two

layers out of the wall and the second in the middle of what is in the best

efficiency of the thermal mass of the building while highlighting the importance

of solar robbers in reducing solar heat gain as well.

On ice thermal storage side it has been developed algorithm using MATLAB

software mathematical modeling for –PCM- ice thermal storage for cover a

portion of cooling load in on peak hours by application of the partial storage

strategy by (33%) and by storing thermal equivalent (1420 Kw-h ) of ice within

the thermal storage tank capacity ( ) and melting the outer fusion

technology.

The results showed the feasibility of a thermal modeling of the thermal tank to

verify the thermodynamic tank efficiency to cover the cooling load required, as

the results show for a fraction of the daily electrical load of chilled water about

IV

the shifting of (576 Kw-h) with a clear reduction can mechanical and electrical

equipment with electrical energy of the provision (1376 kW -h / Season) for one

summer season with improving the daily electrical load factor (DLF) achieves

stability of the electric system.

This paper presents the results can be generalized to large projects in the

tropics help in thermal and power consumption peak shift.

Key words :

Sustainable Designing , Intelligent Buildings , PCM materials , Recovery heat

Exchanger, Ice thermal storage, Economy feasibility

V

فهرس المحتويات

الفصل األول الدراسة المرجعية و أىمية البحث

1 مقدمة -1-1

3 الدراسات المرجعية -1-2

3 [2]الدراسة المرجعية -1-2-1

4 [3]الدراسة المرجعية -1-2-2

5 [4]الدراسة المرجعية -1-2-3

6 [5]الدراسة المرجعية -1-2-4

8 [6]الدراسة المرجعية -1-2-5

9 [7]الدراسة المرجعية -1-2-6

11 أىمية البحث و أىدافو -1-3

11 منيجية و خطة البحث -1-4 الفصل الثاني

دراسة المتغيرات البيئية و المعمارية 13 فرضيات البحث -2-1

14 دراسة المتغيرات البيئية و المعمارية -2-2

14 العناصر البيئية –أوال -2-2-1

14 (SITE SELECTIONموقع البناء ) -2-2-1-1 15 (BUILDING SHAPE شكل البناء )-2-2-1-2

16 (BUILDING DIRECTIONتوجو البناء )-2-2-1-3

17 العناصر التصميمة –ثانيا -2-2-2

17 (EXTERNAL SHADINGالتظميل الخارجي لمنوافذ في البناء ) -2-2-2-1

VI

20 (THERMAL INSULATIONالعزل الحراري لجدران المبنى ) -2-2-2-2 22 (THERMAL MASSالكتمة الحرارية لمبناء )-2-2-2-3

28 ( HAPحساب األحمال الحرارية لممبنى باستخدام برنامج الياب )-2-3 الثالثالفصل

دراسة نظام التخزين الحراري

30 (PCM & Thermal Storage) المواد متغيرة الطور و التخزين الحراري-3-1

32 ( External Melt Methodاالنصيار الخارجي لمجميد )-3-2

33 ( Internal Melt Methodاالنصيار الداخمي لمجميد ) -3-3

33 ( Partial And Full Ice Storageالكمي لمجميد )التخزين الجزئي و -3-4

34 لنظام التخزين الحراري الدراسة التحميمية-3-5

34 الوسيط المستخدم في شحن الخزان -3-5-1

35 ( Physical Tank Descriptionالنموذج الفيزيائي لمخزان )-3-5-2

37 طرق حساب سماكة الجميد المتشكل حول أنابيب الخزان ) فيزيائية تشكل الجميد( -3-5-3

37 ( Numerical Method–Stefan Problem) مسألة ستيفان –الطريقة العددية -3-5-3-1

39 ( Enthalpy Methodطريقة اإلنتالبي ) -3-5-3-2

40 ( Water Chiller Simulation Methodطريقة محاكاة مبرد الماء ) –3-5-3-3

42 ( Tank Charge Period ) لمخزان دراسة طور الشحن -3-5-4

42 آلية انتقال الحرارة في خزان الجميد الحراري خالل طور الشحن -3-5-4-1

46 نمذجة الخزان خالل طور الشحن -3-5-4-2

47 ( Tank Charge Period ) التفريغ لمخزاندراسة طور -3-5-5

47 آلية انتقال الحرارة في خزان الجميد الحراري خالل طور التفريغ -3-5-5-1

48 نمذجة الخزان خالل طور التفريغ -3-5-5-2

52 ( Nominal Chiller Capacity ) تحديد االستطاعة االسمية لمبرد الماء -3-5-6

VII

53 ( Storage System Selection ) اختيار نظام دارة التخزين -3-5-7

54 ( Ice thickness Sensorحساس التحكم بسماكة الجميد )-3-5-7-1 الرابعالفصل

نتائج الحساب و المناقشة

55 العناصر البيئية والتصميمية -أوال -4-1

BUILDING OREINTATION 55) ) البناء توجو -4-1-1

56 (EXTERNAL SHADINGالتظميل الخارجي لمنوافذ في البناء ) -4-1-2

57 ( THERMAL INSULATIONالعزل الحراري لجدران المبنى )-4-1-3

60 ( Thermal Massالكتمة الحرارية )-4-1-4

61 نظام التخزين الحراري – ثانيا -4-2

61 اختيار ساعات التخزين والتفريغ لمخزان الحراري -4-2-1

60 اختيار استطاعة مبرد الماء ومواصفات خزان الجميد -4-2-2

63 نتائج الحساب الحراري لمخزان -4-3

63 طور الشحن -4-3-1

68 التفريغطور -4-3-2

74 النتائج االقتصادية و االستثمارية -4-4

74 التكمفة األولية لنظام التكييف مع و بدون تخزين حراري -4-4-1

75 التوفير باالستطاعة الكيربائية و الجدوى االقتصادية مع و بدون تخزين حراري -4-4-2

75 التوفير باالستطاعة الكيربائية -4-4-2-1

76 الجدوى االقتصادية -4-4-2-2

77 (DLF) الكيربائي اليوميتحسين معامل الحمل -4-5

78 االستنتاجات و التوصيات -4-6

80 المراجع العممية المستخدمة

VIII

المالحق ( : مخططات المساقط المعمارية لممبنى المدروس1الممحق رقم )

-الغميكول إيتمين –المواصفات الحرارية لمانع التجمد جداول ( :2الممحق رقم )

لطور الشحن و التفريغ لمخزان الحراري (MATLABالكود الرياضي لبرنامج الماتالب ) ( :3الممحق رقم )

جداول التحميل الحراري لمرحمة شحن الخزان ( :4الممحق رقم )

IX

األشكالفهرس

-تأثير استخدام المدخنة الشمسية عمى التيوية الطبيعية ضمن المبنى (1-1الشكل ) (2)المرجع

3

4 (3المرجع ) - الدارة المقترحة لنظام التخزين الحراري (2-1الشكل )

-الوقت األفضل لشحن الخزان و تفريغو بناء عمى منحني الحمولة الكيربائية (3-1الشكل ) (3المرجع )

5

دارة التبريد باستخدام تخزين –مخطط توصيل المبردات مع خزان الجميد (4-1الشكل ) (4المرجع )-الطاقة الحراري

6

عممية نقل حمولة الذروة لحمل التبريد من ساعات النيار إلى ساعات الميل (5-1الشكل ) (5المرجع )–

7

المرجع –توضع خزانات الثمج و توصيالت األنابيب مع الشيمر لممشروع (6-1الشكل )(5)

7

بين التخزين الكامل و الجزئي لمجميد من ناحية نظام عمل مبرد مقارنة (7-1الشكل ) (6المرجع ) –الماء

9

10 (7المرجع ) –النموذج االفتراضي لمبرد الماء و توصيالتو مع الخزانات (8-1الشكل )

مخططات تأثير درجة حرارة الماء االبتدائية داخل الخزان عمى سمك (9-1الشكل ) –اسطوانة الثمج النيائية, و مقارنة بين النتائج النظرية و العممية لمدراسة

(7المرجع )

10

12 مخطط خطة البحث (10-1الشكل )

16 توجو البناء نحو الفناء الداخمي في البيئة الصحراوية (1-2الشكل )

17 ( لمتصميم المعماري البيئيECOTECTواجية برنامج ) (2-2)الشكل

18 كاسرة الشمس األفقية مع زاوية الظل العمودية (3-2الشكل )

19 زاوية الظل األفقية كاسرة الشمس العمودية مع (4-2الشكل )

23 اختزان الحرارة في الجدران نيارا و طرحيا في الميل (5-2الشكل )

24 توضيح معامل التأخير الزمني و التناقص انتقال الموجة الحرارية مع (6-2الشكل )

27 توضع العقد االفتراضية لمنموذج الرياضي لمجدار المدروس (7-2الشكل )

X

28 الحتماالت المقترحة لتوضع أو توزع طبقة العزل الحراري )بوليسترين(ا (8-2الشكل )

29 (HAPواجية برنامج الياب ) (9-2الشكل )

32 تقنية االنصيار الخارجي لمجميد (1-3الشكل )

33 تقنية االنصيار الداخمي لمجميد (2-3الشكل )

34 التكييف حموالت تغطية في الكمي و الجزئي التخزين مقارنة (3-3الشكل )

35 تغير درجة تجمد محمول الغميكول حسب نسبة تركيزه في الماء (4-3الشكل )

37 الفيزيائي لمخزان الحراري النموذج (5-3الشكل )

39 االسطوانية حداثياتفي االبين الطورين السطح الفاصل انتقالمخطط (6-3الشكل )

40 ( مع الزمنX,Yحركة الفاصل لبعدين ) عممية التجمد مع مخطط (7-3الشكل )

41 ازدياد استطاعة الضاغط عند عمل الشيمر في مرحمة تشكيل الجميد (8-3الشكل )

45 قطر األنبوب مع قطر اسطوانة الجميد المتشكل حولو (9-3الشكل )

46 شحن الخزان الكامن المقيد عند القطر الحرج لمجميد (10-3الشكل )

–طريقة محاكاة عمل مبرد الماء –مخطط خوارزمية نمذجة خزان الثمج (11-3الشكل ) خالل طور الشحن

50

خالل طور – انصيار خارجي –مخطط خوارزمية نمذجة خزان الثمج (12-3الشكل ) التفريغ

51

54 مخطط دارة التخزين الجزئي بتقنية االنصيار الخارجي (13-3الشكل )

54 مبدأ عمل حساسات قطر الجميد حول أنابيب الخزان (14-3الشكل )

55 التوجو األفضل لممبنى حسب تحميل برنامج إيكوتكت (1-4الشكل )

56 ألشير التصميميةاألفقية لتغير زاوية الظل الرأسية وعرض المظمة الشمسية (2-4الشكل )

ألشير ل العمودية وعرض المظمة الشمسية األفقيةتغير زاوية الظل (3-4الشكل ) التصميمية

57

منحنيات أحمال التبريد اإلجمالية لممبنى في اليوم التصميمي لألشير (4-4الشكل ) -مع وبدون عزل حراري -المقترحة

59

60 ألفضل عطالة حرارية تفصيمة الجدار المثالية (5-4الشكل )

XI

منحني تغير معامل التأخير الزمني ومعامل التناقص مع تغير موقع العزل (6-4الشكل ) الحراري

60

اختيار وقت التخزين والتفريغ حسب تغير درجة حرارة الوسط الخارجي خالل (7-4الشكل ) (August 20) ساعة 24

61

20) -مخطط حمل التبريد األعظمي لنظام عمل الفندق خالل ساعات اليوم (8-4الشكل )August)

62

63 الخزانتغير حجم الخزان مع اختالف الخطوات الطولية والعرضية ألنابيب (9-4الشكل )

64 تغير زمن التبريد المحسوس باختالف درجة حرارة الماء األولية ضمن الخزان (10-4الشكل )

مرحمة –الطاقة الحرارية المحسوسة والكامنة المسحوبة من أنابيب الخزان (11-4الشكل ) –الشحن

64

65 الخزانمنحني األداء الحقيقي لعمل مبرد الماء خالل طور شحن (12-4الشكل )

تغير درجة حرارة الغميكول عند مدخل ومخرج مبرد الماء خالل طور شحن (13-4الشكل ) الخزان

66

67 -مرحمة الشحن –مخطط الدارة العاممة لدارة التخزين الحراري (14-4الشكل )

68 –مرحمة التفريغ –مخطط تحول الطاقة الحرارية ضمن الخزان (15-4الشكل )

69 –مرحمة التفريغ –مخطط تحول الطاقة الحرارية ضمن الخزان (16-4)الشكل

69 –مرحمة التفريغ –مقارنة القدرة الحرارية لمخزان مع الحمل الساعي المطموب (17-4الشكل )

71 -مرحمة التفريغ –مخطط الدارة العاممة لدارة التخزين الحراري (18-4الشكل )

ات ووحد ومبرد الماءتوزع األنابيب وتوصيالتيا بين الخزانات مخطط (19-4الشكل ) المعالجة

72

73 المخطط النيائي لنظام عمل التخزين الحراري خالل ساعات اليوم (20-4الشكل )

التمثيل البياني لمتكمفة األولية لمتغيرات نظام التكييف مع و بدون تخزين (21-4الشكل ) حراري

75

لألشير التصميمية مع و بدون االستيالك الشيري لمطاقة الكيربائية متوسط (22-4الشكل ) تخزين حراري

76

تأثير نقل قسم من استطاعة مبرد الماء عمى منحني الحمولة اليومي (23-4الشكل ) لممنظومة الكيربائية

78

XII

الجداولفهرس

8 (6المرجع ) –مقارنة التكمفة التأسيسية ألنظمة التخزين الحراري (1-1) الجدول

13 الشروط التصميمية الخارجية لمدينة تدمر (1-2) الجدول

15 مقدار النسبة لالنعكاس الشمسي من األرض المحيطة عمى البناء (2-2) الجدول

21 الخصائص الفيزيوحرارية لمواد البناء المستخدمة في الجدران (3-2الجدول )

22 لمواد البناء المستخدمة في السقف الخصائص الفيزيوحرارية (4-2الجدول )

52 تغير استطاعة التبريد المقدمة من مبرد الماء مع تغير حرارة الوسط الخارجي (1-3الجدول )

مع -أحمال التبريد اإلجمالية لممبنى في اليوم التصميمي لألشير المقترحة (1-4الجدول ) -وبدون عزل حراري

58

63 التصميمية لمخزان الحراريالنتائج (2-4الجدول )

66 الجميد لتخزينممخص بارامترات الدارة العاممة (3-4الجدول )

70 الجميد لتفريغممخص بارامترات الدارة العاممة (4-4الجدول )

74 مقارنة التكمفة األولية لمتغيرات نظام التكييف مع و بدون تخزين حراري (5-4الجدول )

التعرفة مع التكمفة حسب االستيالك الشيري لمطاقة الكيربائيةمتوسط (6-4الجدول ) مع و بدون تخزين حراري -السورية

76

77 المؤشرات االقتصادية الستخدام التخزين الحراري في الجميد (7-4الجدول )

XIII

ورودىا في البحث تسمسل حسب العممية المصطمحاتو االختصاراتجدول

Ice Thermal Storage الخزان الحراري لمجميد

Sustainable Design التصميم المستدام

Intelligent Building األبنية الذكية

التصميم األمثل لترشيد الطاقة والمنسجم مع البيئة

LEED - The Leadership in Energy and

Environmental Design –

Passive Lighting اإلنارة الذاتية

Partial Ice Storage Strategy التخزين الجزئي لمجميداستراتيجية

External Ice Melt االنصيار الخارجي لمجميد

Internal Ice Melt االنصيار الداخمي لمجميد

Off Peak hours ساعات الذروة

On Peak hours ساعات عدم الذروة

Load Leveling تثبيت الحمولة

Demand Limiting حدود الطمب

-AHU-Air Handling Unit وحدة معالجة اليواء

REVIT برنامج تصميم لكافة االختصاصات اليندسية

ECOTECT برنامج ىندسي لمتصميم البيئي لألبنية

MATLAB برنامج لمنمذجة الرياضية و اليندسية

- HVAC - Heating Ventilation Air Condition التدفئة و التيوية و تكييف اليواء

Shadow Mask قناع الظل

- VSA – Vertical Shading Angle زاوية الظل العمودية

- HSA – Horizontal Shading Angle زاوية الظل األفقية

Thermal Mass الكتمة الحرارية

Building's Thermal Inertia العطالة الحرارية لألبنية

Thermal Lag التأخير الزمني

Decrement factor معامل التناقص

برنامج ىندسي لحساب أحمال التكييف لشركة كاريير

HAP

XIV

الجمعية األمريكية لميندسي التبريد والتدفئة وتكييف اليواء

ASHRAE- American Society of Heating,

Refrigerating, and Air-Conditioning Engineers

- TFM – Transfer Function Method طريقة توابع التحويل

- VRV - Variable Air Volume حجم اليواء المتغير

PCM – Phase Change Materials المواد متغيرة الطور

- LHS– وحدات تخزين الحرارة الكامنة Latent Heat Storage-

Sensible Storage التخزين المحسوس

Latent Storage الكامنالتخزين

- FCU – Fan Coil Unit -الممف و المروحة -الفان كويل وحدات

Charge Period طور الشحن

Discharge Period طور التفريع

Ethylene Glycol محمول الغميكول إيتمين

Propylene Glycol محمول الغميكول بروبمين

Galvanize Steel الفوالذ المغمفن

Numerical Method الطريقة العددية

Enthalpy Method طريقة اإلنتالبي

Water Chiller -الشيمر –مبرد الماء

Sensible Charging الشحن المحسوس

Latent Charging الشحن الكامن

COP –Coefficient Of Performance معامل األداء

Sensor حساس

- IPF – Ice Packing Factor معامل التراص لمجميد

- HX-Heat Exchanger مبادل حراري

Air Ducts مجاري اليواء

Pay Back Period فترة االسترداد

NPV- Net Present Value صافي القيمة الحالية

IRR-Internal Rate of Return معدل العائد الداخمي

- DLF-Daily Loading Factor معامل الحمل الكيربائي

الفصل األول

الدراسة المرجعية و أىمية البحث

0

: مقدمة -1-1

عمى الطمب ازداد الوقت الحالي شيدهي الذي جيو لو التكنو الصناعي رو التطو السكاني والنم تزايد مع عمى الطاقة الطمب تنامي بين ةو الي لردم لو حم عن البحث جبو أ الذي األمر عالية تيرةو ب تسارعو الطاقة

لو الحم من طرح العديد الغاية ىذه ألجلو أخرى, ناحية من البعيد المدى عمى تأمينياو انتاجياو ناحية من :منيا

.لمطاقة متجددة منابع إيجاد -1 الدنيا دو لمحد االستيالك تخفيض -2 .لمطاقة الكيربائية االستيالك منحنيو اإلنتاج منحني بين اءمةو الم -3 ,لةو الحم من تجييزات التكييف القسم األكبرتشكل الطاقة الكيربائية المستخدمة لتغطية استطاعة

%( 60-40ح بين )و المناطق الحارة طاقة كيربائية كبيرة تترافي اء في األبنية و حيث يتطمب تكييف اليقت و في ىذا الو صا بعد الظييرة و خصو ن الحاجة لمتكييف في النيار كبيرة و تكو من االستيالك المنزلي

ع الشمسي في كتمة ن تخزين الحرارة الناتجة عن االشعاو يكو اء الخارجي مرتفعة و ن درجة حرارة اليو تكبالمقابل تنخفض كفاءة و بريد في المبنى استطاعة التالطمب عمى ف يرتفع و عند ىذه الظر و البناء كبيرا

( في البادية الي )و خارجي التي تصل إلى حالاء و يالتجييزات التكييف نتيجة الرتفاع درجة حرارة حتى الثامنة و يمة في الصيف من الثانية عشرة ظيرا و رية , تستمر درجة الحرارة المرتفعة لساعات طو الس

اء الخارجي باالنخفاض .و تبدأ درجة حرارة اليبعد الساعة الثامنة و مساء محطات الطاقة الكيربائية التقميدية ىي المعنية في تأمين الجزء األكبر من الطاقة المستيمكة في تعتبر

ن الطمب و حيث يك ,ن كبيرا و م يكو ن تغير الطمب عمى الطاقة الكيربائية خالل اليأبما و اء و تكييف الين و بينما يك ,لى من المساءو الساعات األو ة( في لمظييرة و لة الذر و الطاقة )حماألعظمي الستيالك

ىذا أدىقد ل .( مساء وفي ساعات الصباح الباكرلة الحضيضو استيالك الطاقة الكيربائية متدني )حمفكان ال بد ,التفكير الجدي عمى الخطط المستقبمية لقطاع الطاقةو الكثير من القمق إلى االستيالك اليائل

ير العديد من و تم تط كما ,لتحقيق التوازن بين طمب الطاقة و إنتاجيا من أجل لو من البحث عن حم ضمن( Ice Thermal Storageلجميد )في ااستخدام أنظمة التخزين الحراري منيا ترشيد الطاقة لالطرق فر من و يو ( من انبعاث )اء حيث أن استخدام التخزين الحراري يخفض و جيا تكييف اليو لو تكنمجال

يرفع كفاءة تجييزات التكييف بنسبة كبيرة .و استيالك الطاقة

6

في تتيح استخدامياو فتخزنيا الطاقة إنتاج ةو ذر فترات من االستفادة عمى الطاقة خزانات فكرة تعتمد العميا, دو الحد إلى فرةو الطاقة المت من االستفادة نسبةزيادة إلى يؤدي الذي األمر الطمب, ةو ذر فترات

ل و من أنسب الحمالتخزين الحراري لمجميد يعتبر نظام , الدنيا دهو حد إلى الطاقة في اليدر تخفيضو اإلنشائية, إال أن التكمفة ذروة االستيالك الكيربائيمع الذروة ليا الكبيرة التي يتوافق حمل لممنشآتافز و دا ما لم تكن ىناك حو اسع محدو ى و سيجعل من استخدامو عمى مست لنظام التخزين الحراري العاليةل التي تستخدم التعرفة المتعددة و في كثير من الد الحال وكما ى وتطبيقو تشجع عمى استخدامو مادية

تحفيز المشتركين عمى االستفادة من و المرتبطة بزمن االستيالك لتشجيع لمطاقة الكيربائية )المتغيرة(السادسة صباحا(, كما أن و ة )بين العاشرة ليال و قات الذر و المخفضة في الفترات المعتبرة خارج أالتعرفة

اء الداخل إلى و ليد الغازية حيث يتم تمرير اليو حدات التو النظام لو تطبيقات أخرى في مجال رفع قدرة ة لتخزين كمية من و الذر قات البعيدة عنو الذي يعمل ليال في األو ربينة عمى ممفات النظام التبريدي و الت

.اء الالزمة أثناء التشغيلو الثمج تتناسب مع كمية اليلتصميم المستدام عمى طريقة االبيئية العمماء والميندسون في أبحاثيم ركزمن جية أخرى (Sustainable Design) الذكيةواألبنية (Intelligent Building) تعتمد عمى التوفير في الطاقة التي

في البيئة المحيطة الكيربائية باستخدام الطاقات المتجددة وحماية البيئة واستخدام المواد الطبيعية المتوفرة سجم مع البيئة بحيث نحصل عمى التصميم األمثل لترشيد الطاقة والمن المواد المصنعةباإلضافة إلى

