Modelowanie transportu ciepła i masy w podziemnym sezonowym magazynie energii termicznej

• Autorzy: Wołoszyn J.

Warianty tytułu

EN

Heat and mass transport modelling in the underground seasonal thermal energy storage

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

W pracy przedstawiono wyniki numerycznego modelowania transportu ciepła i masy w podziemnym magazynie energii termicznej. Podziemny magazyn energii stanową górotwór o określonej pojemności cieplnej oraz otworowe wymienniki ciepła o konstrukcji pojedynczej U-rurki, łączące magazyn z odbiorcą. Obiektem badań jest podziemny magazyn energii termicznej od kilku lat pracujący w instalacji dostarczającej ciepło do osiedla domów jednorodzinnych w miejscowości Okotoks w Kanadzie. Celem pracy jest opracowanie numerycznego modelu transportu ciepła i masy w magazynie oraz określenie efektywności magazynu w perspektywie kilkunastu lat eksploatacji. Analizie poddano piętnaście lat eksploatacji podziemnego magazynu energii. Do realizacji celu pracy zastosowano pakiet ANSYS oraz nowy element skończony o wielu stopniach swobody (MDF). W pracy przedstawiono wyniki w postaci rozkładów temperatury w magazynie dla cyklu magazynowania i odbioru energii oraz określono efektywność magazynu w każdym roku eksploatacji.

EN

The paper presents the results of numerical modelling of heat and mass transport in the seasonal underground thermal energy storage. The underground thermal energy storage consisted of two basic elements: a geological medium guaranteeing thermal capacity of the storage, and a single U-tube borehole heat exchanger, which links energy storage with the consumer. The object of the research is the underground thermal energy storage in Okotoks, Canada which has worked as heat distribution system for a single-family houses for several years. The aim of this work is to developed the numerical model of heat and mass transport in the energy storage and determine the long-term efficiency of the thermal energy storage. Fifteen years of operation of the underground thermal energy storage were analysed. The ANSYS package with a new finite element with multi degree of freedom (MDF) were used to achieve the aim of this work. The paper presents the results in the form of temperature distributions in the whole computational domain during charging and discharging period and the storage efficiency for each year of simulation.

Słowa kluczowe

PL

modelowanie transportu ciepła; modelowanie transportu masy; otworowy wymiennik ciepła; magazynowanie energii termicznej; BTES

EN

heat transport modelling; mass transport modelling; borehole heat exchanger; thermal energy storage; BTES

• Wydawca: Polskie Towarzystwo Mechaniki Teoretycznej i Stosowanej. Oddział Gliwice
• Czasopismo: Modelowanie Inżynierskie
• Rocznik: 2018
• Tom: T. 36, nr 67
• Strony: 91--98
• Opis fizyczny: Bibliogr. 14 poz.

Twórcy

autor

Wołoszyn J.

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

Bibliografia

• 1. Dincer I., Rosen M.A.: Thermal energy storage systems and applications. Chichester: John Wiley & Sons, 2002. ISBN: 978-0-470-74706-3.
• 2. Catolico N., Ge S., McCartney J. S.: Numerical modeling of a soil-borehole thermal energy storage system. „Vadose Zone Journal” 2016, Vol. 15, No. 1 , p. 1-17.
• 3. Ciampi G., Rosato A., Sibilio S.: Thermo-economic sensitivity analysis by dynamic simulations of a small Italian solar district heating system with a seasonal borehole thermal energy storage. „Energy” 2018, Vol. 143, p. 757–771.
• 4. Gao L., Zhao J., Tang Z.: A review on borehole seasonal solar thermal energy storage. „Energy Procedia” 2015, Vol. 70, p. 209–218.
• 5. Gołaś A., Wołoszyn J., Analiza rozkładu pola temperatury w gruntowych wymiennikach ciepła. „Modelowanie Inżynierskie" 2011, nr 41, s. 107–114.
• 6. Lanahan M., Tabares-Velasco P. C.: Seasonal thermal-energy storage: a critical review on BTES systems, modeling, and system design for higher system efficiency. „Energies” 2017, Vol. 10, p. 743.
• 7. Navarro L., de Gracia A., Colclough S., Browne M., McCormack S. J., Griffiths P., Cabeza L. F.: Thermal energy storage in building integrated thermal systems: A review. Part 1.: Active storage systems. „Renewable Energy” 2016, Vol. 88, p. 526–547.
• 8. Rad F. M., Fung A. S.: Solar community heating and cooling system with borehole thermal energy storage - Review of systems. „Renewable and Sustainable Energy Reviews” 2016, Vol. 60, p. 1550–1561.
• 9. Tordrup K. W., Poulsen S. E., Bjørn H.: An improved method for upscaling borehole thermal energy storage using inverse finite element modelling. „Renewable Energy” 2017, Vol. 105, p. 13–21.
• 10. Wołoszyn J., Gołaś A., Modelling of a borehole heat exchanger using a finite element with multiple degrees of freedom. „Geothermics" 2013, Vol. 47, p. 13-26.
• 11. Wołoszyn, J., Gołaś, A.: Sensitivity analysis of efficiency thermal energy storage on selected rock mass and grout parameters using design of experiment method. „Energy Conversion and Management " 2014, Vol. 87, p. 1297–1304.
• 12. Wołoszyn J., Gołaś A.: Experimental verification and programming development of a new MDF borehole heat exchanger numerical model. „Geothermics” 2016 Vol. 59, p. 67–76.
• 13. Zhang R., Lu N., Wu Y.-S.: Efficiency of a community-scale borehole thermal energy storage technique for solar thermal energy. GeoCongress 2012 ASCE 2012, p. 4386–4395.
• 14. Zimny J., Michalak P., Szczotka K.: Ecological school building heating using a hybrid heating system: heat pump and gas boiler: the concept, implementation, operation. „Polish Journal of Environmental Studies” 2011, No. 4A, Vol. 20, p. 351-355.

Uwagi

Opracowanie rekordu w ramach umowy 509/P-DUN/2018 ze środków MNiSW przeznaczonych na działalność upowszechniającą naukę (2019).