آنالیز انتقال حرارت مبدل حرارتی زمین گرمایی شمعی با سیم پیچ های مارپیچی
چکیده
این مقاله به بررسی انتقال حرارت گذرا در اطراف سیم پیچ های مارپیچی مدفون می پردازد که می تواند در سیستم های پمپ گرمایی زمینی کوپل همراه با پایه شمع به عنوان مبدل حرارتی زمین گرمایی استفاده شود. مدل منبع حرارتی حلقه-سیم پیچی بوجود آمده است و راه حل تحلیلی صریحی برای پاسخ دما با استفاده از تئوری تابع گرین و روش تصویر بدست آمده است. تأثیر مکان و گام سیم پیچ ها محاسبه و با توجه به راه حل های موجود، مورد بررسی و بحث قرار گرفته است. علاوه بر این، مقایسه بین مدل های منبع حلقه- سیم پیچی و منبع استوانه ای بیان می دارد که مدل بهبود یافته ی منبع حلقه- سیم پیچی محدود می-تواند با دقت خوبی به توصیف فرایند انتقال حرارت مبدل حرارتی زمین گرمایی شمعی بپردازد (PGHE). روش های تحلیلی می تواند ابزاری مطلوب و بهتری را برای شبیه سازی/ طراحی PGHE فراهم نماید.
1-مقدمه
تکنولوژی پمپ حرارتی زمین- کوپل(GCHP) یکی از بهینه ترین روش ها از نظر صرفه جویی انرژی در گرمایش و سرمایش ساختمان است زیرا نوسانات درجه حرارت در محیط های زیر زمینی کمتر از نوسانات درجه حرارت هوای محیط می باشد. در یک سیستم GCHP، حرارت از طریق یک مبدل حرارتی زمین گرمایی (GHE) به زمین داده و یا از زمین گرفته می شود. در این مبدل حرارتی زمین گرمایی، آب خالص و یا محلول ضد انجماد جریان دارد. تعدادی از سیستم های GCHP عمودی در سراسر جهان از جمله در چین، با توجه به افزایش آگاهی در زمینه ی مسائل رو به رشد زیست محیطی و بحران فزاینده ی انرژی نصب شده است]1و2[. با این حال، محدودیت های اصلی در مورد کاربرد GCHP مناطق شهری این است که این سیستم به محدوده ی بزرگی از زمین برای نصب و راه اندازی GHEs نیاز دارد و این مسأله، معمولاً امری دشوار در شهرها می باشد. همچنین، GHEs بزرگ تر منجر به افزایش قابل توجه هزینه های اولیه نصب و راه‌اندازی GHE می شود. بنابراین، به دلیل هزینه نصب و راه اندازی بالای GHEs و محدودیت در مساحت قابل استفاده در زمین های شهری، استفاده ی گسترده از این تکنولوژی در مناطق پر جمعیت تا حد زیادی محدود شده است.
Abstract
This paper investigates the transient heat conduction around the buried spiral coils which could be applied in the ground-coupled heat pump systems with the pile foundation as a geothermal heat exchanger. A transient ring-coil heat source model is developed, and the explicit analytical solutions for the temperature response are derived by means of the Green’s function theory and the image method. The influences of the coil pitch and locations are evaluated and discussed according to the solutions. In addition, comparisons between the ring-coil and cylindrical source models give that the improved finite ring-coil source model can accurately describe the heat transfer process of the pile geothermal heat exchanger (PGHE). The analytical solutions may provide a desirable and better tool for the PGHE simulation/design.
1. Introduction
The ground-coupled heat pump (GCHP) technology is one of the most energy efficient ways to provide both space heating and cooling for buildings because the underground environment experiences less temperature fluctuation than the ambient air temperature. In a GCHP system, heat is extracted from or rejected to the ground via a geothermal heat exchanger (GHE) through which pure water or anti-freezing solution circulates. The commonly used GHE in closed loop systems typically consists of high-density polyethylene (HDPE) U-tubes installed in vertical boreholes which are called vertical GCHP systems. A number of vertical GCHP systems have been installed around the world including in China due to the increasing awareness of environmental issues and growing energy crisis [1,2]. However, the main restriction against the GCHP application in urban areas is that the system requires a large plot of land for installation of GHEs, and this is usually difficult in cities. Besides, larger GHEs significantly increase the initial cost of the GHE installation. Therefore, the high installation cost of excessively large GHEs and the limited urban land area have restricted to a large extent the wide applications of this technology in densely-populated areas.
چکیده
1-مقدمه
2. مدل منبع حلقه-سیم پیچ حرارتی و راه حل ها
2-1- پاسخ دما توسط یک منبع حرارتی تک حلقه-سیم پیچ
2-2 مدل منبع حلقه-سیم پیچ نامحدود
2-3 مدل منبع حلقه –سیم پیچ محدود
3- بحث و مقایسه
3-1 مقایسه مدل منبع حلقه- سیم پیچ با طول محدود و نامحدود
3-2 مقایسه مدل های منبع استوانه ای و منبع حلقه- سیم پیچ نامحدود
3-3 مقایسه مدل های منبع حلقه- سیم پیچ و استوانه ای محدود
4- نتیجه گیری
منابع
Abstract
Nomenclature
1. Introduction
2. Ring-coil heat source model and solutions
2.1. Temperature response by a single ring-coil heat source
2.2. Infinite ring-coil source model
2.3. Finite ring-coil source model
3. Comparisons and discussion
3.1. Comparisons of infinite and finite ring-coil source models
3.2. Comparisons of infinite ring-coil source and ‘‘solid’’ cylindrical source models
3.3. Comparisons of finite cylindrical and ring-coil source models
4. Conclusions
- ترجمه فارسی مقاله با فرمت ورد (word) با قابلیت ویرایش، بدون آرم سایت ای ترجمه
- ترجمه فارسی مقاله با فرمت pdf، بدون آرم سایت ای ترجمه