دانشگاه کاشان مهندسی و مدیریت انرژی 2345-2951 14 4 2025 02 19 A Proposed Bidding Structure of Reactive Power Provision by Three-Phase Inverter-Based (DERs) for Market Participation ارائۀ ساختاری برای قیمت‌دهی توان راکتیو منابع انرژی پراکنده مبتنی‌بر اینورتر سه‌فاز به‌منظور مشارکت در بازار 2 21 115008 10.22052/eem.2025.256952.1123 FA محمد خلیفه گروه برق، دانشکده مهندسی، دانشگاه شهید چمران اهواز، اهواز، ایران سید سعید اله مرتضوی گروه برق، دانشکده مهندسی، دانشگاه شهید چمران اهواز، اهواز، ایران سید قدرت اله سیف السادات گروه برق، دانشکده مهندسی، دانشگاه شهید چمران اهواز، اهواز، ایران Journal Article 2025 05 27 With the increasing penetration of Distributed Energy Resources (DERs) in distribution networks, the effective utilization of these resources in ancillary service provision necessitates the integration of both technical and economic considerations. This paper proposes a novel bidding Structure for reactive power provision by three-phase inverter-based distributed energy resources (TIDERs) to enable their participation in the reactive power market. The proposed structure incorporated the additional costs incurred by TIDERs in generating unbalanced reactive power to mitigate voltage imbalance in the system, thereby establishing financial incentives that encouraged their participation in providing this ancillary service. The proposed payment function, which incorporated both balanced and unbalanced reactive power components, was formulated and employed as the market objective function. Furthermore, voltage unbalance constraints were incorporated into the market-clearing process to better reflect the technical and economic impacts of this service. The simulation results demonstrated that the payments made to TIDERs led to the increased participation of these resources in producing unbalanced reactive power, which consequently reduced voltage imbalance in the system. Furthermore, due to the competitive structure of the unbalanced reactive power market, the system operator was able to procure this ancillary service at minimal cost. با رشد نفوذ منابع انرژی پراکنده (DERs) در شبکه‌های توزیع، بهره‌برداری مؤثر از این منابع در ارائۀ خدمات جانبی، مستلزم در نظر گرفتن ملاحظات فنی و اقتصادی است. به این منظور، در این مقاله ساختاری نوین برای قیمت‌دهی تولید توان راکتیو توسط منابع انرژی پراکنده مبتنی‌بر اینورتر سه‌فاز (TIDERs) به‌منظور مشارکت در بازار توان راکتیو ارائه شده است. در این ساختار، هزینه‌های تحمیل‌شده به منابع برای تولید توان راکتیو نامتعادل لحاظ شده است تا انگیزۀ لازم برای مشارکت منابع جهت شرکت در تأمین این خدمت جانبی به‌منظور کاهش نامتعادلی در سیستم فراهم گردد. تابع پرداخت پیشنهادی که بیانگر مبالغ پرداختی به منابع برای تولید توان راکتیو متعادل و نامتعادل است، به‌عنوان تابع هدف بازار در نظر گرفته شده است. همچنین به‌منظور بازتاب دقیق‌تر اثر این خدمت جانبی، محدودیت‌های نامتعادلی ولتاژ نیز در فرایند تسویه بازار در نظر گرفته شده‌اند. نتایج شبیه‌سازی‌ها نشان می‌دهد که با اعمال ساختار قیمت‌دهی پیشنهادی، انگیزۀ مشارکت TIDERs افزایش یافته، میزان نامتعادلی ولتاژ کاهش پیدا کرده و درنهایت، با حفظ رقابت‌پذیری بازار، کمترین هزینۀ ممکن به سیستم تحمیل شده است.

