Fakultet strojarstva i brodogradnje Sveučilišta u Zagrebu

Istraživanje i promocija korištenja plitkih geotermalnih potencijala u RH

Prezentacija: Distributivno mjerenje toplinskih svojstava tla i korištenje tla kao obnovljivog toplinskog spremnika

Luka Boban, mag.ing.stroj.

Leon Lepoša, mag.ing.stroj.

Predstavljeni rezultati istraživanja dobiveni su u sklopu projekta

Istraživanje i promocija plitkih geotermalnih potencijala u RH

Ovaj projekt financiran je od strane Europske unije pod brojem ugovora

IPA2007/HR/16IPO/001-040506, u iznosu od maksimalno 509.695,36 EUR

Ova publikacija izrađena je uz pomoć Europske unije. Sadržaj ove publikacije

isključiva je odgovornost autora i ne odražava nužno gledišta Europske unije.

SADRŽAJ

1. Uvod

2. Mjerenje toplinskog odziva tla

3. Distribuirano mjerenje toplinskog odziva tla

4. Mjerenje temperature optičkim kabelima

5. Plan mjerenja

6. Rezultati mjerenja – Zadar

1. Uvod – dizalica topline

DIZALICA TOPLINE

IZVOR TOPLINE PONOR TOPLINE

posreduje u prijenosu topline

između dva toplinska spremnika

ukupno tri kruga: krug dizalice

topline, krug izvora i krug ponora

topline

toplina se odvodi od izvora i

predaje ponoru, uvećana za

energiju kompresije

energija kompresije ovisi o razlici

temperatura toplinskih spremnika

dimplex_wp_012004.exe

1. Uvod – geotermalna dizalica topline

Koristi tlo kao toplinski spremnik - dostupnije od vode, učinkovitije od zraka

1. Uvod - dimenzioniranje

Za dimeznioniranje sustava dizalice topline povezane s tlom potrebno je

poznavati različite ulazne parametare:

potreban kapacitet i energija za grijanje i/ili hlađenje kondicioniranog

prostora

temperaturni režim grijanja i/ili hlađenja

učinkovitost sustava

važeća tehnička regulativa

svojstva tla: toplinska vodljivost, toplinski otpor bušotine

nije moguće utjecati na svojstva tla - samo ih odrediti

(tablično, laboratorijski, mjerenjem na lokaciji)

2. Mjerenje toplinskog odziva tla (eng. TRT - thermal response test)

određivanje toplinskih svojstava tla na lokaciji

bušenja

test se sastoji od kontinuiranog cirkuliranja medija

kroz izmjenjivač uz konstantni toplinski tok

mjeri se temperatura polaza i povrata iz izmjenjivača

(T1 i T2) – temperaturni odziv tla

primjenom odgovarajućeg modela dobivaju se

efektivna svojstva: toplinska vodljivost tla i toplinski

otpor bušotine

Bušotinski

izmjenjivač topline

3. Distribuirano mjerenje toplinskog odziva tla (eng. DTRT)

određivanje vertikalne distribucije toplinskih

svojstava tla po dubini bušotine - toplinska vodljivost

tla i toplinski otpor bušotine

mjeri se temperatura medija duž izmjenjivača

(T1,T2... Tn) - temperaturni odziv slojeva tla

određuje se i stvarna nedirnuta temperatura tla

mjerenje termoparovima (duljina žica) ili optičkim

kabelima

Bušotinski

izmjenjivač topline

T3

T5

T4

T7

Tn

T8

4. Mjerenje temperature optičkim kabelima (eng. DTS - distributed temperature sensing)

optički kabel ugrađen u U cijev izmjenjivača - 200 m

ukupne duljine cca. 240 m (spajanje s akvizicijskim uređajem, kalibracija)

dio spektra povratnog raspršenog zračenja ovisan je o temperaturi

DTS

Laser

Senzor

Ulazna svjetlost

Brillouinovo rasprešenje Brillouinovo

rasprešenje

Ramanov pojas -

ovisan o

temperaturi Ramanov

pojas - ovisan o temperaturi

Mjerenje temperature optičkim kabelima (eng. DTS - distributed temperature sensing)

Mjerenje temperature optičkim kabelima (eng. DTS - distributed temperature sensing)

5. Plan mjerenja

nakon polaganja izmjenjivača u tlo – 2 tjedna stabilizacije tla

mjerenje rekuperacije tla – 48 sati

mjerenje nedirnute temperature tla – 72 sata

mjerenje toplinskog odziva tla – 48 sati

Mjerenje nedirnute temperature tla

početak mjerenja – 24.10.2014. u 16:13 sati

kraj mjerenja – 29.10.2014. u 16:13 sati

prvih 10 metara – vidljiv utjecaj vanjskog okoliša

najniža zabilježena temperatura – 14,80 ºC

najviša zabilježena temperatura – 15,22 ºC

6. Rezultati mjerenja – Zadar

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

14,00 15,00 16,00 17,00 18,00

Du

bin

a [m

]

