Date of Award

6-2018

Document Type

Thesis

Degree Name

Master of Science in Electrical Engineering (MSEE)

Department

Electrical Engineering

First Advisor

Farag Khalifa Omar

Second Advisor

Moustafa A. Fadel

Third Advisor

Hussain Shareef

Abstract

The increased demand of electricity and water consumption for cooling and heating processes together with the continuous increase in earth temperature due to greenhouse gases emission urged the utilization of sustainable, affordable and clean energy resources. Globally, the biggest amount of water is consumed for agricultural purposes. Domestically, in Abu Dhabi Emirate, the agriculture sector consumes over 50% of the supplied water. Part of this consumption is due to the evaporative cooling approach that is typically used in cooling greenhouses. This approach utilizes a large amount of water and energy to maintain the greenhouse temperature within the desired range. Ground Heat-Exchanger is an environmentally-friendly solution used for heating or cooling applications. It is based on seasonal temperature difference between the ground and the ambient which varies with depth. As depth of ground increases, the temperature fluctuation decreases because of the soil high thermal inertia and the time lag in temperature fluctuation between the surface and the ground. The aim of this thesis is to design a control system using fuzzy logic controller to study the feasibility of utilizing weather conditions and soil temperature in cooling or heating processes of a special type of greenhouses. The proposed control system takes a decision of either utilizing the outside weather conditions or using the soil temperature. The study is conducted on a thermally insulated greenhouse system equipped with ground-to-air heat exchanger, actuated windows, fans, and sensors and the proposed controller performance is compared to a logical and conventional ON/OFF controllers. Results show the proposed control system is capable of maintaining the greenhouse temperature within the desired range for most of the day hours in winter utilizing only the weather and soil temperatures. However, when the temperature is extremely hot, especially in summer, the ground heat exchanger can be only used for pre-cooling with a capability of reducing the ambient temperature of about 6ºC on average. In such extremely hot periods, an auxiliary cooling unit has to be deployed for further cooling. In addition, results reveal that fuzzy controller consumes less power than the logical and the ON/OFF controller when operating the system actuators.

Comments

تعد الزيادة المستمرة في استهلاك الماء والكهرباء وارتفاع درجة حرارة الأرض بسبب الاحتباس الحراري والغازات الدفيئة حافز رئيسي لاستخدام مصادر طاقة بديلة مستدامة ونظيفة. عالميا،ً يعد استهلاك الماء لأغراض زراعية هو الأعلى نسبة مقارنة مع مصادر الاستهلاك الأخرى. على الصعيد المحلي، أكثر من 50 % من استهلاك الماء في إمارة أبوظبي يذهب للقطاع الزراعي وجزء كبير من هذه المياه تستخدم في عملية التبريد بالتكثيف للمحافظة على درجة الحرارة المرغوبة للبيوت الزراعية. يعد استخدام درجة حرارة باطن الأرض في عمليات التبريد والتدفئة من الحلول البيئية المستدامة والنظيفة حيث أن درجة حرارة سطح الأرض تختلف عن درجة حرارة باطنه إذا قيست في نفس الوقت مما يجعل باطن الأرض مصدراً للتبادل الحراري في معظم أيام السنة. الهدف من هذا البحث هو تصميم نظام تحكم للمحافظة على درجة حرارة البيوت الزراعية بالاستفادة من حرارة الجو الخارجية وحرارة باطن الأرض. يعمل نظام التحكم بأخذ قراءات درجات الحرارة لداخل البيت الزراعي وخارجه وإجراء مقارنة بينهما لاتخاذ قرار إما باستخدام درجة الحرارة الخارجية عن طريق فتح النوافذ أوتوماتيكيا أو باستخدام درجة حرارة باطن الأرض أو بتشغيل نظام التبريد الإضافي. أظهرت النتائج أن استخدام حرارة باطن الأرض على عمق 2.5 متر يساعد على المحافظة على درجة حرارة البيت الزراعي عند حوالي 27 درجة مئوية مما يجعل استخدام حرارة باطن الأرض ملائما للتدفئة في الشتاء وللتبريد الأولي فيالصيف في مناخ دولة الإمارات. كما أكدت الدراسة على أهمية دراسة مناخ المنطقة وخواص التربة ومتطلبات المشروع الذي ستستخدم فيه حرارة الأرض قبل تصميم نظام التبادل الحراري وتحديد العمق المناسب

Download

Included in

Engineering Commons

Share

COinS