Simulation of thermal field in soil

• Autorzy: Shevchenko I. , Kovyazin A. , Kamiński J. R. , Szeptycki A.

Warianty tytułu

PL

Symulacja pola rozkładu temperatury w glebie

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Heat energy resources from the ground may be rationally used to maintain optimal microclimate conditions inside livestock buildings. Simulation of heat and mass exchange, as factors influencing the thermal field in the ground, is extremely complicated because of the necessity of taking into consideration many different mechanisms that govern the happening phenomenae and also chemical and mineralogical properties of the very complicated, multicomponent medium of soil. The parabolic, partial differential equation was proposed as one which describes accurately enough the simulated problem. In this case soil was considered as a quasi-homogenic body for which a normal equation for heat conduction may be applied, interrelating the temperature T, time t and depth z. The simulation for climatic conditions at Zaporozhye region (Ukraine) demonstrated that the annual temperature oscillation in soils reaches 9-17 m in depth, depending of the soil type and its heat conductivity. The results of simulation may be used in technical solutions to harness the geothermal sources of heat.

PL

Zasoby energii cieplnej gruntu mogą być wykorzystane w celu zapewnienia należytego mikroklimatu w budynkach inwentarskich. Symulowanie wymiany ciepła i masy jako czynników pola rozkładu temperatury w gruncie jest wysoce skomplikowane ze względu na konieczność uwzględnienia znacznej liczby mechanizmów rządzących zachodzącymi zjawiskami, a także chemicznych i mineralogicznych własności bardzo złożonego środowiska glebowego. Zaproponowano wykorzystanie parabolicznego, cząstkowego równania różniczkowego, dostatecznie dokładnie opisującego ekwiwalentną przewodność cieplną gleby. Założono przy tym, że gleba jest quasi-homogenicznym ośrodkiem, w odniesieniu do którego może być zastosowane zwykłe równanie przewodzenia ciepła uzależniające wzajemnie temperaturę T, czas t i głębokość z. Wyniki symulacji dla warunków klimatycznych regionu Zaporoża (Ukraina) świadczą, że wahania temperatury w ciągu roku sięgają, zależnie od rodzaju gleby i jej przewodności cieplnej, do głębokości 9-17 m. Wyniki symulacji mogą być zastosowane w rozwiązaniach technologicznych służących do wykorzystania ciepła z gruntu.

Słowa kluczowe

EN

soil; thermal field; soil thermal conductivity; soil thermal resources; depth

PL

gleba; pole rozkładu temperatury; przewodność cieplna; zasobność cieplna; głębokość

• Wydawca: Wydawnictwo ITP
• Czasopismo: Problemy Inżynierii Rolniczej
• Rocznik: 2017
• Tom: R. 25, nr 1
• Strony: 57--65
• Opis fizyczny: Bibliogr. 18 poz., rys., wykr.

Twórcy

autor

Shevchenko I.

• Institute of Oil Crops of National Academy of Agrarian Sciences of Ukraine, v. Solnechne, Ukraine

autor

Kovyazin A.

• Institute of Oil Crops of National Academy of Agrarian Sciences of Ukraine, v. Solnechne, Ukraine

autor

Kamiński J. R.

• Szkoła Główna Gospodarstwa Wiejskiego, Wydział Inżynierii Produkcji, ul. Nowoursynowska 164; 02-787 Warszawa, Poland, tel. [phone]

autor

Szeptycki A.

