Monitoring temperatury w pionowym odwiercie pompy ciepła

Temperature monitoring in the vertical borehole of the heat pump
Fot. Junkers

Odwierty pionowe są obecnie bardzo często stosowanym rozwiązaniem wymiennika ciepła dolnego źródła dla pomp ciepła typu solanka/woda. W uzasadnieniu stosowania takiego rozwiązania przytaczany jest argument stabilności temperatury gruntu na dużych głębokościach. Jednak przy ciągłym pobieraniu lub dostarczaniu energii do gruntu jego temperatura zacznie się zmieniać.

Istnieją liczne narzędzia do analizy temperatury gruntu [1], prowadzone są symulacje [2] i tworzone modele opisujące wymianę ciepła w wymiennikach gruntowych [3]. Badania eksperymentalne dotyczące zmian temperatury w odwiertach są znacznie rzadsze.

W literaturze można spotkać pomiary niezakłóconych profili temperatury gruntu na dużych głębokościach [4], m.in. przed wykonaniem testu odpowiedzi gruntu [5], brakuje natomiast profili wyznaczonych w trakcie pracy układu, przykładowo w pracy [6] pokazano stanowisko, za pomocą którego można monitorować temperaturę odwiertu pompy ciepła, ale nie zaprezentowano profili temperatury.

Warto przeczytać: Akumulator wodny jako dolne źródło pompy ciepła >>

W artykule zastosowano następujące oznaczenia:

  • CTG (3 m) – czujnik temperatury gruntu (głębokość pomiaru);
  • tz, °C – temperatura zasilania solanki;
  • tp, °C – temperatura powrotu solanki;
  • Tzew, °C – temperatura zewnętrzna;
  • λ, W/(m · K) – współczynnik przewodzenia ciepła gruntu;
  • q, W/mb. – jednostkowa moc odwiertu.

Instalacja pompy ciepła

Zaprezentowane w artykule wyniki opracowano na podstawie badań przeprowadzonych na instalacji pompy ciepła solanka/woda z możliwością regeneracji dolnego źródła.

Instalacja badawcza znajduje się w Świdnicy (50°51” N, 16°29” E). Na stanowisku pracuje pompa ciepła o mocy 17 kW i katalogowym COP równym 4,4 (dla parametrów B0/W35).

Dolne źródło zaprojektowano tak, by umożliwić regenerację odwiertów pionowych poprzez pracę kolektorów słonecznych oraz free cooling realizowany za pomocą systemu ogrzewania podłogowego lub chłodnicy w centrali wentylacyjnej. Uproszczony schemat stanowiska przedstawiono na rys. 1.

Dolne źródło pompy ciepła stanowi pięć odwiertów o długości ok. 80 m każdy. Na rys. 2 pokazano profil geologiczny jednego z odwiertów (wybranego do analiz ze względu na niezakłócone pomiary temperatury ze wszystkich czujników zainstalowanych w odwiercie) wraz z rozmieszczeniem aparatury pomiarowej.

Profile geologiczne wszystkich odwiertów w systemie są bardzo podobne. W trakcie badań mierzony był przepływ oraz temperatura na wejściu i wyjściu z odwiertu. Zastosowano przepływomierze elektromagnetyczne o dokładności pomiaru 1,0% oraz czujniki temperatury o dokładności pomiaru różnicy temperatury 0,02 K.

Sonda pionowa została opomiarowana za pomocą 16 czujników temperatury gruntu Pt 1000, klasy B (dopuszczalne odchylenie ± 0,3 K, niepewność standardowa pomiaru typu B to 0,17 K) rozmieszczonych co 5 m.

Obliczenia średniego ważonego współczynnika przewodzenia gruntu

Na podstawie znajomości profilu geologicznego obliczono średnią ważoną współczynnika przewodzenia ciepła gruntu w odwiercie i wyznaczono obliczeniową wydajność cieplną gruntu [7].