https://energy.kashanu.ac.ir/article_115008_d017c9de4268032c02e9445307a18a5b.pdf

دانشگاه کاشان مهندسی و مدیریت انرژی 2345-2951 14 4 2025 02 19 Techno-Economic Assessment of Desiccant Wheel Application in Healthcare HVAC Systems ارزیابی فنی-اقتصادی کاربرد چرخ دسیکنت در سیستم‌های تهویۀ مطبوع مراکز درمانی 22 35 115039 10.22052/eem.2025.257040.1126 FA سید علیرضا مصطفوی گروه مهندسی مکانیک، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه اراک، اراک، ایران محمد خلیلی گروه مهندسی مکانیک، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه اراک، اراک، ایران 0000-0002-2591-8366 علیرضا قنبری فر گروه مهندسی مکانیک، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه اراک، اراک، ایران Journal Article 2025 06 15 This study utilized numerical modeling to assess the technical and economic feasibility of implementing desiccant wheels in the HVAC systems of healthcare facilities. The primary objective was to analyze the potential for energy savings and the reduction of operational costs through the integration of this technology into air handling units (AHUs). Key parameters such as the nominal capacity of the AHUs, climatic conditions across various regions, and annual operating hours were considered as critical variables in the simulations. The initial case studies were conducted on selected clinics in the Markazi Province and subsequently extended to a national scale. The results indicated that employing desiccant systems in AHUs led to substantial reductions in electricity consumption, effectively offsetting the capacity of several small power plants. Although natural gas consumption increased due to the regeneration process of the desiccant wheel, the cumulative savings in electricity and the environmental benefits from reduced emissions significantly outweighed the additional costs. Depending on different fuel and equipment price scenarios, the payback period was estimated to be less than 12 years. Furthermore, the possibility of utilizing low-grade thermal energy sources, such as solar energy for wheel regeneration presented an additional competitive advantage for this technology. Overall, the adoption of desiccant wheels represents an effective and sustainable strategy for optimizing energy consumption in healthcare centers. در این پژوهش، مدل‌سازی عددی برای ارزیابی فنی و اقتصادی کاربرد چرخ دسیکنت در سیستم‌های تهویۀ مطبوع مراکز درمانی به کار رفته است. هدف اصلی، تحلیل میزان صرفه‌جویی در مصرف انرژی و کاهش هزینه‌های بهره‌برداری ازطریق استفاده از این فناوری در هواسازهاست. پارامترهایی مانند ظرفیت نامی هواساز، شرایط آب‌وهوایی اقلیم‌های مختلف و مدت‌زمان بهره‌برداری سالانه، به‌عنوان متغیرهای کلیدی در شبیه‌سازی بررسی شده‌اند. مطالعات ابتدا در چند درمانگاه منتخب استان مرکزی انجام شد و سپس به سطح ملی گسترش یافت. نتایج نشان می‌دهد که به‌کارگیری سیستم دسیکنت در هواسازها، سبب صرفه‌جویی قابل توجهی در مصرف برق می‌شود. این صرفه‌جویی تا حدی است که می‌تواند جایگزین ظرفیت تولید چندین نیروگاه کوچک گردد. هرچند مصرف گاز طبیعی برای احیای چرخ دسیکنت افزایش پیدا می‌کند، اما مجموع صرفه‌جویی برق و مزایای زیست‌محیطی ناشی از کاهش انتشار آلاینده‌ها، به‌طور کامل بر هزینه‌های اضافی غالب است. دورۀ بازگشت سرمایه، با توجه به سناریوهای مختلف قیمت گاز و تجهیزات، کمتر از ۱۲ سال برآورد می‌شود. علاوه‌بر این، استفاده از منابع حرارتی با کیفیت پایین مانند انرژی خورشیدی برای احیای چرخ‌ها، مزیتی رقابتی برای این فناوری به شمار می‌رود. درمجموع، کاربرد چرخ دسیکنت رویکردی مؤثر و پایدار برای بهینه‌سازی مصرف انرژی در مراکز درمانی است.