مبنى منسجما مع البيئة المحيطة و التغيرات المناخية. ال يكون( حيث LEEDالمحيطة وما يسمى )إن تكامل مفيومي التصميم المستدام و البناء الذكي يساىم و بشكل فعال و مؤثر في السيطرة الذاتية

ما يقمل و بشكل م البناء ىيكللمبناء عمى األحمال الحرارية المفقودة شتاء أو المكتسبة صيفا من خالل و بالتالي توفير في استيالك الطاقة الكيربائية . لحراريةاكبير األحمال

3

الدراسات المرجعية : -1-1 : [2]الدراسة المرجعية -1-2-1 في استراليا المعماريين و البيئيين االختصاصينمن (Reardon , et al., 2010قام الباحثون ) والخضراء ليكون دليال لمميندسين ولزيادة دراسة كل ما يمكن إن يساعد في تصميم المنازل المستدامةب

عمى معمومات محددة تقنية ويقدم الحمول ىذا الدليليحتوي الوعي بأىمية بناء وترميم األبنية المستدامة.يعرض ,العممية التي يمكنك تنفيذىا ضمن تكاليف مادية معقولة ومتناسبة مع المناخ وأسموب الحياة

ساعدت نتائج البحث حيث ,مبنىيمكن تطبيقيا عمى أي لتيالمبادئ ااألفكار و المرجع مجموعة من متمثمة بتحسين السموك الديناميكي لممبنى ليتفاعل مع التصميم األمثل لألبنية وضع استراتيجية عمى

اتجاه المبنى, مواد العزل الحراري, مواد البناء,الظروف المناخية المحيطة, من أىم ىذه المعطيات: األراضي الخضراء المحيطة بالمبنى, نوع زجاج المبنى, تحسين شروط االستيالك الكيربائي لمطاقة

االستفادة من مياه المطر وتدوير واأللواح الفوتوفمطية,الرياح طاقة باالعتماد عمى الطاقات البديمة مثل في الواجيات المعمارية خدام التظميلاستتوصل الباحثون إلى أن ....... الخ. الصرف الصحي مياهنسبة ل , أما استخدام العزل الحراري يؤدي%(12-7يقمل أحمال المبنى بالصيف بسبة تتراوح بين ) لمبناء

باإلضافة ألن التصميم من استطاعة التجهزات الكهرومكانكة (% 00)التوفر ف الطاقة حتى ( يوفر باالستطاعة الكيربائية لنسبة تصل حتى Passive Lightingالمعماري الذي يحقق اإلنارة الذاتية )

) المدخنة الشمسية ( تساعد عمى تحريك اليواء المعمارية مثلحمول الاستخدام أن %( , كما تبين6), عمى أن يتم بناء ىذه المدخنة في الجية األكثر تعرضا المبنى لألعمى نتيجة فرق الكثافةالساخن في

توازن حراري بالمبنى في فصمي الصيف و الشتاء كما ىو موضح بالشكل يؤدي إلى حدوث امم لمشمس(1-1. )

]2[لمرجع ا-مى التيوية الطبيعية ضمن المبنى ( تأثير استخدام المدخنة الشمسية ع1-1الشكل )

4

: [3]الدراسة المرجعية -1-2-2ام الطاقة الكيربائية في الكويت بتحميل نظ دولةفي دراسة بحثية( SEBZALI, 2005قدم الباحث )

تكييف أنظمةك الطاقة الكيربائية حيث وجد أن عمى استيال (AC)وتأثير أنظمة تكييف اليواء الكويت من إجمالي الطاقة (% 40)من الطاقة عند ذروة الحمل الكيربائي و61%) )تستيمك اليواء

بمغ حوالي السنوية في ذروة الطمب الكيربائي واستيالك الطاقةالزيادة قد وجد إن متوسط ل .,الكيربائيةن الطريقة الوحيدة لمحد من الطمب عمى الكيرباء تبين لمباحث أ . 1998-2002بين األعوام( %6.2)

اليوم من خالل دمج ألجيزة تكييف اليواء خالل عند حمولة الذروة ىو تنظيم استيالك الطاقة الكيربائيةاستخدام مع منظومة التكييف حيث تم اختيار مبنى العيادة لدراسة أثر الجميد –الحراري عممية التخزين

لقد , ودراسة ذلك عند تغطية جزئية وتغطية كاممة لحمل التبريد التخزين الحراري ضمن مستودع جميدلتغطية إن التشغيل البحث إلى استخدام التخزين الحراري وبدونو وتوصلتمت المقارنة بين الوفر مع

ويخفض من %13حمولة جزئية يؤدي إلى تخفيض سعة خزان الجميد وتخفيض استطاعة الشيمر بمقدار الدارة (2-1. يظير الشكل )بالمقارنة مع الطريقة التقميدية %19 حمولة الذروة الكيربائية بمقداراألفضل لشحن الخزان و تفريغو اختيار الوقت (3-1يبين الشكل )كما المقترحة لنظام التخزين الحراري

.بناء عمى منحني الحمولة الكيربائية

[3]المرجع - الدارة المقترحة لنظام التخزين الحراري( 2-1الشكل )

5

]3[المرجع -الوقت األفضل لشحن الخزان و تفريغو بناء عمى منحني الحمولة الكيربائية (3-1الشكل )

: [4]الدراسة المرجعية -1-2-3باستخدام الجميد حيث أكد (TES)دراسة تخزين الطاقة الحرارية ب (BARTLY, 2007قام الباحث ) ن نقل استخدام الطاقة توصل البحث إلى أ أكثر من خمسين عاما من استخداميا.خالل موثوقيتيا عمى

مدينة من المدن الكبرى بالعالم بتخزين الطاقة الحرارية في كل من ساعات الذروة لساعات غير الذروة سيساعدالتأثير اإليجابي وبالتالي ىذا خالل عشر سنوات (MW 300-200) ما يقارب يمكن تحويلالمزيد من محطات الطاقة وتخفيف الضغط عمى شبكات ( وتقميل الحاجة إلى انبعاث )عمى خفض .النقل والتوزيع

أىم فائدة من عممية التخزين الحراري في الجميد ىي الحد من الطمب عمى الذروة اعتبر الباحث أنالناقل حيث يساعد استخدام الكيربائية والتحول من استيالك الطاقة الكيربائية إلى ساعات غير الذروة

ه بالمقارنة مع نظام الميابشكل كبير التجمد درجة حرارةعمى تخفيض )محمول الغميكول ( الحراري . التقميدية

6

من مستودع الجميد وتصل وغميكول( منخفضة عند خروج)غالبا ما تكون درجات الحرارة لمناقل الحراري م العديد من الفوائد التي تقمل من يتقد عمى درجة الحرارة المنخفضةحيث تساعد ( )إلى

.والتبريدتكمفة التصميم األولي لمنظام بأكممو وتحسين أداء عممية التكييف توصيل أحدى الطرق ل التالي (4-1) يبين الشكل بين الباحث الطرق المختمفة لعممية التخزين الحراري,

. دارة التبريد باستخدام تخزين الطاقة الحراري –المبردات مع خزان الجميد

-باستخدام تخزين الطاقة الحراري دارة التبريد –مخطط توصيل المبردات مع خزان الجميد (4-1الشكل ) [4]لمرجع ا

: [5]الدراسة المرجعية -1-2-4 Austin تخزين الطاقة الحرارية لمبنى مكاتب في مدينة ل تنفيذية دراسة (Eric, 2007أجرى الباحث )

Texas تم تطبيق استراتيجية التخزين الجزئي لمجميد , ( ) في امريكا مساحة المبنى حوالي(Partial Ice Storage Strategy( وتقنية االنصيار الخارجي لمجميد )External Ice Melt والنتيجة التي )

on peak( من ساعات الذروة )ton-h 465حصل عمييا الباحث ىي تخزين و نقل حمولة تبريد حوالي )

hours( لساعات عدم الذروة )off peak hours بين البحث طريقة نقل حمولة الذروة لحمل التبريد ( كماالنتيجة التي حصل عمييا الباحث كانت إلى ساعات يكون فييا استيالك الطاقة الكيربائية أقل ما يمكن,

(.15-18%ىي توفير بالطاقة الكيربائية يتراوح بين)طريقة توفير فعالة جدا لخفض تكاليف الطاقة الكيربائية وتخفيف يعتبر ن تخزين الجميدأبين البحث

. الطاقة الكيربائيةالطمب عمى

7

عممية نقل حمولة الذروة لحمل التبريد من ساعات النيار إلى ساعات الميل (5-1)يبين الشكل في البحث. ( صورة لمواقع التنفيذي لممشروع المدروس 6-1المطبق في البحث , كما يبين الشكل )

[5]لمرجع ا– عممية نقل حمولة الذروة لحمل التبريد من ساعات النيار إلى ساعات الميل(5-1الشكل )

[5]لمرجع ا –توضع خزانات الثمج و توصيالت األنابيب مع الشيمر لممشروع (6-1الشكل )

OFF PEAK PEAK UTILITY POWER OFF PEAK

100 TONS

200 TONS

300 TONS

BUILDING COOLING

LOAD PROFILE

CHILLERS IN

ICE MAKING

MODE

ICE MELTING

CHILLERS OFF

CHILLERS IN

NORMAL MODE

0 6 12 18 24

OFF HOURS

ICE MAKING

OFF HOURS

ICE MAKING

CHILLER PLANT SIZED FOR

60% TO 80% OF PEAK DESIGN LOAD

8

: [6]الدراسة المرجعية -1-2-5في بحثيم عمى مسألة حيوية في أنظمة تخزين (ALVAREZ, et al., 2010) ركز الباحثون

( و التخزين Partial Storageالطاقة و ىي المقارنة بين استراتيجيات التخزين من حيث التخزين الجزئي ) ( لمجميد في خزانات الطاقة الحرارية .Full Storageالكمي )

( , مجموع kW 8.2حمل التبريد األعظمي ) ( ,m2 91تم اسقاط المقارنة عمى منزل افتراضي مساحتو ) (.Kw-h 135.2حمل التبريد اإلجمالي لكل ساعات اليوم )

"حدود ( و Load Leveling) " تثبيت الحمولة "تم تقسم استراتيجية التخزين الجزئي لمفيومين أساسيين حيث تم يعتمد التصنيف األول عمى مبدأ تشغيل مبرد الماء باستطاعة (Demand Limitingالطمب " )

تبريد ثابتة خالل فترة الذروة بغض النظر عن تأرجح منحني االستيالك الكيربائي , أما التصنيف الثاني فيعتمد عمى مبدأ تتبع منحني الحمولة الكيربائية لمشبكة الكيربائية بتناسب عكسي بحيث تنخفض

د الماء كمما ازداد استيالك الطاقة أو تزداد بانخفاض الطمب عمى الطاقة .استطاعة مبر ر بالحمولة الكيربائية ما يحسن أظيرت نتائج البحث أن االعتماد عمى التخزين الكمي يؤدي لنقل أكب

الحمولة الصباحية و المسائية , و لكن توليد الطاقة و يخفف من الفجوة بينبشكل كبير أداء محطات و يعيب ىذه االستراتيجية من التخزين ىي التكمفة التأسيسية الكبيرة لمخزان .ما

أما استراتيجية التخزين الجزئي من ناحية المبدأ فتحتاج لكمفة تأسيسية أقل و لكن مع نقل محدود لمحمولة ( عمى Load Leveling) الكيربائية , باإلضافة لذلك أظيرت النتائج تفوق استراتيجية " تثبيت الحمولة "

( من ناحية التوفير بالكمفة التأسيسية نظرا لتطمب النوع الثاني Demand Limiting"حدود الطمب " )( مقارنة بين 1-1أدوات تحكم معقدة لتتبع منحني الحمولة الكيربائية عمى مدار اليوم . يظير الجدول )

( استراتيجية التخزين الكمي 7-1شكل )الكمفة التأسيسية لألنواع الثالثة المذكورة أعاله , كما يظير ال ( بين منحنيات حمل التبريد اليومي و حمل مبرد الماء الموافق لذلك . Load Levelingالجزئي )و

(6المرجع ) –( مقارنة التكمفة التأسيسية ألنظمة التخزين الحراري 1-1الجدول )

Demand Limiting

Load Leveling Full Storage Non Storage

Storage System

Ice Water Ice Water Ice Water

1766 1158 1513 1005 5148 2838 1384 Chiller

283 292 146 199 2541 1316 - Storage

2050 1450 1659 1204 7690 4155 1384 Total

-665 -67 -274 180 -5884 -2770 0 Saving

9

[6]لمرجع ا –مقارنة بين التخزين الكامل و الجزئي لمجميد من ناحية نظام عمل مبرد الماء (7-1الشكل )

:[7]الدراسة المرجعية -1-2-6 تكييف منظومة اداء تحميل و لتصميم نظرية و عممية دراسة (CARY, et al., 1995)أجرى الباحثون

اإلنتالبي طريقة باستخدام االنابيب حول المتكون الثمج ماكةس حسابتم ء في والية بوسطن بأمريكا ,لبنا اكةسم لقياس مخبري عممي جياز ببناء ذلك و عمميا النتائج اختبار تم كما االحداثيات مطابقة نظام مع

بعض ظير و النظرية قةيالطر مع جيدا تطابقا النتائج أعطت . الزمن مع االنبوب حول المتكون الثمج الحسابات في بالحمل الحراة انتقال اىمال بسبب نحنيالم نتائج في ليس و اكةالسم قيمة في االنحراف لمنظومة الالزم الثمج خزان حجم عمى كبير اثر لو التبريد حمل نمط نأ ايضا الدراسة بينت و النظرية) حمل الذروة و الوقت الذي يحدث فيو ( و ذلك ألن معدل التبريد المزود من قبل الخزان ليس التكييف

( النموذج االفتراضي لمبرد الماء و توصيالتو 8-1ثابت و إنما يتناقص بمرور الوقت . يظير الشكل )درجة حرارة تأثير ( منحنيات9-1خمي, كما يظير الشكل )داالمع ستة خزانات تعمل بتقنية االنصيار

اسطوانة الثمج النيائية, و مقارنة بين النتائج النظرية و العممية ةكاالماء االبتدائية داخل الخزان عمى سم لمدراسة.

01

[7]لمرجع ا – مع الخزانات ( النموذج االفتراضي لمبرد الماء و توصيالتو8-1الشكل )

اسطوانة الثمج النيائية, سماكةمخططات تأثير درجة حرارة الماء االبتدائية داخل الخزان عمى (9-1الشكل ) [7]المرجع – مقارنة بين النتائج النظرية و العممية لمدراسةو

00

: و أىدافو البحث أىمية -1-2لقاء الضوء عمى طريقة ليست جديدة نسبيا ولكنيا غير معروفة وغير اليدف من ىذا البحث ىو إإن

ييدف البحث أيضا كما تكييف اليواء, من أجلمطبقة في سوريا وتعتمد عمى التخزين الحراري الكامن والتوجيو الجدي الدولة بيان أىمية التخزين الحراري في التكييف وجدواه االقتصادي عمى مستوى الفرد ولت

العممي في تصميم األبنية الخضراء وترشيد الطاقة الكيربائية بمفيوم جديد يعتمد من البداية عمى لمتطبيقتوفير أيضا لموصول إلى ييدف البحثن الحراري بمختمف أنواعو, كما التصميم المعماري والتخزي

, لبادية السوريةاستيالك الطاقة الكيربائية المنتجة من الوقود العضوي والحفاظ عمى بيئة نظيفة في ا رية ألنظمة تكييف اليواء المركزيأىمية التخزين الحراري في نقل حمولة الذروة الحرا وأخيرا إبراز

.ذروة االستيالك اليومي ليا إزاحةفي استيالك الطاقة الكيربائية و تخفيضو

: منهجية و خطة البحث -1-3دراسة البناء من الناحية المعمارية ) تحسين استجابتو تم تحميمية حيثال الطريقة البحثاتبعنا في

أفضل قيم ألحمال التكييف ليذا المبنى خالل إلى ذلك لموصولع تغيرات الحرارة خالل اليوم ( و البيئية م ثم تمأيمول ( و من ثم اختيار الشير و اليوم التصميمي –آب –تموز –) حزيران المقترحة األشير

مبنى حيث تم إعداد خوارزمية لدراسة أداء الوضع نموذج رياضي لتصميم خزان حراري لمجميد ضمن ( وذلك لمراقبة أداء الخزان MATLAB) غ وحميا باستخدام برنامج الخزان الحراري في طور الشحن والتفري

ي وقت الذروة الحرارية و التحقق من إمكانية تغطية األحمال المطموبة ف الحراري خالل الطورين المذكورين ( مخطط خطة البحث .10-1و الكيربائية , يظير الشكل )

06

( مخطط خطة البحث10-1الشكل )

خطة البحث

دراسة العناصر المعمارية و البيئية المؤثرة عمى حمل التبريد لممبنى

معمارية تتضمن: دراسة عناصر دراسة عناصر بيئية تتضمن:

نموذج معماري افتراضي في تصميم مدينة تدمر

موقع البناء شكل البناء توجو البناء

التظميل الخارجي لمنوافذ العزل الحراري لجدران المبنى الكتمة الحرارية لمبناء

و النتائج منحنيات الرسم الحسابية و االقتصادية

ن الحرارينظام التخزي دراسة

اختيار استراتيجية و تقنية التخزين

الحساب الحراري لمخزان

الدارة المقترحةتصميم

الثاني الفصل البيئية و المعمارية المتغيراتدراسة

03

فرضيات البحث : -2-1لقد تم دراسة تأثير أىم العناصر المعمارية و البيئية التي ستخفض من حمل التبريد لممبنى ومن

استيالك الطاقة الكيربائية حيث تم اختيار مدينة تدمر كموقع لبناء ) فندق( افتراضي , حيث تعتبر من وتتميز بأنيا لمحافظة حمص وتتبع سوريا ليا شيرتيا ومكانتيا, تقع في وسط ا األثرية عالميأىم المدن

كيمومتر عن 215وىي اليوم مدينة سياحية. تبعد مممكة تدمر ذات أىمية تاريخية حيث كانت عاصمةتعرف حاليا و تحتوي العديد من األثار والمتاحف والمطاعم , إلى الشمال الشرقي منيا دمشق مدينة( يوضح الشروط التصميمية الخارجية لمدينة 1-2. الجدول التالي )م "عروس الصحراءباس سوريا في

: تدمر حسب ما ورد في الكود السوري لمعزل الحراري ( الشروط التصميمية الخارجية لمدينة تدمر1-2الجدول )

( وىو عبارة عن فندق مساحتو الطابقية 1تم دراسة التصميم المعماري لمبنى افتراضي موضح بالممحق ) ( يتألف من : ( و المساحة اإلجمالية حوالي ) )

طابق القبو: يتألف من مرآب سيارات وغرفة كيرباء وغرفة ميكانيك تتضمن وحدات المعالجة -1 والمضخات والمبادالت الحرارية وغرفة خزانات الجميد.

ومطاعم وقاعة اجتماعات ومحالت تجارية . صالة عرضالطابق األرضي : يتألف من -2 يتألف من غرف إقامة لمنزالء .الطابق األول والثاني والثالث : -3

راح غرفة لتوضع خزانات الجميد مع كافة توصيالتيا كما تم اقت خاصة لقد تم اقتراح غرفة في القبو( و المبادالت الحرارية و المضخات و AHUتوضع فييا وحدات معالجة اليواء )لمتجييزات الميكانيكية

كييف المركزي و التخزين الحراري .كافة التجييزات الضرورية لتكامل عمل منظومتي الت

المدينةدرجة الحرارة

( التصميمية ) الرطوبة النسبية

% المدى اليومي

( )

االرتفاع الرياحاتجاه (m)

خط العرض

خط الطول

شتاء صيفا شتاء صيفا شتاء صيفا W W 400 16.17 75 20 3- 45 تدمر

04

دراسة المتغيرات البيئية و المعمارية : -2-2ية عممية في تصميم أنظمة التكييف ما ينعكس بشكل مباشر عمى و يعتبر تخفيض حمل التبريد لممبنى أول

والمعمارية حجم خزان الجميد في حال اختيار التخزين, يمكن تحقيق ذلك بدراسة أىم البارمترات البيئية التي تساىم وبشكل فعال في تخفيض حمل الذروة.

