Optimering av bergvärmesystem

Abstract

Sammanfattning En optimering av ett bergvärmesystem har gjorts med fokus på borrhålet. De parametrar som undersökts och optimerats är materi- al och flöde i borrhålet, material, tjocklek, diameter och geometri på rören i borrhålet (kollektorrören), köldbärarvätska, flöde av köldbä- rarvätska, avst˚and mellan kollektorrör och randen på borrhålet, inter- aktion mellan kollektorrören samt pumpeffekten. Vid simulering och beräkning har COMSOL Multiphysics och MATLAB använts. De re- sultat från optimering som tagits fram är följande: ett flöde av grund- vatten i borrhålet ger ett mycket effektivare system än stillastående grundvatten. Om däremot betong eller bentonit används som mate- rial i borrhålet, fås en ökning i energiupptagning på ca 60% respek- tive 40%. Etanol som köldbärarvätska istället för etylenglykol ger en ökning på mellan 20% och 50% i värmeupptagning. En rektangulär geometri på kollektorrören är omkring 20% mer fördelaktigt än en cylindrisk geometri. Om avståndet mellan randen på borrhålet och kollektorrören minskas från 25mm till kontakt, fås en ökning på ca 50% i värmeöverföring. Vid byte från polyeten till koppar i kollektor- rören förbättras systemet med ca 20%. Tjockleken på kollektorrören av materialet koppar bör hållas mellan 3mm och 10mm. För mate- rialet polyeten optimeras tjockleken till ca 4mm. Då diametern på kollektorrören ökas från 3 cm till 5 cm, fås en förbättring av värme- upptagningen på ca 50%. Interaktionen mellan kollektorrören med ett flöde av köldbärarvätskan på 2.4m3/h, kan minskas med ca 6% då en isolatorskiva placeras mellan dem. Slutligen uppskattas ett optimalt flöde på 4.5m3/h respektive 3.8m3/h för två system med polyeten som material i kollektorrören och bentonit eller vatten i borrhålet