Экспериментальные исследования рабочих режимов грунтового аккумулятора в системе теплоснабжения дома
В статье приводятся экспериментальные результаты, выполненные на натурном сезонном грунтовом аккумуляторе в системе теплоснабжения дома. Получены зависимости разности температур по высоте обсадной трубы от продолжительности зарядки аккумулятора, а также зависимости разности температур на входе и вых...
Saved in:
| Published in: | Промышленная теплотехника |
|---|---|
| Date: | 2010 |
| Main Authors: | , , , |
| Format: | Article |
| Language: | Russian |
| Published: |
Інститут технічної теплофізики НАН України
2010
|
| Subjects: | |
| Online Access: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/60608 |
| Tags: |
Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
|
| Journal Title: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Cite this: | Экспериментальные исследования рабочих режимов грунтового аккумулятора в системе теплоснабжения дома / А.В. Трофименко, А.А. Дмитренко, Д.П. Лапко, М.А Назаренко // Промышленная теплотехника. — 2010. — Т. 32, № 5. — С. 67-71. — Бібліогр.: 3 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1860224210383667200 |
|---|---|
| author | Трофименко, А.В. Дмитренко, А.А. Лапко, Д.П. Назаренко, М.А. |
| author_facet | Трофименко, А.В. Дмитренко, А.А. Лапко, Д.П. Назаренко, М.А. |
| citation_txt | Экспериментальные исследования рабочих режимов грунтового аккумулятора в системе теплоснабжения дома / А.В. Трофименко, А.А. Дмитренко, Д.П. Лапко, М.А Назаренко // Промышленная теплотехника. — 2010. — Т. 32, № 5. — С. 67-71. — Бібліогр.: 3 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Промышленная теплотехника |
| description | В статье приводятся экспериментальные результаты, выполненные на натурном сезонном грунтовом аккумуляторе в системе теплоснабжения дома. Получены зависимости разности температур по высоте обсадной трубы от продолжительности зарядки аккумулятора, а также зависимости разности температур на входе и выходе из обсадной трубы от объемного расхода теплоносителя в диапазоне 2,6...40 м³/ч.
В статті наведено експериментальні результати, які виконано на натурному сезонному грунтовому акумуляторі в системі теплопостачання будинку. Отримано залежності різниці температур по висоті обсадної труби від тривалості зарядки акумулятора, а також залежності різниці температур на вході і виході з обсадної труби від об’ємних витрат теплоносія в діапазоні 2,6...40 м³/г.
We present the experimental results executed onnatural season the soil accumulator in system of a heat supply at home are resulted. Dependences a difference of temperatures on height chink pipes from duration of gymnastics of the accumulator, and also dependence a difference of temperatures on an input and an exit from chink pipes from the volume expense of the heat-carrier in a range 2,6...40 m³/h.
|
| first_indexed | 2025-12-07T18:19:20Z |
| format | Article |
| fulltext |
ISSN 0204-3602. Пром. теплотехника, 2010, т. 32, №5 67
НЕТРАДИЦИОННАЯ ЭНЕРГЕТИКА
УДК 662.995 + 662.997 + 536.242
Трофименко А.В.1, Дмитренко А.А.1, Лапко Д.П.2, Назаренко М.А.3
1 Днепропетровский национальный университет им. О. Гончара
2 ООО Термостандарт
3 ООО Технотур
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ РАБОЧИХ РЕЖИМОВ ГРУНТОВОГО
АККУМУЛЯТОРА В СИСТЕМЕ ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ ДОМА
В статті наведено екпе-
риментальні результати, які ви-
конано на натурному сезонному
грунтовому акумуляторі в системі
теплопостачання будинку. Отри-
мано залежності різниці темпера-
тур по висоті обсадної труби від
тривалості зарядки акумулятора,
а також залежності різниці
температур на вході і виході з
обсадної труби від об’ємних ви-
трат теплоносія в діапазоні 2,6...
40 м3/г.
В статье приводятся экспери-
ментальные результаты, выпол-
ненные на натурном сезонном
грунтовом аккумуляторе в системе
теплоснабжения дома. Получены
зависимости разности температур
по высоте обсадной трубы от про-
должительности зарядки аккумуля-
тора, а также зависимости разнос-
ти температур на входе и выходе из
обсадной трубы от объемного рас-
хода теплоносителя в диапазоне
2,6...40 м3/ч.