عناصر بيئية تتضمن : -أوال (SITE SELECTION) موقع البناء - أ

(BUILDING SHAPE شكل البناء ) - ب (BUILDING ORIENTATION)توجو البناء - ت عناصر تصميمة معمارية تتضمن : -ثانيا (EXTERNAL SHADINGالتظميل الخارجي لمنوافذ في البناء ) - أ

(THERMAL INSULATIONالعزل الحراري لجدران المبنى )مواد البناء و - ب (THERMAL MASSالكتمة الحرارية لمبناء ) - ت

العناصر البيئية : –أوال - 2-2-1 : (SITE SELECTION) موقع البناء -2-2-1-1عمى شروط صحية وطاقية يعتبر اختيار المنطقة المراد تشييد البناء عمييا من العوامل اليامة لمحصول

عمى البيئة الداخمية مناخيتأثير ومساحات خضراء ليا مثمى, فمثال إن وجود أشجار مواجية لممبنىمن أىم األسس التخطيطية لممناخ الجاف الحار وذلك بقصد توفير أكبر قدر من حيث يعتبر والخارجية

عن ا عمل بيئة داخمية رطبة بعيدساعد عمى مما ي تأثير المناخ يلتفادذلك الظالل واإلضاءة والتيوية و البناء الطاقة المنعكسة من االرض عمى لحد كبير تقمل كماالبيئة المناخية الخارجية الجافة الحارة

ممتاز في تأثيرن استخدام الحشائش والبساط االخضر وخطوط الورود ليا إ وبالتالي كسب حراري أقل,عمى المنعكسة % من الحرارة15-10ن أخصوصا اذا ما عرفنا امتصاص اشعة وحرارة الشمس الساقطة

نيا تحمي المبنى من حدوث االنعكاس الضوئي غير أ, كما [2] من ىذه االشعة تأتياالرضي طابقالتغطية االرض بالزروع والحشائش من الحمول الممتازة وبالتالي الوىج الناتج وأ ( Glare) المرغوب بو

فيوىى عنصر ىام الشمسياإلشعاع فيإحدى أفضل وسائل التحكم األشجار تعتبر .في ىذا االتجاه : ىذا التحكم أربع طرق يشملالمناطق الجافة الحارة, في الشمسيالسيطرة عمى اإلشعاع

05

( .Obstruction) ةالشمسي شعةالحجب لأل - ( .(Absorption ةالشمسي الطاقةامتصاص - ( . Reflection) ةالشمسي ةشعاألانعكاس - ( . Radiation) الشمسي اإلشعاع -

[2] :البناء نحون األرض المحيطة ع ةالشمسي األشعة نعكاسمقدار النسبة ال (2-2)جدول ال يبين

( أي 0.06نالحظ من الجدول تأثير التشجير حول البناء عمى االنعكاس الشمسي حيث تبمغ النسبة )% و تعتبر قميمة إذا ما تم مقارنتيا بالقيم األخرى الواردة بالجدول و ىذا ما يظير أىمية ىذا 6حوالي

.[8] المعامل من الناحية العممية ( :BUILDING SHAPE شكل البناء ) -2-2-1-2

المبنى شكل يعتبر البحث عن الشكل اليندسي لمبناء األكفأ حراريا مطمبا ميما وأساسيا حيث يحدد عناصر بين اليندسية العالقة فيو يحدد وبذلك الشمسي واإلشعاع اليواء حرارة درجات من كل تأثير إمكانية في دورا بارزا الخارجية المعرضة لمظروف المسطحة المساحة تمعب والمبنى حيث المناخ

داخل الحرارة درجة تكون بحيث الشتاء, فترة الصيف والعكس في فترة في ريحرا حمل اقل عمى الحصول .[8] شروط االرتياح صيفا وشتاء من المبنى قريبة

أجريت العديد من األبحاث في خصوص التصميم المعماري األمثل في المناطق الصحراوية ولعل أغمب النتائج كانت تشير إلى اعتماد التصميم المعماري األفقي الموجو لمداخل ) باثيو أو فناء كبير ( حيث

, الصحراوية ناطقالم في وخاصة لممناخ البيئية لمواجية المشاكل الطرق أفضل ىذا التصميم من يعتبر التيوية تحقيق إلى الفناء يؤدي , كما ونيارا ليال المسكن داخل لدرجات الحرارة كمنظم يعمل الفناء ألن

نوع السطحنسبة اإلشعاع الشمسي المباشر

المنعكس من األرض 0.34-0.31 زفت جديد 0.25-0.22 زفت قديم

0.06 أشجار وعشب أخضر 0.2 حصى مطحونة

0.14 حجر طرقات )انترلوك( 0.12-0.1 بالط أرصفة

06

النافورات وعمل واألشجار النباتات زراعة إمكانية الداخمي الفناء لممبنى . يوفر الرياح الحارة من والحماية النباتات تمعب كما . العناصر تمك باستخدام المناخية الظروف وتمطيف تحسين إلى وبالتالي يؤدي داخمية

بالجو, وبالتالي فقد تم الموجودة العالقة والمواد والدخان األتربة الجو بتقميل وتنقية تنظيف في دورا ىاما ( توجو البناء 1-2اقتراح نموذج معماري يحاكي المتطمبات المعمارية الصحراوية المثالية, يظير الشكل )

(.REVITنحو الفناء الداخمي في البيئة الصحراوية تم إعداده باستخدام برنامج الريفيت )

( توجو البناء نحو الفناء الداخمي في البيئة الصحراوية1-2لشكل )ا

: (BUILDING ORIENTATION) البناء توجو-2-2-1-3

غالف المبنى بشكل كبير بتوجو البناء من حيث كمية اإلشعاع الشمسي الساقط عمى البناء يتأثر لمتكييف , لقد تم مناقشة طول وبشكل كبير عمى الحمل الحراري يؤثرواإلجيادات الحرارية المختمفة ما

اقشة طولالضمعين الشمالي والجنوبي عمى حساب الضمعين اآلخرين في الحالة األولى , كما تم منالضمعين الشرقي والغربي عمى حساب الضمعين الشمالي والجنوبي , ومقارنة النتائج من حيث األداء

صيفا وبالتالي الحراري لمبناء وذلك تبعا لمسار الشمس وزاوية ارتفاعيا صيفا في األشير التصميمية( لمتصميم البيئي ECOTECTالحصول عمى االتجاه األمثل لمبناء , تم االستعانة ببرنامج اإليكوتكت )

وذلك لتحديد أفضل توجو لممبنى ضمن البيئة المحيطة , البرنامج عبارة عن أداة تصميم بيئية متكاممة والتي تزاوج عمميات التصميم المختمفة ) دراسة حرارية وشمسية وتكمفة تصميمية ...( مع واجية رسم

07

( ومواد بناء و....الخ, HVACوات مثل أجيزة )ثالثية األبعاد حيث يزود البرنامج بمكتبة متكاممة من األد ( .++Cحيث يستند عمل البرنامج عمى لغة البرمجة )

دخا المبنى منذ ل كافة المعطيات البيئية لمبناء مما يسمح لممصمم يتم رسم النموذج المعماري لممبنى وا العمل , يبين الشكل المراحل األولى لمتصميم عن طريق عرضو لمخططات بيانية تفصيمية لكل مرافق

( واجية البرنامج لممستخدمين. 2-2)

( لمتصميم المعماري البيئيECOTECT( واجية برنامج )2-2الشكل )

العناصر التصميمة : –ثانيا -2-2-2 : (EXTERNAL SHADINGالتظميل الخارجي لمنوافذ في البناء ) -2-2-2-1التظميل وسيمة لتجنب الكسب الحراري الشمسي المباشر, وبالتالي فإن حجب األشعة الشمسية يعتبر

في فترات الذروة الحارة والسماح بدخول ىذه األشعة في الفصل البارد يعتبر من العوامل الميمة في تحقيق لزيادة أحمال التكييف سقوط األشعة الشمسية عمى النوافذ السبب الرئيسيالسيطرة المناخية لممبنى, يعتبر

فصل يفف ,(Shadow Maskحيث أثبتت الدراسات أن استخدام التظميل يشكل ما يدعى بقناع الظل )ما يحول دون الصيف تتعرض الواجيات لفترات طويمة من األشعة الشمسة وبزوايا سقوط صغيرة نسبيا

.[9] المطموبة في البناء الحراري تحقيق شروط االرتياح

08

الشمس المثالية الحماية المطموبة من أشعة الشمس المباشرة دون حجب الرؤية أو اتكاسر يجب أن توفر أفقية كاسراتيمكن تحقيق حجب جزئي لألشعة الشمسية بتصميم , التقميل من فعالية التيوية الطبيعية

. لمنوافذ شاقوليوو تقسم الكواسر الشمسية لثالثة أنواع :

( : Horizontal Type) األفقيةكاسرات الشمس - أ تستخدم في الواجيات الجنوبية ويتم تصميمييا بناء عمى زاوية الظل العمودية .

[9] يحسب عرض الكاسر الشمسي األفقي بالمعادلة التالية :

حيث أن : ( . m: عرض الكاسر الشمسي ) H ( ارتفاع النافذة :m. )

VSA منقمة الظل لمساعة التصميمية بداللة زاوية مخطط : زاوية الظل العمودية و يتم استنتاجيا من (.hاالرتفاع الشمسي )

[9] ( :δ( بداللة زاوية االنحراف )hتعطى العالقة التي تحدد زاوية االرتفاع الشمسي )

δ

( . خط العرض لممنطقة المدروسة و يساوي ) حيث :

( كاسرة الشمس األفقية مع زاوية الظل العمودية3-2الشكل )

09

( :Vertical Type) كاسرات الشمس الشاقولية-ب

إمكانية أن تأخذ ميال ناحية الشمال لمواجيات الشرقية والغربية مع كاسرات الشمس الشاقولية تستخدم (4-2الشكل ) حماية أكبر من الشمس, ويتم تصميميا بناء عمى قيمة زوايا الظل األفقيةإلعطاء

[9] يحسب عرض الكاسر الشمسي األفقي بالمعادلة التالية :

حيث أن : ( . m: عرض الكاسر الشمسي ) w ( عرض النافذة :m. )

HSA زاوية الظل األفقية و يتم استنتاجيا من منقمة الظل لمساعة التصميمية بداللة زاوية السمت : الشمسي عند الساعة التصميمية .

( كاسرة الشمس العمودية مع زاوية الظل األفقية4-2الشكل )

وتستعمل في ( : تعتبر مزيج من النوعين السابقين Egg-crate Typesكاسرات الشمس المركبة )-جالواجيات الجنوبية الشرقية والجنوبية الغربية , ويتم تصميميا بناء عمى قيمة زاويتي الظل األفقية

. [9] والعمودية

61

( :THERMAL INSULATIONالعزل الحراري لجدران المبنى ) -2-2-2-2

البيئية المحيطة بو من خالل تجاربو الطويمة و المستمرة في لقد طور اإلنسان معالجاتو لمظروف السموك الحراري لمبناء , يعرف العزل الحراري بأنو مواد بناء تساعد في الحد من تسرب و انتقال الحرارة من خارج المبنى إلى داخمو صيفا و من داخمو إلى خارج شتاء , يعتبر العزل الحراري من أىم العوامل

.[1] لتموث البيئي و االنبعاث الحراريق التي تؤثر عمى األحمال الحرارية. كما أنو يحد من اعمى اإلطال

[1] :مزايا استخدام العزل الحراري

. الطاقة الكيربائية استيالك الترشيد في -1المناسبة لمدة طويمة دون الحاجة إلى تشغيل أجيزة التكييف لفترات بدرجة الحرارة احتفاظ المبنى -2

.زمنية طويمة بنسبةميكانيكية الطاقة الكيربائية التجييزات اللتشغيل الكيربائية الالزمة ستطاعةااليقمل من -3

.%40 تصل إلى نسبةحيث يقل الجوية والتقمبات الطقس الحراري عمى حماية وسالمة المبنى من تغيراتيعمل العزل -4

نخفاض نيارا, وا الشمسأشعة التي تسببيا حرارةال درجة فرق درجات الحرارة الناتج عن ارتفاعات إحداث اجياد إلىارة بين الميل والنيار لحر افي درجة كبيرةالفروق ال ؤديدرجة الحرارة ليال. وت

فتفقد خواصيا الطبيعية مثال األخرى كالنوافذ ءجزااألو و البنية اإلنشائية غالف المبنى في حرارية .وتصدعات وشروخ تشققات إلى إحداث مما قد يؤدي والميكانيكية

داخل إلى الجدران واألسقف الخرسانية الالزمة لتخفيض انتقال الحرارة اكةيؤدي إلى تقميل سم -5 .المبنى

.وشبكات التوزيع محطات إنتاج الطاقة توفير العبء عمى -6

تأخذ بعين االعتبار الظروف التشغيمية التي تصميمية يجب أن يتم اختيار العزل الحراري وفق أسس :المطموبة منو مثل الغايةسيتعرض ليا العازل وقدرتو عمى تحقيق

يقع فيو البناء الظروف المناخية لممنطقة التي - الظروف التشغيمية لممبنى ) فندق , مشفى , مدرسة ........( - الخصائص الفيزيوحرارية لمعازل . - الجدوى االقتصادية لمعازل الحراري . -

60

يوجد العشرات من مواد العزل المستخدمة في تركيبات الجدران و األسقف و لكن من الصعب جدا ة تأسيسية و أقل استيالك لموقود و أقل ضياع حراري عبر جدران اختيار عازل حراري يحقق أقل كمف

( كمادة عزل تحقق بشكل وسطي العوامل الثالثة Polystyreneالمبنى, لقد تم اختيار البوليسترين ) تحاكي البيئة الصحراوية . بنىالجدران و األسقف حيث تم اعتماد بنيةالمذكورة و ذلك في

اعتماد الطبقات التالية : فمقدبالنسبة لمجدران لكل طبقة . 2cm( خارجية و داخمية بسماكة Cement Plasterطبقتين توريقة اسمنتية ) -أ . 6cm( سماكة إجمالية Polystyreneعزل حراري من البوليسترين ) -ب . 16cm( سماكة إجمالية Limestoneحجر كمسي ) -جـ

20cmوبدون عزل 26cmعزل الحراري لتصبح السماكة الكمية لمجدار المدروس مع ال .[1]( الخواص الفيزيوحرارية لمواد البناء المستخدمة في الجدران 4-2الجدول )يوضح

[1] ( الخصائص الفيزيوحرارية لمواد البناء المستخدمة في الجدران3-2الجدول )

معامل انتقال الحرارة اإلجمالي لمجدران الخارجية : حيث أن

.

كما يمي : اعتبارىاأما تركيبة السقف لممبنى المقترح فتم . 20cm( بسماكة Heavy concreteبيتون مسمح ) -أ . 5cm( سماكة إجمالية Polystyreneالبوليسترين )عزل حراري من -ب . 0.5cm( سماكة إجمالية Asphaltاسفمت ) -جـ . 5cm( سماكة Light concreteبيتون ميول ) -د . 5cm( سماكة Pebblesطبقة حصى ناعمة )-ه

الذي ( Thermal Massإن توضع طبقة العزل ضمن طبقات الجدار يرتبط بمفيوم الكتمة الحرارية ) ( الخصائص الفيزيوحرارية لمواد البناء المستخدمة في تركيبة السقف :4-2. بين الجدول )حقا سنناقشو ال

المادة اإليصالية الحرارية

الكثافة ρ

840 1 اسمنتية توريقة

1300 0.033 بوليسترين 908 1.5 حجر كمسي

66

( الخصائص الفيزيوحرارية لمواد البناء المستخدمة في السقف4-2الجدول )

معامل انتقال الحرارة اإلجمالي لمسقف : حيث أن

.

أيمول( مع -آب-تموز –تم إعداد منحنيات حمل التبريد اإلجمالي لممبنى لألشير التصميمية ) حزيران عزل حراري و مقارنة النتائج .بدون و

(: Thermal Massالكتمة الحرارية لمبناء )-2-2-2-3

تعتبر العطالة الحرارية والعزل الحراري مفيومان متناقضان حيث يكمن دور العطالة الحرارية لمجدار (Wall Thermal Inertia في )تخزين الطاقة ( بينما يكمن دور العزل الحراريThermal Insulation في )

تأخير في عبور الطاقة الحرارية خالل النيار و بالتالي التحكم بإزاحة الذروة الحرارية كما سنرى في نتائج دار عمى العطالة الحرارية لمجدارالبحث حيث تم مناقشة أىمية موقع العزل الحراري ضمن طبقات الج

[10].

( : Building's Thermal Inertiaالعطالة الحرارية لألبنية ) -أتعكس العطالة الحرارية قدرة المبنى عمى تخزين الحرارة أو تفريغيا , كما تعكس استجابة المبنى لتأثير

ة في يتغييرات درجة الحرارة الداخم العطالة الحرارية تخفيض العوامل الخارجية بعبارة أخرى تعكس .مفيوم العطالة الحرارية (5-2الشكل ). يوضح لصيفا

المادة اإليصالية الحرارية

الكثافة ρ

2400 1.57 بيتون مسمح 1300 0.033 بوليسترين 2100 0.6 اسفمت

600 0.4 بيتون ميول 1540 0.42 طبقة حصى ناعمة

63

( اختزان الحرارة في الجدران نيارا و طرحيا في الميل5-2الشكل )

( :Thermal Lag & Decrement factorمعامل التأخير الزمني و معامل التناقص ) - ب

لشــمس و اليــواء الســاخن نيــارا ترتفــع درجــة حــرارة الســطوح الخارجيــة لعناصــر البنــاء المعرضــة ألشــعة ا منتصف النيار تقريبا ثم تبدأ باالنخفـاض إلـى أن تصـل ألدنـى قيمـة ليـا خـالل سـاعات عند ذروتيالتبمغ

ما بعد منتصف الميل . تتأثر السـطوح الداخميـة لمجـدران أيضـا بيـذا التغييـر فـي درجـات الحـرارة إال أن ىـذا مثل لمجدارالمكونة جية و الذي يعتمد عمى خواص الموادح الخار التغيير يكون عادة أقل من نظيره لمسطو

السعة الحرارية و الكثافة )

)ρ و السماكةL(mm) ارق ف. يصل التغيير الحراري لمسطوح الداخمية بعد

دروس , بمـا أن درجـة زمني يتراوح من زمن قصير نسبيا لساعات عديدة و ذلك حسب تركيب العنصر المساعة بشكل دوري فينتج عن ذلك منحنيـات مختمفـة لـدرجات الحـرارة فـي 24تتغير خالل ةالخارجيالحرارة

كل مقطع من مقاطع الجدار و بالتالي تتدفق الموجة الحرارية نتيجة الفرق في درجـات الحـرارة بـين الـداخل و الخارج .

ة الحراريــة يمثـل الـزمن خــالل و طـول الموجـ ( )Tإن مطـال ىـذه الموجـة الحراريــة يمثـل درجـة الحــرارة . إن مطـــال الموجـــة الحراريـــة عمـــى الســـطح الخـــارجي لمجـــدار يتعمـــق بشـــكل أساســـي باإلشـــعاع t(h)اليـــوم

الشمسي الكمي الساقط عمى السطح )

), و معامل انتقال الحـرارة بالحمـل لمسـطح الخـارجي (

)

طــال الموجــة الحراريــة أثنــاء انتشــارىا خــالل , ســيتناقص م ( ) , و درجــة حــرارة اليــواء الخــارجي .[10] رارية حتى وصوليا لمسطح الداخمي السطح تبعا لممواصفات الفيزيوح

بأنو الزمن المستغرق لعبور الموجة الحرارية من (hمما سبق يمكننا تعريف معامل التأخير الزمني ) السطح الخارجي لعنصر ما إلى السطح الداخمي لو و يقدر بالساعات

64

لعنصر الداخمي السطح حرارة درجات في تغير أقصى بين النسبة فيعرف بأنو أما معامل التناقص ساعة , أو النسبة بين مطال الموجة 24حرارة سطحو الخارجي خالل درجات في رتغي وأقصى ما

الحرارية لمسطح الداخمي عمى مطاليا لمسطح الخارجي .

حيث أن : درجة حرارة السطح الداخمي لمجسم المدروس ألعمى قيمة ليا الزمن الذي تصل عنده: خالل اليوم.

درجة حرارة السطح الداخمي لمجسم المدروس ألدنى قيمة ليا الزمن الذي تصل عنده: خالل اليوم

: أعمى درجة حرارة يصل إلييا السطح الداخمي لمجسم المدروس . رارة يصل إلييا السطح الداخمي لمجسم المدروس .: أدنى درجة ح : أعمى درجة حرارة يصل إلييا السطح الخارجي لمجسم المدروس . : أدنى درجة حرارة يصل إلييا السطح الخارجي لمجسم المدروس .

مع توضيح معامل التأخير الزمني و التناقص ضمن الجدار ( انتقال الموجة الحرارية6-2يظير الشكل )

( انتقال الموجة الحرارية مع توضيح معامل التأخير الزمني و التناقص6-2الشكل )

65

النموذج الرياضي و الحل العددي لو : - ت

يتعرض من الخارج لإلشعاع الشمسي و اليواء ( طبقة M)من فرض أن الجدار المدروس مؤلف تم . ( 22)الخارجي أما من الداخل فيو عمى تماس مباشر مع ىواء الغرفة ذو درجة الحرارة الثابتة

Mتعطى معادلة انتقال الحرارة أحادية البعد المتغيرة مع الزمن بالعالقة التالية بالنسبة لجدار مؤلف من : [10] طبقة بالشكل التالي

ρ

( رقم الطبقة في الجدار ) -حيث أن - ( ρ

( من الجدار : اإليصالية و السعة الحرارية و الكثافة لمطبقة )

اعتبار أن النقط الحدية الواقعة بين طبقتين في الجدار المدروس خاضعة لمشروط التالية : تم

لبدائية لمحالة المدروسة كما يمي :تحدد الشروط ا

( 20)سنفرضيا t=0تمثل درجة الحرارة البدائية عند كافة طبقات الجدار بالمحظة حيث أن تحدد الشروط الحدية عمى طرفي الجدار تحدد كما يمي :

حيث أن : ): معامل انتقال الحرارة بالحمل لمسطح الداخمي و الخارجي بالترتيب

) .

. ( ) : درجة حرارة السطح الخارجي لمجدار . ( ) : درجة حرارة الغرفة

66

. ( ): درجة حرارة السطح الداخمي لمجدار : درجة الحرارة الشمسيوائية و تتعمق بشكل أساسي باإلشعاع الشمسي اإلجمالي الساقط عمى الجدار . ( ) و درجة حرارة الوسط الخارجي و االمتصاصية الشمسية لمسطح الخارجي المدروس

الطريقة الضمنية -إن دراسة الحل العددي لممعادالت التفاضمية سيكون باستخدام طريقة الفروق المنتيية (CRANK NICOLSON METHODنظرا لدقتو نتائجيا ).

الحل التفاضمي عن طريق تقسيم الجدار لعدد من العقد كما ( طبقة سيكون Mبالنسبة لجدار مؤلف من )و من ثم تطبيق الطريقة الضمنية )الحل العقدي( لمعقد الحدية و البينية فينتج (7-2) ىو موضح بالشكل

لدينا المعادالت الرياضية التالية :

(

) (

)

( )

(

)

(

) (

)

حيث أن :

ρ ρ

ρ

.( )( من الجدارjلمطبقة ) الحرارية النفوذية يمثل الحد ( لحل معادالت الفروق المنتيية باستخدام خوارزمية MATLABلقد تم استخدام برنامج الماتالب )

طبقات الجدار واإليصالية الحرارية والكثافة والسعة بيانات الدخل عدد تكونالتوابع المصفوفية , بحيث توزع الحرارة لكل مقطع من منحنياتالحرارية لكل طبقة من طبقات الجدار , أما بيانات الخرج تكون

.[10] التناقص لميوم التصميمي المدروس الجدار مع معامل التأخير الزمني ومعامل

67

توضع العقد االفتراضية لمنموذج الرياضي لمجدار المدروس (7-2الشكل )

حتماالت توزع طبقة العزل الحراري : ا - ث ( االحتماالت المقترحة لتوضع طبقة العزل الحراري )بوليسترين(8-2يوضح الشكل ) ما يمي : (2-8) الشكلبطبقة العزل بحيث تمثل الرموز الموضحة لتوضعتم اقتراح أربعة احتماالت طبقة العزل الحراري .: سماكة لجدار باستثناء طبقة العزل الحراري.ا : سماكة . : متحول يمثل موقع طبقة العزل ضمن تركيبة العزل

األمثل لمتركيبات المقترحة في الموقع الذي نحصل فيو عمى أعمى قيمة لمعامل التأخير يتحدد التوضع . و لميوم التصميمي تم أخذ الحسابات لكل تركيبة من أجل أربع جيات حيثو أقل قيمة لمعامل التناقص

عمـى cm 6ىـذا يعنـي توضـع كامـل طبقـة العـزل بسـماكة عنـدما تكـون: األولةىالتركيبةة - 1cm مقــدارىاالســطح الخــارجي لمجــدار , بعــد ذلــك تتحــرك طبقــة العــزل باتجــاه الســطح الــداخمي بفواصــل

ـــى الســـطح حيـــث حتـــى الوصـــول لمموضـــع ـــة العـــزل تتوضـــع عم ـــة طبق تكـــون بيـــذه الحال الداخمي لمجدار .

