АНАЛІЗ МЕТОДІВ ПРОГНОЗУВАННЯ ПРОДУКТИВНОСТІ ГЕОТЕРМАЛЬНИХ ТЕПЛООБМІННИКІВ ДЛЯ ВЛАШТУВАННЯ ТЕПЛОНАСОСНИХ УСТАНОВОК
DOI:
https://doi.org/10.32347/2076-815x.2024.85.494-504Ключові слова:
енергетична ефективністьАнотація
На сучасному етапі розвитку України проблеми ефективного використання паливно-енергетичних ресурсів та екологічної безпеки є одними з найважливіших. Житлово-комунальне господарство належить до числа найбільших споживачів енергії в державі та, відповідно, джерел забруднення довкілля. Запровадження стандартів «зеленого будівництва» в європейських країнах довели свою дієвість щодо скорочення негативного впливу забудови та інженерної інфраструктури на навколишнє природне середовище.
Запропоновано технічне вирішення проблеми стосовно джерела альтернативної енергії за рахунок використання теплоти приповерхневих шарів земної кори. На глибині розміщення зондів-теплообмінників, які структурно входять до складу теплонасосних установок, температура грунту практично незмінна протягом року і позитивна. Для підвищення експлуатаційної надійності установок застосовано незамерзаючі розчини гліколю.
Комплексний аналіз публікацій та літератури демонструє відсутність наявного чіткого сценарію щодо необхідних кроків задля визначення основних параметрів теплонасосних установок великої потужності (більше 30 кВт). Державні нормативні документи містять вимоги лише для відносно малих за продуктивністю систем. Проте, навіть для таких систем питомі значення відібраної теплової енергії вказані у вигляді діапазонів, розбіжність яких сягає майже 40 % між мінімальним та максимальним значенням для певного типу ґрунту. Таким чином, результуючий ефект виробництва теплової енергії не може бути визначений точно. Пропонована методологія розрахунку не дозволяє врахувати взаємний вплив теплообмінників між собою. А також, неможливо врахувати вплив ґрунтових вод. Але беручи до уваги низьку річну енергопродуктивність, даний підхід можна вважати допустимим.
Для більш потужних систем пропонується виконувати індивідуальні розрахунки, без чіткої дорожньої карти Точні розрахунки теплонасосних систем великої потужності можуть бути проведені тільки за допомогою комп’ютерного моделювання методом кінчених елементів. Вихідна інформація може бути отримана шляхом влаштування на проектному майданчику тестового геотермального зонду або групи зондів, з яким проводять «випробування теплового сприйняття» - thermal response test (TRT).
Посилання
Pro skhvalennya Enerhetychnoyi stratehiyi Ukrayiny na period do 2035 roku “Bezpeka, enerhoefektyvnistʹ, konkurentospromozhnistʹ”: Rozporyadzh. Kab. MinistrivUkrayiny vid 18.08.2017 r. № 605-r: stanom na 21 kvit. 2023 r. URL:
https://zakon.rada.gov.ua/laws/show/605-2017-р#Text. (data zvernennya: 17.03. 2024). {in Ukrainian}
Pro vnesennya zmin do Zakonu Ukrayiny "Pro teplopostachannya" shchodo stymulyuvannya vyrobnytstva teplovoyi enerhiyi z alʹternatyvnykh dzherel enerhiyi: Zakon Ukrayiny vid 21.03.2017 r. № 1959-VIII. URL:https://zakon.
