Моделювання теплових процесів у вертикальних теплообмінних трубках грунтового теплового насосу

Анотація

Одним із основних напрямів удосконалення систем теплопостачання є тенденція переходу до низькотемпературних систем опалення шляхом застосування теплонасосних установок. В роботі основна увага зосереджена на удосконаленні теплових параметрів і схемно-конструктивних особливостей елементів теплонасосної системи теплопостачання з використанням енергії ґрунту. Для цього застосовано інструментарій математичного моделювання процесів в ґрунтових теплових насосах з урахуванням кліматичних умов України. У статті наведено критерії енергетичної ефективності, які показують шляхи раціонального застосування ґрунтових теплових насосів для теплопостачання промислових і індивідуальних споживачів. Розроблено розрахункову модель нестаціонарних процесів теплообміну в елементах ґрунтових теплових насосів. Шляхом числового моделювання визначені оптимальні технічні параметри теплонасосної системи з ґрунтовими теплообмінниками. На основі узагальнення та аналізу теоретичних та експериментальних результатів дослідження встановлено характер залежності теплофізичних властивостей джерела енергії для теплового насосу та зміни температурного поля в грунті навколо ґрунтових теплообмінників під час тривалої експлуатації системи. Виконано чисельне моделювання теплових процесів у вертикальних ґрунтових трубах теплового насоса, результати якого підтвердили високу надійність технічної адаптації ґрунтового теплообмінного контуру теплового насосу для систем низькотемпературного опалення для раціонального використанням енергії ґрунту. Новизна нашого інструментарію полягає в комплексному використанні методів числового моделювання та експериментальних результатів, які дозволяють попередити явище промерзання ґрунту навколо ґрунтових трубок при тривалому періоді експлуатації системи. Визначено граничні параметри впливових чинників, які попереджають негативний вплив теплонасосної системи на довкілля, можна вважати можна інноваційним підходом до створення надійних теплонасосних систем, які раціонально використовують природні ресурси, що позитивно впливає на розвиток паливно-енергетичного комплексу. Запропонована методологія сприяє створенню та впровадженню технологій надійного теплопостачання з використанням відновлюваних джерел енергії.