ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ: СТРОИТЕЛЬСТВО
Теплоснабжение, вентиляция
DOI.org/10.5281/zenodo.896976
УДК 697.329
И.А. Журмилова, А.С. Штым
ЖУРМИЛОВА ИРИНА АЛЕКСАНДРОВНА – к.т.н., доцент кафедры, e-mail: zhurmilova.ia@dvfu.ru
ШТЫМ АЛЛА СИЛЬВЕСТРОВНА – к.т.н., профессор кафедры, e-mail: shtym_alla@mail.ru
Кафедра инженерных систем зданий и сооружений Инженерной школы
Дальневосточный федеральный университет
Суханова ул., 8, Владивосток, 690091
Влияние теплофизических свойств грунта на формирование геотермального поля в системе сбора низкопотенциальной энергии грунта
Аннотация: Применение возобновляемых источников энергии способствует снижению использования органического топлива, улучшению экологической ситуации и является актуальной задачей сегодняшнего дня. Вертикальные грунтовые теплообменники извлекают низкопотенциальную тепловую энергию грунтового массива, лежащего ниже 10–15 м от уровня земли, и передают ее в геотермальные тепловые насосы, которые повышают потенциал извлеченной энергии в случае теплоснабжения или понижают его в случае кондиционирования. Системы теплосбора низкопотенциальной энергии с вертикальными грунтовыми теплообменниками не требуют участков большой площади и не зависят от интенсивности солнечной радиации, падающей на поверхность. Они эффективно работают практически во всех видах геологических сред, за исключением грунтов с низкой теплопроводностью, например сухого песка или гравия. В данной работе предложена авторская методика для расчета расстояния между скважинами с грунтовыми теплообменниками с учетом процесса теплопередачи между массивом грунта и рабочей жидкости в трубах теплообменника, исключающего обмерзание скважин. Используя методику, можно выбрать при проектировании оптимальный вариант формирования скважинного поля с грунтовыми теплообменниками для конкретного района строительства с учетом теплотехнических свойств грунта и создать эффективный, стабильный источник низкопотенциальной энергии для геотермальных тепловых насосов. Представлена номограмма, с помощью которой можно определить расстояние между скважинами, обеспечивающее надежную и эффективную работу геотермальных тепловых насосов в течение всего периода их эксплуатации без ухудшения теплофизических свойств грунта.
Ключевые слова: низкопотенциальная энергия, система теплосбора, грунт, обмерзание скважины, грунтовый теплообменник, тепловой поток.
Zhurmilova I., Shtym A.
IRINA ZHURMILOVA, Candidate of Engineering Sciences, Associate Professor, e-mail: zhurmilova.ia@dvfu.ru
ALLA SHTYM, Candidate of Engineering Sciences, Professor, e-mail: shtym_alla@mail.ru
Department Engineering Systems of Buildings and Constructions, School of Engineering
Far Eastern Federal University
8 Sukhanova St., Vladivostok, Russia, 690091
The influence of the thermophysical soil properties on the emergence of a geothermal field in the collecting system for the low-potential ground energy
Abstract: The use of renewable energy sources contributes to reducing the use of fossil fuels and improving the environmental situation which is an urgent task of today. Vertical ground heat exchangers extract the low-potential thermal energy of the ground mass lying below 10-15 m from the ground level and transfer it to the geothermal heat pumps. The low-potential energy collection systems with vertical ground heat exchangers do not require large areas, and do not depend on the intensity of solar radiation incident on the surface. They work effectively in virtually all types of geological environments, with the exception of the soils having low thermal conductivity, such as dry sand or gravel. In this paper, we propose an authorial method of calculating the distance between boreholes with ground heat exchangers taking into account the heat transfer process between the ground mass and the hydraulic fluid in the heat exchanger tubes eliminating the freezing of the boreholes. The application of the method makes it possible to choose the best option to shape a borehole field with soil heat exchangers for a specific construction area taking into consideration the thermal properties of the soil and to create an efficient and stable source of low-potential energy for geothermal heat pumps. A nomogram is presented which makes it possible to determine the distance between the boreholes ensuring a reliable and efficient operation of the geothermal heat pumps during the entire period of their operation without degrading the thermal physical properties of the soil.
Key words: low-potential energy, heat collection system, ground, freezing of borehole, ground heat ex-changer, heat flow.