طبقة كل متساويتين سماكةطبقتين إلى : يتم قسم طبقة العزلالتركيبة الثانية و الثالثة والرابعة -عمــــى الســــطح 3cmىــــذا يعنــــي توضــــع نصــــف طبقــــة العــــزل بســــماكة عنــــدما تكــــون النصف اآلخر عمى السطح الداخمي لمجدار. وتوضع لخارجي لمجدارا

ـــيم نصـــف طبقـــة العـــزل عمـــى الســـطح (2)مـــن أجـــل التركيبـــة مـــن أجـــل قالخــارجي و النصــف اآلخــر يتحــرك باتجــاه الســطح الخــارجي حتــى تصــبح كامــل طبقــة العــزل عمــى الســطح

. الخارجي عندما

68

ـــيم ـــة مـــن أجـــل ق ـــى يتوضـــع (3)مـــن أجـــل التركيب ـــة العـــزل عم نصـــف طبقــداخمي و النصــف اآلخــر يتحــرك باتجــاه الســطح ــداخمي حتــى تصــبح كامــل طبقــة العــزل عمــى الســطح ال ال

. السطح الداخمي عندما ـــيم ـــة مـــن أجـــل ق ـــي العـــزل باتجـــاه (4)مـــن أجـــل التركيب تتحـــرك كمتـــا طبقت

. بعضيما البعض حتى تصبح كامل طبقة العزل الحراري بالمنتصف

( االحتماالت المقترحة لتوضع أو توزع طبقة العزل الحراري )بوليسترين(8-2) الشكل

( :HAPحساب األحمال الحرارية لممبنى باستخدام برنامج الياب )-2-3 أىم ( العالمية من Carrier شركة كاريير ) من - HAP – (Hourly Analysis Program) برنامج يعتبر بكافة استخداماتيا , لممباني والتكييف التدفئة أنظمة تصميم عمى الميندسين تساعد التي المتوفرة البرامج المستيمكة الطاقة بتقدير يقوم كما اليواء أنظمة وتصميم الحرارية األحمال حسابب البرنامج يقوم حيث

الجمعية األمريكية لميندسي قبل الطرق المعتمدة من HAPيعتمد برنامج . السنوية مفتياتك حساب وبالتالي( في محاكاة عمل منظومات التكييف لكل TFM( باستخدام طريقة توابع التحويل )ASHRAEالتكييف )

شيمرات –ساعة من المجال الزمني المطموب حسابو والتصميم الكامل لمشبكات من ) وحدات معالجة ......( , يظير الشكل VAVأنظمة حجم اليواء المتغير – FCU وحدات الفان كويل –)مبردات ماء(

.( واجية البرنامج لممستخدمين2-9)

69

تموز –)حزيران أشير التصميمخالل لحساب أحمال التكييف لممبنى المفترض HAPتم استخدام برنامج - (2موضح بالممحق )كما ىو مع احتمال وجود عزل حراري و احتمال عدم وجودهأيمول( -آب –

لميوم إدراج منحنيات األحمال الحرارية اإلجمالية أيضا و –مع عزل حراري الحرارية جداول األحمال, ثم تم الحصول عمى الشير و الساعة التصميمية لمحمل األعظميثم من التصميمي لألشير األربعة و

الخزان الحراري و منظومة تخزين الجميد بناء عمى ذلك . تصميم

(HAPجية برنامج الياب )( وا9-2) الشكل

الثالثالفصل

دراسة نظام التخزين الحراري

31

: (PCM & Thermal Storageو التخزين الحراري ) المواد متغيرة الطور-3-1نتالبي االنصيار بقيمتيا العالية إل PCM- (Phase Change Materials)– المواد متغيرة الطورتتصف الطاقة الحراريةتتجمد وتنصير عند درجة حرارة معينة باإلضافة إلى قدرتيا العالية لتخزين فيي

تصنف )وبالعكس( و بالتالي الطور الصمب إلى الطور السائلعند تحوليا من الحرارية الطاقة ىاوتحرير .LHS (Latent Heat Storage) -– ة الكامنةيالحرار الطاقة ىذه المواد عمى انيا وحدات تخزين

تخزين الطاقة ل يعتبر آليةتكييف اليواء تغطية أحمالل الجميد في الطاقة الحرارية تخزين استخدام إن وىي طريقة عممية بسبب TES- (Thermal Energy Storage)-ضمن خزانات حرارية لمطاقة الحرارية

ضمن واحد متر مكعب كمية الحرارة( من MJ334 الحرارة الكبيرة النصيار الجميد, حيث يمكن تخزين )( من كمية الحرارة الالزمة لصير طن واحد )متر مكعب( من الجميد kW-h93 من الجميد أي ما يعادل )

, باإلضافة لذلك فعند انتياء تشكل الجميد ضمن kW 3.52ساعة تسمى طن تبريد وتساوي 24في فترة خيارين عمميين لتغطية الحموالت ) حرارة عطيمة ما يمن الماء بالحالة السائيبقى قسم يمكن أن الخزان

( و حرارة كامنة ضمن الجميد الموجود في الخزان Sensible Storageمحسوسة لمماء البارد ضمن الخزان )(Latent Storage. )

استخدام نظام التخزين الحراري شركات الكيرباء عمى إزاحة جزء كبير من األحمال إلى خارج وقت يساعدمنحنى الحمل ليال مما يساعد عمى إزاحةويؤدي بالتالي إلى تحسين معامل الحمل عن طريق ,الذروة

لذروة وبالتالي التشغيل االقتصادي لمشبكة كما يؤدي إلى تقميص االعتماد عمى وحدات التوليد أثناء ا . تـأجيل الحاجة إلى وحدات توليد جديدة

ة :يالحرار الطاقة لتخزين مختمفة طرق ثالث يوجد عام بشكل .كيميائي تخزين 1- .محسوس تخزين 2- .كامن تخزين 3- ما ولكن ,ةالثالث الطرق مقارنة مع الحرارة من كمية أعمى تخزين عمى بالقدرة الكيميائي التخزين يمتاز

منخفضة االسترجاع فعالية أن كماالمخزنة الحرارة السترجاع الالزم الكبير الزمن ىو الطريقة ىذه يعيب المجال ىذا في األبحاث لقد قطعت, رخصوو ببساطتو فيمتاز رارةلمح المحسوس التخزين أما .نسبيا الموجودة, األنظمة مع والمكاممة التكنولوجي النضج من عالية لمرحمة ووصمت كبيرةراحل م قطعت

36

الثالث رقالط بين األقل ىي بواسطتيا الحرارة من مخزنةال الكمية أن الطريقة ىذه يعيب وبالمقابلالقدرة أن كما الطرق باقي من أكبر سيكون الحراريةلي فإن الحجم الذي سيتم فيو تخزين الطاقة وبالتا يمتاز فيو لمحرارة الكامن لمتخزين بالنسبة .ضعيفة ستكون الشمسي اإلشعاع قيمة في غيرالت تقويم عمى

الشحن عمميات أن كما المحسوس, التخزين مع بالمقارنة الحرارة من أكبر كمية تخزين عمى بالقدرة المتغيرة المواد باختيار الطريقة ىذه في الصعوبة تكمن ولكن الكيميائي التخزين في منيا أبسط والتفريغ الشحن عمميات أن حيث المدروس لمتطبيق المناسبة Phase Change Materials (PCMs) الطور الحفاظ المطموب الحرارة درجة مع تتطابق أن يجب والتي تغير الطورحرارة درجة عند ستتم والتفريغ .[11] عمييالقد تم استخدام تقنية تخزين الجميد ضمن خزانات حرارية منذ حوالي الخمسين عاما عن طريق العديد

( مستخدمة عدة طرق ……Evapco-Trane-Calmacمن الشركات الرائدة في ىذا المجال نذكر منيا )جزئي( كما -ملداخمي( أو حتى في نوع استراتيجية التخزين )كا -لتشكل الجميد وانصياره )خارجي

تتيح تقنية التخزين الحراري إمكانية تزويد شبكات إمداد الماء البارد لوحدات المعالجة سنتناول الحقا . ( و ىذا ما حرارتو حوالي ) درجة ( بماءFCU( و وحدات الفان كويل )AHUالمركزية )

وزن مجاري اليواء الكيربائية و المضخات و استطاعتيا ينعكس و بشكل كبير عمى حجم األنابيب وحجم(Duct والمراوح الكيربائية و....الخ , و بالتالي انخفاض التكمفة األولية لتجييزات منظومة التكييف )

( في أنظمة ( باألنظمة التقميدية إلى حوالي ) نتيجة ارتفاع مجال ىبوط درجات الحرارة من ) . [11]التخزين الحراري

Charge) حنـالش ورــط فترة تدعى تشكيل الجميد و تخزينو ليال خالل نيةــتق عمى حثالب فكرة تعتمد Period) الكيربائية الطاقة استيالك يكون حيث منخفضة الخارجي ءحرارة اليوا درجة ونــتك عندما وذلك خالل اليوم الحرارة درجات لفرق كبير بمجال تتميز التي) الصحراوية األماكن في وخصوصا منخفضا

أوقاتفي في اليوم التالي المخزنةالجميد كميةمن ثم انصيار و تكون مرتفعة نيارا و منخفضة ليال( Dischargeتدعى ىذه الفترة طور التفريغ )و الكيربائيةاالستيالك المرتفع لمطاقة الحرارية و الذروة

Period.) عام بشكل التفريغ طور في الجميد انصيار طبيعة ناحية من لحراريا التخزين تقنية تعتمد ىما : أساسيين مبدأين عمى

( .External Melt Method) طريقة االنصيار الخارجي - ( .Internal Melt Method) طريقة االنصيار الداخمي -

36

( :External Melt Methodاالنصيار الخارجي لمجميد )-3-2لمداخل وذلك الخارج من األنابيب في الخزان بشكل قطريحول المتشكمة الجميد أسطوانة انصيار يتم

بسبب انسياب الماء المراد تبريده بين األنابيب المركبة في الخزان , تبمغ نسبة الجميد في الخزانات التي % من حجم الخزان أما النسبة المتبقية 65نياية طور الشحن حوالي عندتعتمد ىذه التقنية من االنصيار

اء تبقى لتسمح لمماء القادم من مبادل حراري بالتدفق ضمن الخزان و ذلك ضمن دارة % من الم 35مغمقة موصولة مع مبادل حراري من جية دارة التخزين يسمح ىذا المبادل بانتقال الحرارة لدارة األنابيب

صيار ( مبدأ تقنية االن1-3, يظير الشكل ) [12] الذاىبة لوشائع التبريد لتغطية الحمل المطموب مجميد .لالخارجي

( تقنية االنصيار الخارجي لمجميد1-3الشكل )

: [12] محاسن استخدام تقنية االنصيار الخارجي لمجميد

( . إمكانية الحصول عمى درجات حرارة منخفضة لمماء في طور التفريغ حوالي ) -1األنابيب بسحب الحرارة عدم الحاجة لوسيط ثانوي في طور التفريغ حيث يقوم الماء المتدفق بين -2

و طرحيا في المبادل الحراري .

33

( :Internal Melt Methodاالنصيار الداخمي لمجميد ) -3-3حول المتشكمة الجميد أسطوانة انصيار عمى عكس تقنية االنصيار الخارجي حيث يتم في ىذا النوع

بين أنابيب الخزان أقل من النوع لمخارج , يكون التباعد داخلال من األنابيب في الخزان بشكل قطري% من حجم الخزان , يتم انصيار الجميد نتيجة 80السابق حيث يشكل الجميد نياية طور الشحن حوالي

مرور وسيط ثانوي )الغميكول( بحرارة أعمى من مجموعة الخزان مما يؤدي ذلك النصيار اسطوانة الجميد . [13] تدريجيا أثناء طور التفريغ

( تقنية االنصيار الداخمي لمجميد2-3الشكل )

: [13] محاسن استخدام تقنية االنصيار الداخمي لمجميدبساطة أنظمة التحكم مقارنة بتقنية االنصيار الخارجي حيث تحتاج لحساس واحد فقط لقياس -1

منسوب الخزان . عدم الحاجة لمبادل حراري بين دارة التخزين و دارة التكييف . -2

( :Partial And Full Ice Storageالجزئي و الكمي لمجميد )التخزين -3-4أساسيتين لتغطية أحمال التكييف و ىما التخزين الجزئي و التخزين الكمي لمجميد , استراتيجيتينيوجد

ففي التخزين الكمي يتم تشكيل كمية من الجميد في طور الشحن و ذلك لتغطية كامل حمولة التكييف في تكييف في اليوم التالي , أما التخزين الجزئي فيتم تشكيل كمية محدودة من الجميد تغطي قسم من حمولة ال

اليوم التالي أما الحمل المتبقي فيتم تغطيتو بواسطة الشيمر) مبرد الماء( , حسب الحمولة المطموبة .

34

ف التكيي حموالت لتغطية األنسب و الديناميكي النظام مقارنة بخصوص األبحاث من العديد أجريت %( من 60أقل تعادل حوالي )شيمر استطاعة يتطمب الجزئي التخزين استخدام أن النتائج بينت

االستطاعة المطموبة بالتخزين الكمي وحجم خزان أصغر بكثير و بالتالي كمفة تأسيسية أقل لتجييزات بكثير أكثر الحرارية و الكيربائية لمحمولة إزاحة الكمي التخزين يحققمنظومة التخزين , من جية أخرى

مبدأ بين مقارنة (3-3) الشكليظير , ةالكبير التأسيسية يعيبو الكمفة ما لكن و الجزئي بالتخزين مقارنة . [14] التكييف حموالت تغطية في الكمي و الجزئي التخزين

التكييف حموالت تغطية في الكلي و الجزئي التخزين مقارنة( 3-3) الشكل

تم في ىذا البحث اختبار تقنية االنصيار الخارجي و استراتيجية التخزين الجزئي

: لنظام التخزين الحراري الدراسة التحميمية-3-5بواسطة إن الدراسة المنجزة في ىذا البحث ىي عبارة عن النمذجة الرياضية لتصميم خزان حراري لجميد ضمن مبنى افتراضي يقع في مدينة تدمر حيث تم إعداد خوارزمية لدراسة أداء الخزان الحراري في ا

( وذلك لمراقبة سموك الخزان الحراري خالل MATLABباستخدام برنامج )طور الشحن و التفريغ و حميا إعداد المنحنيات التي تظير ذلك توضحو. الطورين المذكورين مع

الوسيط المستخدم في شحن الخزان :-3-5-1 ,( )تعمل مبردات الماء التقميدية ضمن مجال وسطي لدرجات الحرارة لمماء الذاىب و الراجع مبردات الماء التي تعمل في دارات تخزين الجميد فيجب أن تعمل عند مجال أقل بكثير تبعا لنوع أما

يتم إضافة مانع تجمد فإنو تخفيض درجة حرارة التجمد لمماءمن أجل وسيط التبريد الذي يسري في الدارة.( و الغميكول Ethylene Glycolن ىما الغميكول إيتمين )ان شائعاعنو في دارات التبريدعادة حيث يستخدم

35

ضمن الماء حيث يكمن الفرق بين النوعين في نسبة التركيز الالزمة (.Propylene Glycolبروبمين ) أكثر استخداما.النوع اآلخر مما يجعمو ة مع مقارن نسبيا يتطمب استخدام اإليتمين غميكول نسبة أقل

%( حيث يتم شحن الخزان ضمن 25( و بنسبة )Ethylene Glycolفي بحثنا تم اختيار الغميكول إيتمين )( 4-3الشكل )( في نياية طور الشحن وذلك باالستعانة ب أنابيب الخزان بدرجة حرارة تصل حتى )

يكول إيتمين و الغميكول تغير درجة حرارة التجمد لمماء تبعا لتغير نسبة تركيز مانع التجمد لمغمالذي يظير .[14]بروبمين

تغير درجة تجمد محلول الغليكول حسب نسبة تركيزه في الماء (4-3) الشكل

( :Physical Tank Descriptionالنموذج الفيزيائي لمخزان )-3-5-2ضمن المحمول الممحيمبادل حراري من النوع المغمور حيث يجري عمى أنو خزان الجميد يصنف

طور الشحن نتيجة ازدياد المقاومة خاللأنابيب الخزان المغمورة بالماء بدرجة حرارة تنخفض تدريجيا الحرارية تبعا لقطر اسطوانة الجميد , يتألف الخزان من مجموعة من األنابيب تتوزع إما بشكل خطي أو

( ومعزول من Galvanize Steelن )من الفوالذ المغمف تم اختيار مادة أنابيب الخزان و غالفومتخالف , إىمال انتقال عتبار الخزان معزول حراريا وبالتالي يمكنالخارج بطبقة من الصوف الزجاجي بحيث يمكن ا

الحرارة من الوسط المحيط لمخزان . قطر اسطوانة الجميد المطموب تشكيمياي لألنابيب , وبناء عمى نتائج حساب تم اعتماد الترتيب الخط نسب الخطوات الطولية و العرضية بين األنابيب و طول األنبوب الواحد ضمن الخزان تم حساب أبعاد و

: [15] عمى الشكل التالي المقترحةلعدة نسب من ترتيب األنابيب اتالخزان بعد إجراء الحساب

36

وبناء عمى النسب السابقة تم حساب أبعاد الخزان لكل نسبة و من ثم اختيار الحجم األقرب لمعطيات البحث , تعطى العالقات األساسية ألبعاد الخزان بناء عمى النسب الطولية و العرضية لمتباعد بين

األنابيب بالعالقات التالية : ( : عرض الخزان )

حيث :

.لمخطوات الطولية و العرضية النسب المقترحة: ( .m: الخطوة الطولية بين األنابيب )

: عدد األنابيب الموجودة بالصف الواحد داخل الخزان . ( . mبين اسطوانتي جميد داخل الخزان ) األفقية و العمودية : المسافة

( .m: القطر الخارجي ألسطوانة الجميد ) ( فيعطى بالعالقة : أما عرض الخزان )

حيث : ( .m: الخطوة العرضية بين األنابيب ) : عدد الصفوف داخل الخزان .

( المستخدم بالعالقة التالية : وبالتالي يحسب الحجم اإلجمالي لمخزان )

حيث : . (m: طول األنبوب داخل الخزان )

.[15] نموذج الفيزيائي لمخزان الحراري( ال5-3يبين الشكل )

37

النموذج الفيزيائي للخزان الحراري (5-3) الشكل

فيزيائية تشكل الجميد( : طرق حساب سماكة الجميد المتشكل حول أنابيب الخزان )-3-5-3الذي لتغير الطورموضوع معقد نظرا حول أنابيب الخزان تشكل الجميد آلليةيعتبر إيجاد حل رياضي

خالل الزمن مسألة )الصمب و السائل( يحدث لممادة ما يجعل تحديد موقع السطح الفاصل بين الطورين معقدة نسبيا .

يوجد العديد من الطرق التي ناقشت ىذا الموضوع سنذكر منيا أىم ثالثة طرق عمما أنو في ىذا .[16] بر نتائجيا األقرب لمواقع الفعمي ثالثة ) محاكاة الشيمر ( و التي تعتالبحث تم اعتماد الطريقة ال

( :Numerical Method–Stefan Problemمسألة ستيفان ) –الطريقة العددية -3-5-3-1 )الصمب و السائل( بشكل تتبعي لمسطح الفاصل بين الطورين عممية تغير الطور [16] ناقش ستيفان

مع مرور الزمن بفرض أن التعامل سيكون مع مادة نقية و دون أثر لمجريان حيث أن المسألة أحادية البعد مع إىمال انتقال الحرارة بالحمل , وضع نموذج لجسم النيائي الطول و ىو بالبداية بالحالة السائمة

(.درجة حرارة التجمد لممادة ) حيث : كما يمي ارة بالتوصيل في الطور السائلعطى معادلة انتقال الحر و أ

38

حيث :

( ) الحرارية لمطور السائل : النفوذية ( ) : درجة حرارة الطور السائل

: فيي معادلة انتقال الحرارة بالتوصيل في الطور الصمب و

حيث : ( ): االنتشارية الحرارية لمطور الصمب

( ) : درجة حرارة الطور الصمب عالقة رياضية تعطي موقع السطح تم التوصل إلى بعد إجراء الحل التحميمي ووضع الشروط الحدية

الطورين في كل لحظة زمنية كما يمي :الفاصل بين

( ثابت يفيد في حساب سرعة السطح الفاصل )معدل التجمد ( و يحسب من المعادلة حيث يمثل الحد )

التالية :

√

(

)

( √

)

√

: ىما تابع الخطأ و متمم الخطأ عمى التوالي . erf ,erfcحيث : : عدد ستيفان و ىو رقم ال بعدي يمثل النسبة بين الحرارة المحسوسة و الحرارة الكامنة .

بين الطورين الصمب و السائل في االحداثيات الفاصل ( مخطط تمثيمي لتحرك السطح6-3يبين الشكل ) . [16] االسطوانية

39

االسطوانية حداثياتفي اال بين الطورين الصمب و السائل السطح الفاصل انتقالمخطط ( 6-3) الشكل

: [16] (Enthalpy Methodطريقة اإلنتالبي ) -3-5-3-2تناقش ىذه الطريقة حل معادلة انتقال الحرارة التزامنية لبعدين مع تغير الطور حول أنبوب إيزوثرممي محاط بمادة متغيرة الطور. تم استخدام أسموب التوليد الشبكي و بالتالي تحويل المعادالت من إحداثياتيا

( وبما يالئم استخدام نظام إلى اإلحداثيات العمودية الالبعدية في المجال الحسابي ) (x,y)الكارتيزية تعطى معادلة موازنة الطاقة لمطاقة المنتقمة مع (.7-3( كما ىو مبين بالشكل )B.F.Cإحداثيات الجسم )

( كما يمي :H( يمكن أن تكتب بصيغة اإلنتالبي ) تغير الطور لمبعدين )

ρ

ثوابت تحويل بين اإلحداثيات الكارتيزية و العمودية في المجال الحسابي . A,B,C,Dحيث أن :

( و ترتبط درجة الحرارة باإلنتالبيT( دالة لدرجة الحرارة )ρ( و الكثافة )Kإن كل من اإليصالية الحرارية ) بالعالقة التالية :

{

}

( ىي السعة الحرارية )Cحيث أن : )

. )

41

: الحرارة الكامنة النصيار الجميد )

. )

أخرى إلى اسطوانة داخل متوضعة سطوانةأل( x,y) االحداثياتالبالس لتحويل لتحويلقد تم اختيار في الحالة البعد ثنائيةبالتوصيل انتقال الحرارة معادلة( من خالل حل بداللة )االحداثيات الالبعدية

يمكن تمثيل ( و يعطي حميا شبكة ناعمة , Dirichlet) نوع ديريكميوالمستقرة مع استخدام الشروط الحدية معادالت البالس المتحولة من خالل العالقتين :

( و بالتالي يمكن إيجاد حل المعادلتين شبكة من اإلحداثيات المنحنية لممجال الحسابي ) يعطي .[16] بعد وضع الشروط الحدية المالئمةسمك الجميد المتشكل حول كل أنبوب

( مع الزمن X,Yحركة الفاصل لبعدين ) عممية التجمد مع مخطط( 7-3) الشكل

: [16] (Water Chiller Simulation Methodطريقة محاكاة مبرد الماء ) –3-5-3-3تعتبر ىذه الطريقة األكثر ديناميكية من حيث نتائج الحسابات و سيولة تتبعيا, حيث تعتمد ىذه

( , درجة درجة حرارة الدخول لمشيمر ))مبرد الماء( مثل الطريقة عمى تعديل بارامترات عمل الشيمرىذه لكل فاصل زمني ومقارنة ( )( , استطاعة الشيمر الخروج من الشيمر ) حرارة

40

مع الطاقة الحرارية المسحوبة من أنابيب الخزان و إجراء محاكمة منطقية يتم بموجبيا تعديل االستطاعة ( .Charge Periodالبارمترات المذكورة لتحاكي أداء الخزان خالل طور تشكيل الجميد أو الشحن )

تعمل مبردات الماء في دارات تشكيل الجميد بمجاالت منخفضة لدرجات الحرارة كما ذكرنا من قبل ( فإنو و حسب % Ethylene Glycol 25 ) ايتمين فعمى اعتبار أن وسيط التبريد ىو مائع الغميكول

( توصيات الشركات المصنعة لمبردات الماء فإن أدنى درجة حرارة موصى بيا )( زيادة أو نقصان بدرجة حرارة الماء الخارج فإن كل ) .[16] (Ashraeوبالتالي حسب توصيات )

( أيضا زيادة أو نقصان وذلك نتيجة النخفاض %1.5من الشيمر سينعكس عمى استطاعة الشيمر بمقدار )الكتمي عبر الضاغط و بالتالي كثافة وسيط التبريد العامل في الدارة )الفريون( مما ينعكس عمى التدفق

في انخفاض استطاعة الشيمر عند تشغيمو( 8-3انخفاض استطاعة التبريد نتيجة لذلك , يظير الشكل )وذلك نتيجة لحاجة الضاغط لعمل إضافي نتيجة تمدد الوسيط (P-hمرحمة تشكيل الجميد عمى مخطط )

.( R-134aالعامل بالدارة )لقد تم اعتماد محاكاة عمل الشيمر في ىذا البحث و تشكيل خوارزميات لسير العمميات الترموديناميكية

أثناء طوري الشحن و التفريغ .

