W artykule przedstawiono modele numeryczne pracy sond gruntowych typu U oraz pierścieniowej. Modele zweryfikowano, porównując obliczone parametry pracy z wynikami własnych badań eksperymentalnych sond rzeczywistych o głębokości 30 m i standardowych parametrach geometrycznych i przepływowych. Wyniki obliczeń dały zadowalającą dokładność - rozbieżność wyniosła 4% oraz 19% odpowiednio dla sondy typu U i pierścieniowej. Opracowane modele wykorzystano do obliczeń oporu cieplnego i hydraulicznego sondy typu U i pierścieniowej o głębokości 30 m. Obliczenia wykonano przy stałych wartościach średnicy odwiertu o strumieniu masy czynnika roboczego oraz zmiennych średnicach ramion U-rury oraz rury zewnętrznej i wewnętrznej wymiennika pierścieniowego. Otrzymane wyniki pokazały, że zwiększenie średnic rur obu wymienników skutkuje mniejszymi wartościami oporu cieplnego Ref i hydraulicznego ∆pL. W zakresie analizowanych geometrii U-rury osiągały Ref= 0,0612 K∙m/W i ∆pL = 150,47 Pa/m, a wymienniki pierścieniowe charakteryzował o 94% niższy opór hydrauliczny wynoszący ∆pL = 9,05 Pa/m i podobna wartość oporu cieplnego Ref= 0,071 K m/W. Przeanalizowano efekt bocznego przewodzenia ciepła w sondach gruntowych. Wyeliminowanie bocznego efektu cieplnego zmniejsza opór cieplny o <1% w porównaniu z wymiennikami standardowymi.
EN
In this paper we propose a numerical model of U-pipe and annular BHE operation. The proposed models have been verified by comparing calculated operational parameters with our own experimental study of actual heat exchangers of 30-m depth and standard geometric and flow characteristics. Results show sufficient agreement - the discrepancy is 4% and 19% for U-pipe and annular BHE cases, respectively. The proposed models are used for determination of thermal and hydraulic resistances of U-pipes and annular BHEs with the depth of 30 m. Calculations are performed under constant borehole diameter and mass flow rate of the working fluid and varying diameters of U-pipe legs and external/internal pipes of the annular BHE. Obtained results show that increasing pipe sizes for both U-pipe and annular heat exchangers causes the thermal resistance Ref and the hydraulic resistance ∆pL to fall. Within the range of analyzed parameters the most effective U-pipe geometry has Ref of 0.0612 K m/W and ∆pL = 150.47 Pa/m, and the most effective annular BHE has a 94% lower hydraulic resistance (∆pL = 9.05 Pa/m) and similar thermal resistance of 0.071 K∙m/W. The effect of thermal shunting on BHE operation is also studied. Eliminating thermal shunting yields less than 1% lower thermal resistance compared to standard BHEs.
JavaScript jest wyłączony w Twojej przeglądarce internetowej. Włącz go, a następnie odśwież stronę, aby móc w pełni z niej korzystać.