Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Experimental validation of a CFD model of a ground heat exchanger with slinky coils

Grzywacz Robert, Teper Mikołaj

Polish Journal of Chemical Technology

|

2024

|

Vol. 26, nr 2

86--91

EN

Rising energy prices have increased the popularity of many renewable energy sources including heat pumps. In the case of ground heat pumps research related to the analysis of the operation and selection of ground heat exchangers as a heat source are insufficient. With this in mind, on the operation of the horizontal slinky coil heat exchanger research work has been undertaken. As a research tool, the Computational Fluid Dynamics has been used. To check the adequacy of the CFD model, a validation of the model was carried out using the results of research on a real heat exchanger. Comparison was made: values of ground temperatures, outlet temperatures from the exchanger, and heat flux exchanged by the heat exchanger. In the opinion of the authors, the validation of the CFD model was successful.

2

Optimising the operation of the HVAC system with a ground source heat pump in a school building

Kocik Stanisław, Ciuman Piotr

Instal

|

2024

|

nr 2

28--35

EN

A properly designed and assembled HVAC (Heating, Ventilation and Air Conditioning) system in an educational building is crucial for ensuring thermal comfort, improving indoor air quality, and positively impacting health and learning efficiency. Utilising renewable energy sources, such as a ground source heat pump, contributes to energy savings, reducing operating costs and CO2 emissions. However, a faulty installation can lead to incorrect operation, necessitating a comprehensive HVAC system modernisation for proper functioning. The paper presents examples of design and operational errors in such installations, based on the actual HVAC system with a ground source heat pump and a vertical ground heat exchanger in the building of the Primary School in Ożarowice, Poland. The building inventory and analysis of the existing HVAC system revealed issues related to the improper functioning of the heat pump installation and ventilation system, as well as irregularities in their design and the selection of devices in respective installations. The possibility of optimising the operation of the existing system was indicated by, among others, expanding the ground heat exchanger installation and replacing current heat pump units with ones that are better suited to cover the building’s heat demand. Also, upgrading air handling units with ones equipped with heat exchangers of higher efficiency was recommended.

PL

Prawidłowo zaprojektowana i wykonana instalacja HVAC (Heating, Ventilation and Air Conditioning) w budynkach edukacyjnych jest niezbędna dla zapewnienia komfortu cieplnego, poprawy jakości powietrza oraz pozytywnego wpływu na zdrowie i efektywność nauki. Wykorzystanie odnawialnych źródeł energii, na przykład gruntowej pompy ciepła, przyczynia się do oszczędności energii, obniżając koszty eksploatacji budynku oraz emisję CO2. Wadliwie wykonany system HVAC może prowadzić do jego nieprawidłowego funkcjonowania i ostatecznie wymagać kompleksowej modernizacji. W publikacji przedstawiono przykładowe błędy projektowe i eksploatacyjne w tego typu instalacjach, na podstawie rzeczywistego systemu HVAC z gruntową pompą ciepła i pionowym wymiennikiem ciepła w budynku Szkoły Podstawowej w Ożarowicach w Polsce. Inwentaryzacja budynku i analiza istniejącego systemu HVAC ujawniły problemy związane z niewłaściwym funkcjonowaniem instalacji pompy ciepła oraz systemu wentylacyjnego, a także nieprawidłowości w ich projektach oraz doborze urządzeń w poszczególnych instalacjach. Możliwość optymalizacji działania istniejącego systemu wskazano między innymi poprzez rozbudowę instalacji gruntowego wymiennika ciepła oraz wymianę obecnych jednostek pomp ciepła na takie, które są lepiej dopasowane do pokrycia zapotrzebowania budynku na ciepło. Zalecono także wymianę central wentylacyjnych na wyposażone w wymienniki ciepła o wyższej efektywności.

3

Gruntowy rurowy powietrzny wymiennik ciepła w wentylacji jednorodzinnych, zrównoważonych budynków mieszkalnych

Skotnicka-Siepsiak Aldona, Serrat Carles

Przegląd Budowlany

|

2023

|

R. 94, nr 9-10

38--41

PL

Wentylacja w zrównoważonych budynkach jednorodzinnych wymaga zastosowania nie tylko rozwiązań energooszczędnych, które czerpać będą maksymalnie z odnawialnych źródeł energii, ale muszą one również zapewnić prawidłowe funkcjonowanie obiektu w zmiennych warunkach zewnętrznych. Sprostać muszą one nie tylko dobowym i sezonowym zmianom otoczenia, ale również obserwowanym globalnie zmianom klimatycznym. Wymagania te spełniają gruntowe rurowe wymienniki ciepła (GWC). W poniższym artykule przeanalizowano eksperymentalne wyniki pracy tego urządzenia w polskich warunkach klimatycznych. Przeanalizowano okres jednego roku od września 2020 roku do końca sierpnia 2021 roku. Głównym celem pracy była nie tyle sama ocena ilości ciepła i chłodu pozyskanego z GWC, co ocena jego potencjału energetycznego w różnych układach wentylacji jednorodzinnego budynku mieszkalnego funkcjonujących w rzeczywistych, zmiennych warunkach otoczenia. W ramach badań rozpatrywano przypadek wentylacji grawitacyjnej i porównano pod względem zapotrzebowania energetycznego z trzema innymi przypadkami układów wentylacyjnych: wentylacją wyposażoną dodatkowo w GWC, wentylacją z rekuperacją i wysokosprawnym wymiennikiem ciepła oraz z wentylacją wyposażoną zarówno w GWC, jak i w rekuperację z odzyskiem ciepła.

