جغرافیا و برنامه ریزی منطقه‌ای

جغرافیا و برنامه ریزی منطقه‌ای

اجرا و ارزیابی میدانی عملکرد حرارتی شمع‌های انرژی بتنی درجا در اقلیم گرم و نیمه‌خشک ایران: مطالعه موردی شهرستان فردیس، استان البرز

نوع مقاله : مقاله علمی -پژوهشی کاربردی

نویسندگان
1 کارشناسی ارشد، ژئوتکنیک، صنعتی شریف، ایران، تهران
2 دکترای مهندسی ژئوتکنیک، 2000، دانشگاه بریتیش کلمبیا، ونکوور، کانادا
10.22034/jgeoq.2026.594083.4510
چکیده
شمع‌های انرژی به‌عنوان یکی از فناوری‌های نوین در حوزه انرژی‌های تجدیدپذیر، با تلفیق عملکرد سازه‌ای شمع‌های فونداسیون و قابلیت تبادل حرارت با زمین، راهکاری مؤثر برای تأمین گرمایش و سرمایش ساختمان‌ها و کاهش مصرف انرژی در صنعت ساخت‌وساز به شمار می‌روند. استفاده از این فناوری علاوه بر کاهش وابستگی به سوخت‌های فسیلی، موجب افزایش بهره‌وری انرژی، کاهش هزینه‌های بهره‌برداری و کاهش انتشار آلاینده‌های زیست‌محیطی می‌شود. با وجود توسعه کاربرد شمع‌های انرژی در بسیاری از کشورهای جهان، اطلاعات مربوط به عملکرد این سیستم‌ها در شرایط زمین‌شناسی و اقلیمی ایران محدود است. ازاین‌رو، هدف این پژوهش ارزیابی تجربی عملکرد حرارتی شمع‌های انرژی در مقیاس واقعی، بررسی تأثیر پارامترهای طراحی بر میزان انتقال حرارت و ارائه آرایش بهینه برای افزایش راندمان سیستم در شرایط اقلیمی ایران است. در این تحقیق، یک چاه آزمایشی به عمق ۱۶ متر اجرا و هفت طرح مختلف شمع انرژی با تغییر در آرایش و مشخصات لوله‌های مبدل حرارتی طراحی و اجرا شد. عملکرد سیستم در شرایط بهره‌برداری تابستانی (تزریق حرارت به زمین) مورد ارزیابی قرار گرفت. به‌منظور شبیه‌سازی شرایط واقعی، دمای آب ورودی توسط دو مخزن مجزا کنترل شد و دمای آب ورودی، خروجی و همچنین تغییرات دمای خاک در اعماق مختلف به‌صورت پیوسته ثبت و پایش گردید. سپس نرخ انتقال حرارت با استفاده از روابط ترمودینامیکی مبتنی بر قانون اول ترمودینامیک محاسبه و عملکرد طرح‌های مختلف با یکدیگر مقایسه شد.
کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله English

Implementation and Field Evaluation of the Thermal Performance of Cast-in-Place Concrete Energy Piles in Iran’s Hot Semi-Arid Climate: A Case Study of Fardis County, Alborz Province

نویسندگان English

Mohammad Javadikhah 1
Mohammad Mehdi Ahmadi 2
1 M.Sc., Geotechnical Engineering, Sharif University of Technology, Tehran, Iran
2 Ph.D., Geotechnical Engineering, 2000, University of British Columbia, Vancouver, Canada
چکیده English

Energy piles, as one of the emerging technologies in the field of renewable energy, integrate the structural performance of foundation piles with the heat exchange capability with the ground, offering an effective solution for providing heating and cooling of buildings and reducing energy consumption in the construction industry. The application of this technology not only reduces dependence on fossil fuels but also enhances energy efficiency, lowers operational costs, and decreases environmental pollutant emissions. Despite the growing use of energy piles in many countries worldwide, information regarding the performance of these systems under Iran's geological and climatic conditions remains limited. Therefore, this study aims to experimentally evaluate the thermal performance of full-scale energy piles, investigate the influence of design parameters on heat transfer rates, and propose an optimal configuration to enhance system efficiency under Iranian climatic conditions. In this research, a 16-meter-deep test borehole was constructed, and seven different energy pile configurations were designed and implemented by varying the arrangement and specifications of the heat exchanger tubes. The system performance was assessed under summer operation conditions (heat injection into the ground).

کلیدواژه‌ها English

Energy pile
Ground heat exchanger
Heat transfer
Renewable energy
Energy efficiency