ازدياد استطاعة الضاغط عند عمل الشيمر في مرحمة تشكيل الجميد( 8-3) الشكل

46

( :Tank Charge Period ) لمخزان دراسة طور الشحن -3-5-4 آلية انتقال الحرارة في خزان الجميد الحراري خالل طور الشحن : -3-5-4-1

لوسيط التبريد جريان قسريعممية انتقال الحرارة داخل أنابيب الخزان ىي عممية مركبة ناتجة عن تعتبر (Ethylene Glycol داخل أنابيب الخزان و )لمماء داخل الخزان المحيط باألنابيب وسطح جريان حر

األنابيب . [17] يقسم طور الشحن داخل الخزان لمرحمتين أساسيتين :

( :Sensible Chargingمرحمة الشحن المحسوس ) -أنقطة التجمد وىي ( في ىذه المرحمة تنخفض درجة حرارة الماء داخل الخزان حتى تصل لمدرجة )

تعطى المعادلة التفاضمية النتقال الحرارة ضمن الخزان في طور التبريد المحسوس بالعالقة .لمماء التالية:

حيث : ( . kWأنابيب الخزان ) قبل طاقة التبريد الممتصة من

( . kWلخزان )ا إلى الطاقة الحرارية المنتقمة من الوسط الخارجي السعة الحرارية لمماء داخل الخزان )

. )

( . kgكمية الماء داخل الخزان )

تغير درجة حرارة الماء داخل الخزان خالل واحدة الزمن .

بالعالقة التالية : أنابيب الخزان قبل تعطى عالقة طاقة التبريد الممتصة من

:حيث : معامل انتقال الحرارة الكمي )

)

: المساحة اإلجمالية الخارجية لألنابيب ضمن الخزان )

)

( : فرق درجات الحرارة الموغاريتمية ضمن الخزان ) بالعالقة التالية : عبر األنبوب الواحد ( يعطى معامل انتقال الحرارة الكمي )

43

حيث : اإليصالية الحرارية ألنابيب الخزان المصنوعة الفوالذ المغمفن )

. )

ضمن األنابيب ) لمجريان القسري: معامل انتقال الحرارة بالحمل

. )

بين ماء الخزان والسطح الخارجي لألنابيب ) لمجريان الحر : معامل انتقال الحرارة بالحمل

.)

( . mنصف القطر الداخمي ألنابيب الخزان ) ( . mنصف القطر الخارجي ألنابيب الخزان )

داخل أنابيب الخزان بإحدى العالقتين التاليتين لمجريان القسريتعطى عالقة معامل انتقال الحرارة بالحمل [17] :

{

⁄}

حيث : رقم برانتل لمغميكول داخل أنابيب الخزان . رقم رينولدز لمغميكول داخل أنابيب الخزان . اإليصالية الحرارية لمغميكول داخل أنابيب الخزان )

. )

( .mطول األنبوب في الخزان ) : [17]خارج أنابيب الخزان بالعالقة التالية لمجريان الحرأما عالقة معامل انتقال الحرارة بالحمل

حيث : رقم غراشوف لمماء . رقم برانتل لمماء في الخزان . اإليصالية الحرارية لمماء في الخزان )

. )

44

أما المساحة اإلجمالية الخارجية لألنابيب :

حيث : : عدد األنابيب اإلجمالي داخل الخزان .

( بالعالقة : بينما يعطى فرق درجات الحرارة الموغاريتمية )

حيث : (. ( من أنابيب الخزان )Glycol: درجة حرارة خروج المحمول الممحي ) (. أنابيب الخزان )إلى ( Glycol: درجة حرارة دخول المحمول الممحي )

( . : درجة حرارة الماء ضمن الخزان )

( :Latent Chargingمرحمة الشحن الكامن ) -بلسماكة المطموبة ا إلى لوصولا حتى في ىذه المرحمة تبدأ اسطوانة الجميد بالتشكل حول أنابيب الخزان

, يتأثر انتقال الحرارة بشكل كبير بسماكة الجميد التي تتكون حيث يتناقص انتقال الحرارة (9-3الشكل ) .[17] دتدريجيا مع مرور الزمن كمما ازدادت سماكة الجمي

يمكن أن تقسم مرحمة تشكل الجميد في مرحمة الشحن الكامن لمرحمتين : (Unconstrained Latent Chargingالكامن غير المقيد ) الشحن - (Constrained Latent Chargingالكامن المقيد ) الشحن -

تكون اسطوانات الجميد المتشكمة حول األنابيب غير متالمسة, في مرحمة الشحن الكامن غير المقيد :[17] تعطى المعادلة التفاضمية النتقال الحرارة ضمن الخزان في طور التبريد الكامن بالعالقة التالية

حيث : ( . kWأنابيب الخزان ) قبل طاقة التبريد الممتصة من

( . kWلخزان )ا إلى الطاقة الحرارية المنتقمة من الوسط الخارجي الحرارة الكامنة إلنصيار الجميد )

. )

45

تغير كمية الجميد داخل الخزان خالل واحدة الزمن .

الممتصة من أنابيب الخزان في الفقرة السابقة مع اختالف في عالقة معامل تم مناقشة عالقة طاقة التبريد .انتقال الحرارة اإلجمالي بسبب وجود حد إضافي يمثل المقاومة الحرارية لمجميد نتيجة تشكمو حول األنبوب

( بالعالقة التالية : يعطى معامل انتقال الحرارة الكمي )

(

)

حيث : ( . نصف قطر اسطوانة الجميد المتشكمة حول األنابيب ) اإليصالية الحرارية لمجميد المتشكل حول األنابيب )

. )

حولو ( قطر األنبوب مع قطر اسطوانة الجميد المتشكل9-3الشكل )

عندما يعادل قطر اسطوانة الجميد المسافة بين األنابيب عندىا تحدث مرحمة الشحن الكامن المقيد , يتناقص انتقال الحرارة بشكل كبير بسبب (10-3الشكل ) ( يسمى قطر االسطوانة بالقطر الحرج )

األنابيب . )الغميكول( داخل انخفاض مساحة انتقال الحرارة بين الماء داخل الخزان و المحمول الممحيأجريت العديد من الدراسات التجريبية لتحديد ماىية انتقال الحرارة في ىذه المرحمة حيث تم التوصل

يعطى بالمعادلة التالية: معامل التوصيل الحراري اإلجمالي حيث( يضاف لمعادلة fلمعامل تجريبي )

√

( √ )

حيث :

: كما يمي( ) التجريبي معامل انتقال الحرارة الكميتصبح معادلة و

46

(

)

عند القطر الحرج لمجميد( شحن الخزان الكامن المقيد 10-3الشكل )

نمذجة الخزان خالل طور الشحن : -3-5-4-2تم إعداد خوارزمية رياضية تتضمن سير العمميات المنطقية و الحسابية لطور الشحن ضمن الخزان ,

تم إدخال المعطيات و حسابيا عن طريق .لشيمر أثناء الشحناعتماد طريقة محاكاة أداء اب حيث قمناإدخال افتراضية لمحصول عمى ببارامتراتحيث تم إعداد تابع رياضي (,MATLABبرنامج الماتالب )

–تغير حرارة الخزان مع مرور الزمن –المعطيات المطموبة مثل ) زمن التبريد المحسوس و الكامن منحني تغير أداء عمل الشيمر خالل عممية الشحن –متابعة تشكل الثمج حول األنابيب مع مرور الزمن

. )..... لشحن :تسمسل خوارزمية أداء الخزان خالل طور ا - نقوم بإدخال البيانات التالية : -1

. ( ) –( درجة حرارة دخول و خروج الغميكول من أنابيب الخزان ) - .( ) – ( مغميكول داخل أنابيب الخزان )ل الكتمي تدفقال - .. ( ) –( درجة حرارة الماء األولية داخل الخزان ) - . ( ) – ( ) تشكيمياكمية الثمج األعظمية المطموب - . ( ) – ( استطاعة الشيمر األولية ) -

. ( ) –Chiller-mod)) حساب استطاعة الشيمر المعدلة -2

47

يا بشكل لحظي و حساب إدخال معادالت الخصائص الحرارية لمماء و الغميكول تبعا لدرجة الحرارة -3 .تبعا لتغير درجة الحرارة مع مرور الزمن

( . ) حساب -4 حساب درجة حرارة خروج الغميكول المعدلة من الخزان : -5

( مع استطاعة التبريد المسحوبة من محاكمة منطقية تتضمن مقارنة استطاعة الشيمر ) -6( مع إجراء تغيير عمى درجة حرارة خروج الماء من الشيمر )أو دخولو )األنابيب في الخزان

. لمخزان( الوصول لدرجة حرارة التجمد لمماء عمما حتى لكل فاصل زمني ( حساب درجة حرارة الخزان ) -7

أن معادلة التغير في درجة الحرارة لمماء داخل الخزان :

(, كمية الثمج األعظمية المطموبة ) إلى ( حتى الوصول كمية الجميد المتشكل ) -8 عمما أن معادلة تغير كمية الجميد داخل الخزان تعطى بالمعادلة التالية

حيث :

( . ) : إنتالبي االنصيار لمجميد المطموبة . المنحنياتإخراج قيم البيانات المطموبة مع رسم -9 ( :Tank Charge Period ) التفريغ لمخزاندراسة طور -3-5-5 خالل طور التفريغ : آلية انتقال الحرارة في خزان الجميد الحراري -3-5-5-1لجميد الذي تشكل اانصيار يتم خاللو حيثيعتبر طور التفريغ ىو األىم و يسمى الطور االستثماري

يتم ذلك من لمطموب من الحمل الحراري لمتكييف,تغطية القسم ا وىذا يساعد فيخالل مرحمة الشحن انصيار الجميد حول إلى ما يؤديمخالل مرور ماء قادم من المبادل الحراري ليمر بين أنابيب الخزان

الماء القادم من المبادل حرارة األنابيب , تتعمق كمية الجميد المنصيرة بشكل أساسي بمعدل تدفق و درجة [17] .الحراري

أثناء انصيار الجميد كما يمي:انتقال الحرارة الطاقة توازن تعطى معادلة

ρ

48

حيث : ( . حجم لماء داخل الخزان ) السعة الحرارية لمماء داخل الخزان )

. )

تغير درجة حرارة الماء داخل الخزان خالل واحدة الزمن .

خزان )تدفق الماء داخل ال

.)

ρ ( كثافة الماء

.)

(. درجة حرارة الماء الداخل إلى الخزان من المبادل الحراري ) (. درجة حرارة الماء داخل الخزان ) (. مساحة سطح الجميد داخل الخزان ) معامل انتقال الحرارة بالحمل بين الماء حول األنابيب و سطح الجميد )

. )

تعطى معادلة معامل انتقال الحرارة بالحمل بين الماء حول األنابيب و سطح الجميد بالمعادلة التالية[17]:

حيث : اإليصالية الحرارية لمماء المتدفق في الخزان )

. )

رقم رينولدز لمماء المتدفق حول في الخزان . رقم برانتل لمماء المتدفق حول في الخزان . ( . قطر اسطوانة الجميد حول األنابيب )

نمذجة الخزان خالل طور التفريغ : -3-5-5-2تم إعداد خوارزمية رياضية تتضمن سير العمميات المنطقية و الحسابية لطور التفريغ ضمن الخزان ,

ببارامترات( , تم إعداد تابع رياضي MATLABتم إدخال المعطيات و حسابيا عن طريق برنامج )حيث ة مثل ) درجة حرارة الماء ضمن الخزان , تغير كمية إدخال افتراضية لمحصول عمى المعطيات المطموب

.الجميد ضمن الخزان , الطاقة الحرارية المقدمة من الخزان , .....(

49

تسمسل خوارزمية أداء الخزان خالل طور التفريغ : - نقوم بإدخال البيانات التالية : -1

.( ) –( درجة حرارة الماء الراجع لمخزان من المبادل الحراري ) - ( . مصفوفة أحمال التكييف المراد تغطيتيا خالل فترة الذروة ) - .(m) –( قطر الجميد حول أنابيب الخزان ) - ( . عدد ساعات الذروة المراد تغطيتيا ) -

تغطيتيا . المطموبإنشاء حمقة تكرارية تشمل إدخال األحمال الحرارية -2 . (kg/s)-( حساب تدفق الماء الداخل لمخزان ) -3 . لكل فاصل زمني ( لمماء المتدفق بين األنابيب ) حساب مقطع المرور األصغري -4 ( . ( و بالتالي رقم رينولدز لمجريان ) حساب سرعة الماء بين األنابيب ) -5 ( . حساب معامل انتقال الحرارة بالحمل بين الماء حول األنابيب و سطح الجميد ) -6( حسب في درجة حرارة الماء داخل الخزان و بالتالي حرارة الماء المعدلة ) حساب التغير -7

: [18] المعادلة التالية

ρ

(حسب حساب التغير في كمية الجميد داخل الخزان و بالتالي كمية الجميد المعدلة ) -8 المعادلة التالية:

ρ

المطموبة . المنحنياتإخراج قيم البيانات المطموبة مع رسم -9طريقة محاكاة –يوضحان المخطط الصندوقي لمتابع الرياضي (12-3( و الشكل )11-3الشكل )

( عمى Discharge Periodالتفريغ ) طورو (Charge Periodخالل طور الشحن ) -مبرد الماء عمل الترتيب.

51

طور الشحنخالل –طريقة محاكاة عمل مبرد الماء –( مخطط خوارزمية نمذجة خزان الثمج 11-3الشكل )

50

التفريغخالل طور – انصيار خارجي –(مخطط خوارزمية نمذجة خزان الثمج 12-3الشكل )

56

( : Nominal Chiller Capacity ) تحديد االستطاعة االسمية لمبرد الماء -3-5-6يعتبر مبرد الماء العنصر األساسي في أنظمة تكييف اليواء المركزية حيث تتأثر استطاعتو بشكل

كبير في حال التكثيف اليوائي بظروف اليواء الخارجي المحيط فكمما ارتفعت درجة الحرارة الخارجية كمما ( و بالتالي انخفاض مردود الشيمر.COPقل معامل األداء لمشيمر )

الفترة المسائيةاألىمية األولى بعمل مبرد الماء خالل لنظام التخزين الحراري أىمية مزدوجة , تكمن و الحراري حتى و لو كان مجال العمل عند مجاالت الحرارة تشكيل الجميد مما يحسن من أدائمن أجل

حرارية و الكيربائية باستطاعة و المنخفضة , أما األىمية الثانية تكمن بعمل مبرد الماء في فترة الذروة ال مردود أقل من االستطاعة األعظمية ما يحسن أيضا من أداء مبرد الماء .

تدرج الشركات المصنعة لمبردات الماء كتالوجات و جداول تبين االستطاعة التبريدية لمشيمر لمختمف كمما انخفضت درجة حرارة درجات الحرارة الخارجية ما يدل و بشكل واضح عمى استقرار عمل الشيمر

( لشركة ترين الرائدة في ىذا المجال .1-3) الجدولاليواء الخارجي كما مبين في ( تغير استطاعة التبريد المقدمة من مبرد الماء مع تغير حرارة الوسط الخارجي1-3الجدول )

يارا و تخزين الجميد ليال تعطى عالقة االستطاعة االسمية لمبرد الماء المستخدم لتغطية أحمال التكييف ن

بالعالقة التالية :

حيث أن : لممبنى حمل التبريد اإلجمالي مجموع :

53

(h: عدد ساعات شحن الخزان في فترة عدم الذروة ) (hالذروة ) التبريد المباشر من مبرد الماء لنظام التكييف في فترة: عدد ساعات النسبة المئوية الستطاعة مبرد الماء من االستطاعة االسمية في فترة شحن الخزان )%(.: الستطاعة مبرد الماء من االستطاعة االسمية في فترة التبريد المباشر )%(.النسبة المئوية : ( : Storage System Selection ) اختيار نظام دارة التخزين -3-5-7يعتمد النصيار الخارجي المقترحة لمبحث, ( مخطط دارة التخزين الجزئي بتقنية ا13-3يبين الشكل )

Offشحن الخزانات الحرارية في فترة الحضيض الكيربائية و الحرارية ) مبدأ أنظمة التخزين الحراري عمىPeak Period لتتشكل اسطوانات من الجميد حول أنابيب الخزان ليتم بعدىا ذوبان الجميد المتشكل في )

فترة تفريغ الخزان , يتم ذلك بمرور محمول الغميكول عبر مبرد الماء بمبخر مزدوج بحيث يعمل مبخر ( ليمر ضمن أنابيب الخزان P-1ول بتمرير المحمول إلى الخزان الحراري عن طريق المضخة )الغميك

المغمورة بالماء مما يؤدي بمرور الزمن لتشكل الجميد حوليا حتى الوصول لقطر اسطوانة الجميد المطموبة شرحيا عن طريق إعطاء إشارة كيربائية بواسطة طريق حساسات استشعار تركب عمى األنابيب سيتم

الحقا .( بحيث يتم On Peak Periodبعد انتياء فترة الشحن تبدأ فترة التشغيل االستثماري لممبنى صباحا )

بحيث يقوم مبرد الماء بعد التحويل لدارة مبخر الماء بتغطية قسم من مركبتغطية أحمال التكييف بشكل تنخفض درجة الحرارة كمرحمة أولى ( حيثP-3أحمال التكييف عبر تمرير الماء بواسطة المضخة )

( بحيث تنخفض درجة الحرارة أيضا حتى الوصول لمدرجة H.Xليدخل بعدىا الماء البارد لمبادل حراري )عمى تدوير الماء المثمج ضمن الخزان لينصر (VFDالمتغيرة السرعة ) (P-2المطموبة . تعمل المضخة )

خارجي .الجميد حول االنابيب وفق تقنية االنصيار ال( كمتحكم لعمل دارة التخزين بحيث يربط مع حساس درجة الحرارة Way Valve 3يعمل الصمام الثالثي )

(TS المربوط عمى خط الماء البارد الذاىب لوشائع التبريد بحيث يفتح بشكل جزئي أو كمي لتمرير قسم ) [19] من الماء المثمج و إعادتو لمخزان عند الضرورة .

54

( مخطط دارة التخزين الجزئي بتقنية االنصيار الخارجي13-3الشكل )

( : Ice thickness Sensorسماكة الجميد )ب التحكم حساس-3-5-7-1تركيب حساسات حول أنابيب الخزان تعمل عمى تقدير قطر اسطوانة الجميد المطموبة و بالتالي يمكن

تقدير الكمية المطموبة لمجميد أثناء طور الشحن كنسبة مئوية من الكمية المطموبة أو تقدير الكمية ور الشحن أو ( في طP-1المطموب إذابتيا في طور التفريغ و بالتالي إعطاء إشارة كيربائية لممضخة )

أنابيب حساسات قطر الجميد حول توضع( 14-3( في طور التفريغ , يظير الشكل )P-2المضخة ) [19] الخزان .

حساسات قطر الجميد حول أنابيب الخزان توضع (14-3الشكل )

الرابعالفصل

نتائج البحث و المناقشة

55

التصميمية :و العناصر البيئية -أوال -4-1 : BUILDING OREINTATION) ) البناء توجو -4-1-1

لمتصميم البيئيوفق التحميل المناخي (ECOTECT) تكتاإليكو باستخدام برنامج محاكاةبينت نتائج ال نسبة اإلشعاع الشمسي اإلشعاع الشمسي المباشر .... ( أن -اتجاه الرياح السائدة -)حركة الشمس

( صيفا, أما نسبة W/m2 1034.8اإلجمالي المباشر الساقط عمى غالف المبنى يبمغ وسطيا حوالي )( شتاء. إن تراكب منحنيات W/m2 358اإلشعاع الشمسي اإلجمالي المباشر المبنى يبمغ وسطيا حوالي )

يكون لمبناء األكبر الضمع بحيث أنىو التوجو األفضل لمبناءاإلجيادات الحرارية يؤدي بالنتيجة إلى أن يحقق : وىذا غرب( –)جنوب باالتجاه لغالف المبنى.أقل نسبة من اإلجيادات الحرارية - .أقل كسب حراري في فصل الصيفأعمى كسب حراري شمسي في فصل الشتاء و - .معدل سنوي وسطي لإلشعاع الشمسي المباشرأفضل -

( تتحقق ىذه المعطيات عند زاوية لمحور وىمي عمودي عمى البناء حوالي )المدروس ضمن بادية تدمر ( مخطط يظير توجيو الكتمة المعمارية لممبنى 1-4يظير الشكل )

(Palmyra.حسب تحميل برنامج اإليكوتكت )

ألفضل لممبنى حسب تحميل برنامج إيكوتكت( التوجو ا1-4الشكل )

56

: (EXTERNAL SHADINGالتظميل الخارجي لمنوافذ في البناء ) -4-1-2( بحيث Shadow Maskأشرنا في الفصل الثاني أن الكواسر الشمسية تشكل ما يدعى بقناع الظل )

سمح بمرور األشعة تحتجب األشعة الشمسية المباشرة عن الدخول من خالل النوافذ في األشير الحارة وت .في فصول الشتاء

( يضمن تحقيق L1=70 cmبعرض )أشارت النتائج الحسابية إلى أن تصميم الكواسر الشمسية األفقية أيمول( ويسمح بدخوليا باألشير الباردة, أما -آب -تموز -قناع الظل في األشير التصميمية )حزيران ( لمحد من األشعة الشمسية المباشرة لألشير L2=50cmالكواسر الشاقولية فيجب تنفيذىا بعرض )

التصميمية أيضا.( مع HSA( واألفقية )VSAالترتيب زوايا الظل العمودية )( عمى 3-4( والشكل )2-4يبين الشكل )

أبعاد الكواسر الشمسية الموافقة ليا.قد تم اعتماد الكاسرات المركبة لكل اتجاىات المبنى ما عدا الجية من أجل تحقيق التجانس المعماري ف

. فيذ المركبةلعدم الجدوى االقتصادية و العممية من تن فقط الشمالية حيث تم اعتماد الكاسرات الشاقولية

ألشير التصميميةاألفقية ل (L1) عرض المظمة الشمسيةو (VSA)تغير زاوية الظل الرأسية ( 2-4الشكل )

SEPTEMBER AUGUST JULY JUNE

h1=VSA 60 75 82 82

L1 (cm) 69.28 32.15 16.86 18.27

0

10

20

30

40

50

60

70

80

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

L1 (

Cm

)

فقأل ا

سشم

الرسكا

الض

رع

VSA

(DEG

REE)

ديةعمو

ل الالظ

ية زاو

L1 - VSA

57

ألشير التصميميةل العمودية (L2) عرض المظمة الشمسيةو (HSA) األفقيةتغير زاوية الظل ( 3-4الشكل )

:(THERMAL INSULATIONالحراري لجدران المبنى )العزل -4-1-3لشركة كاريير وذلك لميوم (HAP)الياب باستخدام برنامجتم حساب األحمال الحرارية اإلجمالية لممبنى

من النتائج يتضح(, 4-1التصميمي لكل شير من األشير المقترحة لمدراسة كما ىو موضح بالجدول )( حيث يبمغ حمل التبريد األعظمي لمبناء لميوم August 20واليوم )أن الشير التصميمي ىو شير آب

( بدون استخدام عزل حراري.kW 557.6( بحال استخدام العزل حراري و)kW 418.6المدروس ) %(25)بمقارنة الحممين ) مع وبدون عزل حراري ( نالحظ انخفاض حمل التبريد اإلجمالي لممبنى بنسبة

وىذا ما يبرز أىمية استخدام العزل الحراري في تركيبات غالف المبنى . 24خالل –مع وبدون عزل حراري –( منحنيات األحمال اإلجمالي لألشير األربعة 4-4يبين الشكل )

ساعة لميوم التصميمي لكل شير.

