Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Efektywna przewodność cieplna i opór termiczny otworowych wymienników ciepła o różnych konstrukcjach

Sapińska-Śliwa Aneta, Śliwa Tomasz, Leśniak Patryk

AGH Drilling, Oil, Gas

|

2019

|

Vol. 36, no. 2

5--28

PL

Otworowe wymienniki ciepła to najlepszy sposób na pozyskanie energii zgromadzonej w górotworze niezależnie od litologii. Geotermalne pompy ciepła oparte na cieple niskotemperaturowym mogą być jedną z możliwości redukcji smogu w miastach. W zabytkowych częściach miast często nie ma odpowiednio dużego obszaru do wiercenia otworów. Jest to jeden z wielu powodów poszukiwania konstrukcji otworowych wymienników ciepła o dużej efektywności (jednostkowym transferze ciepła między nośnikiem a górotworem). Jednym ze sposobów na poprawę sprawności jest zastosowanie najbardziej wydajnej konstrukcji otworowego wymiennika ciepła. W artykule opisano badania efektywności cieplnej otworowych wymienników ciepła z wykorzystaniem testów reakcji termicznej. Badaniami objęto otworowe wymienniki ciepła należące do Laboratorium Geoenergetyki AGH oraz dwa testowe otwory o różnych konstrukcjach. Na podstawie interpretacji testów reakcji termicznej oraz wzorów empirycznych obliczono jednostkową wymianę ciepła. Opisano warunki realizacji otworowych wymienników ciepła w zabytkowych miejscowościach, przy małej powierzchni do wykonania wierceń i utrudnionym dostępie do obiektów. Warunki takie wymuszają niewielką liczbę otworowych wymienników ciepła, wobec tego ich większą głębokość, ukośny kierunek wiercenia i/lub specjalną wiertnicę do wiercenia z wnętrz obiektów.

EN

Borehole heat exchangers are the best way to geothermal energy extraction from the ground independent on lithology. Geothermal heat pumps based on the low-temperature heat can be one of possibilities smog reduction in cities. There often is not big area for drilling in the down towns (often with monuments). There is the reason for looking for the constructions of borehole heat exchangers with high efficiency (unit heat transfer between heat carrier and ground). One of the ways to improve the efficiency is use the most efficient construction of borehole heat exchanger. In the paper is described a research of thermal efficiency of borehole heat exchangers with use thermal response tests. The Laboratory of Geoenergetics borehole heat exchangers was studied. Based on thermal response tests interpretation and on empirical formulas unit heat transfer was calculated. Other conditions for use borehole heat exchangers in down towns was discussed. The conditions with small area and with difficult access to the field of drilling forces small number of borehole heat exchangers; its higher depth; directional axis, special rig for drilling.

2

Laboratorium Geoenergetyki – 10 lat działalności na Akademii Górniczo-Hutniczej w Krakowie

Śliwa T., Gonet A., Sapińska-Śliwa A., Złotkowski A.

Technika Poszukiwań Geologicznych

|

2018

|

R. 57, nr 1

141--163

PL

Dynamiczny rozwój systemów pozyskiwania energii odnawialnej, a także racjonalizacja gospodarki cieplnej, przyczyniły się 10 lat temu do budowy Laboratorium Geoenergetyki na Wydziale Wiertnictwa, Nafty i Gazu AGH w Krakowie. Jednym z ważnych czynników decydujących o budowie są wcześniejsze prace nad wykorzystaniem wyeksploatowanych i negatywnych otworów do celów geotermalnych. Prowadzone aktualnie w Laboratorium badania dzisiaj i jego funkcje zostały opisane w niniejszym artykule. Laboratorium bazuje na różnych typach otworowych wymienników ciepła. Zostały one zbadane pod kątem ich efektywnej przewodności cieplnej λef i odporności termicznej Rb. Przeprowadzone w nich testy reakcji termicznej wykorzystano do opracowania metodyki i weryfikacji testów przewodnictwa cieplnego wymienników otworowych. Wyniki takiego testu mogą być stosowane do optymalizacji struktury i technologii eksploatacji dużych podziemnych magazynów ciepła bazujących na otworowych wymiennikach ciepła. System wymienników otworowych może współpracować z różnymi typami kolektorów słonecznych, które w odpowiedniej strefie klimatycznej mogą być idealnym źródłem do regeneracji zasobów podziemnego magazynu ciepła.