EN

Ventilation systems in sustainable single-family homes require energy-efficient solutions that make optimal use of renewable energy sources and meet air quality and thermal comfort requirements in buildings. These systems should ensure a stable indoor environment and adequately respond to daily and seasonal fluctuations in temperature, as well as global climate change. Earth-to-air heat exchanges (EAHE) meet the above requirements. This article analyzes the performance of an EAHE in the Polish. The experiment covered a period of one year from the beginning of September 2020 to the end of August 2021. In addition to determining the heating and cooling loads, the main aim of the study was to evaluate the EAHE’s thermal performance in ventilation systems for single-family homes with different configurations under variable real-world conditions. Energy consumption in a building equipped with a natural ventilation system was compared with three other scenarios: a ventilation system coupled with an EAHE, a mechanical ventilation system with heat recovery and a high-efficiency heat exchanger, and a mechanical ventilation system with both an EAHE and heat recovery.

4

Porównanie gruntowych pomp ciepła pod względem właściwości technicznych i efektywności grzewczej

Gawryluk Nikon

Ciepłownictwo, Ogrzewnictwo, Wentylacja

|

2023

|

T. 54, nr 9

31--38

PL

Polityka klimatyczna Unii Europejskiej oraz coraz szybsze tempo dekarbonizacji europejskiej gospodarki stwarza nowe możliwości dla wielu młodych ludzi podejmujących studia techniczne związane z OZE. Wiele renomowanych firm wytwarzających urządzenia grzewcze wykorzystujące paliwa kopalne podjęło już decyzję o zmianie profilu i rozpoczęciu produkcji pomp ciepła. Nowoczesne budynki powinny być ekologiczne, a dekarbonizacja gospodarki ma być wspierana przez energetykę jądrową, o której coraz więcej informacji pojawia się w mediach. Wykorzystanie ciepła z gruntu, połączone z zasilaniem sprężarek zieloną energią elektryczną, jest realnym sposobem transformacji energetycznej ogrzewnictwa zapewniającym także skuteczną eksploatację autonomicznych budynków, które mogą także funkcjonować bez zasilania z sieci elektrycznej. Magazynowanie energii w postaci wodoru lub w bateriach elektrycznych wymaga minimalizacji jej zużycia, a właśnie gruntowe pompy ciepła umożliwiają największe ograniczenie zużycia energii pobieranej z sieci. Jednak wciąż praktyczna wiedza o gruntowych pompach ciepła jest domeną niewielu specjalistów z firm instalacyjnych o wieloletniej tradycji lub pracowników naukowych. Cel. Głównym celem autora artykułu było to, aby znajdujące się w nim informacje były zrozumiałe i przydatne dla każdego adepta technologii gruntowych pomp ciepła. Treść artykułu powinna w prosty sposób przybliżyć problematykę właściwego doboru gruntowych pomp ciepła przez osoby nie posiadające gruntownej wiedzy w tej dziedzinie. Publikacja, oprócz podania, w przystępnej formie podstawowych informacji, ma umożliwić i zachęcić, szczególnie studentów, do dalszego samodzielnego kształcenia z wykorzystaniem dostępnej bibliografii. Metody. Artykuł został przygotowany tak, aby umożliwić poznanie i zrozumienie zasady działania gruntowych pomp ciepła. Na podstawie studium przypadku ‒ hali produkcyjno-magazynowej, wykonano analizę porównawczą 3 rodzajów odbiorników ciepła stanowiących górne źródle ciepła. Porównano wpływ głębokości pionowego, gruntowego wymiennika ciepła na parametry pracy pompy ciepła oraz przedstawiono bilanse energetyczne analizowanego układu. Wnioski i odniesienie do praktyki. Dolne źródło ciepła ma największy wpływ na niezawodną i efektywną eksploatację instalacji gruntowej pompy ciepła. Poprawnie zwymiarowany wymiennik gruntowy zapewnia wysoką wydajność układu, a równocześnie błędy popełnione w fazie projektowania lub doboru wymiennika mogą być przyczyną jego trwałego uszkodzenia, a także zanieczyszczenia wód gruntowych. Zastosowanie odpowiednich odbiorników ciepła (górnego źródła) ogranicza koszty eksploatacji budynku, a jednocześnie przy ich doborze należy zwrócić uwagę na praktyczne aspekty eksploatacji instalacji, takie jak przerwy w zapotrzebowaniu na ciepło, zapotrzebowanie na chłód, komfort cieplny użytkowników budynku czy możliwości finansowe inwestora.

