Повышение эффективности геотермального теплообменника
Автор: Половников В. Ю., Шелемехова С. Д., Любивый Е. В.
Журнал: Журнал Сибирского федерального университета. Серия: Техника и технологии @technologies-sfu
Рубрика: Исследования. Проектирование. Опыт эксплуатации
Статья в выпуске: 7 т.17, 2024 года.
Бесплатный доступ
В настоящее время самым активно развивающимся вариантом использования геотермальной энергии являются тепловые насосы с грунтовыми теплообменниками. Для обеспечения условий идеального теплового контакта между элементами рассматриваемой системы используются увлажненные засыпки из песка. Использование увлажненного песка в качестве засыпки неизбежно будет связано с наличием фазовых переходов и изменением механизмов теплопереноса в конструкции геотермального теплообменника. В статье показана возможность повышения эффективности геотермального теплообменника за счет изменения теплопроводности элементов его конструкции и наличия фазовых переходов в них. Установлено, что учет наличия фазового перехода в песчаной засыпке приводит к росту теплопритоков на 16,13-21,81 % в зависимости от температуры разогретых пород и объемной влажности засыпки. Также выявлено существенное влияние нестационарности процессов переноса и температур горячих пород на интенсификацию теплообмена в рассматриваемой системе.
Геотермальная энергия, геотермальный теплообменник, математическое моделирование, теплопритоки
Короткий адрес: https://sciup.org/146282955
IDR: 146282955
Список литературы Повышение эффективности геотермального теплообменника
- Dincer I., Acar C. A review on clean energy solutions for better sustainability. International Journal of Energy Research. 2015. 39(5). 585–606. DOI: 10.1002/er.3329.
- Ellabban O., Abu-Rub H., Blaabjerg F. Renewable energy resources: Current status, future prospects and their enabling technology. Renewable and Sustainable Energy Reviews. 2014. 39. 748–764. DOI: 10.1016/j.rser.2014.07.113.
- Zhang W., Li W., Sørensen B. R., Cui P., Man Y., Yu M., Fang Z. Comparative analysis of heat transfer performance of coaxial pipe and U‑type deep borehole heat exchangers, Geothermics, 2021, 96, 102220.
- Wang Z. H., Wang F. H., Liu J. Field test and numerical investigation on the heat transfer characteristics and optimal design of the heat exchangers of a deep borehole ground source heat pump system, Energy Convers. Manag., 2017, 153, 603–615.
- Deng J. W., Wei Q. P., Liang M. Field test on energy performance of medium-depth geothermal heat pump systems (MD-GHPs), Energy Build., 2019, 184, 289–299.
- Bu X. B., Ran Y. M., Zhang D. D. Experimental and simulation studies of geothermal single well for building heating, Renew. Energy, 2019, 143, 1902–1909.
- Nian Y. L., Cheng W. L., Yang X. Y. Simulation of a novel deep ground source heat pump system using abandoned oil wells with coaxial BHE, Int. J. Heat Mass Transf., 2019, 137, 400–412.
- Zhang F. F., Yu M. Z., Sorensen B. R. Heat extraction capacity and its attenuation of deep borehole heat exchanger array, Energy, 2022, 254, 124430.
- Cai W. L., Wang F. H., Jiang J. H. Long-term performance evaluation and economic analysis for deep borehole heat exchanger heating system in weihe basin, Front. Earth Sci., 2022, 10, 806416.
- Park H., Lee S-R., Yoon S. Jung-Chan Choi Evaluation of thermal response and performance of PHC energy pile: Field experiments and numerical simulation, Applied Energy, 2013, 103, 12–24.
- Cao Z., Zhang G., Liu Y., Zhao X., Li C. Influence of backfilling phase change material on thermal performance of precast high-strength concrete energy pile, Renewable Energy, 2022 184, 374–390.
- Журмилова И. А., Штым А. С. Теплофизические свойства увлажненного песка – наполнителя для скважин с грунтовыми теплообменниками, Вестник Инженерной школы Дальневосточного федерального университета, 2017, 2, 100–109. [Zhurmilova I. A., Shtym A. S. Thermophysical properties of the moistened sand used as filler for boreholes with ground heat exchangers, Vestnik Inzhenernoi shkoly DVFU, FEFU: School of Engineering Bulletin, 2017, 2, 100–109 (In Rus.)].
- Половников В. Ю. Интенсификация теплоподвода к геотермальным теплообменникам. В. Ю. Половников, С. Д. Шелемехова, Е. В. Любивый. Журн. Сиб. федер. ун-та. Техника и технологии, 2024, 17(1). 14–22. EDN: CZATZA [Polovnikov V. Yu., Shelemehova S. D., Lyubivyj E. V. Intensification of heat gain to geothermal heat exchangers. J. Sib. Fed. Univ. Eng. & Technol., 2024, 17(1), 14–22. EDN: CZATZA (In Rus.)].
- Половников В. Ю., Губина Е. В. Тепломассоперенос в увлажненной тепловой изоляции теплопроводов, работающих в условиях затопления. Инженерно-физический журнал. 2014. 87. 5. 1106–1112. [Polovnikov V. Y., Gubina E. V. Heat and Mass Transfer in a Wetted Thermal Insulation of hot Water Pipes Operating Under Flooding Conditions. Journal of Engineering Physics and Thermophysics, 2014, 87(5), 1106–1112 (In Rus.)].
