Page 61 - Inżynieria & Utrzyamnie Ruchu I kw. 2023

powrotnej w studni – RW) oraz wody wypływającej z układu testowego. Układ testowy zwykle dostarczał do studni około 40 MBH ciepła (11,72 kW).
Tabela 1 powyżej podaje wyniki testów w postaci porów- nania skumulowanego ciepła zaabsorbowanego przez stud- nię dla obydwu przypadków – pompy konwencjonalnej oraz CEGH. Wartości tego ciepła obliczono na podstawie wyników pomiarów podczas pierwszego zapisu 2-minutowego po tym, gdy temperatura wody powrotnej osiągała ustalone wartości: 70°F, 75°F, 80°F, 85°F oraz 90°F (21,1°C, 23,9°C, 26,7°C, 29,4°C oraz 32,2°C).
Wykonane testy symulowały działanie pompy ciepła w trybie chłodzenia (klimatyzacji domu), gdy studnia pochła- niała ciepło oddawane przez układ chłodniczy pompy. Tem- peratura wody powrotnej to temperatura wody wypływającej ze studni, która byłaby normalnie wykorzystywana do „chło- dzenia” skraplaczy systemu. Woda dopływająca do pompy cie- pła (woda powrotna ze studni) o temperaturze powyżej 90°F (32,2°C) nie jest użyteczna. Temperatura wody powrotnej odnosi się do temperatury studni. Gdy temperatura studni ro- śnie, wymiana ciepła ze studnią (gruntem) zostaje zmniejszo- na, ponieważ różnica temperatur pomiędzy wodą dopływają- cą do studni a otaczającym ją gruntem zostaje zmniejszona.
Jak pokazuje tabela z wynikami testów, pompa ciepła CEGH zaabsorbowała 2,4 razy większą energię cieplną niż porównywalna pompa konwencjonalna w układzie zamknię- tym, zanim temperatura wody powrotnej nie wzrosła ponad wartość użyteczną. Oznacza to, że pompa ciepła CEGH może posiadać w przybliżeniu 2,4 razy większą wydajność od po- równywalnej pompy konwencjonalnej, działającej w systemie zamkniętym.
Podsumowanie
Test prototypu pompy CEGH udowodnił słuszność głównej koncepcji geotermalnej pompy ciepła ze wspomaganiem kon- wekcyjnym. Poprzez wymuszenie przepływu wody gruntowej dookoła rur kolektora pompy geotermalnej umieszczonego w studni wydajność pompy ciepła może zostać zwiększona. Wyniki testów pokazały także, że ogólny projekt oraz kon- strukcja pompy CEGH powoduje wymuszenie przepływu wody gruntowej dookoła rur kolektora. Już podczas pierwszej próby udało się nam wykonać funkcjonalny system, który podczas testów uzyskał bardzo pozytywne wyniki. Dlatego można śmiało powiedzieć, że koncepcja pompy CEGH jest wykonalna.
Istnieje powód, aby uważać, że lokalizacja studni dla na- szej pompy ciepła ze wspomaganiem konwekcyjnym oraz in-
Rys. 4. Przenoszenie ciepła przez pompę CEGH w porównaniu z pompą konwencjonalną.
Źródło: Aztech Engineers
Pompa ciepła CEGH absorbuje 2,4 razy większą energię cieplną niż porównywalna pompa konwencjonalna w układzie zamkniętym, zanim temperatura wody powrotnej nie wzrośnie ponad wartość użyteczną. Oznacza to, że pompa ciepła CEGH może posiadać w przybliżeniu 2,4 razy większą wydajność od porównywalnej pompy konwencjonalnej, działającej w systemie zamkniętym.
stalacja tej pompy nie były optymalne. Można by oczekiwać lepszych wyników w przypadku przyszłych instalacji w innych lokalizacjach. W naszym przypadku podczas wykonywania odwiertu nie natra ono na podłoże skalne aż do głębokości 120 stóp (36,6 m), a na wodę gruntową aż do głębokości około 250 stóp (76,2 m). Pierwsze 120 stóp głębokości studni zawie- rało obudowę stalową, natomiast materiał skalny na głęboko- ści od 120 do 250 stóp były ciasno ułożony i znajdowało się w nim niewiele szczelin, przez które mogła przepływać woda.
Ponieważ wydajność konwencjonalnych geotermalnych pomp ciepła w systemie zamkniętym zależy tylko od przewo- dzenia ciepła przez grunt otaczający kolektory, to te warunki skalne nie wpływają na wydajność pomp. Jednak prawdopo- dobnie mają one duży wpływ na wydajność pompy ze wspo- maganiem konwekcyjnym, ponieważ w przypadku testowym tylko odcinek o długości 150 stóp (45,7 m) całej głębokości odwiertu równej 400 stóp (121,9 m) był użyteczny, jeśli chodzi o konwekcję (przepływ wody gruntowej).
Dean Azzam, prezes rmy Aztech Engineers, Inc.
n
1 ang. building electri cation, czyli przechodzenie na wykorzystywanie energii elektrycznej do ogrzewania i gotowania
2 ground source heat pumps ; GSHP
3 convection enhanced geothermal heat pump, CEGH
INŻYNIERIA & UTRZYMANIE RUCHU – www.utrzymanieruchu.pl I kwartał 2023 59