EN

The climate policy of the European Union and the increasing pace of decarbonization of the European economy create new opportunities for many young people pursuing technical studies related to renewable energy sources. Many renowned companies producing heating devices that use fossil fuels have already decided to change their profile and start producing heat pumps. Modern buildings should be ecological, and decarbonization of the economy should be supported by nuclear energy, which is increasingly being discussed in the media. The use of heat from the ground, combined with the supply of compressors with green electrical energy, is a real way of energy transformation in heating, also ensuring effective operation of autonomous buildings that can function without power from the electricity grid. Energy storage in the form of hydrogen or electric batteries requires minimizing its consumption, and ground source heat pumps enable the greatest reduction in energy consumption from the grid. However, practical knowledge of ground source heat pumps is still the domain of a few specialists from installation companies with many years of tradition or scientific workers. Objective. The main goal of the article was for the information contained within it to be understandable and useful for every novice of ground source heat pump technology. The content of the article should provide basic information in a simple way to approach the issue of proper selection of ground source heat pumps for people who do not have in-depth knowledge in this field. In addition to providing basic information in an accessible format, the publication should allow and encourage, especially students, to further self-education using the available bibliography. Methods. The article was prepared to enable understanding of the principles of operation of ground source heat pumps. Based on a case study of a production-storage hall, a comparative analysis of three types of heat receivers serving as the upper source of heat was performed. The impact of the depth of the vertical ground heat exchanger on the heat pump’s performance parameters was compared, and energy balances of the analyzed system were presented. Conclusions and practical implications. The lower source of heat has the greatest impact on reliable and efficient operation of ground source heat pump installations. A correctly dimensioned ground heat exchanger ensures high system efficiency, while errors made in the design or selection of the exchanger can cause its permanent damage and groundwater pollution. The use of appropriate heat receivers (upper sources) reduces building operation costs, but at the same time, practical aspects of installation operation should be considered when selecting them, such as breaks in heat demand, cooling demand, user thermal comfort, or investor’s financial capabilities.

5

Wentylacja mechaniczna

Żarski Kazimierz

Budownictwo i Prawo

|

2022

|

R. 25, nr 4

26--30

PL

Prezentowany artykuł jest fragmentem przygotowywanej pozycji wydawniczej „Ogrzewanie, wentylacja, klimatyzacja i przygotowanie ciepłej wody w budynkach jednorodzinnych”. W tekście omówiono zagadnienie systemu wentylacji mechanicznej budynku o wysokiej sprawności odzyskiwania ciepła. Przedstawiono także sposoby wspomagania instalacji wentylacyjnej energią termiczną gruntu.

EN

The presented article is an excerpt from the publication under preparation „Heating, ventilation, air-conditioning and hot water installations in single-family buildings”. The text discusses the issue of the building’s mechanical ventilation system with high heat recovery efficiency. The methods of supporting the ventilation system with the thermal energy of the ground were also presented.

6

Thermal performance evaluation of an earth-to-air heat exchanger for the heating mode applications using an experimental test rig

Ahmad Saif Nawaz, Prakash Om

Archives of Thermodynamics

|

2022

|

Vol. 43, no 1

185--207

EN

This paper presents the experimental investigation of an earth-to-air heat exchanger for heating purposes in the Patna region of India, using an experimental test rig. In the view of the author, real field experiments have several limitations such as lack of repeatability and uncontrolled conditions. It also takes more time for the response of parameters that depends on nature and climate. Moreover, earth-to-air heat exchangers may be expensive to fabricate and require more land area. Thus, in this work authors executed their experimental work in indoor controllable environments to investigate the thermal performance of an earth-to-air heat exchanger. The actual soil conditions were created and maintained the temperature at 26°C throughout the soil in the vicinity of pipes. Three horizontal PVC pipes of equal lengths and diameters of 0.0285 m, 0.038 m and 0.0485 m were installed in the test rig. The experiments were performed for different inlet air velocities at ambient air temperature. This study acknowledges that the maximum rise in outlet temperature occurs at a lower speed for smaller pipes. Also, the maximum effectiveness of 0.83 was observed at 2 m/s for the smallest diameter pipe.

7

Testing the performance of a solar energy cooling system in Baghdad city

Ahmed Muna H., Al-Salihi Ali M., Hussain Hazim H.

