Эффективность грунтовых аккумуляторов гелиосистем

Abstract

Исследованы нестационарные процессы теплообмена в гелиосистеме с тепловым насосом и сезонным аккумулятором тепла с 9 грунтовыми вертикальными теплообменниками в процессе периодической, с суточными циклами, зарядки аккумулятора в летний период и разрядки в зимний для различных регионов Украины. Метод исследования – численный. Итерационным методом подбирались условия полного автономного теплоснабжения потребителя по отопительной нагрузке. Обоснована возможность повышения эффективности аккумулятора путем выбора рационального шага куста и температуры теплоносителя в грунтовом теплообменнике. Показано, что при кустовом способе организации сезонного аккумулятора рециркуляция теплоносителя в теплообменниках в период отсутствия солнечной радиации (в пассивной фазе) способствует повышению эффективности закачки тепла в грунт. Граничная скорость теплоносителя на входе в теплообменник в пассивной фазе составляет 0,8 м/с. Такие условия позволяют достичь повышения энтальпии грунта и уменьшения необходимой площади солнечных коллекторов. Этому также способствует рациональная величина температуры теплоносителя на входе в грунтовые теплообменники, которую можно рекомендовать на уровне 50 °С. Рациональные значения шага куста зондов в основном являются функцией теплофизических свойств грунта и могут быть определены по полученной зависимости.

Non-stationary processes of heat exchange in seasonal solar ground thermal storage with a heat pump and 9 soil vertical heat exchangers, with daily cycles, storage charging in summer and discharging in winter for various regions of Ukraine are investigated. The research method is numerical. The iterative method selected the conditions for the complete autonomous heating. The possibility of increasing the efficiency of thermal storage by selecting a rational step of pipes and the temperature of the coolant in the ground heat exchanger is shown. In the cluster method of a seasonal battery organizing, recirculation of the coolant in heat exchangers in the case of solar radiation absence (in the passive phase) contributes to an increase of heat supply efficiency of the ground. The boundary velocity of the coolant at the entrance of the heat exchanger in the passive phase is 0.8 m/s. Such conditions make it possible to achieve an increase of the ground enthalpy and to reduce the required area of solar collectors. This also contributes to the rational value of the coolant temperature at the entrance of the soil heat exchangers, which can be recommended at 50 °C. The rational step of pipes in cluster is mainly a function of the thermophysical properties of the ground and can be determined from the obtained formula.