https://energy.kashanu.ac.ir/article_115039_3bbff2f5300e195a2ad9c33f9a07e706.pdf

دانشگاه کاشان مهندسی و مدیریت انرژی 2345-2951 14 4 2025 02 19 Energy and Exergy Analysis of a Novel Multi-Generation System Based on Biomass Gasification for the Simultaneous Production of Electricity, Fresh Water, Heat, and Hydrogen تحلیل انرژی و اگزرژی یک سامانۀ تولید چندگانۀ نوین مبتنی‌بر گازسازی زیست‌توده برای تولید همزمان برق، آب شیرین، حرارت و هیدروژن 36 51 115030 10.22052/eem.2025.257322.1134 FA آرش کلانتری مهندسی سیستم‌های انرژی، دانشکدۀ مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی خواجه نصیرالدین طوسی، تهران، ایران پوریا رضاقلیخانی گروه مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی همدان، همدان ، ایران نجمه حاجی علی گل گروه مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی همدان، همدان، ایران Journal Article 2025 07 29 In this study, an energy and exergy analysis is conducted on a novel and integrated polygeneration system based on biomass gasification. The primary objective of the system is to simultaneously produce electricity, freshwater, hot water, and hydrogen with reduced environmental emissions, utilizing pine sawdust as a biofuel through a gasification process. The system architecture comprised a gasifier, water heater, proton exchange membrane (PEM) electrolyzer, an organic Rankine cycle (ORC) equipped with a recuperator, and a thermal desalination unit. A gas turbine carried out the main electricity generation. The results of the analyses indicated that the system achieved a thermal efficiency of 80% and an exergy efficiency of 42.55%, with the total exergy destruction of 4065 kW. A detailed breakdown of exergy destruction across system components revealed that the gasifier and gas turbine were the dominant contributors, accounting for 48% and 34% of the total exergy loss, respectively. A comparative assessment with similar systems reported in the literature demonstrated that the proposed system exhibits a higher thermal efficiency. Parametric studies further revealed that increasing the working fluid pressure in the ORC up to 5800 kPa reduced exergy destruction in the steam generator, resulting in an increase in the net power output to 3379 kW and an improvement in exergy efficiency to 45.0%. Additionally, raising the inlet air temperature to the combustion chamber to 1300°C enhances the net electrical power output to 3508 kW and increased the overall exergy efficiency to 46.0%. در این پژوهش، تحلیل انرژی و اگزرژی بر یک سامانۀ تولید چندگانۀ نوین و یکپارچه، مبتنی‌بر گازسازی زیست‌توده انجام شده است. هدف این سامانه، تولید همزمان برق، آب شیرین، آب گرم و هیدروژن با آلایندگی کمتر، ازطریق گازسازی خاک‌ارۀ چوب کاج به‌عنوان سوخت زیستی است. سامانه شامل گازساز، گرم‌کن آب، الکترولایزر غشایی، چرخۀ رانکین ارگانیک با رکوپراتور، واحد نمک‌زدایی تبخیری و توربین گازی برای تولید برق است. نتایج نشان می‌دهد بازده انرژی و اگزرژی سامانه به‌ترتیب 80 و 55/42 درصد بوده و تخریب اگزرژی کل برابر 4065 کیلووات است. بیشترین سهم اتلاف اگزرژی مربوط به گازساز با 48 درصد و توربین گازی با 34 درصد است. مقایسه با مطالعات مشابه نشان می‌دهد بازده انرژی سامانۀ پیشنهادی در سطح بالاتری قرار دارد. افزایش فشار سیال عامل چرخۀ رانکین ارگانیک تا 5800 کیلوپاسکال با کاهش تخریب در مولد بخار، توان خالص را تا 3379 کیلووات و بازده انرژی را تا 45 درصد افزایش می‌دهد. همچنین، افزایش دمای هوای ورودی به محفظۀ احتراق تا 1300 درجۀ سلسیوس، توان خالص را به 3508 کیلووات و بازده اگزرژی را به 46 درصد می‌رساند.