rada.gov.ua/ laws/show/1959-19#Text. (data zvernennya: 17.03.2024). {in Ukrainian}
DSTU B V.2.5-44:2010. Inzhenerne obladnannya budynkiv i sporud. Proektuvannya system opalennya budivelʹ z teplovymy nasosamy (EN 154550:2007, MOD). Chynnyy vid 2010-02-02. Vyd. ofits. {in Ukrainian}
DSTU EN 378-4:2014. Kholodylʹni ustanovky ta teplovi nasosy. Bezpechnistʹ ta ekolohichni vymohy. Chastyna 4. Ekspluatatsiya, tekhnichne obsluhovuvannya, remont i ponovlennya (EN 378-4:2008+A1:2012, IDT). Na zaminu DSTU EN 378-4:2005; chynnyy vid 2015-07-01. Vyd. Ofits. {in Ukrainian}
Allan M., Philippacopoulos A. Thermally conductive cementitious grouts for geothermal heat pumps. progress report by 1998. New York: Brookhaven National Lab. (BNL), Upton, NY (United States), 1998. 78 с. URL: https://doi.org/10.2172/760977 (data zvernennya: 17.03.2024). {in English}
Ashrae. 2019 ASHRAE Handbook - HVAC Applications. Ashrae, 2019. 1408 p. {in English}
Dincer I., Ozturk M. Geothermal energy systems. Elsevier, 2020. 410 p. {in English}
Kavanaugh S. Ground and water source heat pumps: a manual for the design and installation of ground-coupled, groundwater, and lake water heating and cooling systems in southern climates. Oklahoma State University. 154 p. {in English}
Ingersoll L.R., Zobel O.J., Ingersoll A.C. Heat conduction with engineering, geological, and other applications. Physics today. 1955. Т. 8, № 3. С. 17. URL: https://doi.org/10.1063/1.3061951 (data zvernennya: 17.03.2024). {in English}
Ochsner K. Geothermal heat pumps. A guide for planning and installing. London: Earthscan, 2007. 167 p. {in English}
Rafferty K., Kavanaugh S. Ground source heat pumps design of geothermal systems for commercial and institutional buildings (#90376). Amer Society of Heating Refrig. 135 p. {in English}
Infinite borehole field model–a new approach to estimate the shallow geothermal potential of urban areas applied to central Budapest, Hungary / K. Korhonen та ін. Renewable energy. 2023. URL: https://doi.org/10.1016/j.renene.2023.03.043 (data zvernennya: 17.03.2024). {in English}
Tarrad A.H. 3D numerical modeling to evaluate the thermal performance of single and double u-tube ground-coupled heat pump. High Tech and innovation journal. 2022. Т. 3, № 2. С.115–129. URL: https://doi.org/10.28991/hij-2022-03-02-01 (data zvernennya: 17.03.2024). {in English}
Zanchini E., Jahanbin A. Finite-element analysis of the fluid temperature distribution in double U-tube Borehole Heat Exchangers. Journal of physics: conference series. 2016. Т. 745. С. 032002. URL: https://doi.org/10.1088/1742-6596/745/3/032002 (data zvernennya: 17.03.2024). {in English}
Mazzotti Pallard W., Lazzarotto A. Thermal response tests: a biased parameter estimation procedure? Geothermics. 2021. Т. 97. С. 102221. URL: https://doi.org/10.1016/j.geothermics.2021.102221 (data zvernennya: 17.03.2024). {in English}
Seasonal changes in thermal process based on thermal response test of borehole heat exchanger / M. Yoshioka та ін. Geothermics. 2022. Т. 102. С. 102390. URL: https://doi.org/10.1016/j.geothermics.2022.102390 (data zvernennya: 17.03.
. {in English}
VDI 4640 Blatt 1: 2000-12: Thermiche Nutzung des Untergrundes. Bauphysik. 2001. Т. 23, № 2. С. 115. URL: https://doi.org/10.1002/bapi.200100590 (data zvernennya: 17.03.2024). {in English}
VDI 4640 Blatt 2 zur Installation von erdge koppelten Wärme pumpen. Bauphysik. 2019. Т. 41, № 4. С. 198. URL: https://doi.org/10.1002/bapi.201970403 (data zvernennya: 17.03.2024). {in English}
Jamieson J. C. Heat conduction, with engineering, geological, and other applications. L.R. Іngersoll, O.J. Zobel, A.C. Іngersoll. The journal of geology. 1955. Т. 63, № 2. С. 196. URL: https://doi.org/10.1086/626247 (data zvernennya:
03.2024). {in English}
Guernsey E., Betz P., Skau N. Earth as a heat source or storage medium for the heat pump. Heating, piping & air conditioning. 1949. Vol. 21. P. 117–122. {in English}
Eskilson P., Claesson J. Simulation model for thermally interacting heat extraction boreholes. Numerical heat transfer. 1988. Т. 13, № 2. С. 149–165. URL: https://doi.org/10.1080/10407788808913609 (data zvernennya: 17.03.2024). {in
English}
##submission.downloads##
Опубліковано
Як цитувати
Номер
Розділ
Ліцензія
Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.
