energyЭнергетика. Известия высших учебных заведений и энергетических объединений СНГENERGETIKA. Proceedings of CIS higher education institutions and power engineering associations1029-74482414-0341BNTUenergy-144Research ArticleТЕПЛОЭНЕРГЕТИКАНEAT POWER ENGINEERINGТепловой расчет вертикальных грунтовых теплообменниковHeat Calculation of Borehole Heat ExchangersФилатовС. О.FilatovS. O.

Аспирант

energy@bntu.byБелорусский национальный технический университетБеларусьBelarusian National Technical UniversityBelarus2013090820130481–90Copyright © Филатов С.О., 20132013Филатов С.О.Filatov S.O.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://energy.bntu.by/jour/article/view/144

Статья посвящена методу теплового расчета вертикальных грунтовых теплообменников (ВГТО), который может быть использован для проектирования и оптимизации их конструктивных параметров и входить в состав комплексной математической модели системы теплоснабжения с тепловым насосом на основе утилизации низкопотенциальной теплоты грунта.

Разработанный метод расчета основан на приведении общего решения задачи о переносе теплоты в ВГТО с учетом теплообмена между нисходящим и восходящим потоками теплоносителя к решению для граничного условия 1-го рода на стенке скважины. Для определения сопротивления теплопередаче использован метод электротепловой аналогии, а коэффициент формы для расчета термического сопротивления заполнителя скважины получен численно. Представлены результаты теплового расчета различных конструкций ВГТО по предлагаемому методу.

The paper considers a heat calculation method of borehole heat exchangers (BHE) which can be used for designing and optimization of their design values and included in a comprehensive mathematical model of heat supply system with a heat pump based on utilization of low-grade heat from the ground.

The developed method of calculation is based on the reduction of the problem general solution pertaining to heat transfer in BHE with due account of heat transfer between top-down and bottom-up flows of heat carrier to the solution for a boundary condition of one kind on the borehole wall. Used the a method of electrothermal analogy has been used for a calculation of the thermal resistance and  the required shape factors for calculation of  a borehole filler thermal resistance have been obtained numerically. The paper presents results of heat calculation of various BHE designs in accordance with the proposed method.

ReferencesEskilson, P. Thermal analysis heat extraction boreholes: Ph. D. Thesis / P. Eskilson. – Lund, 1987. – 264 p.Eskilson, P. Thermal analysis heat extraction boreholes: Ph. D. Thesis / P. Eskilson. – Lund, 1987. – 264 p.Numerical Modeling of Solar Heat Storage Using Large Arrays of Borehole Heat Exchangers / H.-J. G. Diersch [et al.] // Proceedings World Geothermal Congress 2010, Bali, Indonesia, 25–29 April 2010 [Electronic resource]. – 2010. – Mode of access: http://www.itw.unistuttgart.de/abteilungen/rationelleEnergie/pdfdateien/10-03.pdf. – Date of access: 04.05.2012.Numerical Modeling of Solar Heat Storage Using Large Arrays of Borehole Heat Exchangers / H.-J. G. Diersch [et al.] // Proceedings World Geothermal Congress 2010, Bali, Indonesia, 25–29 April 2010 [Electronic resource]. – 2010. – Mode of access: http://www.itw.unistuttgart.de/abteilungen/rationelleEnergie/pdfdateien/10-03.pdf. – Date of access: 04.05.2012.FEFLOW. Finite Element Subsurface Flow & Transport Simulation System. White Papers Vol. V [Electronic resource]. – 2010. – Mode of access: http://www.feflow.info/uploads/mediawhite_papers_vol5_01.pdf. – Date of access: 10.03.2012.FEFLOW. Finite Element Subsurface Flow & Transport Simulation System. White Papers Vol. V [Electronic resource]. – 2010. – Mode of access: http://www.feflow.info/uploads/mediawhite_papers_vol5_01.pdf. – Date of access: 10.03.2012.Sole/Wasser-Wärmepumpe Logatherm WPS 6–11 K und WPS 6–17 mit 6 kW bis 17 kW [Electronic resource]. – 2008. – Mode of access: http://www.buderus.si/za-projektante/projektantske-podloge/ostalo/toplotne-crpalke/Toplotne-crpalke-WPS-WPS-K-DE.pdf – Date of access: 10.04.2012.Sole/Wasser-Wärmepumpe Logatherm WPS 6–11 K und WPS 6–17 mit 6 kW bis 17 kW [Electronic resource]. – 2008. – Mode of access: http://www.buderus.si/za-projektante/projektantske-podloge/ostalo/toplotne-crpalke/Toplotne-crpalke-WPS-WPS-K-DE.pdf – Date of access: 10.04.2012.Geothermal heat exchanger: pat. US 20080289795A1, Int. Cl. F24J 3/08 / J. Hardin, Z. Changchun; Appl. No.: 12/126, 868; Filed: 24.05.2008; Pub. Date 27.11.2008.Geothermal heat exchanger: pat. US 20080289795A1, Int. Cl. F24J 3/08 / J. Hardin, Z. Changchun; Appl. No.: 12/126, 868; Filed: 24.05.2008; Pub. Date 27.11.2008.Трубы напорные из полиэтилена. Технические условия: ГОСТ 18599–2001. – Введ. 01.10.2006. – Минск: Межгос. совет по стандартизации, метрологии и сертификации: СТАНДАРТИНФОРМ, 2008. – 38 с.Трубы напорные из полиэтилена. Технические условия: ГОСТ 18599–2001. – Введ. 01.10.2006. – Минск: Межгос. совет по стандартизации, метрологии и сертификации: СТАНДАРТИНФОРМ, 2008. – 38 с.Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии / К. Ф. Павлов [и др.]. – Л.; М.: Госхимиздат, 1950. – 406 с.Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии / К. Ф. Павлов [и др.]. – Л.; М.: Госхимиздат, 1950. – 406 с.Huber, A. Berechnungsmodul für Erdwärmesonden / A. Huber, O. Schuler. – Zürich: Bundesamt für Energiewirtschaft, 1997. – 74 p.Huber, A. Berechnungsmodul für Erdwärmesonden / A. Huber, O. Schuler. – Zürich: Bundesamt für Energiewirtschaft, 1997. – 74 p.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.