EN The toolkit of numerical modelling of the operating modes of the geothermal heat pump for heating and cooling with the account of climate conditions

Анотація

Стаття присвячена методам підвищення ефективності системи опалення та охолодження з використанням ефекту, заснованого на принципах енергозбереження. Основною метою дослідження є аналіз методів підвищення ефективності геотермального теплового насоса для опалення та охолодження з урахуванням кліматичних умов. У статті розглядається інструментарій чисельного моделювання режимів роботи геотермального теплового насоса для опалення та охолодження (кондиціонування повітря) з використанням геотермальної води зі свердловини, для визначення умов, що впливають на температурне поле навколо свердловини, з урахуванням зворотного напрямку теплоносія та кліматичних умов. Метою запропонованого інструментарію є отримання критеріальних рівнянь для чисельного моделювання робочих параметрів геотермальної свердловини, що необхідно для тривалої роботи системи в циклічному режимі. Практична реалізація методики чисельного моделювання дозволяє досягти високої просторової та часової роздільної здатності, а також врахувати технічні деталі комбінованої системи та сформувати температуру ґрунтового масиву навколо свердловини з урахуванням кліматичних умов. Значимістю нашого інструментарію чисельного моделювання є використання параметричного підходу для аналізу різних оборотних режимів роботи геотермального теплового насоса для опалення та охолодження (кондиціонування повітря). Це дозволяє зрозуміти наслідки тривалої роботи геотермального теплового насоса без досягнення негативних температур в нижній частині свердловини, що може призвести до утворення льоду, збільшення об'єму ґрунту при замерзанні та руйнування трубопроводів, відповідно. У статті розглядаються результати аналізу зміни поля температур у ґрунтовому масиві навколо свердловини протягом тривалої роботи геотермального теплового насоса у двох режимах роботи: стаціонарному та зворотному. На основі отриманих результатів чисельного моделювання виявлено, що при роботі геотермального теплового насоса зі змінним напрямком теплового потоку негативні наслідки роботи, пов'язані з відхиленням температури ґрунту від фонового значення, зменшуються. Додатковою новизною чисельного моделювання є врахування робочих параметрів геотермального теплового насоса з урахуванням тривалих реверсивних режимів роботи геотермального теплового насоса. Запропонований інструментарій чисельного моделювання добре підходить для аналізу температури в нижній частині свердловини, виявленої для нагрівання та охолодження, через нестаціонарні теплові навантаження, що визначаються кліматичними умовами. Отримані результати можна рекомендувати як інноваційний підхід до оптимізації техніко-економічних показників геотермальних свердловин протягом довготривалої експлуатації геотермального теплового насоса з реверсивним напрямком теплового потоку для цілей нагрівання та охолодження для підвищення енергоефективності системи