Temperatura [°C]

Nedirnuta temperatura tla

Nedirnuta temperatura tla

Mjerenje toplinskog odziva tla

Parametri mjerenja:

trajanje mjerenja – 58 sati

najveća toplinska snaga – 8,5 kW

najniža toplinska snaga – 3,3 kW

prosječna specifična isporučena toplina – 81 W/m

Protok – 1234 l/h ~ 20,56 l/min

Rezultati mjerenja:

toplinska vodljivost tla – λ = 4,53 W/mK

toplinski otpor bušotine – Rb = 0,0683 mK/W

6. Rezultati mjerenja – Zadar

6. Rezultati mjerenja – Zadar

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30

Du

bin

a [m

]

Temperatura [°C]

Vertikalna razdioba temperatura u izmjenjivaču

TRT, 4. sat

TRT, 22. sat

TRT, 48. sat

Dubina [m] q [W/m]

4 – 10 27

10 – 16 265

16 – 22 107

22 – 28 103

28 – 34 68

34 – 40 72

40 – 46 50

46 – 52 54

52 – 58 49

58 – 64 52

64 – 70 57

70 – 76 52

76 – 82 51

82 – 88 73

88 – 94 65

94 – 100 53

Sr. vrijed. 55

6. Rezultati mjerenja – Zadar

0 50 100 150 200 250 300

4-10

10-16

16-22

22-28

28-34

34-40

40-46

46-52

52-58

58-64

64-70

70-76

76-82

82-88

88-94

94-100

Du

bin

a [m

]

Vertikalna distribucija toplinskg toka [W/m]

Dubina [m] λ [W/mK]

4 – 10 1,51

10 – 16 16,55

16 – 22 6,61

22 – 28 6,15

28 – 34 3,59

34 – 40 4,07

40 – 46 2,67

46 – 52 2,78

52 – 58 2,64

58 – 64 2,97

64 – 70 3,19

70 – 76 2,80

76 – 82 2,87

82 – 88 4,00

88 – 94 3,84

94 – 100 2,86

Sr. vrijed. 3,08

6. Rezultati mjerenja – Zadar

0 5 10 15 20

4-10

10-16

16-22

22-28

28-34

34-40

40-46

46-52

52-58

58-64

64-70

70-76

76-82

82-88

88-94

94-100

Du

bin

a [m

]

Vertikalna distribucija toplinske vodljivosti [W/(m K)]

Dubina [m] Rb [mK/W]

4 – 10 0,29

10 – 16 0,02

16 – 22 0,05

22 – 28 0,05

28 – 34 0,10

34 – 40 0,08

40 – 46 0,13

46 – 52 0,13

52 – 58 0,13

58 – 64 0,11

64 – 70 0,10

70 – 76 0,11

76 – 82 0,10

82 – 88 0,06

88 – 94 0,07

94 – 100 0,09

Sr. vrijed. 0,10

6. Rezultati mjerenja – Zadar

0,00 0,05 0,10 0,15 0,20 0,25 0,30 0,35

4-10

10-16

16-22

22-28

28-34

34-40

40-46

46-52

52-58

58-64

64-70

70-76

76-82

82-88

88-94

94-100

Du

bin

a [m

]

Vertikalna distribucija toplinskog otpora bušotine *(m K)/W+

6. Rezultati mjerenja – Zadar

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

14 16 18 20 22 24 26

Du

bin

a [m

]

Temperatura [°C]

Temperaturni oporavak tla nakon MTO-a

Nedirnuta temperatura tla 48. sat 30. sat 20. sat 10. sat 5. sat 0. sat

6. Rezultati mjerenja – Zadar

10

11

12

13

14

15

16

17

18

19

20

21

22

23

24

25

0 100 200 300 400 500 600

Tem

pe

ratu

ra [

°C]

Temperaturni oporavak tla (48 h)

4 m 14 m 20 m 40 m 60 m 80 m 96 m

7. Zaključak

Provedba TRT je upitna u područjima s izraženim podzemnim tokovima:

λtrt= 4,53 W/mK

λdtrt= 3,08 W/mK

λdtrt-40 do 100 m= 2,87 W/mK

razlika – 35%

Zadar, 05.02.2015.

HVALA NA PAŽNJI!

Luka Boban, mag. ing. stroj.

Leon Lepoša, mag. ing. stroj.

Fakultet strojarstva i brodogradnje, Sveučilišta u Zagrebu

Ivana Lučića 5, Zagreb

E-mail: luka.boban@fsb.hr

leon.leposa@fsb.hr