Μοντέλο υπολογισμού θερμικής συμπεριφοράς κατακόρυφου γεωθερμικού εναλλάκτη

Μπαζιώνης, Ιωάννης; Bazionis, Ioannis

dc.contributor.author	Μπαζιώνης, Ιωάννης	el
dc.contributor.author	Bazionis, Ioannis	en
dc.date.accessioned	2018-11-05T10:09:39Z
dc.date.available	2018-11-05T10:09:39Z
dc.date.issued	2018-11-05
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/47891
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.8808
dc.description	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο--Μεταπτυχιακή Εργασία. Διεπιστημονικό-Διατμηματικό Πρόγραμμα Μεταπτυχιακών Σπουδών (Δ.Π.Μ.Σ.) “Παραγωγή και Διαχείρηση Ενέργειας”	el
dc.rights	Αναφορά Δημιουργού-Όχι Παράγωγα Έργα 3.0 Ελλάδα	*
dc.rights.uri	http://creativecommons.org/licenses/by-nd/3.0/gr/	*
dc.subject	Γεωθερμικός εναλλάκτης θερμότητας	el
dc.subject	Ροή θερμότητας	el
dc.subject	Ροή μάζας	el
dc.subject	Μοντέλο υπολογισμού	el
dc.subject	Γεωθερμία	el
dc.subject	Geothermal heat exchanger	en
dc.subject	Heat flow	en
dc.subject	Mass flow	en
dc.subject	Geothermy	en
dc.subject	Calculation model	en
dc.title	Μοντέλο υπολογισμού θερμικής συμπεριφοράς κατακόρυφου γεωθερμικού εναλλάκτη	el
heal.type	masterThesis
heal.classification	Εναλλάκτης θερμότητας	el
heal.classification	Heat exchanger	en
heal.language	el
heal.access	free
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2018-10-01
heal.abstract	Στόχος της παρούσας μελέτης είναι η κατασκευή ενός μοντέλου υπολογισμού για τη διερεύνηση της θερμικής συμπεριφοράς κατακόρυφου γεωθερμικού εναλλάκτη. Για την ανάπτυξη του μαθηματικού μοντέλου, χρησιμοποιήθηκαν έτοιμες δομές προγραμματισμού με μικρές προσθήκες προσαρμογής για τις μετρήσεις μας, καθώς και για τη συμβατότητα με νεότερα προγράμματα. Μέσω της χρήσης του υπολογιστικού μοντέλου που αναπτύχθηκε σε προγραμματιζόμενο κώδικα προκύπτουν πίνακες θερμοκρασιακών τιμών καθώς και απεικονίσεις θερμοκρασιακών διαβαθμίσεων από την οποία προκύπτουν διάφορα συμπεράσματα για τη συμπεριφορά των γεωθερμικών εναλλακτών. Τα συμπεράσματα σχετίζονται τόσο με τις γεωλογικές συνθήκες κάθε περιοχής μελέτης και των θερμικών χαρακτηριστικών αυτής, αλλά και με τη μεταβολή των θερμοκρασιακών τιμών συναρτήσει του χρόνου. Επιπλέον μας δίνεται η δυνατότητα να εκτιμήσουμε την αποδοτικότητα του υπό μελέτη συστήματος, καθώς και να προτείνουμε τρόπους βελτίωσης της απόδοσης σε περιπτώσεις προβληματικών αποτελεσμάτων. Αρχικά, γίνεται παρουσίαση κάποιων γενικών δεδομένων σχετικά με τη γεωθερμία, με στόχο την κατανόηση κάποιων γενικών αρχών της, της προέλευσης της καθώς και των συστημάτων ανοιχτού και κλειστού κυκλώματος που χρησιμοποιούνται για στην εκμετάλλευσή της για ανθρώπινη δραστηριότητα. Στη συνέχεια παρατίθενται δεδομένα για τη γεωθερμική δραστηριότητα στην Ελλάδα. Η παρούσα μελέτη γίνεται με στόχο να παρατηρηθεί η συμπεριφορά κατακόρυφων γεωθερμικών εναλλακτών σε επιλεγμένες αστικές περιοχές της χώρας. Για να γίνει αυτό απαιτήθηκε να εκτιμηθούν οι τιμές θερμικών χαρακτηριστικών των πετρωμάτων κάθε περιοχής (πυκνότητα εδάφους, θερμική αγωγιμότητα, ειδική θερμοχωρητικότητα, θερμική διάχυση). Μελετώντας τους αντίστοιχους γεωλογικούς χάρτες των επιλεγμένων περιοχών, εκτιμήθηκε η ποσοστιαία παρουσία πετρωμάτων σε αυτές και κατασκευάστηκαν πίνακες τιμών των παραπάνω θερμικών ιδιοτήτων. Προχωρώντας, παρουσιάζεται ο κώδικας τον οποίο προσαρμόσαμε για να τρέξει το