view in publisher's site

Numerical simulation of a ground-coupled heat pump system with vertical plate heat exchangers: A comprehensive parametric study

Highlights•The thermal performance of vertical plate GHEs is computationally scrutinized.•The effects of five parameters on the performance of plate GHEs are comprehensively studied.•The optimum distance between two adjacent GHEs is found to be about 4 m.•Soil type has the most critical effect on the thermal performance of plate GHEs.•Selecting a proper value for buried depth is finding a compromise between performance and cost.AbstractPlate ground heat exchangers (GHEs) are renowned for having the highest heat transfer rate per unit land area and could be of interest when the accessible land area is limited. In this study, a 3-D numerical model is developed to investigate the thermal performance of vertical plate GHEs at the real-scale level. The proposed model accounts for ambient temperature fluctuations and building cooling load variations and is such developed to couple the GHE to the heat pump. The effects of different parameters, including GHE spacing, buried depth, the height of GHE, soil type, and climate on the thermal performance of vertical plate GHEs, are comprehensively investigated for the first time. The optimum distance between two adjacent GHEs is obtained to be about 4 m to avoid the adverse effect of thermal interference. It is demonstrated that increasing GHE spacing dramatically increases cooling load per unit GHE area for values below 4 m while decreasing cooling load per unit land area. As a case in point, increasing GHE spacing from 2 m to 4 m increases cooling load per unit GHE area by 30.1 % while lowering cooling load per unit land area by 34.9 %. It can be inferred from the simulation results that soil type has the most critical effect on the thermal performance of vertical plate GHEs, and better thermal performance can be achieved when GHEs are buried in a soil type with higher thermal conductivity as well as higher heat capacity. The results also indicate that selecting proper values for buried depth and height is in fact finding a compromise between thermal performance and excavation cost. Investigating the effect of climate reveals that the maximum cooling load per unit GHE area is decreased by 37.7 % when the GCHP system operates in Ahvaz (hot climate) rather than Tehran (mild climate). However, when the GCHP system is designed to operate in Tabriz (cold climate), the maximum cooling load improves by 17.4 %.Graphical abstractDownload : Download high-res image (127KB)Download : Download full-size image

شبیه‌سازی عددی سیستم پمپ حرارتی کوپل شده با زمین با مبدل‌های حرارتی صفحه عمودی: یک مطالعه پارامتری جامع

نکات برجسته * عملکرد حرارتی GHEs صفحه عمودی از نظر محاسباتی مورد بررسی قرار گرفته‌است. * اثرات پنج پارامتر بر عملکرد GHEs صفحه به طور جامع مورد مطالعه قرار گرفته‌است. * فاصله بهینه بین دو GHEs مجاور حدود ۴ متر است. * نوع خاک بیش‌ترین تاثیر را بر عملکرد گرمایی GHEs صفحه دارد. انتخاب یک مقدار مناسب برای عمق دفن، پیدا کردن مصالحه بین عملکرد و هزینه است. مبدل‌های حرارتی زمین (GHEs)برای داشتن بالاترین نرخ انتقال حرارت در واحد سطح زمین مشهور هستند و زمانی که منطقه زمین در دسترس محدود باشد، می‌توانند مورد توجه قرار گیرند. در این مطالعه، یک مدل عددی سه‌بعدی برای بررسی عملکرد حرارتی صفحات عمودی GHEs در سطح واقعی توسعه داده شده‌است. مدل پیشنهادی، نوسانات دمای محیط و تغییرات بار برودتی ساختمان را در نظر می‌گیرد و به گونه‌ای توسعه‌یافته است که GHE را به پمپ حرارتی متصل می‌کند. اثرات پارامترهای مختلف، از جمله فاصله GHE، عمق دفن، ارتفاع GHE، نوع خاک و آب و هوا بر روی عملکرد حرارتی GHEs صفحه عمودی، برای اولین بار به طور جامع مورد بررسی قرار گرفته‌است. فاصله بهینه بین دو GHEs مجاور حدود ۴ متر به دست می‌آید تا از اثرات مخرب تداخل گرمایی جلوگیری شود. نشان‌داده شده‌است که افزایش فاصله GHE، بار سرمایشی در واحد سطح GHE را برای مقادیر زیر ۴ متر به طور چشمگیری افزایش می‌دهد در حالی که بار سرمایشی در واحد سطح زمین را کاهش می‌دهد. به عنوان یک مورد، افزایش فاصله GHE از ۲ متر به ۴ متر بار سرمایشی در واحد سطح GHE را ۳۰.۱ % افزایش می‌دهد در حالی که بار سرمایشی در واحد سطح را ۳۴.۹ % کاهش می‌دهد. می توان از نتایج شبیه‌سازی استنباط کرد که نوع خاک بیش‌ترین تاثیر را بر عملکرد حرارتی GHEs صفحه عمودی دارد و عملکرد حرارتی بهتر زمانی حاصل می‌شود که GHEs در یک نوع خاک با هدایت حرارتی بالاتر و همچنین ظرفیت حرارتی بالاتر دفن شود. نتایج همچنین نشان می‌دهد که انتخاب مقادیر مناسب برای عمق و ارتفاع مدفون در حقیقت پیدا کردن سازش بین عملکرد حرارتی و هزینه حفاری است. بررسی تاثیر آب و هوا نشان می‌دهد که وقتی سیستم GCHP در اهواز (آب و هوای گرم)به جای تهران (آب و هوای معتدل)کار می‌کند، حداکثر بار سرمایشی در واحد سطح GHE به میزان ۳۷.۷ درصد کاهش می‌یابد. با این حال، هنگامی که سیستم GCHP برای کار در تبریز طراحی شده‌است (آب و هوای سرد)، حداکثر بار سرمایشی تا ۱۷.۴ % بهبود می‌یابد. دانلود گرافیکی: دانلود تصویر با کیفیت بالا (۱۲۷ KB)دانلود: دانلود تصویر با اندازه کامل
ترجمه شده با


پر ارجاع‌ترین مقالات مرتبط:

  • مقاله Renewable Energy, Sustainability and the Environment
  • ترجمه مقاله Renewable Energy, Sustainability and the Environment
  • مقاله انرژی تجدید پذیر، پایداری و محیط زیست
  • ترجمه مقاله انرژی تجدید پذیر، پایداری و محیط زیست
  • مقاله Geotechnical Engineering and Engineering Geology
  • ترجمه مقاله Geotechnical Engineering and Engineering Geology
  • مقاله مهندسی ژئوتکنیکی و مهندسی زمین‌شناسی
  • ترجمه مقاله مهندسی ژئوتکنیکی و مهندسی زمین‌شناسی
  • مقاله Geology
  • ترجمه مقاله Geology
  • مقاله زمین‌شناسی
  • ترجمه مقاله زمین‌شناسی
سفارش ترجمه مقاله و کتاب - شروع کنید

با استفاده از افزونه دانلود فایرفاکس چکیده مقالات به صورت خودکار تشخیص داده شده و دکمه دانلود فری‌پیپر در صفحه چکیده نمایش داده می شود.