Badanie wpływu wybranych parametrów konstrukcyjnych i materiałowych na głębokość otworowego wymiennika ciepła

Wołoszyn, J.

Artykuł - szczegóły

Tytuł artykułu

Badanie wpływu wybranych parametrów konstrukcyjnych i materiałowych na głębokość otworowego wymiennika ciepła

Autorzy

Wołoszyn J.

Identyfikatory

Warianty tytułu

Research the influence of several designs and material parameters of calculated borehole heat exchanger depth

Języki publikacji

Abstrakty

Szacuje się, że rynek pomp ciepła w Polsce to około 20 tysięcy sztuk w 2014 roku, z czego 25% to pompy ciepła z otworowymi wymiennikami ciepła jako dolnym źródłem. Znaczące koszty inwestycji to wykonanie dolnego źródła ciepła. Wobec powyższego badania wpływu parametrów materiałowych, konstrukcyjnych i eksploatacyjnych na głębokość wymiennika nabierają dużego znaczenia. Celem pracy jest przeprowadzenie badań wpływu rozstawu U-rur w wymienniku i przewodności cieplej materiału uszczelniającego na projektowaną głębokość wymiennika. W pracy zastosowano oprogramowanie EED bazujące na numerycznym modelu Eskilsona. Zastosowana technika planowania eksperymentu i metodologia powierzchni odpowiedzi pozwoliła zredukować liczbę eksperymentów numerycznych.

It is estimated that the market of heat pumps in Poland are about 20 thousand units per year in 2014 of which 25% are the heat pumps with borehole heat exchangers as heat source exchanger. Significant investment costs are the build of the heat source. Research the influence of design, materials and operating parameters on borehole heat exchanger depth becomes of great importance. The aim of this paper is to investigate distance between pipes axes of U-tubes in the borehole heat exchangers and thermal conductivity of grout material on calculated heat exchanger depth. To achieve the research aim the EED software was used, which is based on Eskilson numerical model. The used design of experiment technique and response surface methodology allowed to reduce the number of numerical experiments.

Słowa kluczowe

otworowy wymiennik ciepła GSHP pompa ciepła głębokość wymiennika

borehole heat exchanger GSHP heat pump heat exchanger depth

Wydawca

Polskie Towarzystwo Mechaniki Teoretycznej i Stosowanej. Oddział Gliwice

Czasopismo

Modelowanie Inżynierskie

Rocznik

2016

Tom

T. 27, nr 58

Strony

139--144

Opis fizyczny

Bibliogr. 25 poz.

Twórcy

autor

Wołoszyn J.

jerzy.woloszyn@agh.edu.pl

AGH Akademia Górniczo-Hutnicza, Katedra Systemów Energetycznych i Urządzeń Ochrony Środowiska

