شبيه‌سازي انرژي، اگزرژي و اقتصادي يك گلخانه نيمه خورشيدي با راستي‌آزمايي تجربي

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

در‌ اين ‌مطالعه ‌با ‌استفاده ‌از نرم افزار متلب، مدل‌سازي ديناميكي يك گلخانه نيمه‌خورشيدي از ديدگاه انرژي، اگزرژي و اقتصادي براي اولين بار در ايران، با توجه به مستندات علمي منتشر شده، انجام شده است. اين مدل‌سازي با در نظر گرفتن تبخير و تعرق گياه، دماي چهار نقطه متفاوت از داخل گلخانه نيمه‌خورشيدي را پيش‌بيني كرده است. جهت راستي‌آزمايي مدل ترموديناميكي اين شبيه‌سازي، از داده‌برداري انجام شده از گلخانه نيمه‌خورشيدي ساخته شده در شهر تبريز استفاده شده است. داده‌هاي ثبت شده در طول آزمايش، اختلاف دماي قابل ملاحظه °C 5/19 بين هواي داخلي گلخانه و هواي بيرون را نشان داده است. مقادير متوسط %97/5، %87، %6/08، °C2 213/4 و °C 2/1 براي توابع خطاي ضريب تبيين، درصد كارايي، درصد ميانگين خطاي مطلق، مجموع مربعات خطا و ريشه متوسط مربعات خطا نشان‌دهنده دقت مدل‌سازي حرارتي مي‌باشد. علاوه‌براين در اين پژوهش، مقادير نابودي اگزرژي در فرآيندهاي انتقال حرارت گلخانه مورد تحليل قرار گرفته است. با توجه به اينكه توليد شرايط دمايي مناسب براي رشد گياه به عنوان هدف اقتصادي اين مطالعه در نظر گرفته شده است، هزينه واحد هواي داخلي گلخانه براي بازه زماني يك دقيقه بررسي گرديده است. با افزايش نرخ بهره از %10 به %20، هزينه واحد هواي داخل گلخانه تقريبا دو برابر شده است. استفاده از شيشه‌هاي دو‌جداره توانسته است نابودي اگزرژي را تا % 45/36 كاهش دهد.

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