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

Abstrakt

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 całko witej. 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 pojedyncze go 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.