AFT085 Геотермальный зонд на принципе тепловой трубы: лабораторное, учебное и демонстрационное оборудование1 Описание
В системах низкопотенциальной геотермальной энергетики тепловая энергия, накопленная под поверхностью земли, используется для целей отопления.
Данная установка демонстрирует принцип работы геотермального зонда, основанный на технологии тепловых труб. Прозрачная конструкция экспериментального стенда позволяет наглядно проследить за процессом теплопередачи в замкнутом контуре: она обеспечивает четкую визуализацию испарения теплоносителя внутри тепловой трубы, его конденсации в головной части зонда и обратного стекания по внутренней стенке трубы. Кроме того, установка позволяет детально изучить основные методы, применяемые для определения теплопроводности грунта, окружающего геотермальный зонд.
Центральным элементом учебного стенда является тепловая труба, рабочие характеристики которой и подвергаются исследованию. Внутри тепловой трубы циркулирует низкокипящий теплоноситель. Поступление тепла из грунта имитируется с помощью рубашки терморегулирования, оснащенной нагревательным контуром. Тепло от теплоносителя передается рабочей среде, циркулирующей внутри головной части зонда. Датчики фиксируют температуру и расход рабочей среды в теплообменнике. На основе этих измеренных значений рассчитывается величина переданной тепловой мощности. Специализированное программное обеспечение использует полученные данные для моделирования энергетического баланса подключенного теплового насоса.
Одним из методов определения теплопроводности окружающего грунта является так называемый тест теплового отклика (Thermal Response Test). Насос обеспечивает непрерывную циркуляцию нагретой воды через U-образный геотермальный зонд, погруженный в песчаный массив.
В процессе проведения теста регистрируются температура воды на входе и выходе из зонда, ее расход, а также тепловая мощность, подаваемая в зонд. Эти измеренные параметры используются для расчета теплопроводности грунта.
В ходе другого эксперимента цилиндрический образец песка подвергается нагреву с помощью цилиндрического источника тепла. При этом фиксируется профиль распределения температуры в толще песчаного образца (по радиусу), на основании которого также рассчитывается теплопроводность материала. Результаты, полученные с помощью обоих методов, впоследствии сопоставляются. Измеренные значения передаются непосредственно на персональный компьютер через USB-интерфейс, где они могут быть проанализированы с помощью прилагаемого программного обеспечения.
2 Спецификация
демонстрация принципа работы геотермального зонда на основе тепловой трубы; тепловая труба выполнена из стекла и оснащена прозрачной рубашкой для регулирования температуры; в качестве рабочей среды для отвода тепла в теплообменнике используется вода; подача рабочей среды осуществляется через лабораторную сеть водоснабжения или с помощью чиллера WL 110.20 для поддержания максимальной температуры воды на уровне 16°C; программная симуляция энергетического баланса теплового насоса; хладагент: R1233zd, GWP: 1; программное обеспечение для сбора данных через интерфейс USB (совместимость с ОС Windows 8.1, 10).
3 Технические характеристики
Длина тепловой трубы: ок. 1000 мм; внешний диаметр тепловой трубы: ок. 56 мм; внешний диаметр рубашки регулирования температуры: ок. 80 мм; нагреватель в контуре отопления: мощность 2 кВт; насос в контуре отопления: макс. расход 1,9 м³/ч, потребляемая мощность 58 Вт; U-образный геотермальный зонд из меди: длина ок. 1000 мм; насос для проведения испытаний на тепловой отклик (TRT): расход 4,8…28,2 л/ч, потребляемая мощность макс. 60 Вт; нагревательный элемент в резервуаре с водой: мощность 100 Вт; нагревательный элемент в контейнере с песком: мощность 50 Вт; хладагент: R1233zd, GWP: 1;
объем заправки: 2,3 кг; эквивалент CO2: 0 т; Диапазоны измерений: температура нагревательного элемента в образце песка: 0…250°C; расход жидкости: 0,4…6 л/мин; 230 В, 50 Гц, 1 фаза; 230 В, 60 Гц, 1 фаза; 120 В, 60 Гц, 1 фаза; сертификация UL/CSA (опционально).
