در این رساله، استفاده از سامانه های هواکش خورشیدی، مبدل حرارتی هوا-زمین و کانال سرمایش تبخیری، به صورت مجزا و در ارتباط با یکدیگر، به منظور تهویه طبیعی، تامین بار حرارتی و برودتی فضاهای مسکونی مورد توجه قرار گرفته است. در مدلسازی ریاضی هریک از سامانه ها، از دو روش تحلیلی و عددی استفاده شده است. به منظور بررسی عملکرد هریک از سامانه ها، از مدل عددی و به منظور مدلسازی سامانه های ترکیبی، به علت بالابودن حجم عملیات محاسباتی، از مدل های ساده تر تحلیلی، استفاده شده است. با توجه به وابستگی عملکرد سامانه های ترکیبی به افت فشار ایجاد شده در دریچه ها و اتصالات، جهت مرتبط نمودن معادلات حاکم بر دو بخش به یکدیگر، از معادله برنولی استفاده شده است. بررسی مقایسه ای نتایج حاصل از مدلسازی ریاضی سامانه ها، با نتایج تجربی، بیانگر دقت بالای مدل های تحلیلی و عددی مورد استفاده در تحقیق حاضر است. با توجه به اهمیت استفاده از مفهوم آسایش حرارتی در طراحی بهینه سامانه های تهویه مطبوع، به منظور بررسی قابلیت و ارزیابی عملکرد سامانه های طبیعی در شرایط مختلف محیطی، از معیار آسایش حرارتی تطبیقی استفاده شده است. نتایج تحقیق حاضر نشان می دهد که در صورت انتخاب صحیح سامانه طبیعی، متناسب با شرایط آب و هوایی و طراحی صحیح ساختمان ها با رعایت اصول معماری و مهندسی مکانیک، ایجاد شرایط آسایش حرارتی حتی در شرایط دشوار محیطی و بدون نیاز به سامانه های تهویه مطبوع مکانیکی ممکن و عملی است.

داشتن خاک حاصلخیز برای کشت برنج، گیلان را به یکی از قطب های تولید برنج در کشور تبدیل کرده است. بیش از 205 هزار هکتار از اراضی گیلان زیر کشت محصول برنج می باشد و با توجه به آن 35 درصد از کل برنج کشور در این استان کشت می شود. افزایش قیمت سوخت های فسیلی و قطع تدریجی یارانه ها باعث شده است تا کشاورزان تمایل بیشتری به استفاده از روش های ارزان تر و مناسب تر برای آبیاری بیابند. علاوه بر این با توجه به استفاده از آب های ذخیره شده برای آبیاری، می توان از سیستم های مستقل انرژی خورشیدی با استفاده از پنل های فتوولتائیک به جای آبیاری دیزلی استفاده کرد. در این تحقیق، ابتدا ساعات آفتابی در 8 ایستگاه هواشناسی مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفته است و مقادیر گذرای ساعات آفتابی در این ایستگاه ها، با پارامتر مشابه در شهر یزد، که روی کمربند خورشیدی ایران قرار گرفته است، مقایسه شده است. بررسی ها نشان داده است که در شش ماه نخست سال این اعداد بسیار به یکدیگر نزدیک می باشند. در مرحله ی بعد، ضریب صافی هوا در ایستگاه های موردمطالعه به دست آمده و با پارامتر مشابه در ابوظبی که دارای پتانسیل بسیار خوبی در استفاده از انرژی خورشید می باشد، مقایسه شده است. همچنین درصد وجود ساعات آفتابی نیز به دست آمده است که ارقام بالای 50 درصد در شش ماه نخست سال بر استفاده هرچه بهتر از انرژی خورشیدی در این ایام صحه می گذارد. در مرحله بعد، اطلاعات گذرای تابشی استخراج شده از دستگاه آلبدومتر با اطلاعات دریافتی از سیستم اطلاعات جغرافیایی فتوولتائیک اروپایی(eu pvgis) مقایسه شده است که بر طبق آن، میانگین تابش در شش ماه نخست سال برای شهر رشت 92/5 کیلووات ساعت بر متر مربع در روز به دست آمده است و این در حالی است که بر طبق اطلاعات eu pvgis این مقدار 95/5 کیلووات ساعت بر متر مربع در روز می باشد. در بخش بعد، احتیاجات آبی محصول برنج به صورت دقیق با توجه به نرخ تبخیر و فراتراوش، باران موثر و نفوذ آب به سطوح پایین تر مشخص شده و مقادیر گذرای این پارامترها برای شهر رشت، با توجه به تغییرات تشعشع مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفته است. در انتها، بررسی اقتصادی با استفاده از روش هزینه طول عمر انجام شده است، که با توجه به بررسی های انجام گرفته، اگرچه هزینه اولیه آبیاری خورشیدی 6 برابر آبیاری دیزلی می باشد، ولی هزینه ی نهایی آبیاری خورشیدی بعد از گذشت 25 سال 76 درصد آبیاری دیزلی به دست آمده است و این در حالی است که بعد از گذشت تقریبا 7 سال هزینه دو طرح با یکدیگر برابر می شود.

