Analiza termodynamiczna układu z pompą grzejną i gruntowym pionowym wymiennikiem ciepła

• Autorzy: Hanuszkiewicz-Drapała M. , Składzień J.

Warianty tytułu

EN

Thermal analysis of the system with a vapour compressor heat pump and a ground vertical heat exchanger

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Przedmiotem pracy jest analiza nieustalonych procesów zachodzących w układzie grzewczym zasilanym sprężarkową parową pompą grzejną, dla której dolnymźródłem ciepła jest górotwór. W górotworze zainstalowany jest pionowy U-rurowy wymiennik ciepła. Zapotrzebowanie na ciepło dla ogrzewanego obiektu jest zmienne podczas sezonu grzewczego i zależne od parametrów otoczenia, pompa grzejna funkcjonuje zaś w cykliczny sposób, dostarczając wymaganą ilość ciepła do przestrzeni ogrzewanej. Jest ona wspomagana także okresowo przez dodatkowe, szczytowe źródło ciepła. W związku z tym, w sezonie grzewczym ciepło jest pobierane z gruntu także w cykliczny sposób, co wpływa na jego stan termiczny. Opracowany model matematyczny umożliwia przeprowadzanie analiz termodynamicznych obejmujących długie okresy funkcjonowania układu – kolejne sezony grzewcze, z uwzględnieniem regeneracji termicznej gruntu w okresach wiosenno–letnich, podczas których układ nie funkcjonuje. W pracy przedstawiono przykładowe obliczenia dla dwóch kolejnych sezonów grzewczych. Otrzymane rezultaty w postaci sezonowej zmienności m.in. takich parametrów jak temperatury w charakterystycznych punktach układu, wydajność cieplna pompy grzejnej, strumienie ciepła pobieranego z gruntu, czy też sezonowe zużycie energii pozwalają porównać pracę układu w pierwszym i drugim sezonie grzewczym oraz stopień regeneracji termicznej gruntu podczas przerwy w działaniu układu.

EN

This paper is dedicated to modeling of processes taking place in the heating system with the vapour compressor heat pump. Ground is a low heat source for this heat pump. Vertical, U-tube heat exchanger is located in the ground and heat is transferred from the ground to the heat pump by an intermediate medium. The system, equipped additionally by peak heat source, provides heated building with heat. Processes taking place in this system are dependent on time. Heat demand for the heated object and characteristic parameters, among others, evaporation and condensation temperatures, temperatures of the heating water and intermediate medium, heat fluxes: taken from the ground and transferred to the heated space are varied during the heating season. Thermal state of the ground around the pipes of the heat exchanger is also varied. Thermal analysis of the system was carried out for long operation time, i.e. two consecutive heating seasons, taking into account operation break during spring and summer. Calculation were performed using in-house numerical code, which used commercial program ANSYS FLUENT for calculating the temperature distribution in the ground and in the walls of the heated object.

Słowa kluczowe

PL

układ grzewczy; pompa grzejna; gruntowy wymiennik ciepła; analiza termodynamiczna

EN

heating system; heat pump; ground heat exchanger; thermodynamic analysis

• Wydawca: Polskie Towarzystwo Mechaniki Teoretycznej i Stosowanej. Oddział Gliwice
• Czasopismo: Modelowanie Inżynierskie
• Rocznik: 2013
• Tom: T. 15, nr 46
• Strony: 35--42
• Opis fizyczny: Bibliogr. 16 poz.

Twórcy

autor

Hanuszkiewicz-Drapała M.

• Instytut Techniki Cieplnej, Politechnika Śląska

autor

Składzień J.

• Instytut Techniki Cieplnej, Politechnika Śląska

Bibliografia

• 1. Rubik M.: Pompy ciepła: poradnik. Ośrodek Informacji “Technika instalacyjna w budownictwie”. Warszawa 2006.
• 2. Sanner B.: Current status of ground source heat pumps in Europe. In: 9th Int. Conf. on Thermal Energy Storage FUTURESTOCK’2003, Warsaw, 2003, p. 695-703.
• 3. Yasukawa K., Takasugi S.: Present status of underground thermal utilization in Japan. “Geothermics” 2003, 32, p. 609-618.
• 4. Esen H., Inalli M., Esen M.: Numerical and experimental analysis of a horizontal ground-coupled heat pump system.”Building and Environment” 2007, Vol.42, p. 1126-1134.
• 5. Cui P., Yang H., Spitler J.D., Fang Z.: Simulation of hybrid ground-coupled heat pump with domestic hot water heating systems using HVACSIM+. “Energy and Buildings” 2008, Vol. 40, p. 1731-1736.
• 6. Kujawa T., Nowak W., Szaflik W.: Mathematical model of geothermal Field Exchanger. “Archives of Thermodynamics” 1999, 20 (1/2), p. 39-50.
• 7. Remiorz L.: Koszt ogrzewania domu jednorodzinnego wyposażonego w pompę ciepła – wstępne wyniki pomiarów. „Rynek Ciepła”2012, Materiały i studia. Lublin: Wyd. KAPRINT, 2012, p. 49-52.
• 8. Dąbrowski J., Hutnik E.: Impact of the use of the solar installation and a heat pump in residential building on reduction of conventional energy consumption. “Rynek Energii” 2012, 5 (102), p. 153-158.
• 9. Składzień J., Hanuszkiewicz-Drapała M., Fic A.: Thermal analysis of vertical ground exchangers of heatpumps. “Heat Transfer Engineering” 2006, 27, No. 2, p. 2-13.
• 10. Fic A., Hanuszkiewicz-Drapała M.: Strumienie ciepła przejmowanego w poziomym gruntowym wymienniku ciepła pompy grzejnej. „Chłodnictwo” 2002, nr 6, s.8-12.
• 11. Hanuszkiewicz-Drapała M., Składzień J., Fic A.: Numerical analysis of the system: vapour compressor heat pump – vertical ground heat exchanger. “ Archives of Thermodynamics” 2007, Vol. 28, 1, s.15-32.
• 12. Hanuszkiewicz-Drapała M., Składzień J.: Operation characteristics of heat pump system with ground heat exchangers. “Heat Transfer Engineering” 2012, 33 (7), p. 629-641.
• 13. Hanuszkiewicz-Drapała M.: Analizy numeryczne układów z pompami grzejnymi sprężarkowymi parowymi i z gruntowymi poziomymi wymiennikami ciepła. “Rynek Energii” 2010, nr 5 (90).
• 14. Hanuszkiewicz-Drapała M., Składzień J: Heating system with vapour compressor heat pump and vertical U-tube ground heat exchanger. “Archives of Thermodynamics” 2010, Vol. 31, No 4, p. 93 – 110.
• 15. 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.
• 16. Składzień J.: Analiza cieplna i ekonomiczna mrożenia górotworu. Zesz. Nauk. Pol. Śl. S. „Energetyka” , z. 78. Monografia. Gliwice 1981.