대규모 시추공 열교환 기의 설계를위한 장기 지하수 조건 및 리소그음의 특성

지구의 지하 표면은 표면의 날씨의 일일 및 계절 변화에도 불구하고 주어진 깊이에서 비교적 안정적인 온도로 유지됩니다. 암석과 토양은 또한 오랫동안 열 에너지를 저장하는 능력이 있습니다.

지면으로 결합 된 열 펌프 (GCHP) 시스템은 시추공 열 교환기 (BHE) 또는지면으로 구성된 열 교환기라고하는 일련의 시추공을 통해 펌핑되는 가열 또는 냉각수를 사용하여 지하 표면에서 열 에너지를 저장하거나 추출 할 수 있습니다. 건물의 에너지는 냉각을 위해 여름철 지하에 보관할 수 있습니다. 에너지는 또한 난방을 위해 겨울에 지하 표면에서 건물로 옮겨 질 수 있습니다. 히트 펌프는 단순히 한 곳에서 다른 곳으로 에너지를 전달하므로 효율적입니다. GCHP 시스템의 경우, 가열 및 냉각을위한 순환 유체를 통해지면과 건물 사이에서 열이 전달됩니다.

대학, 정부 기관 및 기업과 같은 기관이 탄소 발자국과 열을 줄이고 멋진 작업 공간을보다 효율적으로 줄이는 방법을 찾기 때문에 대규모 GCHP 시스템이 점점 더 일반화되고 있습니다. 미주리 과학 기술 대학, Ball State University, Robert Stockton College 및 Colorado 및 Michigan State Capitols의 최근 시스템은 최근 이러한 대규모 GCHP 시스템을 완료했습니다. 미주리 과학 기술 대학교 (University of Science and Technology) 시스템은 노후화 된 석탄 화력 발전소를 대체했으며 이후 에너지 소비가 57 % 감소하고 이산화탄소 배출량이 25,000 톤 감소하고 매년 1,870 만 갤런 감소가 감소했습니다.

이러한 대형 시스템의 건설이 급증 했음에도 불구하고 건설 전 지하수 조건에 거의주의를 기울이지 않습니다. 시스템의 설계는 일반적으로 48 시간 동안 수행되는 단일 열 응답 테스트 (TRT)에 달려 있습니다. TRT는 지하 표면의 암석과 토양의 전체 열 특성을 결정합니다. 이것은 깊이 및 시추공 수와 같은 BHE의 크기를 지시합니다.

최근 두 가지 논문에서“카르 스틱 대수층에서 대규모 시추공 열교환 기의 효과에 대한 계절적 지하수 포화의 효과”및“대규모지면 결합 히트 펌프 시스템의 대규모지면 열 펌프 시스템에 대한 지하수 흐름의 변화가 관찰 된 영향”. , David Smith, A.C. Elmore 및 Jordan Thompson은 포화 및 지하수 흐름과 같은 오랜 기간 동안 대수층을 변화시켜 이러한 대규모 GCHP 시스템의 성능에 큰 영향을 줄 수 있음을 보여줍니다.

이 연구는 몇 년 동안 미주리 과학 기술 대학에 위치한 대규모 144 우물 BHE의 성과에 중점을 두었습니다. BHE는 일반적으로 30-40 피트 사이의 수위의 변화를 경험하고 현장 주변의 큰 도시 우물의 작동으로 인해 유량의 약간의 변화를 경험할 수있는 매우 생산적인 Karstic 백운석 및 사암 대수층으로 건설되었습니다.

연구에 따르면 대수층의 수위가 감소하고 포화가 감소한 건조 기간 동안 BHE의 효과도 50 %까지 감소 할 것입니다. BHE는 최근 비가 내렸을 때 수위가 가장 높은 늦은 봄에 가장 높은 효율을 갖는 경향이있었습니다. 지하수 흐름은 또한 BHE의 성능에 영향을 미치는 것으로 나타 났지만, 흐름의 변화는 적었고 BHE에 대한 영향은 지하수 수준의 변화의 영향에 비해 작았습니다.

이 논문은 업계 표준 단일 열 응답 테스트만으로도 이러한 대규모 비싼 시스템의 적절한 설계에 충분하지 않을 수 있다는 강력한 증거를 제시합니다. 단일 열 응답 테스트는 시스템이 수행되는 시점에 따라 시스템의 대중 크기 또는 크기를 초래할 수 있습니다. 다중 열 응답 테스트와 함께 석판, 장기 지하수 수준 및 지하수 흐름과 같은 지하 표면의 적절한 특성화는 이러한 시스템의 설계자에게 시스템을 위해 설계 될 수있는 다양한 지하 표면 조건을 제공합니다.

이러한 결과는 제목의 기사, 카르 스틱 대수층에서 대규모 시추공 열교환 기의 효과에 대한 계절적 지하수 포화의 영향, 그리고 최근에 저널 지오체 믹스에 발표 된 대규모지면 결합 열 펌프 시스템의 지하수 흐름의 변화의 변화가 관찰 된 영향. . 이 작업은 미주리 과학 기술 대학의 David Smith, A.C. Elmore 및 Jordan Thompson이 수행했습니다.