πρόγραμμα. Αρχικά περιγράφεται το θεωρητικό υπόβαθρο στο οποίο στηρίχθηκε ο κώδικας, ώστε να κατανοηθούν οι αρχές στις οποίες βασίστηκε. Το σημαντικό που προσφέρει ο κώδικας είναι η δυνατότητα κυκλικών επαναλήψεων ανά έτος ώστε να δούμε τη μεταβολή των θερμοκρασιακών τιμών συναρτήσει του χρόνου. Στο σημείο αυτό πρέπει να αναφερθούν οι συνθήκες με τις οποίες τρέχει ο κώδικας. Έχει θεωρηθεί κτίριο με μηνιαίες ενεργειακές ανάγκες και ημερήσιες ώρες λειτουργίας. Οι παραπάνω τιμές είναι αυθαίρετες. Η αρχική θερμοκρασία του εδάφους έχει οριστεί στους 20 ℃, εκφράζοντας έτσι μια μέση τιμή θερμοκρασίας του εδάφους του ελλαδικού χώρου. Τέλος έχει οριστεί ένας αριθμός δυο γεωεναλλακτών και βάθους 60 μέτρων. Οι μόνες τιμές που αλλάζουν ουσιαστικά είναι αυτές των θερμικών ιδιοτήτων για κάθε περιοχή. Παρατηρώντας το σύνολο των αποτελεσμάτων δίνεται η δυνατότητα εκτίμησης της απόδοσης του συνολικού συστήματος. Παράλληλα τυχόν αποτελέσματα που εκτιμήθηκαν να μην εκφράζουν υψηλή απόδοση, βελτιώθηκαν αυξάνοντας τον αριθμό των γεωεναλλακτών ή/και το βάθος αυτών. Στόχος, η μείωση της θερμοκρασιακής διαφοράς των προκυπτόντων θερμοκρασιακών τιμών με την αρχική θερμοκρασία του εδάφους ώστε να αυξηθεί η ποσότητα απαγόμενης θερμότητας και κατά συνέπεια η απόδοση του συστήματος. Εδώ πρέπει να αναφερθεί ότι οι παραπάνω βελτιώσεις της απόδοσης του συστήματος, προϋποθέτουν οικονομική επιβάρυνση, παρόλα αυτά έτσι προκύπτει το συμπέρασμα για το πόσο συμφέρουσα είναι μια τέτοια επένδυση σε ένα αντίστοιχο γεωθερμικό σύστημα σε κάθε περιοχή. Με βάση τα παραπάνω, παρουσιάζονται στο 4ο κεφάλαιο τα αποτελέσματα της παραπάνω διαδικασίας. Αποτυπώνονται οι απεικονίσεις της θερμοκρασιακής κατανομής για κάθε περίπτωση. Γίνεται εκτίμηση των αποτελεσμάτων και βελτίωση εκείνων που δεν είναι αποδοτικά για το αρχικό σύστημα. Επιπλέον προβαίνουμε σε συμπεράσματα για την επίδραση των γεωθερμικών χαρακτηριστικών στο σύστημα, την αλληλεπίδραση των γεωτρήσεων του συστήματος τόσο μεταξύ τους όσο και με το εδαφικό περιβάλλον, καθώς και η σημασία παρουσίας νερού στο υπέδαφος. Τέλος, αφού παρουσιαστούν αναλυτικά τα παραπάνω συμπεράσματα, προτείνονται περαιτέρω χρήσεις του κώδικα με διαφορετικά προκύπτοντα συμπεράσματα σε μηνιαία ή και ημερήσια βάση, καθώς και δυνατότητες εξέλιξης της παρούσας διπλωματικής εργασίας για μελέτη και ανάλυση περισσότερων δεδομένων.	el
heal.abstract	The aim of the present study is to construct a calculation model for investigating the thermal behavior of a borehole geothermal heat exchanger. For the development of the mathematical model, ready-made programming structures were used with small adaptations for our measurements, as well as for compatibility adaptations with recent software. Through the use of the programming code, temperature value tables and temperature gradient tables result from which various conclusions can be drawn for the behavior of geothermal exchangers. The conclusions are related both to the geological conditions of each studied area and its thermal characteristics, but also to the change in temperature values over time. In addition, we are able to evaluate the efficiency of the system under study, as well as suggest ways to improve performance in case of problematic results. Initially, some general geothermal data are presented to understand some of its general principles, its