Obliczeń dokonano w dwóch wariantach, przyjmując różne założenia, a projektowe wydajności cieplne gruntu wyznaczono w oparciu o wartości zalecane przez Polską Organizację Rozwoju Technologii Pomp Ciepła (PORT PC) oraz austriacką normę SIA 386/4.

W wariancie 1 współczynniki przewodzenia ciepła przyjęto następująco: dla żwiru jako średnią między żwirem suchym a nasyconym, dla szarej gliny zapiaszczonej jako średnią między gliną o wilgotności 10% a wilgotnym piaskiem, dla iłu jak dla iłu wilgotnego, a dla iłów szaroniebieskich z wkładkami granitu założono 10% wkładek.

W wariancie 2 współczynniki przewodzenia ciepła przyjęto: dla żwiru jak dla żwiru nasyconego, dla szarej gliny zapiaszczonej jako średnią między gliną o wilgotności 50% a wilgotnym piaskiem, dla iłu jak dla iłu wilgotnego, a dla iłów szaroniebieskich z wkładkami granitu założono 30% wkładek.

Wyniki obliczeń zestawiono w tabeli 1. Obliczone wartości pokazują, że nawet znając profil geologiczny odwiertu, można uzyskać różne wartości wydajności cieplnej gruntu przyjmowanej do projektowania dolnego źródła ciepła pompy ciepła.

 

 

Wyniki pomiarów

Na rys. 3 zaprezentowano profile temperatury odwiertu w istotnych momentach sezonu grzewczego. Profile „start” i „stop” opisują stan odwiertu odpowiednio dla daty początkowej i końcowej opisanej pod każdym z profili.

Punktem odniesienia dla prowadzonych pomiarów był profil „bazowy” temperatury wyznaczony przed uruchomieniem pompy ciepła w sezonie grzewczym 2012/2013. Średnia temperatura odwiertu wynosiła wtedy 11,3°C.

21 listopada 2012 r. pompa ciepła została uruchomiona i pracowała do 22 stycznia 2013 r. Na rysunku widoczne jest wychłodzenie gruntu wynikające z jego obciążenia pracą pompy ciepła (średnia temperatura odwiertu: 7,1°C). 22 stycznia wyłączono pompę ciepła i pozostawiono odwierty bez obciążenia w celu dokonania pomiaru temperatury nieobciążonego odwiertu w połowie sezonu grzewczego.

Pomimo pozostawienia gruntu bez obciążenia przez około trzy tygodnie nie osiągnięto temperatury profilu bazowego. Średnia temperatura odwiertu przed ponownym uruchomieniem pompy ciepła wynosiła 10,5°C. Pompa ciepła pracowała przez kolejne dwa miesiące.

11 kwietnia 2013 r. średnia temperatura odwiertu wynosiła 8,8°C. W kolejnym dniu zakończono sezon grzewczy. Po ponad miesiącu regeneracji (15 maja) temperatura odwiertu wynosiła 10,5°C. Widoczny jest więc mierzalny spadek temperatury dolnego źródła, średnio o 0,8 K na całej długości odwiertu.

Pompa w trakcie eksperymentu pracowała na cele grzewcze budynku CTE w połączeniu z kotłem opalanym biomasą, w związku z czym jej obciążenie nie było duże. W analizowanym sezonie grzewczym pracowała przez ok. 1000 h, co stanowi połowę dopuszczalnego czasu pracy pompy ciepła solanka/woda.

Rys. 4 przedstawia temperaturę solanki (na wlocie i wylocie z odwiertu) zestawioną z temperaturą w odwiercie (na głębokości: 3 m, 8 m, 13 m, 33 m, 63 m i 78 m) oraz temperaturą zewnętrzną dla okresu 1–14 marca 2013.