امروزه استفاده از سامانه¬های گرمایش تابشی با دمای پایین، یکی از روش¬های به¬روز و پرکاربرد در گرمایش فضاهای مسکونی و ادرای است. از مزایای مهم این سیستم¬ها می¬توان به مصرف انرژی و آلودگی کم و کارکرد بدون صدای آن¬ها اشاره نمود. در این تحقیق به بررسی عددی فرآیند گرمایش یک اتاق مسکونی با استفاده از پانل تابشی و بررسی شرایط آسایش حرارتی ایجاد شده در اتاق، پرداخته شده است. مدل¬سازی عددی، بر اساس تعامل انتقال حرارت جابجایی و تشعشع سطحی در یک اتاق با یک دیوار خارجی و یک پانل تابشی، انجام شده است. الگوریتم سیمپل جهت کوپل معادلات سرعت و فشار به کار گرفته شده است. به منظور بررسی شرایط آسایش حرارتی در اتاق، از مدل فنگر و نیز قید کمتر از سه کلوین بودن اختلاف دما میان سر و قوزک پا برای فردی با قد 1/7متر که قرار است وارد اتاق مورد نظر شود، استفاده شده است. کانتورهای دما و پی¬ام¬وی برای حالات مختلف قرارگیری پانل تابشی ارائه شده است. نتایج نشان می¬دهند که قرارگیری پانل تابشی در قسمت فوقانی دیوار مقابل به پنجره می¬تواند ناحیه آسایش بزرگ¬تری را در مقایسه با دیگر حالات قرارگیری پانل، در اتاق ایجاد کند. در این شرایط وقتی که دمای سطح شیشه 5 است، با پانلی به ارتفاع m 1/75و دمای 35 یا پانل تابشی به ارتفاع m 1/5 متر با دمای 40، ناحیه بزرگ آسایش حرارتی حاصل می¬شود. همچنین نتایج نشان می¬دهند که سرامیکی بودن یا مفرش بودن کف اتاق، گچی بودن دیوارها یا استفاده از کاغذ دیواری برای آن¬ها تاثیری بر شرایط آسایش حرارتی ندارد، این در حالی است که استفاده از شیشه دوجداره به جای معمولی موجب کاهش حداقل دمای لازم برای پانل تابشی تا دو درجه سانتیگراد به¬منظور برقراری شرایط آسایش حرارتی در اتاق می¬شود.

در تحقیق حاضر، استفاده از سامانه¬های کانال زیرزمینی هوا (مبدل حرارتی زمین به هوا)، کانال اسپری آب و خنک¬کننده تبخیری مستقیم، بصورت ترکیبی جهت تأمین شرایط آسایش حرارتی و بار برودتی موردنیاز فضاهای مسکونی مورد توجه قرار گرفته است. در سامانه¬های ترکیبی معرفی شده، ابتدا هوای بیرون ضمن عبور از کانال زیرزمینی هوا و کاهش دمای آن، سپس جهت رسیدن به شرایط آسایش حرارتی از سامانه¬های کانال اسپری آب و خنک¬کننده تبخیری مستقیم عبور کرده و وارد فضای مورد نظر می¬گردد. مدل¬سازی ریاضی کانال زیرزمینی هوا و کانال اسپری آب بصورت عددی و مدل¬سازی ریاضی خنک¬کننده تبخیری مستقیم بصورت تحلیلی انجام شده است. بررسی مقایسه¬ای نتایج حاصل از مدل¬سازی اجزای سامانه¬های ترکیبی با نتایج تجربی، حاکی از دقت بالای مدل¬های ارائه شده در تحقیق حاضر می¬باشد. به کمک مدل-سازی¬های ارائه شده بررسی پارامتریک عوامل موثر بر عملکرد سامانه¬های ترکیبی انجام گردید. با توجه به نتایج بدست آمده از این بررسی پارامتریک، توصیه¬هایی جهت انتخاب ابعاد و پارامترهای موثر در انتخاب سامانه¬ها صورت گرفته است. با انتخاب صحیح و مناسب این پارامترها، با توجه به نتایج، می¬توان شرایط آسایش حرارتی را حتی در شرایط دشوار محیطی و بدون نیاز به سامانه¬های تهویه مطبوع مکانیکی برقرار کرد. در پایان، برای چند شهر ایران که دارای شرایط آب و هوایی متفاوتی هستند، امکان استفاده از هر یک از سامانه¬های ترکیبی معرفی شده بررسی شده¬است. نتایج نشان می¬دهند که در شهرهای ارومیه و تبریز، تنها با استفاده از کانال زیرزمینی هوا می¬توان شرایط آسایش حرارتی را در تابستان برقرار کرد. همچنین با توجه به نتایج، با استفاده از سامانه¬های مذکور در اکثر شهرهای ایران بجز شهرهای دارای شرایط آب و هوایی مرطوب، می¬توان آسایش حرارتی را برقرار کرد.

در این پایان نامه استفاده از مواد تغییر فاز دهنده در دیواره هواکش خورشیدی مطالعه شده است. نتایج نشان داد استفاده از این مواد موجب افزایش مدت زمان تهویه طبیعی اتاق می شود. در این پژوهش همچنین اثر خواص ترموفیزیکی و ضخامت پی سی ام بر روی عملکرد سامانه بررسی شده است.