Il comportamento termocinetico di una sonda geotermica orizzontale idealmente accoppiata ad una pompa di calore è qui analizzato con l’ausilio di un modello numerico agli elementi finiti per la soluzione del campo di moto e del trasporto di massa e di calore nei mezzi porosi. Sia la sonda, sia il mezzo poroso sono schematizzati nella medesima mesh di calcolo tridimensionale, cosicché la soluzione risulta diretta e contestuale. Per il terreno è assunta l’ipotesi di suolo omogeneo, mentre come sonda è considerata una sezione 2x2 cm percorsa da acqua. Il fenomeno è risolto a scala annuale, considerando periodi di riscaldamento e di raffrescamento. Lo scambio termico del suolo con l’atmosfera è reso attraverso opportune condizioni al contorno. I risultati ottenuti hanno permesso la ricostruzione del campo termico nel terreno, nonché la stima della potenza e del calore scambiato. La condizione più critica coincide con il tardo periodo invernale, quando il salto termico alla sonda si riduce drasticamente, anche al di sotto di 2 K. Più in generale la potenza termica in fase di riscaldamento risulta quasi sempre inferiore a quella in fase di raffrescamento, in relazione alla più limitata escursione termica invernale e al minore fabbisogno energetico supposto per raffrescamento.

Analisi numerica di una sonda geotermica orizzontale

BOTTARELLI, Michele
2010

Abstract

Il comportamento termocinetico di una sonda geotermica orizzontale idealmente accoppiata ad una pompa di calore è qui analizzato con l’ausilio di un modello numerico agli elementi finiti per la soluzione del campo di moto e del trasporto di massa e di calore nei mezzi porosi. Sia la sonda, sia il mezzo poroso sono schematizzati nella medesima mesh di calcolo tridimensionale, cosicché la soluzione risulta diretta e contestuale. Per il terreno è assunta l’ipotesi di suolo omogeneo, mentre come sonda è considerata una sezione 2x2 cm percorsa da acqua. Il fenomeno è risolto a scala annuale, considerando periodi di riscaldamento e di raffrescamento. Lo scambio termico del suolo con l’atmosfera è reso attraverso opportune condizioni al contorno. I risultati ottenuti hanno permesso la ricostruzione del campo termico nel terreno, nonché la stima della potenza e del calore scambiato. La condizione più critica coincide con il tardo periodo invernale, quando il salto termico alla sonda si riduce drasticamente, anche al di sotto di 2 K. Più in generale la potenza termica in fase di riscaldamento risulta quasi sempre inferiore a quella in fase di raffrescamento, in relazione alla più limitata escursione termica invernale e al minore fabbisogno energetico supposto per raffrescamento.
2010
9788889252147
horizontal ground heat exchanger; modeling; annual energy performance
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