Wpływ nierówności rozdziału powietrza na wydajność cieplną wielorurowych gruntowych wymienników ciepła

• Autorzy: Amanowicz Ł. , Wojtkowiak J.

Identyfikatory

DOI

10.15199/9.2017.12.3

Warianty tytułu

EN

An Effect of Flow Non-Uniformity on Thermal Performance of Multi-Pipe Earth-To-Air Heat Exchangers

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Powietrzne wielorurowe gruntowe wymienniki ciepła (PRGWC) o krótkich gałęziach i małych przekrojach kolektorów charakteryzują się nierównym rozdziałem powietrza pomiędzy równoległe gałęzie. W artykule przeprowadzono analizę wpływu wyżej wymienionej nierówności na całoroczną ilość ciepła i chłodu pozyskiwanego za pomocą PRGWC. W obliczeniach wzięto pod uwagę opór przewodzenia ciepła gruntu oraz wykraplanie wilgoci w rurach wymiennika. Nierówność rozdziału powietrza uwzględniono wykorzystując wyniki własnych badań doświadczalnych. Rozpatrzono dwa typy wymienników: Z i U. Obliczenia wykonano dla zmiennej ilości powietrza wentylacyjnego zakładając obniżenie dzienne i nocne. Stwierdzono, że w układach typu Z o krótkich gałęziach (L/d = 75) i średnicach kolektorów równych średnicom gałęzi (d = dkol), nierówny rozdział powietrza ma istotny wpływ na ilość pozyskiwanej energii. Wydajność tego typu wymienników okazała się o 3%-14% niższa niż wydajności wymienników o idealnie równym rozdziale. Z kolei wydajność wymienników typu U o krótkich gałęziach i średnicach kolektorów równych średnicom gałęzi była tylko nieznacznie (0%-2%) mniejsza niż wymienników o równym rozdziale powietrza. Tym samym ustalono, że w przypadku wymienników o większej długości gałęzi (L/d >> 75) i/lub odpowiednio większych średnicach kolektorów (d > dkol, dkol = f (L, n)), w których nierówność rozdziału powietrza jest mała, jej wpływ na wydajność cieplną wymiennika będzie pomijalny.

EN

Experimental investigations of multi-pipe earth-to-air heat exchangers (EAHEs) with short branches and small diameter of manifolds show a considerable non-uniformity in distribution of air between branches. In this paper an effect of this flow non-uniformity on the energy gains in the whole year EAHE operation is presented. In calculation, ground thermal resistance, water vapor condensation and changes of air flow rate were taken into consideration. The flow non-uniformity was described by means of experimentally obtained characteristics of Z-type and U-type EAHEs. The obtained results show that in Z-type heat exchangers with short branches (L/d = 75) and small collector diameters (d = dkol) the non- -uniform division of air between parallel pipes has significant influence on the thermal performance of such exchangers. The thermal performance of Z-type structures was 3-14% lower compared to the structures of uniform airflow distribution. On the other hand, the thermal performance of the U-type heat exchangers was only 0-2% lower in comparison to exchangers of perfect airflow division. Thus, it was found that for heat exchangers with long branches (L/d >> 75) and/or adequately large collectors (dkol > d, dkol = f (L, n)), in which the unequal distribution of air is small, the effect of this inequality on the abstracted energy will be negligible.

Słowa kluczowe

PL

wielorurowe gruntowe powietrzne wymienniki ciepła; nierówność rozdziału powietrza; wydajność cieplna

EN

multi-pipe earth-to-air heat exchangers; flow non-uniformity; thermal performance

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Ciepłownictwo, Ogrzewnictwo, Wentylacja
• Rocznik: 2017
• Tom: T. 48, nr 12
• Strony: 505--510
• Opis fizyczny: Bibliogr. 23 poz., rys., tab., wykr.

Twórcy

autor

Amanowicz Ł.

• Instytut Inżynierii Środowiska Politechnika Poznańska

autor

Wojtkowiak J.

