SU1740547A1

SU1740547A1 - Способ аккумулировани тепловой энергии в грунте

Info

Publication number: SU1740547A1
Application number: SU904795734A
Authority: SU
Inventors: Александр Сергеевич Клепанда; Эдуард Борисович Филиппов; Павел Владимирович Пашко; Леонид Станиславович Богданович; Григорий Петрович Васильев
Priority date: 1990-02-26
Filing date: 1990-02-26
Publication date: 1992-06-15

Abstract

Изобретение относитс к способам аккумулировани тепловой энергии в грунте. Цель изобретени - снижение энергоемкости способа. Теплоноситель последовательно подают в колонки, соединенные с насосом 7 подвод щим 2 и отвод щими 4 трубами. Теплоноситель в каждую колонку подают в течение расчетного промежутка времени, причем при подаче теплоносител в каждую последующую колонку подачу теплоносител в предыдущие колонки прекращают . 3 ил.

Description

6ел

С

X

TT7L

4 О СП 4 vj

Изобретение относитс к теплоэнергетике и может быть использовано е системах теплоснабжени .

Известен способ эксплуатации геотермального месторождени путем добычи re- отермального флюида из подземного коллектора, подачи его в систему теплоносител и возврата в подземный коллектор отработанного флюида с одновременным складированием излишков последнего в тепловом аккумул торе. При этом режимы добычи и возврата флюида из аккумул тора осуществл ютс при помощи скважины, путем сокращени количества скважин при изменении тепловой нагрузки в системе теплоснабжени . В период повышени тепловых нагрузок вс скважина постепенно переводитс в режим добычи, а в период снижени тепловых нагрузок все скважины постепенно перевод тс в режим закачки складированного флюида из теплового аккумул тора в подземный коллектор.

Недостатком данного способа вл етс уменьшение расхода теплоносител в одной скважине при изменении тепловой на- грузки в системе теплоснабжени и как следствие увеличение количества используемых скважин. При этом дл поддержани равномерного расхода необходимо увеличивать мощность насосов или их количество, а это ведет к увеличению энергопотреблени ,

В качестве прототипа выбран способ замораживани грунта, включающий размещение в грунте последовательно соединен- ных одна с другой замораживающих колонок и подачу по ним хладагента в направлении от одной колонки к другой, причем направление подачи хладагента периодически измен етс на противопо- ложное.

Недостатком данного способа вл етс низка теплогидравлическа эффективность грунтовых колонок, определ ема как отношение теплового потока в грунт к мощ- ности, затрачиваемой на прокачку теплоносител . Это вызвано тем, что при непрерывном прокачивании теплоносител по трубам грунтовых колонок слои грунта, имеющего низкий коэффициент температу- ропроводности, вблизи труб измен ют свою температуру быстрее, чем далеко отсто щие слои. В св зи с этим грунт запирает- с , значительно падает тепловой поток в радиальном направлении, уменьшаетс об- щий теплоприток. Как следствие увеличиваютс затраты электроэнергии на прокачку теплоносител по системе трубопроводов грунтового теплообменника из-за увеличени времени работы насосных установок

дл сохранени суммарного суточного теп- лопритока, равного заданному. Возникает необходимость в р де случаев создавать дополнительную установку по замораживанию или при проектировании увеличивать мощность существующей, что в конечном счете ведет вновь к увеличению энергопотреблени .

Цель изобретени - снижение энергоемкости способа.

Эта цель достигаетс благодар тому, что в способе аккумулировани тепловой энергии в грунте, включающем последовательную подачу теплоносител в размещенные в грунте колонки, при этом при подаче теплоносител в каждую последующую колонку подачу теплоносител в предыдущие колонки прекращают, теплоноситель в каждую колонку подают в течение расчетного промежутка времени.

Сущность предлагаемого способа состоит в том, что снижение энергоемкости способа достигаетс последовательной подачей теплоносител в размещенные в грунте колонки, причем при подаче теплоносител а каждую последующую колонку подачу теплоносител в предыдущие колонки прекращают. При этом теплоноситель в каждую колонку подают в течение промежутка времени, определенного расчетным путем, что позвол ет снизить затраты электроэнергии на прокачку теплоносител по системе трубопроводов грунтового ТО из-за уменьшени времени работы насосных установок при неизменном их количестве и уменьшени количества используемых насосных установок при неизменном количестве аккумулируемого тепла.

Это объ сн етс следующим образом.

При сбросе тепла в грунт коэффициент сброса тепла v (отношение мощности тепло- сброса в грунт к 1К перепада между температурой теплоносител и грунта на 1 м длины теплообменника) уменьшаетс по закону , представленному на фиг. 1.

Здесь лини 100% соответствует прокачиванию теплоносител через грунтовый коллектор в течение всего расчетного экспериментального времени 50 и 25%, соответственно половине и четверти от расчетного экспериментального времени.