EN

The dynamic development of renewable energy recovery systems and also the rationalization of heat management gave spur to the 10 year construction agh of the Geoenergetics Laboratory at the Drilling, Oil and Gas Faculty AGH University of Science and Technology (DOGF AGH-UST) in Krakow. One of the important factors deciding about the build are previous works on adapting depleted and negative wells. Research carried out at the Laboratory up today and its usability functions are described in the paper. The laboratory is based on various types of borehole heat exchangers. They were investigated in view of their design for their effective thermal conductivity λef and thermal resistance Rb. The thermal response tests were used for elaborating the BHE thermal conductivity test. It can be used for optimizing the structure and technology of the exploitation of large underground heat storages with borehole heat exchangers. This system can co-operate with various types of solar collectors which in an appropriate climate zone may be a perfect source to be used for charging underground heat storage.

3

Identyfikacja konfliktowości i wrażliwości środowiskowych związana z wykorzystaniem ciepła ziemi na przykładzie Krakowa i regionu Wałbrzycha: międzynarodowy projekt GeoPLASMA-CE (INTERREG-CE)

Hajto M., Kozdrój W., Wyrwalska U.

Technika Poszukiwań Geologicznych

|

2018

|

R. 57, nr 2

39--53

PL

Artykuł przedstawia częściowe wyniki prac przeprowadzonych w ramach projektu Opracowanie zasad planowania, strategii wykorzystania oraz metod oceny i wykonywania map potencjału płytkiej geotermii w Europie Środkowej (oryg. Shallow Geothermal Energy Planning, Assessment and Mapping Strategies in Central Europe – GeoPLASMA-CE), który realizowany jest w latach 2016–2019, przez 11 partnerów z 6 krajów, w ramach programu współpracy międzynarodowej INTERREG Central Europe 2014–2020. Projekt dotyczy różnych aspektów zastosowania płytkiej geotermii do ogrzewania i chłodzenia budynków na obszarach zurbanizowanych i pozamiejskich w sześciu wybranych obszarach pilotażowych: region Vogtland-Zachodnie Czechy (pogranicze D-CZ), region Wałbrzych–Broumov (pogranicze PL-CZ), oraz miasta: Kraków, Wiedeń, Bratysława i Lublana. Dzięki współpracy służb geologicznych, uniwersytetów, organizacji non-profit, jednostek administracji samorządowej oraz firm prywatnych opracowane zostaną mapy potencjału energetycznego podłoża skalnego oraz nowe strategie zarządzania i zrównoważonego zagospodarowania zasobów płytkiej geotermii. Jednym z elementów działań pilotażowych jest ocena ryzyka związanego z wykorzystaniem geotermalnych/gruntowych pomp ciepła, zarówno dla systemów obiegu otwartego, jak i zamkniętego, uwzględniającego specyficzne uwarunkowania środowiskowe, w tym: geogeniczne, hydrogeologiczne i antropogeniczne. Uwarunkowania te mają zróżnicowany charakter, występują z jednej strony w gęsto zabudowanych obszarach miejskich, takich jak Kraków, gdzie związane są w dużym stopniu z istniejącą infrastrukturą podziemną, a z drugiej na obszarach pozamiejskich, gdzie ograniczenia środowiskowe związane są np. z rozległymi terenami górniczymi, zdegradowanymi wskutek dawnej eksploatacji węgla kamiennego, jak ma to miejsce w przypadku wałbrzyskiego obszaru pilotażowego. Identyfikacja powyższych zagrożeń, wstępna ocena ich istotności oraz wizualizacja w formie „mapy świateł drogowych” pozwoli uzyskać informacje o możliwości wykonania w danej lokalizacji instalacji pompy geotermalnej (wg kategorii: montaż dozwolony, z ograniczeniami, niedozwolony) dla wybranego systemu wykorzystania ciepła Ziemi (otwartego i/lub zamkniętego). Dodatkowo sporządzone warstwy tematyczne wskażą na istnienie i pozwolą na uszczegółowienie innych zagrożeń/konfliktów związanych np. ze specyfiką zagospodarowania gruntów (wynikającym z MPZP), lokalizacją obszarów chronionych (np. w zakresie wód gruntowych), infrastrukturą podziemną, osuwiskami itp. Identyfikacja powyższych elementów oraz zebranie informacji w jednym miejscu (na platformie internetowej) ułatwi, zarówno odbiorcy indywidualnemu, jak i ekspertowi, przyszłe planowanie inwestycji w zakresie instalacji geotermalnych pomp ciepła.

