Numerical models of horizontal ground source heat exchangers and modulating heat pumps - NUMO

Projektbeskrivelse

I projektet er der gennemført analyser af målinger for et solvarme-/varmepumpeanlæg med 240 m vandrette jordslanger på instituttets forsøgsareal samt for et småskala forsøg med en jordslange i et 1 m3 jordvolumen i laboratoriet. Anlægget på forsøgsarealet er forsynet med måleudstyr som gør det muligt at følge anlæggets detaljerede drift. Blandt andet måles der mange jordtemperaturer ligesom fugtindholdet af jorden registreres. Desuden er der meget detaljerede vejrmålinger fra instituttets klimastation med hensyn til regn, solstråling, udelufttemperatur, relativ fugtighed af luften osv. Disse vejrparametre er afgørende for jordens fugtighed. Laboratorieopstillingen er også forsynet med måleudstyr som muliggør at bestemme varmetransporten i jorden samt varmetransporten mellem jorden og den varmetransporterende væske, som pumpes gennem jordslangen. 

Anlægget på forsøgsarealet har været i drift i siden 2018. I perioder med solfangerdrift blev solvarmen først og fremmest overført til anlæggets varmtvandsbeholder. I perioder, hvor solvarmen ikke kunne opvarme beholderen, blev solvarmen tilført jorden gennem jordslangerne. Disse perioder blev afbrudt af kortvarige perioder uden drift for at undersøge om solfangertemperaturen blev tilstrækkelig høj til at solvarmen kunne tilføres beholderen. Derfor opnås der desværre aldrig så langvarige driftsperioder, hvor solvarme tilføres jorden at der etableres næsten stabile temperaturforhold, som er nødvendige for at bestemme jordens varmeledningsevne ud fra temperaturmålingerne. Det samme gør sig gældende for perioder med drift af varmepumpen, hvor jorden afkøles ved at kold varmetransporterende væske pumpes gennem jordslangerne. I disse perioder dækkes varmebehovet af varmepumpen.

For at opstille anbefalinger til design og optimering af jordslanger til solvarme-/varmepumpeanlæg er der behov for viden om varmetransporten mellem jorden og den varmetransporterende væske i jordslangerne, både under varmetilførsel og under varmetapning fra jorden. Varmetransporten afhænger af jordens varmeledningsevne, som påvirkes af jordens fugtighed og dermed af vejret.

Desværre gør driften med de relativt korte driftsperioder beskrevet oven for det umuligt at bestemme jordens varmeledningsevne igennem året ved hjælp af målingerne fra anlægget på forsøgsarealet.

Det foreslås derfor at der i et nyt projekt, som jeg håber kan bevilges fra Bjarne Saxhofs Fond, kan gennemføres langvarige, for eksempel 4 timers opvarmnings- og 4 timers afkølingsforsøg med konstante indløbstemperaturer til jordslangerne gennemført en gang om måneden. På den måde kan jordens varmeledningsevne bestemmes ved hjælp af temperaturmålingerne, og der kan opstilles en sammenhæng mellem vejret og varmeledningsevnen for jorden. Desuden kan det klarlægges om der på grund af jordslangernes store varmeudvidelseskoefficient er forskel på varmetransporten mellem rør og jord i perioder med opvarmning og afkøling af jorden. Undersøgelserne kan danne basis for anbefalinger til design og optimering af vandrette jordslanger til solvarme-/varmepumpeanlæg.

Projektdetaljer

Resultater