Przegląd Naukowy Inżynieria i Kształtowanie Środowiska

|

2021

|

Vol. 30, No. 2

283--292

EN

Renewable energy resources have become a promissory alternative to overcome the problems related to atmospheric pollution and limited sources of fossil fuel energy. The technologies in the field of renewable energy are used also to improve the ventilation and cooling in buildings by using the solar chimney and heat exchanger. This study addresses the design, construction and testing of a cooling system by using the above two techniques. The aim was to study the effects of weather conditions on the efficiency of this system which was installed in Baghdad for April and May 2020. The common weather in these months is hot in Baghdad. The test room of the design which has a size of 1 m3 was situated to face the geographical south. The test room is thermally insulated and connected to a solar chimney which generates a convection current to draw the air out of the room through a heat exchanger. The heat exchanger was submerged in a water tank of 2 m length, 1 m width and 1 m height. It was also covered with a layer of soil mixture with a thickness of 10 cm. The experiment simulates the natural conditions of a shallow water surface, connected to the room from the other side. The study results revealed that the air temperature inside the test room was lower than that of the ambient air outside. Pearson correlation coefficient showed that there was a strong direct relationship between solar radiation, temperature and wind speed from one side and the cooling efficiency from the other side. Also, there was a negative correlation between relative humidity and cooling efficiency.

8

Modeling of Joint Operation of a Ground Soil Heat Exchanger and a Thermal Pump Evaporator

Sydorchuk Bogdan, Naumchuk Oleksandr, Mazurek Paweł A.

Journal of Ecological Engineering

|

2021

|

Vol. 22, nr 2

256--261

EN

The development of civilization is associated with an increase in demand for energy. Nowadays, the technologies using renewable energy sources are particularly important. The heating systems powered by heat pumps are increasingly used. The article presents an integrated mathematical model that takes into account the joint operation of the ground heat exchanger and the internal circuit of the heat pump. Modeling was done in Matlab environment. The modeling results allow optimizing the evaporator design in order to effectively use the heat pump.

9

Aktywna izolacja termiczna

Kisilewicz Tomasz, Fedorczak-Cisak Małgorzata, Barkanyi Tamas

Materiały Budowlane

|

2020

|

nr 1

28--32

10

Przyczyny i skutki przeciążenia dolnego źródła gruntowej pompy ciepła

Stefanowicz Ewelina, Piechurski Krzysztof

Rynek Instalacyjny

|

2019

|

Nr 9

32--36

PL

W artykule przedstawiono przyczyny oraz konsekwencje niewłaściwej eksploatacji gruntowych pomp ciepła. Problem został omówiony na przykładzie danych eksploatacyjnych pracy instalacji grzewczej z pompą ciepła solanka/woda oraz symulacji komputerowych wykonanych w programie Earth Energy Designer.

EN

The article presents the causes and consequences related to improper operation of brine-to-water heat pumps. The problem is discussed on the example of operational data of the heating system with a brine-to-water heat pump and computer simulations performed in Earth Energy Designer software.

11

Numeryczne modelowanie szybkości migracji ciepła w gruntowym wymienniku ciepła w glebach nienasyconych

Sławiński D.

Instal

|

2019

|

nr 2

20--24

PL

Wydajność wymiany ciepła w gruntowych wymiennikach ciepła (GHE) w wielu projektach zmniejsza się wraz z długością czasu eksploatacji. Powoduje to obniżenie wydajności pracy zastosowanej pompy ciepła. Problem wynika głównie z braku pogłębionych badań dotyczących wpływu ogrzewania i wilgotności na pracę gruntowego wymiennika w glebie nienasyconej. W pracy wykorzystano kompleksowy model numeryczny ośrodka porowatego rozwiązujący w sposób symultaniczny bilans masy, pędu i energii. Parametry modelu oparte są na lokalnych warunkach klimatycznych. Odwzorowano numerycznie 8-godzinną pracę pojedynczego otworu z występującą w gruncie migracją wód podskórnych. Uzyskane wyniki porównano z przypadkiem, w którym grunt jest wysycony. Wyniki odczytano dla czterech charakterystycznych punktów wokoło otworu. Wielkości odniesione zostały do objętości sześciennej gruntu. Zaobserwowano dużą dynamikę zmian poszczególnych strumieni w trakcie pracy wymiennika. Wykonano przegląd prac o podobnej tematyce opublikowanych w ostatnim czasie.

EN

The heat transfer efficiency of ground heat exchangers (GHE) in many projects decreases by long time exploitation. This results in the decrease of performance of the heat-pump system. This is mainly because of lacking of the deep research about the heat and moisture transfer influence on the GHE in unsaturated soil. In this work, a comprehensive numerical porous model containing the balance of mass, momentum and energy was used. The parameters of the model are based on local climatic conditions. The 8-hours operation of the ground heat exchanger with migration of moisture in unsaturated soil has been numerically mapped. Results from unsaturated soil we have been compared with results of saturated model. The size of streams have been references to cubic volume of ground. We have been observed high speed of changing parameters in based streams. A review of works on similar topics recently published has been made.