We present the experimental results
executed onnatural season the soil
accumulator in system of a heat supply
at home are resulted. Dependences a
difference of temperatures on height
chink pipes from duration of gymnas-
tics of the accumulator, and also
dependence a difference of temperatures
on an input and an exit from chink pipes
from the volume expense of the heat-
carrier in a range 2,6...40 m3/h.
C – теплоемкость;
h – глубина скважины;
t – температура;
Δt – разность температур;
– объемный расход;
λ – коэффициент теплопроводности;
ρ – плотность;
τ – время.
Индексы нижние:
г – грунт;
тн – теплоноситель;
АК – аккумулятор.
Теплоснабжение требует весьма больших
затрат энергоносителей. Затраты на расходы
угля, мазута, газа при выработке тепловой
энергии превосходят в два и более раз расходы
на выработку электроэнергии, используемой
при теплонасосном теплоснабжении.
Основными недостатками традиционных
источников теплоснабжения являются низкая
энергетическая, экономическая и экологиче-
ская эффективности, что наиболее характерно
для малых и средних котельных. Перечислен-
ные недостатки традиционного теплоснабже-
ния могут быть устранены путем применения
нетрадиционных методов.
Одним из таких методов является метод ис-
пользования низкотемпературного природно-
го тепла земли [1, 2]. Отсутствие в литературе
экспериментальных данных о периоде заряд-
ки сезонного грунтового аккумулятора, дан-
ных о расходе теплоносителя в обсадной трубе
(грунтового теплообменника) и влияния его на
режимные параметры аккумулятора в целом
привело к тому, что авторы выполнили ряд
исследований на натурном объекте. Это по-
зволило установить зависимости интенсивно-
сти отдачи тепла в грунт через обсадную трубу
от расхода теплоносителя в ней и выбрать ре-
жимные параметры по расходу теплоносителя.
Для этого используется грунтовый аккумуля-
тор под зданием (рис. 1), который представля-
ет собой 21 вертикальную скважину глубиной
6 м каждая, расположенные квадратным спосо-
бом со стороной квадрата, равного 3 м, внутри
фундаментного ограждения здания. В каждую
скважину опускалась заглушенная с нижнего
торца полипропиленовая обсадная труба диа-
метром 75/50 мм с размещенной внутри поли-
пропиленовой трубой диаметром 32/21,2 мм.
V&
ISSN 0204-3602. Пром. теплотехника, 2010, т. 32, №568
НЕТРАДИЦИОННАЯ ЭНЕРГЕТИКА
По внутренней трубе теплоноситель подает-
ся, а по зазору между обсадной и внутренней
трубами возвращается. Все обсадные трубы
через входные и выходные патрубки соединя-
ются с подводящей и отводящей магистралями
системы теплоснабжения. В качестве тепло-
носителя используется 30 % пропиленгликоле-
вый раствор, что позволяет при отборе тепла из
грунта понижать температуру грунта почти до
0 °С.
Работа грунтового аккумулятора характе-
ризуется двумя периодами в году: первый –
когда аккумулятор заряжается от гелиосисте-
мы; второй – разряжается в отопительный се-
зон. Следует отметить, что в отопительный се-
зон аккумулятор также подзаряжается теплом
в дневное время суток, в случае достаточной
солнечной радиации, о чем в автоматическом
режиме сигнализирует датчик температуры на
выходе из гелиоконтура, а в темное время суток
– от бака аккумулятора объемом 6 м3.
В Днепропетровском национальном уни-
верситете на кафедре энергетики в 2008 – 2009
годах были выполнены расчетно-кон-
структорские работы, на основе которых бы-
ла спроектирована теплоснабжающая установ-
ка для 2-х этажного домика с общей площадью
250 м2. Предприятия ООО «Технотур» и «Тер-
мостандарт» осуществили сборку теплоснаб-
жающей установки с сезонным аккумулятором
тепла, запуск и наладку.
Целью исследований является определение
длительности зарядки (разрядки) грунтового
аккумулятора для отдачи низкопотенциального
тепла (+1...+9 °С) в контур теплового насоса,
получение экспериментальных зависимостей
скорости нагревания и охлаждения грунтового
массива, определение максимальной темпера-
туры зарядки грунта в области обсадной трубы.