https://energy.kashanu.ac.ir/article_115030_a9bfb6309445eeece5a28914825e00fc.pdf

دانشگاه کاشان مهندسی و مدیریت انرژی 2345-2951 14 4 2025 02 19 Numerical Analysis of the Impact of Phase Change Materials on the Optimization of Building Cooling Load تحلیل عددی تأثیر به‌کارگیری مواد تغییر فازدهنده بر بهینه‌سازی بار سرمایشی ساختمان 52 65 115094 10.22052/eem.2025.257317.1135 FA مینا علاف زاده گروه مهندسی مکانیک، دانشکده فنی ومهندسی، دانشگاه اردکان، اردکان، ایران مهران ربانی گروه مهندسی مکانیک، دانشکده فنی ومهندسی، دانشگاه اردکان، اردکان، ایران Journal Article 2025 07 29 This study investigates the impact of incorporating phase change materials (PCMs) on the performance enhancement of ceiling cooling systems (chilled ceilings) and on the reduction in energy consumption in residential buildings. Considering the hot and dry climate of Yazd, Iran, a representative residential space was modeled using Design Builder software (based on Energy Plus), and the thermal behavior of five PCMs with different melting temperatures (ranging from 21°C to 29°C) was analyzed at various thicknesses. The results indicated that the PCM with a melting point of 25°C and a thickness of 74.2 mm (Q25M182) achieved the highest energy savings. Moreover, under free-running conditions with night ventilation, this PCM significantly improved indoor temperature distribution and reduced the dependence on active cooling systems. Subsequently, using ANSYS software, the thermal performance of a chilled ceiling panel integrated with PCM was compared to that of a conventional polyurethane insulation layer. The findings showed despite the fact that the PCM slightly reduced the panel’s instantaneous cooling capacity, it led to a considerable reduction in the overall cooling load, chiller power demand, and electricity consumption. Therefore, PCMs can be recommended as an effective alternative to the conventional insulation materials in hot climate zones. در این مقاله، تأثیر به‌کارگیری مواد تغییر فازدهنده در بهبود عملکرد سیستم سرمایش سقفی (سقف سرد) و کاهش مصرف انرژی در ساختمان‌های مسکونی بررسی شده است. با توجه به موقعیت جغرافیایی شهر یزد (اقلیم گرم و خشک)، یک فضای مسکونی نمونه در نرم‌افزار دیزاین بیلدر (مبتنی‌بر انرژی پلاس) مدل‌سازی شده و رفتار حرارتی پنج نوع ماده تغییر فازدهنده با دماهای ذوب مختلف (21 تا 29 درجۀ سانتی‌گراد) در ضخامت‌های گوناگون تحلیل شده است. نتایج نشان می‌دهد که مادۀ تغییر فازدهنده با دمای ذوب 25 درجۀ سانتی‌گراد و ضخامت 2/74 میلی‌متر (Q25M182) بیشترین صرفه‌جویی را در مصرف انرژی دارد. همچنین، در شرایط بدون سیستم سرمایشی و با بهره‌گیری از تهویۀ شبانه، این ماده موجب بهبود محسوس در توزیع دما و کاهش وابستگی به تجهیزات سرمایشی می‌شود. در ادامه، با استفاده از نرم‌افزار انسیس، عملکرد حرارتی یک پنل سقف سرد در حضور مادۀ تغییر فازدهنده و مقایسه با عایق پلی‌یورتان بررسی شده است. یافته‌ها نشان می‌دهد استفاده از مادۀ تغییر فازدهنده با وجود کاهش توان سرمایشی لحظه‌ای پنل، منجر به کاهش قابل ‌توجه در بار سرمایشی کلی، توان مصرفی چیلر و مصرف برق می‌شود. بنابراین، مادۀ تغییر فازدهنده به‌عنوان جایگزینی مؤثر برای عایق‌های مرسوم در اقلیم‌های گرم قابل پیشنهاد است.

