Borehole heat exchangers are widely used in heat pumps of residential buildings and industrialsystems. It is known as one of the most energy ecient technologies which provides heatingand cooling by using sustainable geothermal energy. The life time of borehole heat exchangerslasts more than 50 years which is longer than combustion boilers. Therefore, designing abore eld with accurate sizing is important for its future applications. Due to the large volumeof the ground, the transient heat transfer process of the bore eld lasts for a long time span. Because of this, only a few of the heat transfer models for borehole ground heat exchangersare validated by experiments. Besides, experimental validation in a real scale borehole can bedicult because of the uncertainty of the composition and thermal properties of the ground. A solution to faster experimental validation is to scale down the size of the borehole andground. This report presents the construction process of a lab-scale model simulating a 4x4 bore eldof 300 m depth vertical boreholes. The process of experimental construction is describedin detail, including ground set up, conductivity test, construction of hydraulic system anddata acquisition system. The pressure drop of hydraulics system is around 2.8 bar under the a flow rate of 200 ml/min and corresponding pump speed is around 2900 to 3100 rpm. The property of the sand has been investigated through a series of conductivity tests, which shows an average thermal conductivity of 1.75 W / (m • K) and average thermal diffusivity of 8.14x10-7 m2/s. Numerical simulation (via COMSOL) is carried out for preliminary validation. Comparison of experimental and simulation results shows discrepancies and one possible reason can be: the actual heat injection rate in experiment is lower than simulation due to heat losses of hydraulic system; uncertainty of ground (saturated sand) conductivity and thermal diffusivity. / Borrhålsvärmeväxlare används ofta i värmepumpar i bostadshus och industrisystem. Det är känt som en av de mest energieffektiva teknikerna som tillhandahåller värme och kyla genom att använda hållbar geotermisk energi. Livslängden för borrhålsvärmeväxlare varar mer än 50 år vilket är längre än förbränningspannor. Därför är det viktigt att utforma ett borrfalt med exakt dimensionering för dess framtida tillämpningar. På grund av den stora markvolymen varar den transienta värmeöverforingsprocessen i borrfältet under lång tid. På grund av detta är endast ett fåtal av värmeöverföringsmodellerna för borrhålsjordvärmeväxlare validerade genom experiment. Dessutom kan experimentell validering i ett borrhål i verklig skala vara svårt på grund av osäkerheten i markens sammansättning och termiska egenskaper. En lösning för snabbare experimentell validering är att skala ner storleken på borrhålet och marken. Denna rapport presenterar konstruktionsprocessen av en modell i labbskala som simulerar ett 4x4-borrfält med 300 m djupa vertikala borrhål. Processen for experimentell konstruktion beskrivs i detalj, inklusive markuppställning, konduktivitetstest, konstruktion av hydraulsystem och datainsamlingssystem. Tryckfallet for hydrauliksystemet är cirka 2,8 bar under en flödeshastighet pa 200 ml/min och motsvarande pumphastighet är runt 2900 till 3100 rpm. Sandens egenskaper har undersökts genom en serie konduktivitetstester, som visar en genomsnittlig värmeledningsformåga pa 1,75 W/(m • K) och en genomsnittlig termisk dffusivitet på 8.14x10 -7 m2/s. Numerisk simulering (via COMSOL) utförs för preliminär validering. Jämförelse av experimentella och simuleringsresultat visar avvikelser och en möjlig orsak kan vara: den faktiska värmeinsprutningshastigheten i experimentet är lägre än simulering på grund av värmeförluster i hydraulsystemet; osäkerhet i markens (mättad sand) konduktivitet och termisk diffusivitet.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:UPSALLA1/oai:DiVA.org:kth-308597 |
| Date | January 2022 |
| Creators | Dong, Haoyang |
| Publisher | KTH, Skolan för industriell teknik och management (ITM) |
| Source Sets | DiVA Archive at Upsalla University |
| Language | English |
| Detected Language | Swedish |
| Type | Student thesis, info:eu-repo/semantics/bachelorThesis, text |
| Format | application/pdf |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
| Relation | TRITA-ITM-EX ; 2022:8 |
Page generated in 0.003 seconds