بررسی پارامترهای مؤثر و روش‌های مختلف محاسبۀ عمق چاه مبدل زمینی عمودی پمپ حرارتی زمین‌گرمایی
محورهای موضوعی : آب و محیط زیست
1 - کارشناس ارشد مهندسی محیط زیست، دانشکدۀ محیط زیست و انرژی، واحد علوم و تحقیقات تهران، دانشگاه آزاد اسلامی
کلید واژه: پمپ حرارتی زمین‌گرمایی, مبدل حرارتی زمینی عمودی, عمق چاه, ظرفیت پمپ حرارتی, دمای زمین,
چکیده مقاله :
در پمپ‌های حرارتی زمین‌گرمایی، تبادل گرما با زمین توسط مبدل حرارتی زمینی انجام می‌شود. به عبارت دیگر مبدل حرارتی زمینی برای استخراج انرژی گرمایی از زمین یا تزریق انرژی گرمایی به آن نصب می‌شود. از آنجایی که عمق چاه این مبدل تأثیر بسیاری بر هزینۀ اولیه و کارکرد سیستم می‌گذارد، دقت در محاسبۀ آن اهمیت فراوانی دارد. روش‌های مختلفی برای محاسبۀ عمق چاه مبدل حرارتی زمینی وجود دارد. ظرفیت پمپ حرارتی زمین‌گرمایی و ویژگی‌های خاک محلی مهم‌ترین عوامل تأثیرگذار بر عمق چاه و طول مبدل حرارتی زمینی هستند. در این مقاله، ابتدا ویژگی‌های مهم خاک بررسی می‌شوند. سپس، پنج روش اصلی موجود برای محاسبۀ عمق چاه مبدل حرارتی زمینی بررسی و پارامترهای مطرح در هریک معرفی می‌شوند. یک مورد ساختمان نمونه، بررسی و محاسبات لازم با توجه به شرایط آب و هوایی کشور، شرایط خاک، و بارهای گرمایشی و سرمایشی آن ساختمان انجام می‌شوند. عمق چاه مورد نیاز برای ساختمان نمونه با استفاده از روش‌های مطرح شده، محاسبه و نتایج با هم مقایسه می‌گردند. در نهایت، ضمن مقایسۀ این روش‌ها با یکدیگر، اولویت استفاده از آنها مشخص می‌شود.
In geothermal heat pumps, the heat exchange with ground is performed by the ground heat exchanger. In fact, the ground heat exchanger is installed to extract or inject the thermal energy from/to the earth. The borehole depth of this heat exchanger has a major effect on the system investment cost and operation; thus, this parameter must be computed with a high accuracy. There are various methods to compute the borehole depth of ground heat exchanger. The geothermal heat pump capacity and the regional soil characteristics are the main parameters which affect the borehole depth and size of the ground heat exchanger. In this paper, the important soil characteristics are first introduced. Then, the main five methods for computing the borehole depth of ground heat exchanger are investigated with their effective parameters. Finally, these methods are compared and their application priority is determined.
[1]. Omer A. M., 2008, "Ground-source heat pumps systems and applications", Renewable and Sustainable Energy Reviews, Vol. 12, 344-371.
[2]. Deng Z., 2004, "Modeling of Standing Column Wells in Ground Source Heat Pump Systems", submitted to the OklahomaStateUniversity for the degree of Ph. D.
[3]. Rafferty K., 2003, "Geothermal Heat Pump Systems: An Introduction", Water Well Journal,.
[4]. Van Wylen G. J., Sonntag R. E. , "Fundamentals of Classical Thermodynamics", 4th Ed, John Wiley & Sons Inc., 1996.
[5]. Kavanaugh S. P., Rafferty K., 1997, "Ground-Source Heat Pumps: Design of Geothermal Systems for Commercial and Institutional Buildings", ASHRAE Inc., Atlanta,.
[6]. RETScreen International, 2005, "Ground Source Heat Pump Project Analysis", Minister of Natural Resources, Canada.
[7]. Sanaye S., Niroomand B., 2009, "Thermal-economic Modeling and Optmization of Vertical Ground-coupled Heat Pump", Energy Conversion and Management, Vol. 50, 1136-1147,.
[8]. Kavanaugh S. P., Calvert T. H., 1995, "Performance of Ground Source Heat Pumps in North Alabama", Final Report. AlabamaUniversities and TennesseeValley Authority Research Consortium, University of Alabama, Tuscaloosa.
[9]. CANMET Energy Technology Centre, 2002, "Commercial Earth Energy Systems", Natural Resources Publication, Canada.
[10]. "Geothermal Heat Pump Design Manual",2002, McQuay Air Conditioning Application Guide, United States.
[11]. ECONAR ENERGY SYSTEMS, 1993, "GeoSource Heat Pump Handbook", Northland Heat Pump Association, Canada.
[12]. Kasuda, T., Archenbach, P.R. 1965, "Earth Temperature and Thermal Diffusivity at Selected Stations in the United States", ASHRAE Transactions, Vol. 71, Part 1.