Opracowanie wieloetapowego testu reakcji termicznej otworowych
wymienników ciepła
Przedmiotem rozprawy doktorskiej jest opracowanie metodyki nowego rodzaju badania otworowych wymienników ciepła (OWC). Badanie to ma pozwolić uzyskać informacje o zmieniającej się charakterystyce pracy OWC w funkcji strumienia objętości przepływającego nośnika ciepła i wymienianej mocy grzewczej. Jako cele rozprawy zostały wyznaczone: wyznaczenie funkcji zależności pomiędzy oporem termicznym OWC, a strumieniem objętości przepływającego nośnika ciepła i wymienianą mocą, określenie sprawności zależnej od parametrów pracy OWC, wyprowadzenie zależności pozwalającej określić moc pozyskiwaną z OWC w funkcji wielu zmiennych. W początkowych rozdziałach pracy opisano zasadę wykorzystania niskotemperaturowego ciepła z górotworu, zdefiniowano współczynnik wydajności grzewczej i wskazano czynniki, które decydują o jego wartości. Następnie scharakteryzowano źródła energii geotermalnej, wykorzystywane na różnych poziomach temperatur. Kolejno opisano sposoby wykonywania OWC, rodzaje OWC oraz materiały używane do ich konstruowania. Rozdział czwarty zawiera opis urządzeń do przeprowadzania pomiarów parametrów charakteryzujących OWC oraz otaczającego go górotworu. Poczynając od rozdziału piątego podane są podstawy mechanizmu transportu energii w OWC i wokół niego oraz zjawiska związane z przepływem nośnika ciepła wewnątrz przewodów OWC. Następnie przedstawiono sposób przeprowadzenia, analizy danych i opracowania wyników jednoetapowego testu reakcji termicznej (TRT). W oparciu o zamieszczone w poprzednich rozdziałach informacje w rozdziale siódmym przedstawiono metodykę projektowania,przeprowa-dzania, analizy danych i opracowania wyników wieloetapowego testu reakcji termicznej (WTRT). Uzyskane wyniki posłużyły jako dane do równań zamieszczonych w rozdziale ósmym, pozwalających na wyliczenie założonych wartości w celach pracy. W oparciu o kompleksowo zaprojektowaną metodykę wykonano i zamieszczono wyniki dwóch badań WTRT przeprowadzonych na OWC o konstrukcji pojedynczej
i podwójnej u-rury. Na podstawie pracy stwierdzono, że WTRT pozwala na dokładniejsze niż dotychczas scharakteryzowanie parametrów termicznych OWC i otaczających skał. Zaproponowano metodykę określania ciepła właściwego skał otaczających OWC inną niż dotychczas znaną i stosowaną. Wykazano wpływ strumienia objętości i mocy wymienianej przez OWC z górotworem na jego sprawność.
Development of a multi-stage thermal response test of borehole heat
exchangers
The subject of the doctoral dissertation is to develop a methodology for a new type of test for borehole heat exchangers (BHE). This study allowed to obtain information about the changing characteristics of BHE operation as a function of the volume flow of the flowing liquid in the pipes and the heating power exchanged. The following were designated as the objectives of the dissertation: determination of the function of dependence between the BHE thermal resistance and the volume flow of the flowing liquid in the tubes and the power exchanged, determination of the efficiency depending on the BHE work parameters, determination of the dependence allowing to determine the power obtained from BHE as a function of several variables. The first chapters describe the principle of using low temperature heat from the rock mass. The heating efficiency coefficient has also been defined here. The factors influencing the heating efficiency coefficient were indicated. Then, geothermal energy sources, used at different temperature levels, were characterized. The methods of making BHE, types of BHE and materials used to construct them are described in succession. The fourth chapter contains a description of devices for measuring the parameters characterizing BHE and rock mass around. Starting from the fifth chapter there are given the basics of the energy transport mechanism in BHE and in the rock mass around and phenomena related to the flow of liquids in BHE pipes. The next step shows how to perform, analyze data and develop results of a one-step thermal response test (TRT). On the basis of the information in the previous chapters, chapter 7 presents the methodology for designing, conducting, analyzing data and developing the results of a multi-stage thermal response test (WTRT). The obtained results served as data for the equations included in the eighth chapter. From these formulas, the values set for work purposes were calculated. Based on the designed methodology, the WTRT test for two BHEs with single and double construction was performed u-pipe and the results are given. The conducted research proves that WTRT allows for more precise
characterization of thermal parameters of BHE and surrounding rocks. A methodology for determining the specific heat of rocks surrounding BHE was proposed, other than the known one and used. The influence of the volume flow and power exchanged by BHE was demonstrated with a rock mass for it’s efficiency.