EN

The article presents a partial results of the work carried out within the framework of the project entitled “Shallow Geothermal Energy Planning, Assessment and Mapping Strategies in Central Europe – GeoPLASMA-CE” carried out in 2016–2019, by 11 partners from 6 countries, within the framework of the INTERREG Central Europe 2014–2020 international cooperation program. The project concerns various aspects of the use of shallow geothermal both for heating and cooling purposes in urban and non-urban areas in 6 selected pilot areas: Vogtland-Western Bohemia (borderland D-CZ), Wałbrzych-Broumov (borderland PL-CZ), and the following cities: Kraków, Vienna, Bratislava and Ljubljana. As the results of the cooperation of geological surveys, universities, NGOs, local government administration units and private companies, maps of geothermal potential, as well as new sustainable management strategies of shallow geothermal resources will be developed. One of the elements of the pilot activities is the risk assessment related to the use of geothermal/ground source heat pumps, both for open and closed loop systems, specific environmental conditions, including: geogenic, hydrogeological and anthropogenic issues. These conditions are of a diverse nature, that occur on the one hand, in densely populated urban areas, as Kraków, with well developed underground infrastructure, and on the other, in rural areas, where environmental constraints are related to, for example, extensive mining areas, degraded as a result of the former hard coal mining, as is the case in the Wałbrzych pilot area. Identification of the above hazards, initial assessment of their significance and visualization in the form of a “traffic light map” will allow information on the possibility of installing a geothermal heat pump in a given location to be obtained (by category: allowed installation, with restrictions, not allowed) for a selected open and/or closed loop systems. In addition, the thematic layers drawn up will indicate the existence and allow for the specification of other threats/conflicts related to, for example, the specificity of land development (resulting from the Local Spatial Development Plans), the location of protected areas (ground waters), underground infrastructure, landslides, etc. Identification of the above elements and gathering information in one place (on the internet platform) will facilitate both the individuals and the experts future planning of investments in the field of geothermal heat pump installations.

4

Badania otworowego wymiennika ciepła w aspekcie ich parametrów cieplnych na potrzeby współpracy z pompą ciepła

Pełka G., Luboń W., Kotyza J., Malik D.

Technika Poszukiwań Geologicznych

|

2018

|

R. 57, nr 2

93--106

PL

Pompy ciepła pozyskujące energię z płytkich systemów geotermalnych są obecnie najbardziej efektywnymi urządzeniami grzewczo-chłodzącymi. Centrum Zrównoważonego Rozwoju i Poszanowania Energii WGGiOŚ AGH w Miękini prowadzi badania w zakresie pomp ciepła oraz otworowych wymienników ciepła. W celu kompleksowej realizacji badań opracowano przenośnie urządzenie do prowadzenia testów reakcji termicznej (TRT) dla otworowych wymienników ciepła. Koncepcja urządzenia zakładała wykorzystanie dostępnych, krajowych komponentów składowych, co miało zapewnić niski koszt budowy. Test reakcji termicznej gruntu pozwala na określenie efektywnego współczynnika przewodzenia ciepła, oporu cieplnego otworowego wymiennika ciepła oraz temperatury początkowej w wymienniku. Wykonane urządzenie testowano na wymiennikach testowych w Centrum w Miękini.

EN

Geothermal heat pumps are the most efficient heating and cooling devices. The AGH Sustainable Development and Energy Saving Center in Miękinia conducts heat pump and borehole heat exchangers research. To do the complex research a portable thermal response test device was developed. The concept of this device assume the use of available, domestic parts with a low cost of the construction. Thermal response test allows to determine an effective ground heat transfer coefficient, borehole heat exchanger thermal resistance and undisturbed fluid temperature. The constructed device was tested on the borehole heat exchangers in the Miękinia Laboratory.

5

Aquifer thermal energy storage (ATES)

Midttomme K., Kocbach J., Ramstad R. K., Henne I.

Technika Poszukiwań Geologicznych

|

2017

|

R. 56, nr 2

203--214

EN

Aquifer Thermal Energy Storage uses aquifers as the storage of heat or cold. Thermal energy is transferred by extracting groundwater from the aquifer. ATES is the most economic and energy efficient alternative of the Underground Thermal Energy Storage (UTES) applications. The paper gives a review of ATES systems and examples and recommendations suitable for Poland.

PL

Metoda ATES polega na magazynowaniu ciepła lub chłodu w podziemnych zbiornikach wodnych. Energia cieplna jest następnie odzyskiwana podczas eksploatowania wody z takich zbiorników. Pod względem ekonomicznym i energetycznym ATES jest najbardziej efektywną metodą podziemnego magazynowania energii cieplnej (ang. UTES – Underground Thermal Energy Storage). Artykuł zawiera przegląd systemów ATES, przykłady i rekomendacje przydatne dla Polski.

