Modelowanie pola temperatury w gruncie z wykorzystaniem arkusza kalkulacyjnego

• Autorzy: Sporysz M. , Kurpaska S. , Molenda K. , Szczuka M. , Roczkowska-Chmaj S.

Warianty tytułu

EN

Modelling of temperature field in the ground with the use of spreadsheet

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Współczesny świat stoi przed wyzwaniem zaspokojenia z jednej strony stale rosnących potrzeb energetycznych, a z drugiej również rosnących potrzeb żywnościowych. Stale poszukuje się nowych, alternatywnych w stosunku do konwencjonalnych źródeł energii. W ostatnim okresie bardzo popularne stały się pompy ciepła pozyskujące energię z wnętrza Ziemi. By móc efektywnie z nich korzystać niezbędne są programy komputerowe symulujące rozkład temperatury w gruncie. Dzięki nim można precyzyjnie określić rozkład temperatury na dowolnej głębokości, a co za tym idzie w sposób optymalny sterować urządzeniami kontrolującymi pracę pomp ciepła, itp. W niniejszej pracy przedstawiono przykład wykorzystania arkusza kalkulacyjnego MS Office z zaimplementowanym w nim języku Visual Basic for Applications VBA) do modelowania pola temperatury w gruncie. Jako cel autorzy postawili sobie prezentację i sprawdzenie przydatności tego rozwiązania do modelowania rozkładu temperatury w gruncie podczas pracy pompy ciepła. Na bazie równań różniczkowych opisujących przewodzenie ciepła w gruncie, dokonano dyskretyzacji dwuwymiarowej płyty płaskiej (model siatki różnicowej), a następnie implementacji w języku VBA. W kolejnym etapie wyniki symulacji numerycznej zestawiono z rzeczywistymi pomiarami temperatury. W konkluzji stwierdzono przydatność arkusza kalkulacyjnego w modelowaniu pola temperatury w gruncie. Narzędzie to jest szczególnie przydatne do celów dydaktycznych.

EN

Modern world faces the challenge of satisfying constantly growing energy demand on one hand and increasing food demands on the other. New ways, alternative to conventional energy sources have been searched for. Heat pumps obtaining energy from the interior of the Earth have become very popular recently. In order to use them effectively, software that simulates temperature distribution in the ground are indispensable. Thanks to them, temperature state on any depth may be precisely determined and consequently controlling devices of heat pumps operation may be controlled optimally, etc. The paper herein presents an example of using the spreadsheet of MS Office with implemented language Visual Basic Application (VBA) for modelling temperature field in the ground. The authors' objective is to present and verify the usability of this solution for modelling the temperature distribution in the ground during the operation of a heat pump. On the basis of differential equation describing heat conduct in the ground, discretization of two-dimensional flat panel (differential net model) was carried out and then implementation in VBA language. Results of numerical simulation were set with real temperature measurements in the next stage. As a conclusion, it was found that spreadsheet is useful in modelling temperature field in the ground. This device is especially useful for teaching purposes.

Słowa kluczowe

PL

modelowanie temperatury; pompa ciepła; arkusz kalkulacyjny; siatka

EN

modelling temperature field; heat pump; spreadsheet; differential net; simulation; Visual Basic for Applications

• Wydawca: Polskie Towarzystwo Inżynierii Rolniczej
• Czasopismo: Inżynieria Rolnicza
• Rocznik: 2013
• Tom: R. 17, nr 2, t. 1
• Strony: 317--328
• Opis fizyczny: Bibliogr. 18 poz., rys.

Twórcy

autor

Sporysz M.

• Instytut Inżynierii Rolniczej i Informatyki, Uniwersytet Rolniczy w Krakowie, ul. Balicka 116B, 30-149 Kraków

autor

Kurpaska S.

• Instytut Inżynierii Rolniczej i Informatyki, Uniwersytet Rolniczy w Krakowie

autor

Molenda K.

• Instytut Inżynierii Rolniczej i Informatyki, Uniwersytet Rolniczy w Krakowie

autor

Szczuka M.

• Instytut Inżynierii Rolniczej i Informatyki, Uniwersytet Rolniczy w Krakowie

autor

Roczkowska-Chmaj S.

• Instytut Inżynierii Rolniczej i Informatyki, Uniwersytet Rolniczy w Krakowie

Bibliografia

• Bi, Y.; Chen, L.; Wu, Ch. (2002). Ground heat exchanger temperature distribution analysis and experimental verification. Applied Thermal Engineering, 22(2), 183-189.
• Chung, S.O.; Horton, R. (1987). Soil Heat and Water Flow with a Partial Surface Mulch. Water Resour. Res. 23:2175-2186.
• Ditkin, W.; Prudnikow, A. (1964). Przekształcenia całkowe i rachunek operatorowy. Warszawa: Państwowe Wydawnictwo Naukowe.
• Gauthier, C.; Lacroix, M.; Bernier, H. (1997). Numerical simulation of soil heat exchanger-storage systems for greenhouses. Solar Energy, 60(6), 333-346.
• Gdula, J. (1984). Przewodzenie ciepła. Warszawa, PWN.
• Hanks, R.; Austin, D.; Ondrechen, W. (1971). Soil temperature estimation by a numerical method. Soil Sci. Soc. Am. J., 35 (5), 665-667.
• Hasfurther, V.; Burman, R. (1974). Soil temperature modeling using air temperature as a driving mechanis. Transaction of the ASAE, 17 (1), 78-81.
• Lascano, R.J.; van Bave,l C.H.M. (1983). Experimental verification of a model to predict soil moisture and temperature profiles. Soil Sci. Soc. Am. J. 47: 441-448.
• Lund, J.; Freeston, D.; Boyd, T., (2005). Direct application of geothermal energy: 2005 Worldwide review. Geothermics, 34(6), 691-727.
• Persaud, N.; Chang, A. (1983). Estimating soil temperature by linear filtering of measured air temperature. Soil Sci. Am. J., 47, 841-847.
• Piskorek, A. (1997). Równania całkowe. Elementy teorii i zastosowania. Warszawa, WNT.
• Rutkowski, K.; Borcz, J. (2005). Podstawy teoretyczne oceny przydatności produkcyjnej obiektów szklarniowych. Inżynieria Rolnicza. Nr 10 (70). s. 321-327.
• Staniszewski, B. (1980). Wymiana ciepła, podstawy teoretyczne. Warszawa, PWN.
• Toy, T.; Kuhaida, A. Jr.; Munson B. (1978). The prediction of mean monthly soil temperature from mean monthly air temperature. Soil Sci. Soc., 126, 96-104.
• Tzaferis, A.; Liparakis, D.; Santamouris, M.; Argiriou, A. (1992). Analysis of the accuracy and sensitivity of eight models to predict the performance of earth-to-air heat exchangers. Energy and Buildings, 18(1), 35-43.
• Walczak, R.; Reszetin, O.; Czachor, H. (1974). Transport of water and heat in soil. Polish Journal of Soil Sci., VII, 1, 134.
• Wierenga, P.; de Wit, C. (1970). Simulation of heat transfer in soils. Soil Sci. Soc Am.Proc., 34, 845-848.
• Wiśniewski, S.; Wiśniewski, T. S. (2000). Wymiana ciepła. Warszawa, WNT.