12

Niestacjonarna analiza wymiany ciepła w gruntowym wymienniku ciepła posadowionym na gruntach niewysyconych

Sławiński Daniel

Instal

|

2019

|

nr 9

24--30

PL

Wydajność wymiany ciepła w gruntowych wymiennikach ciepła (GHE) w wielu projektach zmniejsza się wraz z długością czasu eksploatacji. Zaobserwowano duże wahania temperatury w trakcie ładowania wymiennika oraz w trakcie naturalnego stygnięcia. Problem wynika głównie z braku pogłębionych badań dotyczących wpływu ogrzewania oraz migracji wilgotności na pracę gruntowego wymiennika w glebie nienasyconej. W pracy wykorzystano model numeryczny ośrodka porowatego z przepływem płynu wieloskładnikowego. Opis matematyczny wyposażono w dodatkowe strumienie, opisujące wymianę ciepła w elementach podsypki oraz szkielecie modelu porowatego. Odwzorowano geometrycznie oraz matematycznie porowatość gruntu. Wprowadzono definicję temperatury całkowitej. Wyniki porównano z symulacjami wykonanymi dla modelu rozwiązującego klasyczne równanie wymiany ciepła. Model weryfikowano na danych pomiarowych odczytanych dla 3 czujników zamontowanych na różnej głębokości jednego otworu oraz przy różnych przedziałach czasowych. Parametry modelu są oparte na lokalnych warunkach klimatycznych w Jabłonnej w okolicy Warszawy. Odwzorowano numerycznie 24 godzinną pracę pojedynczego otworu. Uzyskane wyniki wykazały dużo większą zbieżność z danymi pomiarowymi niż te uzyskane dla klasycznego modelu opisującego wymianę ciepła. Punktem krytycznym przyjętego modelu był dobór współczynników opisujących opory przepływu i-tych składników w ośrodku porowatym oraz poszczególne człony składowe zaproponowanej definicji temperatury całkowitej. Rozszerzoną dyskusje przeprowadzono w punkcie dotyczącym weryfikacji modelu. Wykonano przegląd prac o podobnej tematyce opublikowanych w ostatnim czasie.

EN

The efficiency of heat exchange in ground heat exchangers (GHE) in many projects decreases throughout their service life. Large temperature fluctuations were observed during feeding of the exchanger and during its natural cooling. This problem stems mainly from the lack of in-depth studies on the impact of heating and humidity migration on the operation of ground heat exchanger in unsaturated soil. In our work we applied a numerical model of a porous medium with multi-component fluid flow. The mathematical description was expanded with additional streams describing the exchange of thermal energy in the backfill material and the structure of the porous model. Ground porosity was mapped geometrically and mathematically. We introduced the definition of total temperature. The results were compared with the simulations performed for the model solving the classic heat exchange equation. The model was verified on the measurement data read for 3 sensors installed at different depths of one hole and at different time intervals. The parameters of the model are based on local climatic conditions of Jabłonna near Warsaw. 24-hour operation of a single hole has been numerically mapped. The results proved a much greater convergence with the actual data than those obtained for the classic model describing heat exchange. The critical point of the model was the selection of coefficients describing the flow resistance of i-components in the porous medium and the individual components of the adopted definition of the total temperature. Extended discussions were carried out in the section on model verification. We also performed a review of works on similar topics published recently.

13

Obliczenia projektowe gruntowych wymienników ciepła pomp ciepła

Zalewski Wojciech

Ciepłownictwo, Ogrzewnictwo, Wentylacja

|

2019

|

T. 50, nr 1

16--21

PL

Gruntowy wymiennik ciepła stanowi istotny element pompy ciepła, decydujący o poprawności działania całego urządzenia. Jego doboru powinno dokonywać się na podstawie wyników przeprowadzonych obliczeń projektowych, uwzględniających specyfikę procesu wymiany ciepła w gruncie. Wśród stosowanych metod obliczeniowych wymienników gruntowych wyróżnić można dwie: metodę Bosego i in. oraz metodę ASHRAE. Celem pracy jest przedstawienie algorytmów obliczeniowych pionowych wymienników gruntowych, przeprowadzenie przykładowych obliczeń projektowych polegających na wyznaczeniu głębokości odwiertów (długości sond) i porównanie wyników obliczeń otrzymanych zastosowanymi algorytmami. W obliczeniach wykorzystano dwie metody oparte na modelu Bosego i in. oraz na modelu ASHRAE, odnoszące się do wymienników typu pojedyncza U-rura dla jednej, trzech i sześciu sond w pętli. Otrzymane za pomocą obu metod wyniki obliczeń długości sond (głębokości odwiertów) nie różnią się zasadniczo między sobą. Większe głębokości odwiertów, a więc mniejsze gęstości strumienia pozyskiwanego z gruntu ciepła otrzymano stosując metodę ASHRAE. Różnice procentowe nie przekraczają 20%. Ze względu na większą uniwersalność modelu Bosego i in. zaleca się stosowanie w praktyce metody obliczeniowej opartej na tym modelu.