Особенностью проводимых исследова-
ний является возможность экспериментально-
го определения времени зарядки – разрядки
Рис. 1. Участок вертикального грунтового аккумулятора в подвале здания.
ISSN 0204-3602. Пром. теплотехника, 2010, т. 32, №5 69
НЕТРАДИЦИОННАЯ ЭНЕРГЕТИКА
грунтового аккумулятора, что необходимо для
инженерных расчетов при проектировании и
эксплуатации систем теплоснабжения зданий с
помощью теплового насоса.
Натурные исследования проводились на до-
мике в период с 10 августа 2009 г. по 15 января
2010 г.
Датчики температуры Pt-1000 установлены
в подводящем коллекторе грунтового аккуму-
лятора и отводящем коллекторе перед входом в
циркуляционный насос. Показания снимались
через каждые 2 часа работы контура и выводи-
лись на пульт автоматического управления всей
системы теплоснабжения.
Гидравлическая схема и точки снятия за-
меров температуры и расхода на отдельных
участках грунтового аккумулятора показаны на
рис. 2.
Расход теплоносителя через каждый контур
грунтового аккумулятора определялся с помо-
щью ультразвукового расходомера Днепр-7 (ТУ
4213-072-00236494-2007).
Результаты измерений расхода, темпера-
туры теплоносителя приведены в табл. 1, где
Δt – разность температур на входе во внутрен-
нюю трубу и выходе из обсадной трубы сква-
жины.
При работе контура грунтового аккумуля-
тора фиксировалось также давление на входе
и выходе из насоса для анализа герметичности
всех участков контура, а также для регулирова-
ния необходимых расходов (с помощью венти-
лей) на участках и всем контуре.
Проведено измерение перепада температур
в грунтовом теплообменнике в диапазоне рас-
хода теплоносителя 2,6...40 м3/ч (рис. 3).
Установлено, что в случае минимальных
расходов происходит наибольшая отдача теп-
ла в грунт, что определяется темпом нагрева
грунта вокруг скважины, зависящего от его
физических свойств, условиями теплоотдачи
на границе грунт – обсадная труба, геометри-
ческой формой и размерами скважины.
Рис. 2. Схема расположения точек замера температуры Т и расхода теплоносителя
в грунтовом аккумуляторе: 1 – центробежный насос; 2 – регулировочный вентиль;
3 – обсадная труба; 4 – внутренняя труба скважины.
Табл. 1. Расход и разность температур на участ-
ках грунтового аккумулятора
Участок 1 2 3
, м3/с 0,0025 0,0023 0,0036
Δt, °C 0,5 0,8 1,5
V&
V&
ISSN 0204-3602. Пром. теплотехника, 2010, т. 32, №570
НЕТРАДИЦИОННАЯ ЭНЕРГЕТИКА
При увеличении расхода теплоносителя
перепад температур теплоносителя между вхо-
дом и выходом из аккумулятора уменьшается,
что объясняется быстрым прогревом стенки
обсадной трубы из-за роста конвективной со-
ставляющей теплоотдачи от жидкости в стенку,
а отвод тепла в грунт от обсадной трубы оста-
ется прежним и теплоноситель не отдает все-
го тепла в грунт. Это приводит к уменьшению
перепада температур теплоносителя. Поэтому,
учитывая различные сезонные поступления
тепловой энергии в грунтовый аккумулятор,
было принято решение не изменять расход те-
плоносителя в системе грунтового аккумуля-
тора в течение года, а оставить постоянным,
равным 21,5 м3/ч. Такой выбор расхода тепло-
носителя определяется еще и тем, что группа
насосов, обеспечивающая прокачку теплоно-
сителя в контуре грунтового аккумулятора, при
расходе = 21,5 м3/ч находится в зоне опти-
мальных рабочих режимов насосов. Это в це-
лом сказывается положительно на работе всей
теплоснабжающей установки (не греется элек-
тродвигатель привода насоса и шум от его ра-
боты находится в пределах допустимой нормы
по паспортным данным).
Тепловая энергия горячего теплоносителя
через наружную стенку обсадной трубы пере-
дается грунту, который представляет собой
суглинок со следующими теплофизически-
ми свойствами [3]: Cp = 1,231 кДж/(кг·град);
λ = 1,13 Вт/(м·град), ρ = 1800 кг/м3. Значение
тепловой энергии, которую сможет поглотить
грунт определяется тем объемом грунта, кото-
рый находится вокруг обсадной трубы и темпе-
ратурой, до которой он прогреется. По расчет-
ным оценкам, в случае, если грунт прогреется
до температуры 28 °С [2], эта величина состав-
ляет не менее 3,027·109 Дж.
