Test de Raspuns Termic pentru foraje geotermale...- λ este conductivitatea termica - q este caldura...
Transcript of Test de Raspuns Termic pentru foraje geotermale...- λ este conductivitatea termica - q este caldura...
Test de Raspuns Termic
pentru foraje geotermale
client: Floreasca Park
locatie: Sos Pipera 43
F1 F1
F2 F1
F3 F1
Testul de Raspuns Termic Metoda experimentala de determinare a parametrilor termici necesari proiectarii schimbatoarelor de caldura cu pamantul.
Calculul parametrilor termici in conditiile specifice ale locatiei date (ex. cu influenta acviferelor strabatute de foraj)
Retea electrica
Unitate de test - Un agent termic (apa) este circulat in bucla inchisa prin forajul geotermal
- O putere constanta este injectata
- Temperaturile Tin si Tout sunt inregistrate la fiecare 20 sec.
- Adancimea si diametrul forajului sunt cunoscute
λ - conductivitatea termica efectiva a pamantului Tₒ - temperatura medie neperturbata a forajului Rb - rezistenta termica dintre fluidul de lucru si peretele gaurii de foraj
UN SISTEM GEOTERMAL CORECT DIMENSIONAT = MAXIMUM DE ENERGIE LA CELE MAI MICI COSTURI
DATA LOGGER S 0121
T1
T2
Pompa de circulatie
Vas de expansiune Incalzitor 2 – 8 kW 220 V stabilizat
Senzori de temperatura
Foraj geotermal
TEST DE RASPUNS TERMIC - GEOTERM PDC srl
Determinarea temperaturii neperturbate Tₒ La inceputul testului se circula pentru 20-30 de minute apa din bucla fara sa se porneasca rezistentele de incalzire. Temperatura cautata este media temperaturilor dupa stabilizare [To(F1)=+13,4˚C, To(F2)=+13,5˚C, To(F3)=13,6˚C]
Adancimea
Panta datorata gradientului geotermal
Temperatura medie neperturbata
ian.-feb.
iul.
120m
80m
40m
15m
Determinarea conductivitatii termice λ
Folosind aproximarea „liniei – sursa” si ecuatia conductiei termice in ipoteza solului ca mediu omogen si izotrop:
t
TT
∂∂=∇2α
unde: -α este difuzivitatea termica (α = λ/ρc) -ρ este densitatea iar c este caldura specifica -T este temperatura - t este timpul O aproximare a evolutiei temperaturii este descrisa de relatia:
−
+≅ γαπλ 20
4ln
4),(
r
tqTtrT
unde:
- Tₒ este temperatura neperturbata medie a forajului - λ este conductivitatea termica - q este caldura injectata [W/m] - r este raza gaurii de foraj = 0.065m - γ este constanta lui Euler (0,5772) - α este difuzivitatea termica medie
Metoda de calcul are o eroare de max. 10% daca se respecta criteriul de timp:
α
25rt ≥ (~7 ore)
Foraj 1
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
0 10 20 30 40 50 60 70
T1,
T2
T1
T2
[ore]
Foraj 2
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
0 10 20 30 40 50 60 70
T1,
T2
T1
T2
Foraj 3
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
0 10 20 30 40 50 60 70
T1,
T2
T1
T2
[ore]
Evolutia temperaturilor de tur si retur in cele 70 de ore de inregistrari
Foraj 1
y = 1,5613x + 4,6814
18
19
20
21
22
23
24
25
9 10 11 12ln(t)
Tm
ed (
T1+
T2)
/2
Caldura injectata = 39,7 W/mConductivitatea termica medie estimata: λ =2,02 W/mK