EN

The ground heat exchanger is an essential element of the heat pump that determines the correct operation of the entire device. Its selection should be made on the basis of the results of the design calculations that accommodate specificity of the heat exchange process in the ground. Among others, the Bose et al. method and the ASHRAE method are applied to calculate the ground exchangers. The aim of the paper to present the computational algorithms for vertical ground exchanger, run the examples of design calculations that consist of determining the depth of boreholes (the length of tubes) and compare the calculation results obtained with the applied algorithms. Two methods based on the Bose et al. model and the ASHRAE model were used during the calculations. They pertain to the single U-tube type exchanger for either one, three or six tubes in a loop. The calculation results of the length of tubes (the depth of boreholes) obtained with both methods are not fundamentally different. Greater depths of boreholes, and thus lower heat flow rate intensity was achieved using the ASHRAE method. The percentage differences do not exceed 20%. Due to the greater universality of the Bose et al. model, it is recommended to use the calculation method based on this model in practice.

14

Operational research of ground heat pump and passive air conditioning

Gil P., Gałek R., Kiedrzyński K., Kmieciński A.

Zeszyty Naukowe Politechniki Rzeszowskiej. Mechanika

|

2018

|

z. 90 [298], nr 2

153--162

EN

This article presents a passive air conditioning system using the lower source of the ground heat pump. Passive air conditioning uses the natural cold accumulated in the ground especially in the summer season. A hydraulic diagram and the principle of passive air conditioning were presented in the text. The purpose of the measurement was to determine the cooling power, the characteristic temperatures and the soil temperature distribution at the depth of 2 meters at the ground excavated site of the spiral ground heat exchanger. Annual temperature distributions in the ground which directly affect annular cooling power were presented. Advantages and disadvantages of passive air conditioning have also been presented.

PL

W artykule przedstawiono wyniki badań eksploatacyjnych gruntowej pompy ciepła i pasywnego układu klimatyzacji. Pasywna klimatyzacja wykorzystuje dolne źródło gruntowej pompy ciepła oraz naturalne zimno zgromadzone w ziemi, szczególnie w sezonie letnim. W tekście przedstawiono schemat hydrauliczny i zasadę działania pasywnej klimatyzacji. Celem pomiaru było określenie mocy chłodniczej, charakterystycznych temperatur i rozkładu temperatury w gruncie na głębokości 2 m w miejscu zakopania gruntowego wymiennika ciepła. Przedstawiono roczne rozkłady temperatury w gruncie, które bezpośrednio wpływają na uzyskaną moc chłodniczą. Przedstawiono zalety i wady zaprezentowanej pasywnej klimatyzacji.

15

Gruntowe wymienniki ciepła jako wspomaganie wentylacji mechanicznej

Kurowski K.

Rynek Instalacyjny

|

2018

|

Nr 9

54--59

PL

Gruntowe wymienniki ciepła mogą być ciekawym uzupełnieniem instalacji wentylacji mechanicznej budynku energooszczędnego. Przed ich wykorzystaniem warto poznać nie tylko korzyści z ich zastosowania, ale i istotne ograniczenia. W artykule przedstawiono również rodzaje stosowanych rozwiązań oraz możliwe sposoby ich wykorzystania.

EN

Ground heat exchangers can be an interesting addition to the mechanical ventilation system of an energy-efficient building. Before using them it is worth to know not only the benefits of their use, but also important limitations. The article also presents the types of applied solutions and possible ways of their use.

16

Ground as a source of heat for heat pumps

Matysko R.

Journal of Mechanical and Energy Engineering

|

2018

|

Vol. 2, No 2

131--137

EN

Heat pumps are an ideal solution for use in newly built passive and energy-plus buildings. One of the many problems present in such construction is the choice of the operational parameters of the lower heat source and the selection of a ground regeneration system which would enable effective regeneration in a short period of time and at a minimal cost. This article presents the heat analysis of the ground from which heat is obtained for heating purposes. The author also analyses ground heating, as the heat is delivered to it via regeneration systems. The presented in article results allow us to estimate the ground's thermal states based on lowered ambient temperature and the possible use of a lower heat pump source regeneration process. The original contribution in article is the calculation results of the ground behavior at the transient regeneration and heat consumption realized by the heat pump system.

17

Termiczna adaptacja pionowego gruntowego wymiennika ciepła w wyniku oddziaływania cyklicznych obciążeń cieplnych

Sławiński D., Badur J.

