Моделювання температурного поля в ґрунтовому масиві для різних режимів роботи ґрунтового теплового насоса

Анотація

У цій статті виконано моделювання впливу режимів роботи ґрунтового теплового насоса систем опалення та кондиціонування з використанням геотермального джерела енергії зі свердловини на температуру ґрунтового пласта навколо свердловини з урахуванням кліматичних умов України. Запропонована методологія моделювання ґрунтового теплового насоса, з урахуванням реверсивного напрямку теплового потоку для режимів роботи опалення та охолодження, є внеском у методи моделювання енергетичних систем. Кінцевою ціллю є отримання критеріальних залежностей для розрахунку робочих параметрів геотермальної свердловини та розробка методики проектування геотермальних свердловин з урахуванням їх тривалої експлуатації в циклічному режимі. Ідея, що лежить в основі методу, передбачає високу просторову та часову роздільну здатність, а також включення технічних деталей системи живлення та формування температури ґрунтового масиву ґрунту навколо свердловини для кліматичних умов України та Півдня. Східні регіони Європи. Новизна цього методу полягає в тому, що для аналізу різних оборотних режимів роботи ґрунтового теплового насоса для опалення та охолодження обрано використання параметричного підходу. Це дає уявлення про систематичні ефекти роботи ґрунтового теплового насоса з регенерацією з обмеженням досягнення негативних температур на дні свердловини, що може призвести до утворення льоду, збільшення об’єму ґрунтового масиву при промерзанні та руйнування трубопроводи. У статті описано зміну температури ґрунтового масиву за умов роботи теплового насоса в двох режимах – стаціонарному та зі змінним «теплопостачання – охолодження (кондиціонування)» для тривалої роботи. На основі отриманих результатів виявлено, що при роботі геотермальної свердловини зі змінним напрямком теплового потоку (з регенерацією) зменшуються віддалені наслідки експлуатації, пов’язані з відхиленням температури ґрунтового масиву від фонового значення. Отримано додаткову новизну моделювання робочих параметрів геотермального джерела енергії з урахуванням тривалого оборотного режиму роботи теплового насоса. Модель енергетичного балансу добре підходить для аналізу температури в придонній частині геотермальних свердловин, виявлено для систем опалення та кондиціонування повітря через нестаціонарні теплові навантаження, що визначаються кліматичними умовами України та південно-східних регіонів. Європи. Отримані результати можуть слугувати новим підходом до оптимізації техніко-економічних показників геотермальних свердловин при експлуатації ґрунтового теплового насоса, що працює з урахуванням реверсивного напрямку теплового потоку для режимів роботи опалення та охолодження, для постійного підвищення енергоефективності.