SEPTEMBER

AUGUST JULY JUNE

h2=HSA 52 60 75 80

L2 (cm) 46.88 34.64 16.08 10.58

05101520253035404550

0102030405060708090

L2 (C

m)

قياألف

ي مسالشسر

لكاض ا

عر

HSA

(DEG

REE)

ديةعمو

ل الالظ

ية زاو

L2 - HSA

58

-بدون عزل حراريو مع -ير المقترحةاليوم التصميمي لألش( أحمال التبريد اإلجمالية لممبنى في 1-4الجدول )

الساعة

اإلجمالي حمل التبريد( JUNEلشير حزيران )

(kW)

اإلجمالي حمل التبريد (JULY) تموزلشير

(kW)

اإلجمالي حمل التبريد (AUGUST) آبلشير

(kW)

اإلجمالي حمل التبريد (.SEPT) أيموللشير

(kW) مع عزل بدون عزل مع عزل عزلبدون مع عزل بدون عزل مع عزل بدون عزل

00 301 197 354 223.1 348.1 232.2 278.1 189.3

01 296.1 200.7 343.3 227 331.3 221.2 269.5 177.4

02 270.8 173.9 311.4 200.2 322.9 221.4 251.7 154

03 258.3 180.5 297 207.3 291.2 201.8 236.1 149.3

04 238.2 154.9 291.7 181.5 283.9 202.9 222.6 155.7

05 235.5 169.8 266 195.4 261.9 189.5 213 136.1

06 256.1 162.6 273.4 187.5 275.5 210.8 199.8 152.3

07 269 184.5 283.4 210.2 278.8 209.9 222.7 150.4

08 291 184.2 321 217 320.1 227.9 240.8 170.7

09 345.7 237.7 380.2 255.5 385.2 250.2 296.1 206.1

10 384.3 260.1 423.8 284.8 400.4 324.1 335.4 246.3

11 415.6 277.3 455.6 297.6 460.6 357.7 391.6 276.6

12 455.8 294.7 484.5 313.5 499.3 379.6 434.5 285.2

13 474.2 311.7 519.3 331.2 516.7 395.6 454.6 311.3

14 501.6 322.6 533.2 337 537.6 402.1 481.8 316.7

15 520.3 327.7 549.9 359.9 557.6 418.6 490.4 324.5

16 516.2 331 557.6 354.2 547.8 407.9 495.9 325.5

17 506.1 322.8 543.7 361.2 545.2 408.7 467.9 313

18 474.7 324 507.3 331.2 507 391 448.6 302

19 475.7 298.4 501.3 332.4 486.5 378.9 437.1 289.1

20 409.8 276.7 460.7 300 443 292.5 389.1 257.3

21 386.6 241.2 441.6 280.8 432.1 268.1 369.3 234.5

22 370.2 242.3 400.7 250.7 392.7 252.2 318.6 209

23 331.9 206.7 383.3 250.8 372.2 247.2 304.5 208

59

-مع وبدون عزل حراري -اإلجمالية لممبنى في اليوم التصميمي لألشير المقترحة( منحنيات أحمال التبريد 4-4الشكل )

100

150

200

250

300

350

400

450

500

550

600

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24

يالجم

إلد ا

ريتب ال

ملح

(k

W)

الساعة خالل اليوم

-مع وجود عزل حراري -حمل التكييف لممبنى

September

August

July

June

100

150

200

250

300

350

400

450

500

550

600

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24

يالجم

إلد ا

ريتب

الل

حم

(kW

)

الساعة خالل اليوم

-بدون وجود عزل حراري -حمل التكييف لممبنى

Sebtember

August

July

June

61

: (Thermal Mass)الكتمة الحرارية -4-1-4ظيار منحنيات معامل و المدروس العددي لممعادالت التفاضمية لمنموذج من نتائج الحل الرياضي ا

تبين ما يمي : معامل التناقصو التأخير الزمني بــارامترين ىــامين لتحديــد قـــدرة بأنيمــا معامـــل التنــاقصو معامــل التــأخير الزمنــي كــل مــن يعتبــر -

معامــل و منحنــي تغيــر معامــل التــأخير الزمنــي ( 6-4يظيــر الشــكل ) .المــادة عمــى تخــزين الحــرارةوفـق نتـائج الدراسـة حسـب النمـوذج الرياضـي لكـل وضـعية التناقص مع تغير موقع العزل الحـراري

المدروس .

معامل التناقص مع تغير موقع العزل الحراريو منحني تغير معامل التأخير الزمني ( 6-4الشكل )

أفضل توضع لطبقات العزل الحراري ضمن تركيبة الجدار المدروس تكون بقسم طبقة العزل -بحيث تتوضع الطبقة األولى بالجية (3cmسماكة كل طبقة ) طبقتين متساويتين إلى اإلجمالية

ما ينتج عن ذلك (5-4كما ىو مبين بالشكل ) الخارجية أما الطبقة الثانية تتوضع بالمنتصفأقل قيمة معامل التناقص و بالتالي أكبر إزاحة حرارية لمذروة و أعمى قيمة لمعامل التأخير الزمني

لداخمية لمحيز المكيف.بالتالي أفضل استقرار لمشروط او

ألفضل عطالة حرارية تفصيمة الجدار المثالية (5-4الشكل )

60

: نظام التخزين الحراري – ثانيا -4-2 التفريغ لمخزان الحراري :و اختيار ساعات التخزين -4-2-1األولى من حساب نظام التخزين الحراري ىي اختيار األوقات المثمى لتشكيل الجميد ضمن مرحمةال إن

.الكيربائية و ةمن ثم تحديد الساعات المطموب تغطيتيا في أوقات الذروة الحراريو ساعات اليوم ( August 20يوم ) وى لمدينة تدمر كما ناقشنا سابقا أظيرت نتائج برنامج الياب أن اليوم التصميمي

منحني تغير درجات الحرارة لميواء الخارجي خالل إظيارتم مبرنامجلخية المنا ةبالتالي باستخدام المحاكاو ( .7-4بالشكل ) مبين وساعات كامل اليوم كما ى

( August 20) ساعة 24اختيار وقت التخزين والتفريغ حسب تغير درجة حرارة الوسط الخارجي خالل (7-4الشكل )

بأنو التخزين الحراري وقت تم اختيار (7-4الشكل ) تغير درجات الحرارة لميوم التصميميمن منحني حيث تعتبر To 7 21) الساعة السابعة صباحا ) حتىبين الساعة التاسعة مساء و الواقعالمجال الزمني

واقعا سيكونالخزان من الجميد تفريغ أما درجات الحرارة الخارجية واستيالك الطاقة منخفضان نسبيا, والتي (To 20 10الثامنة مساء ) حتىصباحا و العاشرةالساعة بين المحصور المجال الزمني ضمن فترة الذروة لدرجات الحرارة الخارجية واستيالك الطاقة الكيربائية . المجال ضمن ىذا تعتبر

05

101520253035404550

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24

رة

راح ال

جةدر

الساعة خالل اليوم

الشحن طور التفرغ طور الشحن طور

66

خزان الجميد:اختيار استطاعة مبرد الماء ومواصفات -4-2-2التبريد أحمالمجموع نجد أن ( August 20حمل التبريد األعظمي لميوم التصميمي )بحساب

( وذلك بحسب عمل نظام التكييف لمفندق المحصور بين الساعة الثامنة Kw-h 4440) لممبنى ةاإلجمالياستطاعة مبرد تكون (313-) العالقة( وبالتالي حسب 4-8( الشكل )To 20 8صباحا والثامنة مساء )

الماء المطموبة :

( August 20) -مخطط حمل التبريد األعظمي لنظام عمل الفندق خالل ساعات اليوم(8-4الشكل )

( خالل ساعات اليوم kW 250( باستطاعة )Base Loadيقوم مبرد الماء بتغطية الحمل األساسي )وبالتالي فإن الحمل المتبقي يتم تغطيتو من خزان الجميد وبالتالي فإن االستطاعة التبريدية المطموب

( .Kw-h 1440تخزينيا )حسب توصيات الجمعية األمريكية لميندسي و (. ) تساوي الجميد المطموب تخزينيا كميةإن

ةالمطموب الثمج كمية حجم ضعف يساوي لمتخزين الثمج خزان حجم يكون أن يجب (ASHRAEالتكييف ) لسببين أساسيين : وذلك .التفريغ طور في لمماء مرور أفضل لتحقيق -حجم خزان الجميد المطموب إذا Max (IPF) الجميد ذرات لتراص أعظمي معامل عمى لحصولا -

( ).

0

50

100

150

200

250

300

350

400

450

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22

يمال

جإل ايد

برلت امل

ح

(kW

)

الساعة خالل اليوم

63

خيارات ( النتائج التصميمية لمخزان الحراري حيث تم حساب أبعاد الخزان وفق عدة2-4يظير الجدول ) ( .9-4من الخطوات الطولية والعرضية كما ورد في الفصل الثالث و موضح في الشكل )

الخطوات الطولية والعرضية ألنابيب الخزانتبعا لتغير تغير حجم الخزان (9-4الشكل )

( ) ىي النسبة من خالل المخطط السابق فإن النسبة التي تحقق حجم الخزان المطموبنجد

تتوضع األنابيب بشكل خطي ضمن الخزان حسب التباعد المحسوب أعاله الحراري أبعاد الخزان نتائج الحساب الحراري لمخزان : -4-3 طور الشحن : -4-3-1ينقسم طور تشكل الجميد لمرحمتين أساسيتين ىما مرحمة التبريد المحسوس ومرحمة كما ذكرنا سابقا

التبريد الكامن . يتعمق زمن التبريد المحسوس بشكل أساسي بدرجة الحرارة األولية لمماء داخل الخزان كما ( عند درجة حرارة أوليةmin 24( حيث يزداد زمن التبريد المحسوس من )10-4ىو موضح بالشكل )

قطر األنبوب داخل الخزان

قطر اسطوانة الجميد األنبوبحول

المسافة األفقية العمودية بين و

اسطوانتي جميد داخل الخزان

الصفوف عدد داخل الموجودة

الخزان

داخل االنبوب طول الخزان

0.03 0.1 0.02 20 2.8

10.00

15.00

20.00

25.00

30.00

35.00

40.00

R1 R2 R3 R4

ن خزا

م لحج

m3

64

الدراسة التحميمية قمنا بإجراء( , ( عند درجة حرارة أولية )min 52.8) إلى( ليصل لمخزان ) ( . عند درجة حرارة أولية لمماء )

درجة حرارة الماء األولية ضمن الخزان تبعا لتغييرتغير زمن التبريد المحسوس (10-4الشكل )

من ناحية زمن مناسبة (4ج بالممحق )لمخزان وفق الكود الرياضي المدر نتائج الدراسة الحرارية تعتبر ( صباح اليوم التالي , أظيرت النتائج أن زمن 7( مساء وحتى الساعة )21الشحن المقترح بين الساعة )

ساعات 10) ما يقارب( بينما استغرق الشحن الكامن لمخزان min 40استغرق حوالي )التبريد المحسوس .(10hr:40min) ( ليبمغ الزمن اإلجمالي لشحن الخزان

إن كمية الحرارة المحسوسة المسحوبة من أنابيب الخزان لتحويل الماء من الحالة السائمة لمحالة الصمبة ( , أما كمية الحرارة الكامنة المسحوبة من أنابيب الخزان لمحصول عمى كمية MJ 286بمغت حوالي )

( تغير كمية الحرارة 11-4يبين الشكل )(. MJ 5621مطموبة خالل زمن الشحن تقدر بحوالي )الجميد ال مرور حيث نالحظ انخفاض كمية الحرارة الكامنة مع تبعا لمزمنالمحسوسة والكامنة لمماء ضمن الخزان

.بسبب المقاومة الحرارية اإلضافية نتيجة تكون اسطوانة الجميد حول األنابيب وذلك الزمن

–مرحمة الشحن –( الطاقة الحرارية المحسوسة والكامنة المسحوبة من أنابيب الخزان 11-4الشكل )

10

20

30

40

50

60

3 5 7 9 11 13 15 س 17سو

حلم

ايد

برلت انزم

(m

in)

( )درجة الحرارة األولية لمماء في الخزان

65

منحني األداء نحصل عمى التحميل الرياضي ألداء مبرد الماء خالل مرحمة شحن الخزان بإجراء خالل فترة شحن الخزان حيث نالحظ تراجع استطاعة التبريد (12-4الشكل ) الحقيقي لعمل مبرد الماء

انخفاض الناتج عن ازدياد المقاومة الحرارية لمجميد المتشكل حول األنابيب و بالتالي مع مرور الزمن نتيجة لذلك . ( معامل انتقال الحرارة اإلجمالي )

شحن الخزان طورمنحني األداء الحقيقي لعمل مبرد الماء خالل ( 12-4الشكل )

اختالف درجة ىو االستطاعة المقدمة من قبل مبرد الماء منحني سبب التأرجح صعودا وىبوطا في إن قبلطاقة التبريد الممتصة من بسبب اختالف عند مخرج ومدخل مبرد الماء (Glycol) التبريد وسيطحرارة

تعديل فوري لنظام عمل مبرد الماء من جراء ذلك. يؤدي إلى( ما أنابيب الخزان )منحني تغير درجة حرارة الغميكول عند مدخل و مخرج مبرد الماء خالل زمن (13-4)يبين الشكل

( ) بين مجال درجة حرارة خروج الغميكول خالل فترة الشحن تراوحالشحن حيث ي( كقيم حدية لراجع من الخزان فيتراوح بين )كقيم حدية أما مجال درجة حرارة الغميكول ا

أيضا.

66

شحن الخزانخالل طور ( ) تغير درجة حرارة الغميكول عند مدخل ومخرج مبرد الماء (13-4الشكل )

لتخزين مثل الدارة العاممة )وىي ت( 3-4الجدول )في نتائج الحسابات الحرارية لمرحمة الشحن تم تدوين . (الجميد

( ممخص بارامترات الدارة العاممة لتخزين الجميد3-4الجدول )

إيتمين -دارة الغميكول

الوقت خالل اليوم

كمية الجميد المتشكمة (m3(

متوسط درجة حرارة دخول خروج الغميكول من و

الشيمرin / out (°C)

تدفق مضخة الغميكول P-1 (L/s)

االستطاعة الوسطية لمبرد الماء

(kW) 4.05 -5.25/-2.9 15.87 159.5 0

5.48 -5.48/-3.12 15.87 158.4 1

7.09 -5.55/-3.3 15.87 156.7 2

8.84 -5.55/-3.41 15.87 156.3 3

10.76 -5.55/-3.55 15.87 140 4

12.85 -5.55/-3.79 15.87 127.1 5

14.89 -5.55/-3.9 15.87 112 6

16.00 -5.55/-3.97 15.87 104 7

- - - - 8

- - - - 9

- - - - 10

- - - - 11

- - - - 12

- - - - 13

67

- - - - 14

- - - - 15

- - - - 16

- - - - 17

- - - - 18

- - - - 19

- - - - 20

0.611 -4.27 /-1.63 15.87 185 21

1.65 -4.73 /-2.25 15.87 174.8 22

2.77 -5 /-2.55 15.87 166.7 23

بالجدول السابق تم رسم دارة التخزين العاممة في مرحمة الشحن مع توضع بناء عمى النتائج الموضحة ( 14-4إيتمين كما ىو مبين بالشكل )–لمحمول الغميكول سطية لدرجات الحرارة والتدفقات المجاالت الو

-مرحمة الشحن –مخطط الدارة العاممة لدارة التخزين الحراري (14-4الشكل )

68

: طور التفريغ -4-3-2ذي يتم فيو انصيار الجميد الذي الطور االستثماري ال يعتبر طور التفريغ ىو ,كما ذكرنا سابقا

تشكل في مرحمة شحن الخزان .( تغير كمية الحرارة المحسوسة والكامنة ضمن الخزان مع مرور زمن التفريغ حيث 15-4يبين الشكل )

الحرارة من الخزان نتيجة انسياب الماء حول األنابيب بدرجة حرارة دخول تتراوح بين يتم سحب المخزنة بالجميد (, نالحظ انخفاض كمية الحرارة الكامنة خروج تتراوح بين )و ( )

حتى ذوبان كامل نتيجة انصيار الجميد لتغطية الحمل المطموب ( MJ 4700من ) تدريجيا ضمن الخزان المخزنة ضمن تزداد كمية الحرارة المحسوسة من جية أخرى, كمية الجميد المخزنة نياية طور التفريغ

( نياية طور MJ 1090( لتصل لحوالي ) MJ 650الخزان نتيجة تحول الجميد لماء بارد من القيمة) التفريغ .

–مرحمة التفريغ –مخطط تحول الطاقة الحرارية ضمن الخزان (15-4الشكل )

طردي بين حمل التكييف جميد داخل الخزان نالحظ وجود تناسب ( تغير استيالك ال16-4الشكل ) يوضح

المراد تغطيتو في كل ساعة وبين الكمية المنصيرة من الجميد حول األنابيب في الخزان حيث من الممكن مالحظة التشابو في شكل المخطط و منحني أحمال التبريد لممبنى .

69

–مرحمة التفريغ –مخطط تحول الطاقة الحرارية ضمن الخزان (16-4الشكل )

( بالمقارنة مع أحمال التكييف المراد ( الطاقة الحرارية المقدمة من الخزان )17-4الشكل )يبين قدرة الخزان عمى تغطية األحمال المطموب تغطيتيا وقت الذروة حتى يعكس ىذا المنحنيتغطيتيا حيث

مف بين يوم و آخر ت, عمما أن ىذا المنحني من الممكن أن يخ الساعة األخيرة من الوقت المطموب لمتفريغ . تبعا لكمية الجميد المطموب إذابتيا تبعا لحمل التبريد المطموب

–مرحمة التفريغ –مقارنة القدرة الحرارية لمخزان مع الحمل الساعي المطموب (17-4لشكل )ا

0.00

50.00

100.00

150.00

200.00

250.00

300.00

350.00

10 12 14 16 18 20 22

ة ري

راح ال

عةطا

ستالا

(kW)

الساعة خالل اليوم

الحمل الحراري الساع

االستطاعة الممكنة من الخزان

71

لحمل التكييف اري تبعا اختالف تدفق الماء القادم من المبادل الحر سببو( التأرجح في منحني ) إن نالحظ عند اقتراب طور التفريغ من نيايتو تقارب المنحنيين بشكل كبير والسبب يعود .المطموب

الحمل الكامن ضمن الخزان , أما سبب عدم االنطباق بين المنحنيين فيو وجود حمل محسوس نخفاضال ضمن الماء البارد في الخزان وىذا بالطبع يعتبر طاقة حرارية مخزنة ولكن ال تقارن بالطاقة الكامنة .

مية الجميد بالنسبة لأليام التي يكون فييا درجات الحرارة أقل من اليوم التصميمي فإن ك: مالحظةما يؤدي ماإلضافية ضمن الخزان من الممكن استخداميا لتغطية كمية أكبر من األحمال الحرارية لمبناء

معامل األداء و العمر ( قيمة أقل و ىذا يحسنkW 250) البالغ النخفاض حمل مبرد الماء األساسي .التشغيمي لو

ل الدارة العاممة لتفريغ الجميد( الذي يمث4-4) بالجدولتفريغ نتائج الحسابات الحرارية لمرحمة ال تم تدوين

الجميد لتفريغ( ممخص بارامترات الدارة العاممة 4-4الجدول )

دارة التغذية لوشائع التبريد في موحدات المعالجة دارة الماء المثمج )دارة التخزين الحراري(

الوقت خالل اليوم

المبادل الحراريالباردةالجية الساخنة/الجية

تدفق الماء المثمجP-2

(VFD) (L/s)

حمل الخزان الحراري(Kw)

درجة الحرارة ذاىب/راجع

(°C)

تدفق الماء الباردP-3 (L/s)

استطاعة الشيمر

(kW)

حمل التبريد اإلجمالي

(kW)

- - - - - - - - 0

- - - - - - - - 1

- - - - - - - - 2

- - - - - - - - 3

- - - - - - - - 4

- - - - - - - - 5

- - - - - - - - 6

- - - - - - - - 7

- - - - 14 / 8.45 10.78 250 227.9 8

- - - - 14 / 8.45 10.78 250 250 9

8.45 / 4.72 10 / 0.44 1.85 74.1 14 / 8.45 10.78 250 324.1 10

8.45 / 4.80 10 / 0.46 2.70 107.7 14 / 8.45 10.78 250 357.7 11

8.45 / 4.06 10 / 0.58 3.29 129.6 14 / 8.45 10.78 250 379.6 12

8.45 / 3.57 10 / 0.7 3.75 145.6 14 / 8.45 10.78 250 395.6 13

8.45 / 3.22 10 / 0.8 3.96 152.1 14 / 8.45 10.78 250 402.1 14

8.45 / 3.07 10 / 0.93 4.45 168.6 14 / 8.45 10.78 250 418.6 15

8.45 / 2.71 10 / 1.1 4.24 157.9 14 / 8.45 10.78 250 407.9 16

70

8.45 / 2.94 10 / 1.23 4.33 158.7 14 / 8.45 10.78 250 408.7 17

8.45 / 2.93 10 / 1.43 3.94 141 14 / 8.45 10.78 250 391 18

8.45 / 3.32 10 / 1.60 3.67 128.9 14 / 8.45 10.78 250 378.9 19

8.45 / 3.59 10 / 1.90 2.23 75.6 14 / 8.45 10.78 250 325.6 20

- - - - - - - - 21

- - - - - - - - 22

- - - - - - - - 23

تم رسم دارة التخزين في مرحمة التفريغ مع توضع مجاالت المدونة في الجدول نستطيعبناء عمى النتائج ( .18-4إيتمين كما ىو مبين بالشكل ) –لمحمول الغميكول جات الحرارة الوسطية والتدفقات در

-مرحمة التفريغ –مخطط الدارة العاممة لدارة التخزين الحراري (18-4الشكل )

76

رسم إدراج مخطط تفصيمي التي حصمنا عمييا يمكن النتائج الحرارية لمرحمتي الشحن والتفريغ بمساعدة ( :19-4الشكل ) لدارة خزان الجميد المتوضعة بالقبو كما ىو موضح عمى الشكل

ورة بالماء مع المجمعات ( تتوضع فييا األنابيب المغمm3 32غرفة خزانات الجميد حجميا ) -1 الخاصة بيا. والصمامات

االسترجاعي األنابيب الذاىبة والراجعة لدارة التخزين الحراري الموصولة مع المبادل الحراري -2(HX مع مضخة تدوير )( محمول الماء المثمجP-2. )

/ األول )مبخر الماء( لدارة التكييف موصولة مع وحدات المعالجة 2مبخرات مبرد الماء عدد/ -3(AHU-1,2,3,4( عن طريق المضخة )P-3 موصول مع دارة )( والثاني )مبخر الغميكول

( .P-1طريق المضخة ) التخزين لشحن الخزان في فترة تشكيل الجميد عن مبرد الماء يتوضع خارج المبنى موصول مع المبخرات داخل المبنى . -4

المعالجةات ووحد ومبرد الماءتوصيالتيا بين الخزانات و توزع األنابيب مخطط (19-4الشكل )

73

–( 20-4الشكل ) – لنظام عمل التخزين الحراري خالل ساعات اليوم إعداد المخطط النيائيب أخيرا قمنا يوضح ما يمي :والذي

ساعة بدءا من مرحمة شحن الخزان من 24( خالل kW) مقدرة بـ كافة االستطاعات الحرارية - وحتى السابعة صباح اليوم التالي . الساعة التاسعة مساء

اعة الثامنة صباحا وحتى الساعة فترة تغطية حمولة التكييف من الس نظام عمل الشيمر خالل - ( .Kw-h 3000( واستطاعة إجمالية )250kWالثامنة مساء باستطاعة ثابتة )

( .kW-h 1440االستطاعة الحرارية المنقولة من ساعات الحضيض لساعات الذروة ) -( من الحمولة اإلجمالية اليومية لميوم %33نسبة التخزين الحراري الجزئي والتي تبمغ حوالي ) -

التصميمي .