6

Mathematical modelling of thermal and flow processes in vertical ground heat exchangers

Pater S., Ciesielczyk W.

Chemical and Process Engineering

|

2017

|

Vol. 38, nr 4

523--533

EN

The main task of mathematical modelling of thermal and flow processes in vertical ground heat exchanger (BHE-Borehole Heat Exchanger) is to determine the unit of borehole depth heat flux obtainable or transferred during the operation of the installation. This assignment is indirectly associated with finding the circulating fluid temperature flowing out from the U-tube at a given inlet temperature of fluid in respect to other operational parameters of the installation. The paper presents a model of thermal and flow processes in BHE consisting of two analytical models separately-handling processes occurring inside and outside of borehole. A quasi-three-dimensional model formulated by Zeng was used for modelling processes taking place inside the borehole and allowing to determine the temperature of the fluid in the U-tube along the axis of BHE. For modelling processes occurring outside the borehole a model that uses the theory of linear heat source was selected. The coupling parameters for the models are the temperature of the sealing material on the outer wall of the borehole and the average heat flow rate in BHE. Experimental verification of the proposed model was shown in relation to BHE cooperating with a heat pump in real conditions.

7

Specifying the number of borehole heat exchangers based on thermal response test and geoenergetic analysis

Śliwa T., Sapińska-Śliwa A., Gonet A., Jezuit Z., Bieda A., Kowalski T., Ozimek J., Złotkowski A.

AGH Drilling, Oil, Gas

|

2017

|

Vol. 34, no. 1

273--290

EN

For the correct design, the number and the location of borehole heat exchangers, it is necessary to know thermal properties of rocks and the exchanger. This applies particularly to larger installations, more than 100 kW. One of the methods of determining these values is Thermal Response Test. This method is based on measurements in the first drilled borehole heat exchanger. Based on results of the TRT geothermal analysis is made. The analysis defines: the number of wells, the arrangement of wells, and the parameters of temperature of heat carrier after long-term use. This analysis based on calculations using specialist software. This paper presents the determination of the number of borehole heat exchangers and working conditions (temperature of the heat carrier) of an underground heat reservoir accessed using borehole heat exchangers for the building of the Primary School in Myszków.

8

Accessing Earth’s heat using Geothermal Radial Drilling for borehole heat exchangers

Śliwa T., Kucper M.

AGH Drilling, Oil, Gas

|

2017

|

Vol. 34, no. 2

495--512

EN

Sometimes there is not enough room for drilling vertical borehole heat exchangers. Hence, the idea of slant boreholes emerged. They can provide access to a rock mass, being an underground heat reservoir, located beneath infrastructure. To optimize the average value of thermal conductivity and use those layers in a given geological profile that possess best properties in the view of thermal efficiency, Geothermal Radial Drilling is used, being a very efficient technology. A GeoDrill 4R drill rig, specially designed for the Geothermal Radial Drilling technology, enables drilling at an angle between 30 and 65 degrees, which in turn, together with data on the geological profile, allows for designing the layout of exchangers so as to obtain longest possible section of a given exchanger within most energetic layers. The paper includes a description of a few investments which use Geothermal Radial Drilling for heating purposes. It also presents a comparative study between Geothermal Radial Drilling and conventional vertical borehole exchangers.

9

Wykorzystanie rurki ciepła jako urządzenia przenoszącego ciepło w układach geotermalnych pomp ciepła

Łęcki M., Górecki G.

Zeszyty Naukowe. Cieplne Maszyny Przepływowe - Turbomachinery / Politechnika Łódzka

|

2013

|

nr 143

127--136

PL

Geotermalne pompy ciepła są układami pobierającymi niskotemperaturowe ciepło zawarte w gruncie kosztem dostarczanej mocy elektrycznej. Dodatkowa moc pozwala na podwyższenie temperatury w obiegu na żądany poziom (np. potrzebny do przygotowania c. w. u.) Tradycyjnym rozwiązaniem pobierania odnawialnej energii z gruntu jest wykonanie pionowych odwiertów na głębokość 50-200 m i umieszczenie w nich kolektorów w formie u-rurek. Płynący w kolektorze czynnik pobiera ciepło, wiąże się to jednak z dodatkowymi kosztami energii zużywanej przez pompy obiegowe wymuszające ruch czynnika. Zastosowanie rurki ciepła zamiast tradycyjnego kolektora pozwala na obniżenie kosztów pracy układu poprzez wyeliminowanie pracy pomp obiegowych. Zasadność tego rozwiązania będzie oceniona w artykule pod względem energetycznym i ekonomicznym.