origins as well as the open and closed circuit systems used for its exploitation for human activity. Subsequently, data on the geothermal activity in Greece are presented. The present study is aims to observe the behavior of borehole geothermal exchangers in selected urban areas of the country. In order to do this it was necessary to estimate the values of the thermal characteristics of the rocks of each region (soil density, thermal conductivity, specific heat capacity, thermal diffusion). By studying the respective geological maps of the selected areas, the percentage of rocks in them was estimated and the values of the above thermal properties were constructed. Moving forward, we present the code that we customized to run the program. At first the theoretical background of the code is presented, in order to understand the principles on which it was based. The key feature of the code is the possibility of circular repetitions per year to see the change in temperature values over time. At this point, the conditions under which the code runs should be mentioned. We consider a building with monthly energy needs and daily hours of operation. The above values are arbitrary. The initial underground temperature is set at 20 ℃, expressing an average temperature of the soil in Greece. Finally, a number of two geothermal exchangers and a depth of 60 meters have been set. The only values that essentially change are those of the thermal properties for each region. Observing all the results, it is possible to assess the performance of the overall system. At the same time, any results estimated not to indicate high performance have been improved by increasing the number of the borehole exchangers and / or their depth. The objective is to reduce the temperature difference of the resulting temperature values to the initial soil temperature in order to increase the amount of heat absorbed and consequently the system’s performance. Here, it should be noted that the above improvements in system performance imply a financial burden, yet this leads to a conclusion on how viable such investment is, in a corresponding geothermal system in each region. Based on the above, the results of the above procedure are presented in Chapter 4. Representations of the temperature distribution for each case are captured. We evaluate the results and improve those that are not profitable for the original system. In addition, we make conclusions about the effect of geothermal characteristics on the system, the interaction of the drillings of the system with each other and as well as with the soil environment, and the importance of the presence of water in the underground rocks. Finally, after presenting the above conclusions in detail, further uses of the code are proposed with different resulting conclusions on a monthly or daily basis, as well as possibilities for the development of this thesis for study and analysis of more data.	en
heal.advisorName	Τζιβανίδης, Χρήστος	el
heal.committeeMemberName	Τζιβανίδης, Χρήστος	el
heal.committeeMemberName	Ρογδάκης, Εμμανουήλ	el
heal.committeeMemberName	Βραχόπουλος, Μιχαήλ	el
heal.academicPublisher	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Μηχανικών Υπολογιστών	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.numberOfPages	102 σ.	el
heal.fullTextAvailability	true