• Instytut Inżynierii Środowiska Politechnika Poznańska

Bibliografia

• [1] Amanowicz Łukasz, Janusz Wojtkowiak. 2010. "Badania eksperymentalne wpływu zmian sposobu zasilania powietrznego gruntowego wymiennika ciepła typu rurowego na jego charakterystykę przepływową. Cz. 1. Równomierność rozpływu". Ciepłownictwo Ogrzewnictwo Wentylacja. 41 (6) : 208-212, 220.
• [2] Amanowicz Łukasz, Janusz Wojtkowiak. 2012. "Wpływ oporu przewodzenia ciepła gruntu oraz wykraplania wilgoci na energię uzyskiwaną za pomocą gruntowego powietrznego wielorurowego wymiennika ciepła". Ciepłownictwo Ogrzewnictwo Wentylacja. 43 (1) : 22-25.
• [3] Amanowicz Łukasz, Janusz Wojtkowiak. 2012. "Experimental flow characteristics of multi-pipe earth-to-air heat exchangers". Foundation of Civil and Environmental Engineering 15 (4) : 5-18.
• [4] Amanowicz Łukasz, Janusz Wojtkowiak. 2014. "Ilościowy opis równomierności rozdziału powietrza w wielorurowych gruntowych wymiennikach ciepła". Rynek Instalacyjny (1-2) : 70-73.
• [5] Amanowicz Łukasz, Janusz Wojtkowiak. 2014. "Wpływ parametrów gruntu na wydajność powietrznych rurowych gruntowych wymienników ciepła (PRGWC)". XIV International Conference Air, Heat & Energy 2014, 26-29.06.2014, materiały konferencyjne : 331-336.
• [6] Amanowicz Łukasz, Janusz Wojtkowiak. 2015. "Wpływ właściwości cieplnych gruntu na wydajność powietrznych rurowych gruntowych wymienników ciepła (PRGWC)". Instal. 366 (10) : 59-62.
• [7] Amanowicz Łukasz. 2016. "Doświadczalne charakterystyki przepływowe powietrznych wielorurowych gruntowych wymienników ciepła". Wydawnictwo Politechniki Poznańskiej, Poznań 2016
• [8] Amanowicz Łukasz, Edward Szczechowiak. 2017. "Zasady projektowania systemów wentylacji budynków energooszczędnych". Ciepłownictwo Ogrzewnictwo Wentylacja. 48 (2) : 72-78.
• [9] Biernacka Beata. 2013. "Wpływ dyfuzyjności cieplnej na pole temperatury w gruncie". Ciepłownictwo Ogrzewnictwo Wentylacja. 44 (12) : 510-515, 525.
• [10] Bose J.E., Jerald D. Parker, Faye C. McQuiston. 1985. "Design/ data manual for closed -loop ground-coupled heat pump systems". Oklahoma State University for ASHRAE: Stillwater, USA.
• [11] De Paepe Michel, Arnold Janssens. 2003. "Thermo-hydraulic design of earth-air heat exchangers". Energy and Buildings 35 : 389-397.
• [12] Drobiński Łukasz, Jan Syposz. 2006. "Zjawiska tłumienia amplitudy i przesunięcia fazowego przebiegu temperatury w gruntowych wymiennikach ciepła". Ciepłownictwo Ogrzewnictwo Wentylacja 37 (5) : 8-10, 35.
• [13] Kakac Sadic, Ramesh K. Shah, Win Aung. 1987. "Handbook of single-phase convective heat transfer". John Willey and Sons, New York.
• [14] Popiel Czesław, Janusz Wojtkowiak. 2015. "Właściwości termofizyczne powietrza i wody przeznaczone do obliczeń przepływów i wymiany ciepła". Wydawnictwo Politechniki Poznańskiej, Wyd. 2 poprawione i uzupełnione.
• [15] Popiel Czesław, Janusz Wojtkowiak, Beata Biernacka. 2001. "Measurements of temperature distribution in ground". Experimental Thermal and Fluid Science 25 (5) : 301-309
• [16] Szymański Michał, Janusz Wojtkowiak. 2007. "Uproszczona metoda wymiarowania i oceny opłacalności gruntowego wymiennika ciepła w układzie wentylacji budynku". Ciepłownictwo, Ogrzewnictwo, Wentylacja. 38 (7-8) : 55-58, 63.
• [17] Szymański Michał, Janusz Wojtkowiak. 2008. "Analiza całorocznej pracy rurowego gruntowego wymiennika ciepła RGWC w układzie wentylacji mechanicznej budynku mieszkalnego". Ciepłownictwo, Ogrzewnictwo, Wentylacja. 39 (11) : 36-38.
• [18] Usowicz Bogusław. 2002. "Szacowanie cieplnych właściwości gleby". Acta Agrophysica (72) : 135-165
• [19] PN-EN ISO 13370 Cieplne właściwości użytkowe budynków. Przenoszenie ciepła przez grunt. Metody obliczania.
• [20] Rozporządzenie Komisji (UE) nr 1253/2014 z dnia 7 lipca 2014 r. "W sprawie wykonania dyrektywy Parlamentu Europejskiego i Rady 2009/125/WE w odniesieniu do wymogów dotyczących ekoprojektu dla systemów wentylacyjnych".
• [21] Rozporządzenie Ministra Infrastruktury z dnia 12 kwietnia 2002 r. w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie (Dz. U. nr 75, poz. 690 z 2002 r. z późniejszymi zmianami).
• [22] www.rehau.com
• [23] Amanowicz Łukasz, Janusz Wojtkowiak. 2018. "Validation of CFD model for simulation of multi-pipe earth-to-air heat exchangers (EAHEs) flow performance". Thermal Science and Engineering Progress 5 : 44-49.

Uwagi

Opracowanie w ramach umowy 509/P-DUN/2018 ze środków MNiSW przeznaczonych na działalność upowszechniającą naukę (2018).