Bibliografia

1. Ingersoll, L.H., Plass, H.J.: Theory of the ground pipe heat source for the heat pump. ASHVE Trans. 1948, 47, p. 339-348.
2. Hellstrom, G.: Ground heat storage. Ph.D. Thesis. Sweden, University of Lund, 1991.
3. Eskilson, P.: Thermal analysis of heat extraction boreholes. Ph.D. Thesis. Sweden University of Lund, 1987.
4. Śliwa, T., Gonet, A.: Theoretical model of borehole heat exchanger. “Journal of Energy Resources Technology” 2005, 127(2), p. 142-148.
5. Hanuszkiewicz-Drapała M.: Modelowanie zjawisk cieplnych w gruntowych wymiennikach ciepła pomp grzejnych z uwzględnieniem oporów przepływu czynnika pośredniczącego. „Modelowanie Inżynierskie” 2009, nr 38, s. 57-68.
6. Gołaś A., Wołoszyn J.: Analiza rozkładu pola temperatury w gruntowych wymiennikach ciepła. „ Modelowanie Inżynierskie” 2011, nr 41, s. 107-114.
7. Liang, N.W., Lai, C-H., Hsu, C-Y., Chiang, Y-C., Chang, C-C., Chen, S-L.: A conformal-mapping method for predicting the thermal properties of U-shaped borehole heat-exchangers. “Geothermics” 2014, 50, p. 66-75 .
8. Wołoszyn J., Gołaś A.: Modelling of a borehole heat exchanger using a finite element with multiple degrees of freedom. “Geothermics” 2013, 47, p. 13-26.
9. Wołoszyn, J. Gołaś, A.: Experimental verification and programming development of a new MDF borehole heat exchanger numerical model. “Geothermics” 2016, 59, p. 67-76.
10. Wołoszyn, J., Gołaś, A.: Sensitivity analysis of efficiency thermal energy storage on selected rock mass and grout parameters using design of experiment method. “ Energy Convers. Manage” 2014, 87, p. 1297-1304.
11. Śliwa, T., Kotyza, J.: Application of existing wells as ground heat source for heat pumps in Poland. “Applied Energy” 2003, 74, p. 3-8 .
12. Carslaw H.S., Jaeger J.C.: Conduction of heat in solids. 2nd ed. London: Oxford University Press, 1959.
13. Al-Khoury R., Bonnier P.G.: Brinkgreve R.B.J.: . Efficient finite element formulation for geothermal heating systems. Part I: Steady state. “Int. J. Numer. Meth. Engng.” 2005, 63, p. 988-1013 .
14. Al-Khoury R., Bonnier P.G.: Efficient finite element formulation for geothermal heating systems. Part II: Transient,”Int. J. Numer. Meth. Engng.” 2006, 67, p. 725-745.
15. Gallero, F.J.G., Maestre, I.R., Gómez, P.Á., Blázquez, J.L.F.: Numerical and experimental validation of a new hybrid model for vertical ground heat exchangers. “Energy Conversion and Management” 2015, 103, p. 511-518.
16. Rees, S.J., He, M.: A three-dimensional numerical model of borehole heat exchanger heat transfer and fluid flow. “Geothermics” 2013, 46, p. 1-13.
17. Bauer, D., Heidemann, W., Diersch, H.-J.G.: Transient 3D analysis of borehole heat exchanger modelling. “Geothermics” 2011, 40 (4), p. 250-260.
18. Hanuszkiewicz-Drapała, M., Składzień, J.: Operation characteristics of heat pump systems with ground heat exchangers. “Heat Transfer Engineering” 2012, 33 (7), p. 629-641.
19. Hanuszkiewicz-Drapała, M., Składzień, J., Fic, A.: Numerical analysis of the system: vapour compressor heat pump - vertical ground heat exchanger. “ Archives of Thermodynamics” 2007, 28(1), p. 15-32.
20. ASHRAE Handbook—HVAC Applications, Chap. 32., 2007.
21. Gonet A.(red.): Metodyka identyfikacji potencjału cieplnego górotworu wraz z technologią wykonywania i eksploatacji otworowych wymienników ciepła. Kraków: Wyd. AGH, 2011.
22. Kavanaugh S.P., Rafferty K.: Ground-source heat pumps: design of geothermal systems for commercial and institutional buildings. Chap. 3. Atlanta: ASHRAE. 1997.
23. Philippe M., Bernier M., Marchio D.: Sizing calculation spreadsheet vertical geothermal borefields. ASHRAE Journal 52(7), 2010, p. 20-28.
24. Mańczak K.: Technika planowania eksperymentu. Warszawa: WNT, 1976.
25. http://www.dow.com, A guide to glycols.

Uwagi

Opracowanie ze środków MNiSW w ramach umowy 812/P-DUN/2016 na działalność upowszechniającą naukę.

Typ dokumentu

Bibliografia

Identyfikator YADDA

bwmeta1.element.baztech-12004e72-d2c7-42cd-810d-b57e7e724b95