Analytisk modellering av borehull for glatte U-rør kollektorer.

Abstract

Denne masteroppgaven fokuserer på å utvikle og sammenligne en analytisk modell for U-rør kollektorer for bergvarmepumpesystemer. Dette inkluderer væske, grunn og borehull egenskaper som termisk konduktivitet for grunnen og borehull, termisk diffusivitet av grunnen og borehulls dybde og diameter. Varmeoverføringsberegninger ble utført ved å modellere for finite line source – modell (FLS) med g-funksjon, hvor termiske motstander ble regnet ut ved hjelp av egen generert analytisk modell. Python ble brukt til å implementere modellen for dette arbeidet, og utføre beregningene.

Driftspunktet for volumstrømmene ble funnet ved hjelp av systemkurve- og varmepumpens karakteristiske kurver for to ulike bergvarmepumpe systemer; NIBE-F1345 med en kapasitet på 60 kW som er passende for industribygg og NIBE-F1255 med en kapasitet på 16 kW, og er egnet til husholdninger. Varmepumpesystemene er hentet fra ABK-Qviller.

Den generte modellen for dette arbeidet ble sammenlignet mot et dimensjonseringsverktøy fra ABK-Qviller og eksisterende litteratur. Studien vurderer hvordan forskjellige soner og antall borehull har noe å si for systemytelsen, og sammenligner resultatene ved fast qL tilnærming opp mot kalkulert qL verdier oppnådd fra den analytiske modellen, Analysene ble også utført ved bruk av sonebaserte temperaturer på 2,7°C, 4,8°C, 6,3°C og 7,8°C.

Resultatene indikerer at bruk av analytisk modell gir en mer nøyaktig vurdering av varmeoverføringskapasitet sammenlignet med faste qL-verdier. Ved å ta hensyn til spesifikke grunn og borehullsegenskaper, kan modellen gi bedre betraktninger for systemets ytelse over tid. Funnene fra dette studiet illustrerer hvordan analytiske modeller bidrar til utviklingen av mer effektive og pålitelige bergvarmepumpesystemer.