نظام عمل التخزين الحراري خالل ساعات اليومل النيائي مخططال (20-4الشكل )

74

:االستثمارية النتائج االقتصادية و -4-4 التكمفة األولية لنظام التكييف مع و بدون تخزين حراري : -4-4-1ا في معظم دول العالم و لكن لم يتم التطرق لي التخزين الحراري قد ال تكون جديدة ن استخدام تقنيةإ إجراء تحميل اقتصادي لمتكمفة األولية لممتغيرات المشتركة لنظام التكييف المركزي ب بمدنا سوريا. قمنافي

نتائج البحث انعكاس استخدام التخزين الحراري لمجميد عمى استطاعة تبينحيث ,مع وبدون تخزين حراري التي تتأثر بالتخزين الحراري عناصرالأىم من أجل مناقشةال . لقد تمتييزات الميكانيكية و الكيربائيةالتج

مثل: ( Chillersمبردات الماء ) - (Ice Thermal Storageالخزانات الحرارية لمجميد ) - (Heat Exchangerالمبادل الحراري ) - (Pumps & Valvesالمضخات و السكورة ) - (Supply Fansمراوح إرسال اليواء ) - (Water Distributionأنابيب نقل الماء ) - (Air Ductsشبكة مجاري نقل اليواء ) -

حسب أسعار شركات ( مقارنة التكمفة المتغيرات المذكورة آنفا مقدرة بالدوالر5-4يظير الجدول ) (.21-4مع إسقاط النتائج بيانيا كما ىو مبين بالشكل ) التجييزات أنظمة التكييف

التكييف مع و بدون تخزين حراريمقارنة التكمفة األولية لمتغيرات نظام ( 5-4الجدول )

التكمفة بدون استخدام العنصر المتغير ($تخزين حراري )

التكمفة مع استخدام تخزين ($حراري )

31690 52859 مبرد الماء مع الممحقات 23400 - الخزانات الحرارية لمجميد

6500 - المبادل الحراري 5075 7400 المضخات مع السكورة

920 1600 اليواءمراوح إرسال 5700 6600 أنابيب نقل الماء 6720 8400 مجاري اليواء

)$( 80035 )$( 76859 المجموع

75

التمثيل البياني لمتكمفة األولية لمتغيرات نظام التكييف مع و بدون تخزين حراري( 21-4) الشكل

مع استخدام أقلمن النتائج التحميمية و البيانية أن التكمفة األولية لجميع متغيرات نظام التكييف يتضحنظام التخزين و لكن المجموع النيائي لمتكمفة األولية بحال استخدام التخزين أعمى و السبب ىو تكمفة

خزانات الجميد مع المبادل الحراري .

مع و بدون تخزين حراري : الكيربائية و الجدوى االقتصاديةالتوفير باالستطاعة -4-4-2القتصادية تحميل المساىمة اإن إنجاز مشروع ما يتطمب و بشكل ضروري تتبع األثر االقتصادي و

من األمور األساسية في دراسة المشاريع عمى الواقع االقتصادي حيث أنو مشروعال ىذا التي يقدمياىو أفضل من الناحية المالية لتحديد إن كان المشروع يستحق أن نستثمر فيو وىل الجديدة تقييم المشروع

العديد من الخطوات لتحري الجدوى االقتصادية من ىذا ىذا التقييم يسبقو من البدائل األخرى أم ال , المشروع.

: باالستطاعة الكيربائيةالتوفير -4-4-2-1لألشير كمفة حسب التعرفة السورية الكيربائية مع التمتوسط االستيالك الشيري لمطاقة تم دراسة

مقارنة التكمفة مقدرة (6-4التصميمية األربعة و إجراء مقارنة مع و بدون تخزين حراري . يظير الجدول ) ( .22-4الشكل )بالدوالر تم تمثيل النتائج بيانيا عمى

76

-مع و بدون تخزين حراري -السورية التعرفة مع التكمفة حسب متوسط االستيالك الشيري لمطاقة الكيربائية( 6-4الجدول )

أيمول آب تموز حزيران النظام

بدون تخزين حراري

1302 $ / 2616

Kw-h

1421 $ / 2857

Kw-h

1425 $/2865

Kw-h

1278 $ /2569

Kw-h

مع تخزين حراري

1054 $ / 2286

Kw-h

1151 $ /2497

Kw-h

1155 $ /

2504 Kw-h

1035 $ /2245

Kw-h

لألشير التصميمية مع و بدون تخزين حراري متوسط االستيالك الشيري لمطاقة الكيربائيةالتمثيل البياني ل( 22-4الشكل )

االستيالك الكيربائي خالل األشير الحارة الحراري عمى استخدام التخزين انعكاس النتائج توضح ( Kw/Season 1376أيمول(, حيث يالحظ وفر باستخدام الطاقة الكيربائية ) -آب –تموز –)حزيران

( .Season/$ 1031مع توفير بالفواتير الكيربائية حسب التعرفة السورية حوالي ) :الجدوى االقتصادية -4-4-2-2التخزين الحراري تعبر عن الجدوى االقتصادية االستثمارية ألىمية نظام التي مؤشراتتم دراسة ال

سنوات باالعتماد عمى ثالثة عوامل رئيسية 10 قدرىا استثمار لفترة بدون تخزين مقارنة بالنظام التقميدي و ىي :

ه الفترة الت نسترد بعدها رأس المال المستثمر: (Pay Back Periodفترة االسترداد ) -1

2569 2865 2857

2616

2245 2504 2497

2286

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

September August July June

ي

ائرب

كه ال

كالته

سالا

- K

w-h

-

Conventional System

Energy Storage (PartialStorage)

77

القيمة المكافئة في الزمن ىو : ( ”Net Present Value “NPVصافي القيمة الحالية لممشروع ) -2 ر لمعائد المالي لممشروع .الحاض

:ىو معدل الفائدة لممشروع بعد فترة ("Internal Rate of Return "IRRمعدل العائد الداخمي ) -3 االستثمار .

الحراري جاءت نتائج الجدوى االقتصادية إيجابية حيث يمكن استرداد فرق تكمفة استخدام نظام التخزين ( %30( بمغت قيمة )IRR) معدل العائد الداخميبعد ثالث سنوات من االستثمار , بالمقابل فإن قيمة

باالستعانة ( ممخص بالقيم المذكورة أعاله7-4حيث يعتبر مؤشر اقتصادي جيد جدا . يظير الجدول ) . ( Excelببرنامج ) الموجودة بالداالت الرياضية

االقتصادية الستخدام التخزين الحراري في الجميد المؤشرات( 7-4الجدول )

فرق التكمفة األولية المقارنة($)

لفرق فترة االسترداد )سنة( التكمفة

صافي القيمة الحالية معدل العائد الداخمي ($) لممشروع

مع و بدون استخدام %30 7348 3.08 3176 التخزين الحراري

:(DLF) تحسين معامل الحمل الكيربائي اليومي -4-5حيث , أحد أىم مؤشرات الكفاءة الكيربائية يعتبر تحسين معامل الحمل )معامل السعة( في المنظومة

ة إلى بمنسو االستطاعة المنتجة في اليوم متوسطبأنو نسبة (DLF) يعرف معامل الحمل اليومينسبة حمولة الفجوة الميمية إلى الذروة عمى أنالمعامل يوضح ىذا, (P-maxاستطاعة الذروة اليومية )

أنو مؤشر لحسن استثمار المنظومة الكيربائية, بحيث كمما زادت نسبة حمولة الفجوة إلى حمولة الذروة كمما كان وضع عمل محطات التوليد أفضل واستيالكيا من الوقود أقل )المصروف النوعي من الوقود

إلنتاج واحدة الطاقة(.معامل الحمل من خالل تحفيز المستثمرين إلزاحة األحمال من خالل تعديل التسعيرة يمكن تحسين

في وقت الفجوة ومتوسطة في بقية ساعات اليوم وعالية في وقت الذروة. مخفضةالكيربائية بحيث تكون الحراريمن جراء استخدام التخزين لمبرد الماءالمنقولة االستطاعة الكيربائية (23-4)الشكل يوضح

( لكل يوم استثماري .kW-h 576التي تقدر بحوالي )و

78

تأثير نقل قسم من استطاعة مبرد الماء عمى منحني الحمولة اليومي لممنظومة الكيربائية( 23-4الشكل )

:االستنتاجات و التوصيات -4-6 : االستنتاجات

بشكل كبير في تحسين بين البحث أن التصميم المعماري البيئي لممبنى المقترح قد ساعد و -1 االستجابة الديناميكية لممبنى مع المتغيرات المناخية متمثال بعدة اقتراحات :

غرب( الذي يحقق أفضل استجابة بيئية لمحد من –باتجاه )الجنوب األمثل توجيو المبنى - اإلجيادات الحرارية في فصمي الصيف و الشتاء.

( يساىم L2=50 cm( و شاقوليو بعرض )L1=70 cmأفقية بعرض )إن تصميم كواسر شمسية - في تحقيق قناع الظل و بالتالي تقميل الكسب الحراري الشمسي لمبناء صيفا.

(.%25العزل الحراري بتخفيض حمل التبريد لممبنى بنسبة )يساىم -

79

نفس السماكة يساعد في تحسين إن وضع طبقتي عزل لجدران المبنى بدال من طبقة واحدة و ب -استقرار الحرارية لجدران المبنى من خالل تنظيم انتقال الحرارة عبرىا ما ينعكس عمى الكفاءة

. لشروط الداخمية لمحيز المكيفاحسابات دقيقة لبارامترات طوري الشحن و استطعنا من خالل نتائج النموذج الرياضي إجراء -2

و تحديد مواصفات الخزان و التالي تحديد القدرة الترموديناميكية لمخزان الحراريالتفريغ لمخزان .المطموبة منو التبريديةعمى التغطية

أظيرت النتائج انخفاض القدرة التبريدية لمشيمر مع مرور زمن الشحن وذلك بسبب ارتفاع -3 المقاومة الحرارية من جراء تشكل اسطوانة الجميد حول األنابيب في الخزان.

( لميوم Kw-h 4440)بحمل تبريد أجمالي ( لممبنى %33إن استخدام التخزين الجزئي بنسبة ) -4باستخدام خزانين لمجميد (Kw-h 1420التصميمي يحقق نقل في الحمولة الحرارية اليومية حوالي )

(.32m3بحجم )العمل اليومي ( خالل COPمعامل األداء لمبرد الماء ) يحسناستخدام نظام التخزين الحراري إن -5

وخصوصا في فترة الذروة. ( Load Levelingبسبب العمل عمى وتيرة ثابتة )( سنة 3.08إن فترة االسترداد المالية لممشروع في حال تنفيذ منظومة التخزين الحراري تعادل ) -6

( , وىذا يعتبر مؤشر اقتصادي جيد لتنفيذ المنظومة.IRR=30%مع معدل عائد داخمي )إن استخدام تقنية التخزين الحراري في الجميد يساعد عمى تحسين معامل الحمل اليومي , حيث -7

حوالي تم إحداث إزاحة في االستطاعة الكيربائية اليومية لمبرد الماء المستخدم في البحث حوالي (576 Kw-h. )

التوصيات :لك ما ق وضع كود خاص بذالتشجيع عمى التصميم البيئي المستدام لألبنية في سوريا عن طري -1

والتفاعل التمقائي مع البيئة تتميز باستيالك منخفض لمطاقة يعني بالنتيجة الحصول عمى أبنية المحيطة.

إجراء دراسة تجريبية و مقارنتيا مع الدراسة النظرية الختبار جودة الطريقة الحسابية. -2 Fullاستراتيجية التخزين الكمي )إعداد دراسة حول أنظمة التخزين الحراري التي تستخدم -3

Storage( وتقنية االنصيار الداخمي )Internal Melt. ومقارنة النتائج ) تطبيق منظومة التخزين الحراري في المشاريع الكبيرة في سوريا وخصوصا في األماكن الحارة -4

بسبب نتائجيا االقتصادية والكيربائية .زين الحراري و نتائجيا لمتشجيع عمى استخدام تقنية التخ تقديم نتائج البحث إلى وزارة الكيرباء -5

.اإليجابية

81

"العممية المستخدمة "المراجع

.كود العزل الحراري لألبنية في الجميورية العربية السورية ". (2006) المركز الوطني لبحوث الطاقةوزارة الكيرباء, -1

2- REARDON,C; GEOFF,M ; DOWNTON,F (2010). Your Home Technical Manual.

AUSTRALIA, Institute for Sustainable Futures, 4th

Edition.

3- SEBZALI,M ; RUBINI,P(2005). Analysis of ice cool thermal storage for a clinic

building in Kuwait . UNITED STATE, School of Engineering in Cranfield University.

4- BARTLY,G (2007). Thermal ice storage application & design guide. New York,

President of Evapco Institute .

1- ERIC, F (2007). Using Thermal Energy Storage For Data Center Cooling. New York,

The Fortress International Group .

2- ALVAREZ.C; GABALDON,A; GARCIA,F(2010). Thermal Energy Storage

Opportunities For Residential Space Cooling. Valencia-Spain. Institute of Energy

Engineering.

3- CARY, C. W.; Mitchell J. W.; Beckman W. A ( 1995); The Control Of Ice Storage

Systems .UNITED STATE. School of Engineering in Cranfield University.

4- S Givoni, B(2004). Passive and Low-Energy Cooling of Building .LONDON, Reinhold

University.

5- Olgyay, V. ; Olgyay, A.(1980). Solar Control and Shading Devices. Princeton University

Press.

6- OZIL,M; Pihtili, K(2007).Optimum location and distribution of insulation layers on

building walls with various orientations. Sci. Eng.42.3051-3059.

7- Joanne, M; Bailey,A(2010). Modelling Phase Change Material Thermal Storage

System. Canada. Science, McMaster University.

8- Liu,S (2007).Study on Discharging Characteristics of External Melt Ice-on-coil

Thermal Storage System. ATLANTA ,Tongji University.

9- BINGXI, L; XINHAI,X (2009). Effects of initial parameters on the internal-melt ice-

on-tube while icing . CANADA, Journal of Mechanical Science and Technology.

10- TRANE . (2012). Ice Storage Systems One of the Systems Series .UNITED STATE,

Air Conditioning Clinic.

11- Frank ,K; Raj, M; Mark,S (2011).Principles of Heat Transfer. 7th

Edition.

12- Henry ,H; Stavros, A(1996). Mathematical modelling of solidification and melting. Sci.

Eng.4.374-387.

80

13- JEKEL,T,B(2001).modeling of ice storage tanks, ASHRAE Transitions, New York,

Arizona University.

14- Kim ,C; Kaviany, M (1992). A numerical method for phase-change problems with

convection and diffusion Int. Institute of Heat Mass Transfer.35.67-457.

15- ERCAN ,O (2013). Storage Of Thermal Energy. Ankara. GAZI university ,

mechanical engineering department .

16- DORGAN, C.E.; ELLESON,J,S. Design Guide for Cool Thermal Storage. Atlanta-

ASHRAE, 1994.

17- SHASEJ (1995). Air Conditioning and Sanitary Engineering Handbook. Tokyo. The 12th

Edition, Maruzen .

18- ASHRAE (2001). Handbook of Fundamentals. New york, Green Building Department

.Atlanta, Air Conditioning Department .

المالحق

APPENDIXES

(1الملحق رقم )

مخططات المداقط المطماريظ للمبنى المدروس""

(2الملحق رقم )

" –إيتلينالعليكول –لحراريظ لمانع التجمد المواصغات اجداول "

(3الملحق رقم )

(MATLABالكود الرياضي لبرنامج الماتالب )"

" لطور الذحن و التغريغ للخزان الحراري

" طور الشحن CHARGE CYCLE "

دخول المحلول الملح الدخول للخزان + استطاعة الشلر + درجة بارامترات ) درجة حرارة التابع بداللة ل كود إنشاء

حرارة الماء داخل الخزان+ كمة الثلج األعظمة (

تشكل الثلج ( مع تحدد زمن التبرد المحسوس و –لدراسة السلوك الحراري للخزان ) تغر حرارة الماء داخل الخزان

الكامن

function CHARGE (Tbi, chi-cap , Ttank , m-ice-max)

clc

dt=0.01; % الفاصل الزمن الحساب

t(1,1)=0; % زمن البدء للعملات الحسابة

Qc=zeros(1,100); % إنشاء مصفوفة صفرة لالستطاعة المسحوبة من أنابب التبرد

t=zeros(1,100); % إنشاء مصفوفة صفرة للزمن خالل العملات الحسابة

Qc(1,1)=200 ; قمة األولة االفتراضة لالستطاعة المسحوبة من أنابب التبرد %ال

Ttank(1,1)= Ttank ; % الحرارة األولة للماء داخل الخزان

hs(1,1)=0 ;

Tbi ;

FLOW=15.87 ; % تدفق الغلكول داخل أنابب الخزان

k=0 ;

Tbo=Tbi + chi-cap /(FLOW*3.78) ; ارج من الخزان %الحرارة األولة للغلكول الخ

m_ice =0 ; % كمة الثلج األولة داخل الخزان %

Rice=0 ; % للثلج قطر االسطوانة المشكلة %

ة داخل الخزان مع الزمن المستغرق النتهاء لعملة التبرد المحسوس %ر% إنشاء حلقة تكرار لتتبع تغر درجة الحرا

while Ttank>=0 & Mice <= Mice-max

استطاعة الشلر المعدلة تبعا لدرجة حرارة الخروج من المبخر %% تحدد

Chiller-mod= chi-cap /(1-abs((-5.55-Tbi)*2*1.5/100)) ;

hs = hs +0.01; % الخطوة الزمنة خالل العملة الحسابة

%الحرارة الوسطة لجدران األنبوب الداخلة من جهة الغلكول %

Ttube=(Tbi+Tbo)/2;

الوسطة لجدران األنبوب الخارجة جهة الماء % الحرارة %

Ts_avg=Ttube+Ttank(1,k)/2;

% تحدد اللزوجة الحركة للغلكول كتابع لدرجة الحرارة الوسطة للغلكول %

v_b1=(0.1416-0.005158*Ttube+0.0001097*(Ttube)^2);

%تحدد السعة الحرارة كتابع لدرجة الحرارة الوسطة للغلكول %

10152341.0136578.020511.4 24 ttCP

Di_tube=0.025 ; القطر الداخل ألنابب الخزان % %

% تحدد سرعة الغلكول داخل أنابب الخزان %

V=(FLOW/28000)/(((pi/4)*Di_tube^2));

% حساب رقم رنولدز للغلكول المار ضمن أنابب الخزان %

re_b=V*Di_tube/v_b;

ة للغلكول داخل أنابب اخزان %حساب االنتشارة الحرار %

dis_b=0.00489*0.304^2/3600 ;

% حساب رقم برانتل للغلكول داخل أنابب الخزان %

pr_b=v_b/dis_b;

% حساب رقم نوسلت للغلكول داخل أنابب الخزان حسب معادلة التشابه المناسبة %

NU_b=0.023*(re_b)^0.8*(pr_b)^0.4;

lamda_b=0.52; % إلصالة الحرارة للغلكول ا %

% حساب معامل انتقال الحرارة بالحمل للجران الداخل القسري %

alfa_i=NU_b*lamda_b/Di_tube;

lamda_w=0.55; % اإلصالة الحرارة للماء%

تحدد درجة حرارة الفلم السطح بن الماء ف الخزان و األنبوب % %

Tfilm=(Ts_avg+Ttank(1,k))/2 ;

تحدد معامل التمدد الحراري للماء ف الخزان تبعا لتغر درجة الحرارة % %

B_w1=abs((-0.279+0.00854*((Tfilm*1.8)+32)-0.0000411*(((Tfilm*1.8)+32))^2)/1000);

B_w=max(5*10^-6,B_w1);

% تحدد اللزوجة الحركة للماء كتابع لدرجة الحرارة للفلم %

v_w1=((12.24-0.2047*((Tfilm*1.8)+32)+0.001223*(((Tfilm*1.8)+32))^2)/100);

v_w=v_w1*((0.304)^2)/3600;

Do_tube=0.032; % القطر الخارج ألنابب الخزان %

% حساب رقم برانتل للماء عند الفلم السطح%

pr_w=(25.17-0.4577*((Tfilm*1.8)+32)+0.002843*(((Tfilm*1.8)+32))^2);

% حساب رقم غراشوف للجران الحر بن األنابب و الماء ف الخزان %

gr_w=(9.81*B_w*(Do_tube)^3*(Ttank(1,k)-Ts_avg))/((v_w)^2);

% حساب رقم رله للجران الحر بن األنابب و الماء ف الخزان %

ra_w=gr_w*pr_w ;

حسب معادلة التشابه المناسبة %حساب رقم نوسلت للماء للجران الحر %

nu_w= ((0.6+((0.387*(ra_w^(1/6))))/(1+((0.559/pr_w)^(9/16)))^(8/27))^2);

% حساب معامل انتقال الحرارة بالحمل للجران الخارج الحر %

alfa_w=nu_w*lamda_w/Do_tube ;