Czytaj dalej >>

   30.04.2015

Komentarze

(0)

Wybrane dla Ciebie



Zaprojektuj niezawodne instalacje w budynku »

Czy wiesz, jakich błędów unikać przy instalacji? »

zawory antyskażeniowe
jestem na bieżąco » korzystam z udogodnień »

 


 Jak zapewnić skuteczny monitoring parametrów środowiskowych w pomieszczeniach medycznych »

izolacje w instalacji


 


Czy bezdotykowy design stanie się standardem? »

Jak zminimalizować stratę energii w układach wentylacyjnych »
armatura bezdotykowa
jestem na bieżąco » korzystam z udogodnień »

 


Zbliża się zima 100-lecia? Z jakim urządzeniem zaoszczędzisz najwięcej »

oszczednosc energii



O czym dowiesz się na międzynarodowym spotkaniu instalatorów »

Czy wiesz, na której platformie znajdziesz niezbędne narzędzia dla instalatora i dostaniesz 500zł »
 
jestem na bieżąco » korzystam z udogodnień »

 


Co zrobić kiedy nie możesz pozbyć się wody z wycieku »

wyciek z rury


 


Jaki wybrać płyn do instalcji w przemyśle spożywczym »

Od czego zacząć, gdy chcesz zabezpieczyć hale przemysłowe przed pożarem »
panele fotowoltaiczne ochrona przed pożarem
jestem na bieżąco » korzystam z udogodnień »

 


Jak zabezpieczyć dylatację przed pożarem »

dyletacja

 



Do 77% oszczędności na zużyciu energii »

Z poradnika hydraulika - gdzie kupisz sprawdzony sprzęt »

cichy oszczedny klimatyzator hydraulik
jestem na bieżąco » korzystam z wiedzy »

 


 


Które pompy ściekowe mogą być stosowane na dużej głębokości » Upały dają się we znaki! Co lepsze? Centrala wentylacyjna czy rooftop? »
kanalizacja wentylatory
wiem więcej » poznaj dziś »

 



Poznaj metody na oszczędność wody »

W czym tkwi sedno w projektowaniu instalacji grzewczej »
produkcja studni wodomierzowych
jestem na bieżąco » korzystam z udogodnień »

 


Ekspert Budowlany - zlecenia

Dodaj komentarz
Nie jesteś zalogowany - zaloguj się lub załóż konto. Dzięki temu uzysksz możliwość obserwowania swoich komentarzy oraz dostęp do treści i możliwości dostępnych tylko dla zarejestrowanych użytkowników naszego portalu... dowiedz się więcej »

Co Szperacz wyszperał ;-)

źle wykonana instalacja

Sztywniactwo i niechlujstwo - zobacz i skomentuj »

Dla tych, którzy szukają bardziej elektryzujących wrażeń Szperacz ma dziś coś specjalnego - rozdzielnia w toalecie.

zaślepka


TV Rynek Instalacyjny


 tv rynek instalacyjny
9/2021

Aktualny numer:

Rynek Instalacyjny 9/2021
W miesięczniku m.in.:
  • - Instalacje PV z magazynami energii
  • - Wentylacja obiektów gastronomicznych
Zobacz szczegóły

Bezpłatny newsletter

Mamy dla Ciebie prezent 


Wystarczy,

że zapiszesz się na newsletter,
a otrzymasz link do

e-book

" Kotły na biomasę i biopaliwa "

Zapisuję się »

Dom Wydawniczy MEDIUM Rzetelna Firma
Copyright © 2011 - 2012 Grupa MEDIUM Spółka z ograniczoną odpowiedzialnością Spółka komandytowa, nr KRS: 0000537655. Wszelkie prawa w tym Autora, Wydawcy i Producenta bazy danych zastrzeżone. Jakiekolwiek dalsze rozpowszechnianie artykułów zabronione. Korzystanie z serwisu i zamieszczonych w nim utworów i danych wyłącznie na zasadach określonych w Zasadach korzystania z serwisu.
realizacja i CMS: omnia.pl