• Institute of Technology and Life Sciences, Falenty, Warsaw Branch, Poland

Bibliografia

• CHROMOV S. P., PETROSJANC М. А. 2006. Метеорология и климатология. Сер. Классический университетский учебник [Meteorologiya i klimatologiya. Ser. Klassicheskij universitetskij uchebnik] [Meteorology and climatology. Ser. The classical university textbook]. Moskva. Izd. Moskovskogo universiteta. Nauka. ISBN 5-211-05207-2 ss. 582.
• CHUDNOVSKIJ A. F. 1976. Теплофизика почв [Teplofizika pochv] [Thermophysics of soils]. Moskva. Nauka ss. 352.
• DENISOVA A. E. 2003. Інтегровані системи альтернативного теплопостачання для енергозберігаючих технологій (теоретичні основи, аналіз, оптимізація) [Іntegrovanі sistemi al'ternativnogo teplopostachannya dlya energozberіgayuchikh tekhnologіj (teoretichnі osnovi, analіz, optimіzacіya)] [Integrated system of alternative heat feeding for energy-saving technologies (theoretical basis, analysis, optimization]. PhD Thesis. Odessa. Odes'kij nacіonal'nij polіtekhnіchnij unіversitet ss. 313.
• DYJAKON A., MILA M. 2013. Wykorzystanie gruntowego wymiennika ciepła w budynkach inwentarskich [The use of ground heat exchanger in livestock buildings]. Agricultural Engineering. Z. 3(145). T. 1 s. 35-46.
• Gidrometeoizdat 1990. Научно-прикладной справочник по климату СССР. Сер. 3. Многолетние данные. Ч. 1–6. Вып. 10. Украинская ССР. Кн. 1 [Nauchno-prikladnoj spravochnik po klimatu SSSR. Ser. 3. Mnogoletnie dannye. CH. 1-6. Vyp. 10. Ukrainskaya SSR. Kn. 1] [Scentific-practical handbook of SSSR climate. Ser. 3. Long standing data. P. 1-6. Iss. 10. Ukrainian Soviet Socialist Republic. B. 1]. Leningrad ss. 608.
• GRZYBEK A., PAWLAK J. 2015a. Potencjał i wykorzystanie odnawialnych źródeł energii w rolnictwie [Potential and use of renewable energy sources in agriculture]. Inżynieria w Rolnictwie. Monografie. Nr 19. ISBN 978-83-62416-88-2 ss. 137.
• GRZYBEK A., PAWLAK J. 2015b. Technologie produkcji i wykorzystania odnawialnych źródeł energii w rolnictwie oraz koszty i bariery ich stosowania [Technology of production and use as well as costs and barriers of renewable energy sources in agriculture]. Inżynieria w Rolnictwie. Monografie. Nr 20. ISBN 978-83-62416-89-9 ss. 152.
• KAVANAUGH P. K., RAFFERTY K. 1997. Ground-source heat pumps - Design of geothermal systems for commercial and institutional buildings [Pompy ciepła zasilane z gruntu - konstrukcja systemów geotermalnych dla budynków komercyjnych i biurowych]. Atlanta, GA, USA. Publishing of American Society of Heating, Refrigerating and Air-conditioning Engineers, Inc. ISBN 1883413524 ss. 223.
• KOLPAKOV M. 2016. Геотермальная установка обогреет сельскую школу в Томской области [Geotermal'naya ustanovka obogreet sel'skuyu shkolu v Tomskoj oblasti] [Geothermal installation will heat rural school in the region of Tomsk] [online]. [Dostęp 09.05.2016]. Dostępny w Internecie: http://greenevolution.ru/2013/01/29/geotermalnaya-ustanovka-obogreetselskuyu-shkolu
• KREIS-TOMCZAK K. 2008. System pozyskiwania energii cieplnej z sond geotermalnych [System of acquiering of heat energy from the geothermal probes]. Problemy Inżynierii Rolniczej. Nr 2(60) s. 167-173.
• NERPIN S. V., CHUDNOVSKIJ A. V. 1967. Физика почвы [Fizika pochvy] [Soil physics]. Moskva. Nauka ss. 584.
• ONISZK-POPŁAWSKA A., CURKOWSKI A., WIŚNIEWSKI G., DZIAMSKI P. 2011. Energia w gospodarstwie rolnym [Energy in farmstead]. Warszawa. Instytut na Rzecz Ekorozwoju przy współpracy Instytutu Energetyki Odnawialnej. ISBN 978-83-89495-05-1 ss. 32.
• PABIS J. 2011. Odnawialne źródła energii uzupełnieniem energetyki w rolnictwie. Ekspertyza [Renewable energy sources in agriculture. Expertise] [online]. AgEngPol. ss. 30 [Dostęp 10.05.2016]. Dostępny w Internecie: http://www.agengpol.pl/LinkClick.aspx?fileticket=DKqjuvznNeQ%3D&tabid=144
• POLLACK H.N., HURTER S.J., JOHNSON J.R. 1993. Heat flow from the Earth's interior: Analysis of the global data set. Reviews of Geophysics. Vol. 31. Iss. 3 s. 267-280.
• POLJANIN A. D. 2001. Справочник по линейным уравнениям математической физики [Spravochnik po linejnym uravneniyam matematicheskoj fiziki] [Handbook for linear equations of mathematical physics]. Moskva. FIZMATLIT. ISBN 5-9221-0093-9 ss. 576.
• SNiP 2005. Основания и фундаменты на вечномерзлых грунтах. 2.02.04-88 2005. Строительные нормы и правила [Osnovaniya i fundamenty na vechnomerzlykh gruntakh. 2.02.04-88 2005. Stroitel'nye normy i pravila] [Substrata and foundations on permafrost grounds 2.02.04-88 2005. Standards and regulations in building]. Moskva. Gosstroj Rossii ss. 52.
• SZULC R., ŁASKA B. 2012. Badania nad wykorzysteniem ciepla z odwiertów geotermalnych [Investigation on the utilization of heat from geothermal boreholes]. Problemy Inżynierii Rolniczej. Nr 2(76) s. 169-179.
• VASILEV G. P. 2006. Теплохладоснабжение зданий и сооружений с использованием низкопотенциальной тепловой энергии поверхностных слоев Земли [Heating and cooling of buildings and structures with low - potential heat energy of surface layers of the Earth]. Moskva. Izd. dom Granica. ISBN 5-94691-202-Х ss. 432.

Uwagi

Opracowanie ze środków MNiSW w ramach umowy 812/P-DUN/2016 na działalność upowszechniającą naukę (zadania 2017).