EN

Geothermal heat pumps are systems extracting low-temparture heat from the ground. Addtionall electical power is needed to raise the temperature level in heat pipe cycle (e. g. required for domestic hot water preparation). Traditional technical solution for absorbing ground energy is drilling 50-200 m deep boreholes with vertical collectors (U-shaped pipes)in them. Working fluid flows in collector pipes and draws heat from the ground, however it raises overall costs by the price of energy used by circulation pumps. Aplication of heat pipe instead of traditional vertical collector reduces overall costs of operation of heat pump system by eliminating additional pumping power for working fluid circulation. Economic and energetic rationale for applying this improved system will be discussed in this paper.

10

Technologie i rozwój zastosowania geotermalnych pomp ciepła

Sanner B.

Technika Poszukiwań Geologicznych

|

2004

|

R. 43, nr 5-6

17-25

PL

Geotermalne pompy ciepła lub gruntowe pompy ciepła wykorzystujące ciepło gruntu (GSHP) są układami łączącymi pompę ciepła z wymiennikiem ciepła (systemy zamknięte)lub są zasilane wodą gruntową z otworu (systemy otwarte). W okresie grzewczym grunt (Ziemia)wykorzystywany jest jako źródło ciepła, gdzie ciepło przenoszone jest przez płyn (zwykle jest to woda lub mieszanina wody i środka przeciw zamarzaniu) z ziemi do wymiennika ciepła. W okresie chłodzenia, traktowane są one jako zbiornik niepotrzebnego ciepła. Otworowe wymienniki ciepła w połączeniu z pompami ciepła można stosować w zasadzie wszędzie i do różnych celów. Przez ponad 25 lat prowadzono w Europie doświadczenia naukowo - badawcze, które zaowocowały opracowaniem koncepcji technologii otworowych wymienników ciepła oraz określeniem kryteriów projektowych i wykonawczych. Do najnowszych osiągnięć należy badanie reakcji termicznej, umożliwiające określenie in-situ właściwości gruntu dla celów projektowych oraz zastosowanie termalnie ulepszonych materiałów uszczelniających do zmniejszenia odporności termicznej. Pomimo tego, że geotermalne pompy ciepła używane są od 50 lat (najpierw w USA), technologia ta nadal znajduje się w powijakach; na rynku grzewczym dominują paliwa kopalne, a pompy ciepła typu powietrze - powietrze wpłynęły na usługi w zakresie chłodzenia budynków. W niektórych krajach, np. w Niemczech, Szwajcarii, Austrii, Szwecji, Holandii, Norwegii, Francji i USA działa coraz więcej pomp ciepła. Kraje te bardzo poważnie traktują zalecenia dotyczące instalacji, kontroli jakości i certyfikacji zleceniobiorcy.

11

Geothermal heat pumps technologies and development

Sanner B.

Technika Poszukiwań Geologicznych

|

2004

|

R. 43, nr 5-6

26-34

EN

Geothermal Heat Pumps, or Ground Source Heat Pumps (GSHP), are systems combining a heat pump with a ground heat exchanger (closed loop systems), or fed by ground water from a well (open loop systems). They use the Earth as a heat source when operating in heating mode, with a fluid (usually water or a water-antifreeze-mixture)as the media transferring the heat from the earth to the evaporator of the heat pump, utilizing that way geothermal energy. In cooling mode, they use the earth as a heat sink. With BHE geothermal heat pumps can offer both heating and cooling at virtually any location, with great flexibility to meet any demands. More than 25 years od R&D focusing on BHE in Europe resulted in a well-established concept of sustainability for this technology, as well as sound design and installation criteria. Recent developments are the Thermal Response Test, which allows in situ-determination of ground thermal properties for design purposes, and thermally enhanced grouting materials to reduce borehole thermal resistance. Despite the use of geothermal heat pumps for over 50 years now (first in USA), market penetration of this technology, is still at its infancy, with fossil fuels dominating the market of heating of buildings and air-to-air heat pumps dominating the market of gooling of buildings. In some countries, namely Germany, SWitzerland, Austria, Sweden, Denmark, Norway, France and USA, already larger numbers of geothermal heat pumps are operational. In these countries meanwhile installation guidelines, quality control and contractor certification becomes a major issue.