На рис. 4 представлены зависимости изме-
нения перепада температур по высоте грунто-
вого аккумулятора при начальной температуре
грунта tг = 8 °С, температуре теплоносителя,
поступающего из гелиоконтура в грунтовый
аккумулятор tТН = 46 °С, и объемном расходе
теплоносителя = 30,24 м3/ч.
Как видно, перепад температур резко умень-
шился до величины 1 °С на 20-е сутки, а на
120-е сутки достиг своего наименьшего зна-
чения Δt = 0,3 °С. Это можно объяснить двумя
причинами. Во-первых, температура грунта,
находящегося вблизи обсадной трубы, повыси-
лась по сравнению с первоначальной и тепло-
вой поток от теплоносителя к грунту умень-
шился. Во-вторых, минимально достигнутая
разность температур Δt = 0,3 °С свидетельству-
ет об окончательной зарядке теплового акку-
мулятора. Поэтому, если не отбирать тепло от
аккумулятора, то дальнейшая его зарядка неце-
лесообразна ввиду неэффективности.
Автоматическая система регулирования
подачи теплоносителя от гелиосистемы при
достижении ΔtАК = 0,3 °С переключает пода-
чу теплоносителя из грунтового аккумулятора
на другие источники теплоснабжения: бассейн,
горячая вода, теплый пол и т.д., тем самым,
давая возможность аккумулятору разрядиться.
При этом следует учитывать, что теплопосту-
пление (зарядка) в грунтовый аккумулятор за-
висит от теплопотребления (разрядки) в систе-
ме дома и от погодных условий.
Выводы
В результате экспериментальных исследо-
V&
V&
Рис. 3. Перепад температур теплоносителя
на одном грунтовом теплообменнике
в зависимости от расхода:
▲ – замеры, выполненные 24.08.2009;
○ – замеры, выполненные 25.08.2009.
ISSN 0204-3602. Пром. теплотехника, 2010, т. 32, №5 71
НЕТРАДИЦИОННАЯ ЭНЕРГЕТИКА
Рис. 4. Зависимость распределения перепада температур по глубине скважин:
1 – перепад температур 1 сутки; 2 – 5 суток; 3 – 20 суток; 4 – 40 суток; 5 – 120 суток.
ваний на натурной теплоснабжающей установ-
ке с сезонным аккумулированием тепла опреде-
лены рабочий диапазон расхода теплоносителя
в контуре грунтового аккумулятора и циклы
зарядки – разрядки аккумулятора. Установле-
но, что максимальный температурный перепад
по высоте обсадной трубы в начальный пери-
од зарядки составляет 7,8 °С, который затем
с течением времени уменьшается и достигает
минимального значения 0,3 °С через 120 суток
(кривая 5, рис. 4). Обнаружено влияние трех-
ходового клапана на совместную работу двух
контуров: гелиосистемы и грунтового аккуму-
лятора. Определенное положение этого клапа-
на приводит к различным расходам теплоноси-
теля в двух контурах, а это оказывает влияние
на расходные характеристики контура грунто-
вого аккумулятора. Подробное исследование
этих процессов будет рассмотрено и проанали-
зировано в ближайшем будущем.
ЛИТЕРАТУРА
1. Басок Б.И., Авраменко А.А., Рыжков С.С.,
Лунина А.А. Динамика теплообмена жидкости
в грунтовом прямолинейном одиночном труб-
ном элементе (теплообменнике) // Пром. тепло-
техника.– 2009. – Т.31, №1. – С. 62-67.
2. Накорчевский А.И. Система теплоснаб-
жения теплоавтономного дома // Пром. тепло-
техника.– 2009. – Т.31, №1. – С. 67-73.
3. Исаченко В.П., Осипова В.А., Сукомел
А.С. Теплопередача. М. Энергоиздат, 1981. –
417 с.
Получено 15.02.2010 г.