https://energy.kashanu.ac.ir/article_115094_8868863c0b20d11453f75075acab577a.pdf

دانشگاه کاشان مهندسی و مدیریت انرژی 2345-2951 14 4 2025 02 19 Evaluation of the Effects of Central Atrium Design on Thermal Loads of Office Buildings in Isfahan in order to Derive an Energy Performance Algorithm ارزیابی تأثیرات طراحی آتریوم مرکزی بر بارهای حرارتی ساختمان‌های اداری شهر اصفهان به‌منظور استخراج الگوریتم عملکرد انرژی 66 81 115080 10.22052/eem.2025.257171.1128 FA محمد رضا ابوسبا گروه معماری، واحد نجف‌آباد، دانشگاه آزاد اسلامی، نجف‌آباد، ایران جمال خداکرمی گروه معماری، دانشگاه ایلام، ایلام، ایران نرگس دهقان گروه معماری، مرکز تحقیقات افق‌های نوین در معماری و شهرسازی، واحد نجف‌آباد، دانشگاه آزاد اسلامی، نجف‌آباد، ایران نازنین نصراللهی گروه معماری، دانشگاه ایلام، ایلام، ایران Journal Article 2025 07 18 The increase in energy consumption in the office buildings in hot and dry climates has doubled the need to pay attention to architectural solutions, especially the design of the central atrium. This study aims to evaluate the effect of atrium design on thermal loads and extract an algorithm for predicting energy performance, examining the Amir Kabir office complex in Isfahan as a case study. The main research question is "which combination of geometric and physical features of the atrium can create the most optimal energy performance in office buildings in hot and dry climates". Design Builder and statistical analysis, using multivariate regression in the SPSS environment, were used as in this paper. The variables studied included the type of plan (open and combined), the ratio of the building and atrium dimensions (R1, R2, R3), the percentage of the atrium area (10%, 20%, 30%), and the type of atrium (without opening, with a skylight opening and with a roof canopy with different angles) simulated in the form of 54 scenarios. The findings showed that a 5-degree roof canopy was the most effective factor in reducing annual cooling load and energy consumption, while atriums without a canopy or opening created the highest thermal load. Also, the combination of R3 volumetric form (length to width ratio 3:2) with an open plan and appropriate canopy design provided optimal thermal performance in some scenarios. Finally, the algorithms obtained from regression analysis allowed for the prediction of annual heating, cooling, and energy consumption loads and could be used as a practical tool for architects’ decision-making in the early stages of designing office buildings in hot and dry climates. افزایش مصرف انرژی در ساختمان‌های اداری اقلیم گرم و خشک، ضرورت توجه به راهکارهای معماری به‌ویژه طراحی آتریوم مرکزی را دوچندان کرده است. بر همین اساس، این پژوهش با هدف ارزیابی تأثیر طراحی آتریوم بر بارهای حرارتی و استخراج الگوریتم پیش‌بینی عملکرد انرژی، به بررسی مجموعۀ اداری امیرکبیر اصفهان به‌عنوان نمونۀ موردی پرداخته است. پرسش اصلی تحقیق آن است که کدام ترکیب از ویژگی‌های هندسی و کالبدی آتریوم می‌تواند بهینه‌ترین عملکرد انرژی را در ساختمان‌های اداری اقلیم گرم و خشک ایجاد کند. روش تحقیق مبتنی‌بر شبیه‌سازی انرژی با استفاده از نرم‌افزار DesignBuilder و تحلیل آماری با استفاده از رگرسیون چندمتغیره در محیط SPSS است. متغیرهای مورد بررسی شامل نوع پلان (باز و ترکیبی)، نسبت ابعاد ساختمان و آتریوم (R1, R2, R3)، درصد سطح آتریوم (۱۰%، ۲۰%، ۳۰%) و نوع آتریوم (بدون بازشو، دارای بازشوی نورگیر، دارای سایبان سقفی با زوایای مختلف) در قالب ۵۴ سناریو شبیه‌سازی شده‌اند. یافته‌ها نشان می‌دهد که سایبان سقفی با زاویۀ ۵ درجه، مؤثرترین عامل در کاهش بار سرمایش و مصرف انرژی سالیانه است، درحالی‌که آتریوم‌های فاقد سایبان یا بازشو بیشترین بار حرارتی را ایجاد کرده‌اند. همچنین، ترکیب فرم حجمی R3 (نسبت طول به عرض 3 به 2) با پلان باز و طراحی سایبان مناسب در برخی سناریوها عملکرد بهینۀ حرارتی را فراهم ساخته است. درنهایت، الگوریتم‌های حاصل از تحلیل رگرسیونی امکان پیش‌بینی بار گرمایش، سرمایش و مصرف انرژی سالیانه را فراهم کرده و می‌تواند به‌عنوان ابزاری کاربردی برای تصمیم‌سازی معماران در مراحل اولیۀ طراحی ساختمان‌های اداری در اقلیم گرم و خشک به‌ کار گرفته شود.