Instal

|

2018

|

nr 7/8

11--14

PL

W pracy wykorzystano kompleksowy model numeryczny rozwiązujący w sposób symultaniczny bilans masy, pędu i energii. Parametry modelu są oparte na lokalnych warunkach klimatycznych występujących w rejonie Jabłonnej k. Warszawy. Odwzorowano numerycznie 8 dniową pracę gruntowego wymiennika ciepła współpracującego z pompą ciepła. Wymiennik regenerowano cyklicznie ciepłem odpowiadającym rzeczywistym parametrom uzyskiwanym w kolektorze słonecznym. Zaobserwowano zjawisko adaptacji cieplnej wymiennika do zadanego cyklu pracy. Wyniki uzyskane numerycznie poddano weryfikacji z danymi rejestrowanymi na obiekcie. Wykonano przegląd prac o podobnej tematyce opublikowanych w ostatnim czasie.

EN

In the paper a comprehensive model was used with balance of mass, momentum and energy. The model uses local climatic conditions from the vicinity of Jabłonna near Warsaw. The 8-day work of a ground heat exchanger co-operating with a heat pump has been numerically mapped. Soil in heat exchanger has been regenerated with heat used from solar collector. The phenomenon of thermal adaptation of the exchanger to the work cycle was observed. The results of the numerical solution have been confirmed on the data from the experiment. A review of works on similar topics recently published has been made.

18

Uproszczony model numeryczny gruntowego powietrznego wymiennika ciepła współpracującego z rekuperatorem w systemie wentylacji mechanicznej budynku przedszkolnego

Bartyzel F., Wojtas K.

Fizyka Budowli w Teorii i Praktyce

|

2018

|

T. 10, nr 1

5--11

PL

Stojąc w obliczu wprowadzenia obowiązku stosowania europejskich przepisów dotyczących budynków oraz ich efektywności energetycznej po 2020 roku, czyli konstruowania budynków w standardach „nZEB” (Nearly Zero-Energy Buildings) nieuniknione staje się wymaganie jak najszerszego zastosowania w nich rozwiązań opartych na pozyskaniu energii z odnawialnych jej źródeł. Jednym z nich, coraz powszechniej stosowanym w instalacjach wentylacji mechanicznej budynków jest Gruntowy Powietrzny Wymiennik Ciepła (GPWC). Jest to stosunkowo proste w budowie i działaniu rozwiązanie, w którym powietrze wentylujące przestrzeń budynku jest czerpane z zewnątrz poprzez rurowy wymiennik ciepła zagłębiony w gruncie i dzięki stosunkowo stabilnej jego temperaturze powietrze dopływające do centrali wentylacyjnej jest wstępnie podgrzewane w okresie zimowym i ochładzane w okresie letnim. Dodatkowo, w okresie występowania wysokich temperatur i potrzeby chłodzenia budynków, wykroplenie wilgoci zachodzące w GPWC pozwala na zmniejszenie nakładów energii na chłodzenie i osuszanie powietrza w centrali wentylacyjnej. W artykule przedstawiono koncepcję zastosowania GPWC w budynku użyteczności publicznej (przedszkole), w którym ilość i jakość powietrza wentylacyjnego odgrywają ważną rolę w tworzeniu klimatu wewnętrznego. Zasadniczą część artykułu stanowi opis modelu matematycznego pozwalającego na wyznaczanie parametrów powietrza na wylocie GPWC przy okresowo zmiennych parametrach powietrza zewnętrznego (na wlocie do wymiennika). Jest to pierwszy etap szerzej zakrojonych prac autorów mających na celu kompleksową analizę zarówno jakościową jak i ilościową rozwiązania w opozycji do innych rozwiązań wentylacji mechanicznej z odzyskiem ciepła.

EN

Facing implementation of the European legislation concerning EPBD and energy efficiency (EED) directives, which demands, by the year 2020 construction of the so-called nZEB (Nearly Zero-Energy Buildings) force the designers to use new energy-saving technologies in the buildings’ constructions and installations. Particular attention should be paid then onto looking for opportunities of using energy from renewable resources. One of the solutions enabling the acquisition of such energy is ground-coupled heat exchanger. It is relatively simple installation, both in design and operation dedicated for heating (and/or cooling) of the air flowing through it, using the ambient heat stored in the soil. The use of ground-to-air heat exchanger (GEX) allows to stabilize temperature of the outside air supplied to the air handling unit during the season. The paper presents the concept of GEX used in a kindergarten building. An 1-D numerical model allowing simulations of the parameters of the air flowing through the heat exchanger was developed to achieve the energetic performance of the GEX all over the yearly operation. The main goal of presented model was to perform the energetic and economic comparison of the ventilation system equipped with GEX with standard Air Handling Unit equipped with counter flow recuperator supported with electric preheater.

19

Straty ciepła w przewodach zbiorczych gruntowych źródeł ciepła

Sabiniak H. G., Kunikowska W., Adamiak T.