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-60608 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 0204-3602 |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-12-07T18:19:20Z |
| publishDate | 2010 |
| publisher | Інститут технічної теплофізики НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Трофименко, А.В. Дмитренко, А.А. Лапко, Д.П. Назаренко, М.А. 2014-04-17T17:34:15Z 2014-04-17T17:34:15Z 2010 Экспериментальные исследования рабочих режимов грунтового аккумулятора в системе теплоснабжения дома / А.В. Трофименко, А.А. Дмитренко, Д.П. Лапко, М.А Назаренко // Промышленная теплотехника. — 2010. — Т. 32, № 5. — С. 67-71. — Бібліогр.: 3 назв. — рос. 0204-3602 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/60608 662.995 + 662.997 + 536.242 В статье приводятся экспериментальные результаты, выполненные на натурном сезонном грунтовом аккумуляторе в системе теплоснабжения дома. Получены зависимости разности температур по высоте обсадной трубы от продолжительности зарядки аккумулятора, а также зависимости разности температур на входе и выходе из обсадной трубы от объемного расхода теплоносителя в диапазоне 2,6...40 м³/ч. В статті наведено експериментальні результати, які виконано на натурному сезонному грунтовому акумуляторі в системі теплопостачання будинку. Отримано залежності різниці температур по висоті обсадної труби від тривалості зарядки акумулятора, а також залежності різниці температур на вході і виході з обсадної труби від об’ємних витрат теплоносія в діапазоні 2,6...40 м³/г. We present the experimental results executed onnatural season the soil accumulator in system of a heat supply at home are resulted. Dependences a difference of temperatures on height chink pipes from duration of gymnastics of the accumulator, and also dependence a difference of temperatures on an input and an exit from chink pipes from the volume expense of the heat-carrier in a range 2,6...40 m³/h. ru Інститут технічної теплофізики НАН України Промышленная теплотехника Нетрадиционная энергетика Экспериментальные исследования рабочих режимов грунтового аккумулятора в системе теплоснабжения дома Experimental researches of operating conditions of the soil accumulator in system of the heat supply of the house Article published earlier |
| spellingShingle | Экспериментальные исследования рабочих режимов грунтового аккумулятора в системе теплоснабжения дома Трофименко, А.В. Дмитренко, А.А. Лапко, Д.П. Назаренко, М.А. Нетрадиционная энергетика |
| title | Экспериментальные исследования рабочих режимов грунтового аккумулятора в системе теплоснабжения дома |
| title_alt | Experimental researches of operating conditions of the soil accumulator in system of the heat supply of the house |
| title_full | Экспериментальные исследования рабочих режимов грунтового аккумулятора в системе теплоснабжения дома |
| title_fullStr | Экспериментальные исследования рабочих режимов грунтового аккумулятора в системе теплоснабжения дома |
| title_full_unstemmed | Экспериментальные исследования рабочих режимов грунтового аккумулятора в системе теплоснабжения дома |
| title_short | Экспериментальные исследования рабочих режимов грунтового аккумулятора в системе теплоснабжения дома |
| title_sort | экспериментальные исследования рабочих режимов грунтового аккумулятора в системе теплоснабжения дома |
| topic | Нетрадиционная энергетика |
| topic_facet | Нетрадиционная энергетика |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/60608 |
| work_keys_str_mv | AT trofimenkoav éksperimentalʹnyeissledovaniârabočihrežimovgruntovogoakkumulâtoravsistemeteplosnabženiâdoma AT dmitrenkoaa éksperimentalʹnyeissledovaniârabočihrežimovgruntovogoakkumulâtoravsistemeteplosnabženiâdoma AT lapkodp éksperimentalʹnyeissledovaniârabočihrežimovgruntovogoakkumulâtoravsistemeteplosnabženiâdoma AT nazarenkoma éksperimentalʹnyeissledovaniârabočihrežimovgruntovogoakkumulâtoravsistemeteplosnabženiâdoma AT trofimenkoav experimentalresearchesofoperatingconditionsofthesoilaccumulatorinsystemoftheheatsupplyofthehouse AT dmitrenkoaa experimentalresearchesofoperatingconditionsofthesoilaccumulatorinsystemoftheheatsupplyofthehouse AT lapkodp experimentalresearchesofoperatingconditionsofthesoilaccumulatorinsystemoftheheatsupplyofthehouse AT nazarenkoma experimentalresearchesofoperatingconditionsofthesoilaccumulatorinsystemoftheheatsupplyofthehouse |