https://energy.kashanu.ac.ir/article_115080_97f6bd3aa46902504f15560bead40f39.pdf

دانشگاه کاشان مهندسی و مدیریت انرژی 2345-2951 14 4 2025 02 19 Design and practical investigation of the vertical axis wind turbine in the climatic region of Zabol Design and Practical lnvestigation of the Vertical Axis Wind Turbine in the Climatic Region of Zabol 82 97 114653 10.22052/eem.2025.255579.1090 FA رضا شهبازی گروه مکانیک بیوسیستم، دانشکده ابوریحان، دانشگاه تهران، تهران، ایران شهریار کوراوند گروه مکانیک بیوسیستم، دانشکده ابوریحان، دانشگاه تهران، تهران، ایران Journal Article 2024 10 12 The upcoming study investigates the design and use of vertical-axis wind turbines for power extraction in Chahnimeha, Zabol. In Sistan and Baluchestan provinces, due to the vastness and climatic barriers, the use of renewable energy can greatly contribute to the well-being of people. Using the meteorological data of this province, the average wind speed in the Chahnime region is estimated at 6.4 m/s. At first, 4 airfoils with the highest lift-to-drag coefficient have been selected and studied for wind turbine design. By choosing the best airfoil among the four examined ones, a wind turbine with 3 different blade sizes and rotor radius was designed. The wind turbine, which is designed with a blade length of 3 meters and a rotor radius of 1.5 m, has the best performance. The vertical axis wind turbine has been investigated in 4 models with 3, 5, 7, and 9 blades. The power factor of the 3-bladed turbine is equal to 0.30, and of the 7-bladed wind turbine is equal to 0.45. Among the examined wind turbines, the best wind turbine with 7 blades was chosen. The reduction of wind speed before the blades is influenced by the solidity of the wind turbine. The study of wind turbine exergy was used to investigate the environmental effects such as humidity and temperature on the performance of wind turbines in the climatic region of Zabol. The exergy efficiency of the designed 3-blade and 7-blade wind turbine is equal to 45 and 75%, which shows the effect of temperature and relative humidity on the wind turbine efficiency in a climate region. The results of this study clearly show that it is possible to use a 7-blade vertical axis wind turbine to provide electricity to areas far from the grid and to produce scattered. مطالعه پیش رو به بررسی طراحی و استفاده از توربین های بادی محور عمودی برای استخراج نیرو در منطقه چاه نیمه زابل می پردازد. در استان سیستان و بلوچستان به دلیل گستردگی و موانع اقلیمی، استفاده از انرژی های تجدیدپذیر می تواند به رفاه مردم کمک زیادی کند. با استفاده از داده های هواشناسی این استان، میانگین سرعت باد در منطقه چاه نیمه 6.4 متر بر ثانیه برآورد شده است. ابتدا 4 ایرفویل با بالاترین ضریب بالابر به درگ برای طراحی توربین بادی انتخاب و مورد مطالعه قرار گرفته است. با انتخاب بهترین ایرفویل از بین چهار ایرفویل مورد بررسی، یک توربین بادی با 3 اندازه تیغه و شعاع روتور مختلف طراحی کرد. توربین بادی که با طول پره 3 متر و شعاع روتور 1.5 متر طراحی شده است بهترین عملکرد را دارد. توربین بادی محور عمودی در 4 مدل با تعداد پره های 3، 5، 7 و 9 مورد بررسی قرار گرفته است. از بین توربین های بادی مورد بررسی، بهترین توربین بادی با 7 پره انتخاب شد. کاهش سرعت باد قبل از پره ها تحت تأثیر سالیدیته توربین بادی است. مطالعه اگزرژی توربین بادی برای بررسی اثرات محیطی مانند رطوبت و دما بر عملکرد توربین های بادی در منطقه آب و هوایی زابل مورد استفاده قرار گرفته است. راندمان اگزرژی توربین بادی 3 پره و 7 پره طراحی شده برابر با 45 و 75 درصد است که تأثیر دما و رطوبت نسبی را بر راندمان توربین بادی در یک منطقه آب و هوایی نشان می دهد.

https://energy.kashanu.ac.ir/article_114653_db15db0daeb92f6a5bb5d60eb6ebc7d2.pdf