% غلفنالفوالذ الماإلصالة الحرارة لمادة أنابب الخزان المصنوعة من %

lamda_coil=200;

ro=Do_tube/2; % نصف قطر األنبوب الداخل %

ri=Di_tube/2; % نصف قطر األنبوب الخارج %

تحدد معامل انتقال الحرارة اإلجمال للجران المركب القسري و الحر % %

Ktot=(ro/(alfa_i*ri)+ro*log(Do_tube/Di_tube)/(lamda_coil)+1/(alfa_w))^-1 ;

UAtot=Ktot*pi*Do_tube*20*20*2*2.8/1000; %

تحدد فرق درجات الحرارة اللوغارتم لكل فاصل زمن % %

DtM=(Tbo-Tbi)/log(abs((Tbi-Ttank(1,k))/(Tbo-Ttank(1,k)))) ;

حساب استطاعة التبرد المسحوبة من أنابب الخزان % %

Qc(1,k+1)=abs(UAtot*(DtM )) ;

حرارة الخروج الحسابة للغلكول من أنابب الخزان تحدد درجة %

Tbo=Tbi+Qc(1,j+1)/(3.78*FLOW) ;

% إجراء جملة مقارنة لمحاكاة عمل الشلر و كمة الحرارة المسحوبة من األنابب %

If chi-cap= Qc(1,k+1)

dTtank= Q_TUBE (1,c+1)*dt*3600/(16000*4.18) ; % الخزانتغر حرارة الماء داخل

% تحدد درجة الحرارة للماء داخل الخزان %

Ttank (1,k+1) = Ttank(1,k) - dTtank ;

If Ttank (1,k+1)=0 % بدء تشكل الثلج %

% تحدد معامل انتقال الحرارة اإلجمال متضمنا المقاومة الحرارة للثلج %

Ktot1=(rice/(alfa_i*ri)+rice*log(Do_tube/Di_tube)/(lamda_coil)+rice*log(D_ice/Do_tube)/(2.22)

+1/(alfa_w))^-1 ;

UAtot=Ktot1*pi*2*rice*20*20*2*2.8/1000;

Qc(1,k+1)=abs(UAtot*(DtM )) ;

% تحدد التغر ف كمة الثلج داخل الخزان %

dm_ice=Qc(1,j+1)*0.01*3600/335 ;

% تحدد كمة الثلج داخل الخزان %

m_ice=(m_ice*1000+dm_ice)/1000 ;

% تحدد قطر اسطوانة الثلج داخل الخزان %

D_ice=sqrt(4*m_ice/(pi*2240)+Do_tube^2) ;

hL= hL+0.01 ; % الفاصل الزمن للتبرد الكامن %

End

Else chi-cap > Qc(1,k+1)

If Tbo > -5.55

Tbo= Tbo-0.01

If Tbo = -5.55

dTtank= Q_TUBE (1,c+1)*dt*3600/(32000*4.18) ; % تغر حرارة الماء داخل الخزان

% تحدد درجة الحرارة للماء داخل الخزان %

Ttank (1,k+1) = Ttank(1,k) - dTtank ;

If Ttank (1,k+1)=0 % بدء تشكل الثلج %

منا المقاومة الحرارة للثلج تحدد معامل انتقال الحرارة اإلجمال متض % %

Ktot1=(rice/(alfa_i*ri)+rice*log(Do_tube/Di_tube)/(lamda_coil)+rice*log(D_ice/Do_tube)/(2.22)

+1/(alfa_w))^-1 ;

UAtot=Ktot1*pi*2*rice*20*20*2*2.8/1000;

% تحدد التغر ف كمة الثلج داخل الخزان %

dm_ice=Qc(1,j+1)*0.01*3600/335 ;

% تحدد كمة الثلج داخل الخزان %

m_ice=(m_ice*1000+dm_ice)/1000 ;

% تحدد قطر اسطوانة الثلج داخل الخزان %

D_ice=sqrt(4*m_ice/(pi*2240)+Do_tube^2) ;

hL= hL+0.01 ; % الفاصل الزمن للتبرد الكامن %

End

End

End

Else chi-cap < Qc(1,k+1)

Tbo= Tbo+0.01

End

End % نهاة الحلقة التكرارة %

% إعداد مصفوفات لطباعة المنحنات البانة للنتائج %

Timee=zeros(1,k);

Qc=zeros(1,k);

m_ice =zeros(1,k);

M=zeros(1,k);

for nn=1:k

Timee(1,nn)=Time(1,nn);

Qtube(1,nn)=Qc(1,nn);

m-ice (1,nn)=m-ice(1,nn);

End

لزمن مع الحرارة المسحوبة من األناببطباعة مخطط ا % %

plot(Time,Qcc)

%طباعة مخطط الزمن مع حرارة الماء داخل الخزان %

plot(Time, Ttank)

تغر كمة الثلج داخل الخزان طباعة مخطط الزمن مع % %

plot(m-ice, Ttank)

grid on

Tbo

% الزمن المستغرق لعملة التبرد المحسوس %

hs

المستغرق لعملة التبرد الكامن الزمن % %

hL

End

%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%

%%%%

" طور التفريغ DISCHARGE CYCLE "

حمل التبرد الساع المطلوب تغطته مصفوفةتابع بداللة البارامترات ) درجة حرارة الماء الراجع للخزان +ل كود إنشاء

+ قطر الثلج (

ذوبان الثلج ( –لخزان ) تغر حرارة الماء داخل الخزان ل الحراري سلوكال لدراسة

function DISCHARGE(Tin , Load-arry, d_ice)

clc

dt=0.01; % الفاصل الزمن الحساب

%Tin=10 ; % حرارة الماء الراجع للخزان

%d_ice=0.05; % قطر الثلج داخل اخزان m

%L_c=4480; % 1000/2.2طول األنابب اإلجمال m

M=zeros(1,100); % إنشاء مصفوفة صفرة لكمة الثلج داخل الخزان خالل العملات الحسابة

T_w=zeros(1,100); % إنشاء مصفوفة صفرة لحرارة الماء داخل الخزان خالل العملات الحسابة

t=zeros(1,100); % إنشاء مصفوفة صفرة للزمن خالل العملات الحسابة

alfha_0=zeros(1,100); % إنشاء مصفوفة صفرة لمعامل انتقال الحرارة بالحمل خالل العملات الحسابة

M(1,1)=16 ; % كمة الثلج اإلجمالة داخل الخزان m3

T_w(1,1)=0 ; % داخل الخزانالحرارة األولة

alfha_0(1,1)=0; % لمعامل انتقال الحرارة بالحملالقمة األولة

M_W=16 ; % كمة الماء داخل الخزان

t(1,1)=0;% زمن البدء

j=0;

t_step=0.01; % الفاصل الزمن

flow_water= Load *3.6/(4.18*(10- T_w(1,1))) ;% تدفق الماء البارد األول خالل الخزان m3/h

d_ice=0.1 ; % قطر الثلج حول المتشكل حول األنبوب

for n=1:11 % تشكل حلقة تكرارة لتسلسل األحمال المطلوب تغطتها %

% إنشاء حلقة تكرار لتتبع تغر درجة الحرارة و تغر كمة الثلج داخل الخزان خالل كل ساعة طبقا للحمل المطلوب تغطته %

while t<=1

j=j+1;

t(1,j+1)=t(1,j)+0.01; الخطوة الزمنة خالل العملة الحسابة %

% مقطع العبور األصغري للماء المار بن األنابب تبعا لقطر الثلج حول األنابب %

Amin=3*1-(d_ice*20)*1;

% حساب سرعة انساب الماء بن األنابب تبعا لتغر مقطع العبور مع الزمن %

vil=(flow_water/3600)/ Amin;

% رقم رنولدز للجران حول األنابب داخل الخزان %

RE=vil*d_ice/(1.6*10^-6);

% حساب معامل انتقال الحرارة بالحمل للجران حول األنابب %

alfha_0(1,j+1)=0.5*11^.3*RE^.6*0.55/d_ice;% معامل انتقال الحرارة بالحمل

% حساب مساحة الثلج المفدة %

Ax=3.14*d_ice*L_c ;

B=M_W+(flow_water/3600+alfha_0(1,j+1)*Ax/(4.18*1000*1000))*t_step*3600;

% تغر حرارة الماء داخل الخزان %

T_w(1,j+1)=(M_W*T_w(1,j)+flow_water*Tin*0.01)/B ;

% تغر كمة الثلج داخل الخزان %

dM=Ax*(alfha_0(1,j+1))*3600*0.01*(T_w(1,j)-0)/(335*925*1000);

% كمة الثلج الجددة داخل الخزان %

M(1,j+1)=M(1,j)-dM;

% حساب قطر الثلج الجدد المتغر مع الزمن %

d_ice=sqrt((4*M(1,j)/(3.14*L_c)+0.015^2));

% كمة الماء المعدلة مع الزمن نتجة ذوبان الثلج %

M_W=M_W+dM ;

المعدل داخل الخزان % حساب تدفق الماء البارد %

flow_water=load*3.6/(4.18*(10-T_w(1,j+1))) ;

% حساب درجة الحرارة اللوغارتمة %

dt-lm= =(10-( T_w(1,j+1)))/(LN((10)/ -( T_w(1,j+1)))

% حساب االستطاعة المفدة داخل الخزان ف كل لحظة %

Q_ice1= Ax * dt-lm* ha_0(1,j+1) ;

End

If dice=0

% إعداد مصفوفات لطباعة المنحنات البانة للنتائج %

mass=zeros(1,j);

T_water=zeros(1,j);

time=zeros(1,j);

alfhaa=zeros(1,j);

for nn=1:j

mass(1,nn)=M(1,nn);

T_water(1,nn)=T_w(1,nn);

time(1,nn)=t(1,nn);

alfhaa(1,nn)=alfha_0(1,nn);

end

طباعة مخطط كتلة الثلج مع حرارة الماء داخل الخزان % %

plot(mass,T_water)

طباعة مخطط الزمن مع حرارة الماء داخل الخزان % %

plot(time,T_water)

طباعة مخطط الزمن مع كتلة الثلج % %

plot(time,mass)

طباعة مخطط الزمن مع االستطاعة المفدة للخزان % %

plot(time,Q_ice1)

grid on

End

End

End

%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%

%%%%

(4الملحق رقم )

" جداول التحليل الحراري لمرحلظ ذحن الخزان"

الزمن الزمندرجة حرارة

الغلكول الداخل للخزان

االستطاعة الحرارة

سحوبة من مال الخزانأنابب

كمة الجلد المتشكل

درجة حرارة الغلكول الخارج

من الخزان

Qc (kW) (m ( (minدققة ) (hساعة )3) )

0.01 0.6 -2.96 206.80 - 0.14

0.05 3 -3.12 205.40 - -0.085

0.1 6 -3.32 204.10 - -0.367

0.15 9 -3.52 202.00 - -0.648

0.2 12 -3.72 199.50 - -0.930

0.25 15 -3.92 196.60 - -1.212

0.3 18 -4.12 194.27 - -1.493

0.35 21 -4.32 191.50 - -1.775

0.4 24 -4.500 180.00 0.011 -2.004

0.45 27 -4.509 179.50 0.057 -2.017

0.5 30 -4.517 179.00 0.104 -2.030

0.55 33 -4.525 178.50 0.152 -2.043

0.6 36 -4.534 178.00 0.200 -2.056

0.65 39 -4.542 177.50 0.249 -2.069

0.7 42 -4.551 177.00 0.299 -2.082

0.75 45 -4.559 176.50 0.349 -2.095

0.8 48 -4.568 176.00 0.400 -2.108

0.85 51 -4.576 175.50 0.452 -2.121

0.9 54 -4.585 175.00 0.504 -2.134

0.95 57 -4.593 174.50 0.557 -2.147

1 60 -4.602 174.40 0.611 -2.155

1.05 63 -4.610 174.90 0.665 -2.161

1.1 66 -4.619 175.40 0.720 -2.167

1.15 69 -4.627 175.90 0.776 -2.173

1.2 72 -4.636 176.40 0.833 -2.180

1.25 75 -4.644 176.90 0.890 -2.186

1.3 78 -4.653 177.40 0.947 -2.192

1.35 81 -4.661 177.90 1.006 -2.198

1.4 84 -4.703 178.00 1.062 -2.203

1.45 87 -4.718 176.85 1.109 -2.218

1.5 90 -4.733 175.70 1.157 -2.233

1.55 93 -4.748 174.55 1.205 -2.248

1.65 99 -4.778 173.60 1.303 -2.278

1.7 102 -4.793 173.35 1.352 -2.293

1.75 105 -4.808 173.10 1.402 -2.308

1.8 108 -4.823 172.85 1.452 -2.323

1.85 111 -4.838 172.60 1.503 -2.338

1.9 114 -4.853 172.35 1.554 -2.353

1.95 117 -4.868 172.10 1.605 -2.368

2 120 -4.883 171.85 1.657 -2.383

2.05 123 -4.898 171.60 1.709 -2.398

2.1 126 -4.913 171.35 1.762 -2.413

2.15 129 -4.928 171.10 1.815 -2.428

2.2 132 -4.943 170.85 1.869 -2.443

2.25 135 -4.958 170.60 1.923 -2.458

2.3 138 -4.973 170.35 1.977 -2.473

2.35 141 -4.988 170.10 2.032 -2.488

2.4 144 -5.002 169.72 2.085 -2.504

2.45 147 -5.012 168.32 2.140 -2.524

2.5 150 -5.022 166.92 2.197 -2.544

2.55 153 -5.032 165.52 2.253 -2.564

2.6 156 -5.042 164.12 2.310 -2.584

2.65 159 -5.052 162.72 2.367 -2.604

2.7 162 -5.062 160.42 2.425 -2.624

2.75 165 -5.072 161.12 2.483 -2.644

2.8 168 -5.082 161.82 2.542 -2.664

2.85 171 -5.092 162.52 2.601 -2.684

2.9 174 -5.102 163.22 2.660 -2.704

2.95 177 -5.112 163.92 2.720 -2.724

3 180 -5.122 164.78 2.780 -2.744

3.05 183 -5.132 164.23 2.841 -2.764

3.1 186 -5.142 163.68 2.902 -2.784

3.15 189 -5.152 163.13 2.963 -2.804

3.2 192 -5.162 162.58 3.025 -2.824

3.25 195 -5.172 162.03 3.087 -2.844

3.3 198 -5.182 161.48 3.150 -2.864

3.35 201 -5.192 160.93 3.213 -2.884

3.4 204 -5.203 160.83 3.258 -2.902

3.45 207 -5.218 159.98 3.322 -2.912

3.5 210 -5.233 159.13 3.386 -2.922

3.55 213 -5.248 158.28 3.451 -2.932

3.6 216 -5.263 157.43 3.516 -2.942

3.65 219 -5.278 156.58 3.582 -2.952

3.7 222 -5.293 155.06 3.648 -2.962

3.75 225 -5.308 155.34 3.714 -2.972

3.8 228 -5.323 155.63 3.781 -2.982

3.85 231 -5.338 155.91 3.848 -2.992

3.9 234 -5.353 156.20 3.916 -3.002

3.95 237 -5.368 156.48 3.984 -3.012

4 240 -5.383 157.17 4.052 -3.022

4.05 243 -5.398 157.60 4.121 -3.032

4.1 246 -5.413 158.02 4.191 -3.042

4.15 249 -5.428 158.45 4.260 -3.052

4.2 252 -5.443 158.87 4.330 -3.062

4.25 255 -5.458 159.30 4.401 -3.072

4.3 258 -5.473 159.72 4.472 -3.082

4.35 261 -5.488 160.00 4.543 -3.092

4.4 264 -5.501 159.94 4.594 -3.102

4.45 267 -5.503 159.64 4.666 -3.112

4.5 270 -5.506 159.34 4.739 -3.122

4.55 273 -5.508 159.04 4.812 -3.132

4.6 276 -5.510 158.74 4.885 -3.142

4.65 279 -5.513 158.44 4.959 -3.152

4.7 282 -5.515 158.14 5.033 -3.162

4.75 285 -5.518 157.84 5.108 -3.172

4.8 288 -5.520 157.54 5.183 -3.182

4.85 291 -5.523 157.24 5.259 -3.192

4.9 294 -5.525 156.94 5.334 -3.202

4.95 297 -5.528 156.64 5.411 -3.212

5 300 -5.530 156.34 5.487 -3.222

5.05 303 -5.533 156.04 5.565 -3.232

5.1 306 -5.535 155.74 5.642 -3.242

5.15 309 -5.538 155.44 5.720 -3.252

5.2 312 -5.540 155.14 5.799 -3.262

5.25 315 -5.543 154.84 5.877 -3.272

5.3 318 -5.545 154.54 5.957 -3.282

5.35 321 -5.548 154.24 6.036 -3.292

5.4 324 -5.550 154.12 6.093 -3.301

5.41 324.6 -5.550 154.24 6.109 -3.302

5.42 325.2 -5.550 154.36 6.125 -3.303

5.43 325.8 -5.550 154.48 6.141 -3.304

5.44 326.4 -5.550 154.60 6.157 -3.305

5.45 327 -5.550 154.72 6.173 -3.306

5.5 330 -5.550 155.32 6.254 -3.311

5.55 333 -5.550 155.92 6.335 -3.316

5.6 336 -5.550 156.52 6.417 -3.321

5.65 339 -5.550 157.12 6.499 -3.326

5.7 342 -5.550 157.72 6.582 -3.331

5.75 345 -5.550 158.32 6.664 -3.336

5.8 348 -5.550 158.92 6.748 -3.341

5.85 351 -5.550 159.52 6.831 -3.346

5.9 354 -5.550 160.12 6.916 -3.351

5.95 357 -5.550 160.72 7.000 -3.356

6 360 -5.550 160.64 7.085 -3.361

6.05 363 -5.550 160.04 7.171 -3.366

6.1 366 -5.550 159.44 7.256 -3.371

6.15 369 -5.550 158.84 7.343 -3.376

6.2 372 -5.550 158.24 7.429 -3.381

6.25 375 -5.550 157.64 7.516 -3.386

6.3 378 -5.550 157.04 7.604 -3.391

6.35 381 -5.550 156.44 7.692 -3.396

6.4 384 -5.550 154.38 7.754 -3.401

6.45 387 -5.550 156.25 7.843 -3.406

6.5 390 -5.550 158.13 7.932 -3.411

6.55 393 -5.550 160.00 8.021 -3.416

6.6 396 -5.550 159.00 8.111 -3.421

6.65 399 -5.550 157.75 8.202 -3.426

6.7 402 -5.550 156.50 8.292 -3.431

6.75 405 -5.550 155.25 8.383 -3.436

6.8 408 -5.550 154.00 8.475 -3.441

6.85 411 -5.550 152.75 8.567 -3.446

6.9 414 -5.550 151.50 8.659 -3.451

6.95 417 -5.550 150.25 8.752 -3.456

7 420 -5.550 149.00 8.845 -3.461

7.05 423 -5.550 147.75 8.939 -3.466

7.1 426 -5.550 146.50 9.033 -3.471

7.15 429 -5.550 145.25 9.128 -3.476

7.2 432 -5.550 144.00 9.223 -3.481

7.25 435 -5.550 142.75 9.318 -3.486

7.3 438 -5.550 141.50 9.414 -3.491

7.35 441 -5.550 140.25 9.510 -3.496

7.4 444 -5.550 137.09 9.578 -3.503

7.45 447 -5.550 137.51 9.675 -3.518

7.5 450 -5.550 137.94 9.772 -3.533

7.55 453 -5.550 138.36 9.870 -3.548

7.6 456 -5.550 138.79 9.968 -3.563

7.65 459 -5.550 139.21 10.067 -3.578

7.7 462 -5.550 139.40 10.166 -3.593

7.75 465 -5.550 138.40 10.265 -3.608

7.8 468 -5.550 137.40 10.365 -3.623

7.85 471 -5.550 136.40 10.465 -3.638

7.9 474 -5.550 135.40 10.566 -3.653

7.95 477 -5.550 134.40 10.667 -3.668

8 480 -5.550 133.40 10.768 -3.683

8.05 483 -5.550 132.40 10.870 -3.698

8.1 486 -5.550 131.40 10.973 -3.713

8.15 489 -5.550 130.40 11.075 -3.728

8.2 492 -5.550 129.40 11.178 -3.743

8.25 495 -5.550 128.40 11.282 -3.758

8.3 498 -5.550 127.40 11.386 -3.773

8.35 501 -5.550 126.40 11.490 -3.788

8.4 504 -5.550 127.30 11.565 -3.801

8.45 507 -5.550 128.80 11.670 -3.806

8.5 510 -5.550 130.00 11.775 -3.811

8.55 513 -5.550 129.00 11.881 -3.816

8.6 516 -5.550 128.00 11.988 -3.821

8.65 519 -5.550 127.00 12.095 -3.826

8.7 522 -5.550 126.00 12.202 -3.831

8.75 525 -5.550 125.00 12.309 -3.836

8.8 528 -5.550 124.00 12.417 -3.841

8.85 531 -5.550 123.00 12.526 -3.846

8.9 534 -5.550 122.00 12.635 -3.851

8.95 537 -5.550 121.00 12.744 -3.856

9 540 -5.550 120.00 12.854 -3.861

9.05 543 -5.550 119.00 12.964 -3.866

9.1 546 -5.550 118.00 13.075 -3.871

9.15 549 -5.550 117.00 13.186 -3.876

9.2 552 -5.550 116.00 13.297 -3.881

9.25 555 -5.550 115.00 13.409 -3.886

9.3 558 -5.550 114.00 13.521 -3.891

9.35 561 -5.550 113.00 13.634 -3.896

9.4 564 -5.550 112.00 13.747 -3.901

9.45 567 -5.550 111.00 13.860 -3.906

9.5 570 -5.550 111.78 13.737 -3.902

9.6 576 -5.550 110.66 13.964 -3.912

9.65 579 -5.550 110.10 14.078 -3.917

9.7 582 -5.550 109.54 14.193 -3.922

9.75 585 -5.550 108.98 14.308 -3.927

9.8 588 -5.550 108.42 14.424 -3.932

9.85 591 -5.550 107.86 14.540 -3.937

9.9 594 -5.550 107.30 14.656 -3.942

9.95 597 -5.550 106.74 14.773 -3.947

10 600 -5.550 106.18 14.890 -3.952

10.05 603 -5.550 105.62 15.008 -3.957

10.1 606 -5.550 105.06 15.126 -3.962

10.15 609 -5.550 104.50 15.244 -3.967

10.2 612 -5.550 103.00 15.363 -3.972

10.25 615 -5.550 103.00 15.482 -3.977

10.3 618 -5.550 103.00 15.602 -3.982

10.35 621 -5.550 103.00 15.722 -3.987

10.39 623.4 -5.550 103.00 16.001 -4.000

Syrian Arab Republic

Ministry Of Higher Education

Tishreen University

Faculty Of Mechanical And Electrical Engineering

Dep. of Mechanical Power Engineering

Thermo-Machine Engineering

Optimal Power Designing For Air Conditioning Of a

Building In Palmyra By Ice Latent Thermal Storage

A treatise is prepared for master degree In Mechanical Power

Engineering

(Thermo-machine Engineering)

Prepared by

Eng. Saed Jida

Under the supervision of

Dr.Eng Mohammad Ibrahim Ali

2016