Следовательно, если теплоноситель прокачивает 50% времени гр через один подземный коллектор, и 0,5 гр через другой коллектор, расположенный отдельно от первого на рассто нии с малым взаимным тепловым вли нием, то при неизменных мощности насоса и характеристике грунта увеличитс коэффициент сброса тепла в

грунт и обща теплопоглощающа способность грунта Q/L. На фиг. 2 приведен пример дл стальных труб. Еще больший выигрыш можно получить при 25%-ном режиме , при котором v возрастет в 2,5 раза (фиг. 1 и 2). Дл определени расчетного оптимального времени работы одного коллектора (одной трубы) воспользуемс приближенной формулой дл определени мгновенного потока от цилиндрического источника

2ДТЯГ 1 1 (4F0)-2y

pn(4F0)-2y

(1)

где Л Т - разность температур источника и среды, К;

Я - коэффициент теплопроводности среды (грунта), Вт/м К;

г- радиус колонки (теплообменника), м;

а т FO -z - число Фурье (а - температуг

ропроводность грунта, м/с. г - текущее врем процесса, с);

у- 0,577 - посто нна Эйлера.

Принима во внимание, что врем выхода на стационарный режим работы грунтового теплообменника равно т 100- 150ч, оценим величину теплового потока q через врем г по формуле (1). Задава сь двукратным превышением потока qp над его стационарным значением q , определим искомое расчетное значение г с помощью уравнени

1

qP-ln(4F0p)-2y tnC4F0p)-2yJ « 1JL

(2)

1п(4Ро)-2У In (4 Fo V 2

Обозначим

с Qp . ln(4F0)-3y . q {ln(4F0)

A 4 F0p , тогда уравнение (2) приводитс к виду

lnA-3y c lnA-2y 2, а отсюда

c(lnA)2-(4yc+1)lnA+ (Зу+ 4 у2с) 0, тогда

г2 /1 гр- ехр|+ 4ус -4ус

2с

При этом количество необходимых коллекторов N равно

(3)

10

15

20

25

30

35

40

Пример реализации способа рассмотрим на работе устройства, представленного на фиг. 3, где изображена система аккумулировани тепловой энергии в грунте.

В грунте 1 размещают коллектора, состо щие из подвод щих труб 2, разветвленной сети заглубленных замораживающих труб 3, отвод щих труб 4. На подвод щих и отвод щих трубах расположены запорные вентили 5 и 6. Теплоноситель подаетс в грунтовые теплообменники насосом 7.

Процесс аккумулировани тепла осуществл етс следующим образом.

Теплоноситель от насоса 7 поступает в один из подземных коллекторов через подвод щую трубу 2. При этом вентили 5 и 6 открыты только у работающего коллектора. Через расчетное врем гр открываютс вентили 5 и 6 у другого коллектора, расположенного отдельно от первого на рассто нии с малым взаимным тепловым вли нием. При этом вентили 5 и 6 отработавшего коллектора запираютс . Через гр подключаетс к работе третий коллектор, а второй запираетс , и далее аналогично до тех пор, пока не прекратит работу N-й коллектор. Затем вновь вступает в работу первый коллектор. При этом увеличиваетс коэффициент сброса тепла в грунт и обща теплопоглощающа способность грунта, чем достигаетс выполнение поставленной цели изобретени .

Техническое преимущество предлагаемого способа аккумулировани тепловой энергии в грунте по сравнению с прототипом состоит в том, что он снижает энергоемкость способа благодар подаче теплоносител в размещенные в грунте колонки . При этом при подаче теплоносител в каждую последующую колонку подачу теплоносител в предыдущие колонки прекращают , причем теплоноситель в каждую колонку подают в течение промежутка времени , определ емого по зависимости

гъ

jrL 4а

ехр

I1

+ 4ус+ 1-4ус

2с

}

50

55

что позвол ет снизить затраты электроэнергии на прокачку теплоносител по системе трубопроводов грунтового теплообменника из-за уменьшени количества насосных установок при неизменном количестве аккумулированного тепла и уменьшени времени работы насосных установок при неизменном их количестве.

Положительный эффект при осуществлении предлагаемого способа состоит в уменьшении затрат электрической энергии

Claims

на прокачку теплоносител по системе трубопроводов грунтового теплообменника. Формула изобретени Способ аккумулировани тепловой энергии в грунте, включающий последовательную подачу теплоносител в размещенные в грунте колонки, отличающийс тем, что, с целью снижени энергоемкости способа, при подаче теплоносител в каждую последующую колонку подачу теплоносител в предыдущие колонки прекращают, причем теплоноситель в каждую колонку подают в течение промежутка времени, определ емого по зависимости

И +4ус + У1 -4ус 2с

, г &ИУ

и, к го

fS

ю

-.и

700%

го

w во

Фиг.1

где Тр - промежуток времени подачи теплоносител в каждую колонку, с;

а - температуропроводность грунта, м2/с;

у - 0,577, посто нна Эйлера;

с - безразмерный коэффициент.

ЧЕ

с -qp . ln(4F0)-3y . q ln(4F0)-2yf задаваемое превышение теплово

го потока в грунт в расчетное врем над его стационарным значением;

Fo -значени числа Фурье при стационарном режиме работы теплообменника (г 100 - 150 ч).

30

2S

20

1$

1О

6

80 1ОО.

,4QC

Ј

го

STO - S 2O S

(Вады - Чфунтсг), °&

Фиг. 2.