Page 59 - Inżynieria & Utrzyamnie Ruchu I kw. 2023

Geotermalne albo gruntowe
pompy ciepła rozwiązują problem pobierania ciepła z otoczenia w niskich temperaturach, ponieważ na pewnej głębokości w ziemi panuje stała temperatura: od 50°F do 60°F (od 10°C do 15,6°C)
kowicie w systemie zamkniętym, ale mającą znacznie większą wydajność cieplną na 1 metr długości kolektora i po drugie: nadającą się praktycznie do ogrzewania większych obiektów handlowych? Odpowiedzią może być geotermalna pompa cie- pła wspomagana konwekcją3.
Zwiększenie wydajności pompy ciepła
Problem z pompami działającymi w systemie zamkniętym polega na tym, że są ona uzależnione od przewodzenia ciepła przez materiał słabo przewodzący ciepło, tworzący grunt. Na- tomiast pompa typu CEGH pracuje w układzie zamkniętym oraz posiada dodatkowo system, który zwiększa wymianę cie- pła z gruntem poprzez wymuszanie przepływu wody grunto- wej dookoła rur kolektorów w odwiertach. W ten sposób do procesu wymiany ciepła przez przewodzenie dodaje się proces wymiany ciepła przez konwekcję.
Przez środek studni CEGH biegnie rura konwekcyjna wykonana z PVC, posiadająca otwory perforacyjne w strate- gicznych miejscach. Rury, przez które przepływa woda w obie- gu zamkniętym, są umieszczone w studniach pomiędzy rurą konwekcyjną a ścianami studni. W miejscu będącym w przy- bliżeniu środkiem tej rury umieszczona jest typowa pompa za- nurzeniowa. Pompa ta tłoczy wodę gruntową z dolnej połowy studni na górę i rozprowadza ją promieniowo dookoła oruro- wania studni poprzez otwory perforacyjne w rurze środkowej oraz pokrywie i przegrodzie.
Konstrukcja pompy CEGH jest opatentowana. Zbudowa- no prototyp i przetestowano go, porównując z konwencjonal- ną pompą ciepła, pracującą w układzie zamkniętym. Wyniki testów pokazały znaczne zwiększenie przenoszenia ciepła oraz absorpcji energii z gruntu przez pompę CEGH.
Ponieważ CEGH jest nową koncepcją, nie opracowano jeszcze dla niej procedur testowych. Zamiast tego zaprojek- towano i wykonano oryginalny układ testowy. Celem tego było otrzymanie danych liczbowych oraz informacji na temat wydajności pompy CEGH w porównaniu z konwencjonalną pompą ciepła.
Ta oryginalna konstrukcja testowa umożliwiła elastycz- ność użycia oraz zebranie konkretnych danych. Wykonano jeden odwiert w gruncie. Umieszczono w nim konwencjo- nalny kolektor rurowy działający w układzie zamkniętym i po podłączeniu do instalacji wykonano test absorpcji ciepła. Na- stępnie wyjęto ze studni ten kolektor, zainstalowano na jego
Fot. 2. Budowa układu testowego.
Źródło: Aztech Engineering
miejsce kolektor CEGH, a następnie wykonano dokładnie te same testy, co poprzednio.
Ogrzana woda krążyła ze stałym natężeniem przepływu przez kolektory w studni w każdym z przypadków. Mierzono i zapisywano temperaturę oraz natężenie przepływu (w galo- nach na minutę; 1 GPM = 3,79 dm3/min) na wejściu i wyjściu studni dla pompy konwencjonalnej i CEGH. Na podstawie pomiarów temperatury i przepływu wody obliczono ilość cie- pła w BTU/h (1000 BTU/h = 0,293 kW) oraz całkowitą w BTU (1000 BTU = 0,293 kWh) w obydwu przypadkach.
Budowa układu testowego
Elementy układu testowego: elektryczny podgrzewacz wody, pompy oraz elementy hydrauliczne (system działa pod ci- śnieniem) znajdowały się w obudowach wykonanych z alu- minium pokrytego powłoką antykorozyjną. Wykorzystano podgrzewacz elektryczny typu ermolec Model B-15U-FFB (moc: 51,180 BTUH / 15 kW, zasilanie: 3 × 208 V) z triako- wym regulatorem mocy. Elektroniczny regulator fazowy w od- różnieniu od prostego układu włącz/wyłącz umożliwia płynną regulację mocy podgrzewacza i zarazem temperatury wody.
Do wymuszania krążenia wody w rurach w studni oraz układzie testowym użyto 3-biegowej pompy obiegowej rmy Grundfos. Do pomiarów przepływu w układzie testowym za- instalowano czujnik magnetyczno-indukcyjny z serii MFS2 rmy Dwyer Instruments. Natomiast do pomiaru temperatu- ry wody na wlocie i wylocie podgrzewacza oraz z układu te- stowego zainstalowano czujniki typu ACT A/TTK-1-2.5”-GD.
Studnie dla zamkniętych systemów pomp ciepła nie wymagają pozwoleń środowiskowych, a działanie tych pomp nie jest uzależnione od przepływu wody gruntowej.
INŻYNIERIA & UTRZYMANIE RUCHU – www.utrzymanieruchu.pl
I kwartał 2023 57