Ciepłownictwo, Ogrzewnictwo, Wentylacja

|

2018

|

T. 49, nr 2

56--60

PL

Obecnie wraz z rosnącym zapotrzebowaniem na ciepło, ważne jest stosowanie odnawialnych źródeł energii do jego pozyskiwania. Grunt charakteryzuje się wysoką akumulacyjnością, dużą dostępnością oraz co ważne stałą i wysoką temperaturą w ciągu roku. Głównym celem badań było sprawdzenie wpływu zmiennej geometrii modelu przewodów zbiorczych gruntowych wymienników ciepła, takich jak głębokość ich ułożenia i odległości między nimi na straty ciepła, temperaturę gruntu, gęstość strumienia ciepła. Obliczenia wykonano przy użyciu programu ANSYS w oparciu o metodę skończonej objętości.

EN

Nowadays, with rising energy consumption, it is really important to use renewable sources. Ground is characterized by high thermal storage capacity, general accessibility and the most importantly, consistent high temperatures throughout the year. The main purpose of my article is show influence of variable factors such as the depth of foundation and the distance between the pipes on the heat loss, the temperature of the ground and heat flux density in the collecting pipes of ground heat exchangers. Calculation was made with using ANSYS program based on finite volume method. This study is a valuable advice when performing detailed calculations and simulations for collective pipe in typical installations of heat pumps with horizontal or vertical ground collector.

20

Analiza opłacalności stosowania gruntowego powietrznego wymiennika ciepła w budynkach jednorodzinnych

Müller J., Wdowiak D.

Ciepłownictwo, Ogrzewnictwo, Wentylacja

|

2018

|

T. 49, nr 11

450--454

PL

W artykule przedstawiono wyniki porównawczych obliczeń dwóch systemów wentylacji budynków jednorodzinnych. Pierwszy to wentylacja mechaniczna wspomagana gruntowym wymiennikiem ciepła (GWC), drugi to wentylacja mechaniczna oraz klimatyzator typu multi-split. Analiza energetyczna oraz ekonomiczna, których podstawą są dane meteorologiczne ma odpowiedzieć na pytanie, czy są to systemy równoważne, lub który z nich jest efektywniejszy. Szczególną uwagę poświęcono pracy wymiennika w lecie ponieważ zyski ciepła, a więc potencjalne zapotrzebowanie na chłód budynku nie jest prostą funkcją temperatury. Przeprowadzono porównanie kosztów inwestycyjnych oraz eksploatacyjnych instalacji GWC z klimatyzacją typu multi-split analizowanego budynku. W wypadku systemu wentylacji z GWC obliczenia uwzględniały godzinową zmienność zapotrzebowania na chłód, zmienność strumienia ciepła dostarczanego (lub odbieranego) w GWC, zmianę sprawności odzyskiwania ciepła ze zmianą temperatury powietrza dolotowego do rekuperatora w centrali wentylacyjnej oraz wzrost kosztów energii elektrycznej dostarczanej na potrzeby przetłaczania powietrza przez dodatkowy kanał. W wypadku systemu z klimatyzatorem uwzględniono różnicę kosztów eksploatacyjnych wynikającą ze zmiany efektywności energetycznej obiegu chłodniczego, jak również redukcję wydajności do poziomu odpowiadającego wydajności chłodniczej GWC. Analiza wykazała bardzo długi czas zwrotu inwestycji w GWC (ponad 27 lat) oraz znacząco niewystarczającą wydajność chłodniczą gruntu w stosunku do rzeczywistych potrzeb. Zyski ciepła były dziewięciokrotnie wyższe niż strumień chłodu możliwy do uzyskania w GWC. Do analizy wykorzystano własne arkusze kalkulacyjne, dane meteorologiczne dostępne na stronach internetowych Ministerstwa oraz program obliczeniowy GWC jednego z producentów wymienników.

EN

The article presents the results of comparative calculations carried out on two systems considered to be an alternative to single-family buildings. One is mechanical ventilation supported by a ground heat exchanger, the other is mechanical ventilation and a multi-split air conditioner. Energy and economic analysis based on meteorological data is to answer the question whether these are equivalent systems and which one is more effective. Particular attention was paid to the work of the heat exchanger in the summer because the heat gains and therefore the potential cooling demand of the building is not a simple function of temperature. A comparison of the costs of installation and operation of GWC with multi – split air conditioning dedicated to the analyzed building was carried out. For the GWC ventilation system, the calculations took into account the hourly variability of cold demand, variability of the heat supplied (or received) in GWC, change in the efficiency of heat recovery with change of the inlet air temperature to the recuperator in the ventilation unit and the increase in the cost of electricity supplied through the additional air channel. For the system with the air conditioner, the difference in operating costs due to the change in energy efficiency of the operating refrigeration cycle was taken into account, as well as the efficiency reduction to the level corresponding to the GWC cooling capacity. The analysis showed a very long payback period for investments in GWC (over 27 years) and significantly insufficient cooling capacity of the ground in relation to real needs. Heat gains were nine times higher than the cold gain from the GWC. Our own spreadsheets, meteorological data available on the Ministry’s website and the GWC calculation program of one of the exchanger producers were used for the analysis.