t > 5r²/α ~ 7 ore
Foraj 2
y = 1,7209x + 3,4641
18
19
20
21
22
23
24
25
9 10 11 12
ln(t)
Tm
ed (
T1+
T2)
/2
Caldura injectata = 40 W/mConductivitatea termica medie estimata: λ =1.85 W/mK
t > 5r²/α ~ 7,7 ore
Foraj 3
y = 1,6933x + 3,389
18
19
20
21
22
23
24
25
9 10 11 12
ln(t)
Tm
ed (
T1+
T2)
/2
Caldura injectata = 40,5 W/mConductivitatea termica medie estimata: λ =1,90 W/mK
t > 5r²/α ~ 7,2 ore
Cand axa x (timp-ore) este reprezentata logaritmic, graficul temperaturii medii devine o dreapta din a carei inclinare k se poate deduce valoarea lui λ:
mKWk
qef /02,2
56,147,39
4 1
11 ===
ππλ
mKWk
qef /85.1
72,1440
4 2
22 ===
ππλ
mKWk
qef /90,1
69,145,40
4 3
33 ===
ππλ
unde q = P/H [W/m] P = puterea totala injectata si H = adancimea forajului
Determinarea caldurii specifice volumice si a difuzivitatii termice medii
Caldura specifica volumica medie si difuzivitatea medie, au o importanta mai redusa in teoria „liniei – sursa” si doar la calculul rezistentei termice dintre agentul termic ce circula prin colectoare si peretele gaurii de foraj (Rb). Pentru calculul caldurii specifice volumice se folosesc tabelele si litologia forajelor de test.
Sos. Pipera nr. 43 (Floreasca Park)
Interval adancime (m) Litologie
0,00 – 23,00 sol vegetal, loess, argila 23,00 – 24,70 nisip grosier, pietris 24,70 – 35,00 argila 35,00 – 39,20 nisip mediu granular 39,20 – 64,80 argila, argila nisiposa 64,80 – 65,80 nisip fin 65,80 – 75,70 argila, marna 75,70 – 81,60 nisip fin 81,60 – 85,30 argila nisipoasa 85,30 – 86,00 nisip fin 86,00 – 115,30 marna, marna nisipoasa 115,30 – 116,80 nisip fin
116,80 – 122 argila, argila nisipoasa
15m din 120m sunt nisipuri saturate (12,5%) Caldura specifica volumica calculata este :
KmMJcv3/41,2=
iar difuzivitatea termica:
sm
cv
ef /108,01041,2
93,1 266
−×=×
==λ
α
Determinarea rezistentei termice Rb
Cu λ si To cunoscuti si cu o estimare a caldurii specifice volumice pentru straturile strabatute de forajul geotemal, e posibila determinarea grafica a lui Rb.
−
−−
= γαπλ 2
0 4ln
4
1)(
r
t
q
TtTRb
Foraj 1
y = -9E-06x + 0,084
0
0,01
0,02
0,03
0,04
0,05
0,06
0,07
0,08
0,09
0,1
0 10 20 30 40 50 60 70
Timp [ore]
Rb
[mK
/W]
Rezistenta termica estimata = 0,084mK/Wîn conditiile:- temperatura neperturbata Tₒ = 13,4˚C- caldura specifica volumica c ͮ = 2,41MJ/m³K
Foraj 2
y = 2E-06x + 0,0848
0
0,01
0,02
0,03
0,04
0,05
0,06
0,07
0,08
0,09
0,1
0 10 20 30 40 50 60 70 80
Timp [ore]
Rb
[mK
/W]
Rezistenta termica estimata = 0,085mK/Wîn conditiile:- temperatura neperturbata Tₒ = 13,5˚C- caldura specifica volumica c ͮ = 2,41MJ/m³K
Foraj 3
y = 3E-05x + 0,0752
0
0,01
0,02
0,03
0,04
0,05
0,06
0,07
0,08
0,09
0,1
0 10 20 30 40 50 60 70 80
Timp [ore]
Rb
[mK
/W]
Rezistenta termica estimata = 0,075mK/Wîn conditiile:- temperatura neperturbata Tₒ = 13,6˚C- caldura specifica volumica c ͮ = 2,41MJ/m³K
Cei trei parametri determinati prin testul de raspuns termic sunt:
Tₒ = 13,5˚C λ ef = 1,92 W/mK Rb = 0,081mK/W