Toplotne črpalke, ki izkoriščajo toploto tal, so ena izmed ključnih tehnologij za nizkoogljično ogrevanje in hlajenje. Nenehno odvzemanje ali dodajanje toplote lahko povzroči toplotno neravnovesje tal, kar vpliva na delovanje sistema. Izboljšanje izmenjave toplote ob hkratni stabilizaciji temperature tal ostaja pomemben izziv za široko uporabo tovrstnih toplotnih črpalk.
Trenutna praksa se osredotoča na izboljšanje zasnove toplotnih izmenjevalnikov v vrtinah in povečanje toplotne prevodnosti polnilnila za izboljšanje prenosa toplote. Visoko prevodna polnila pospešijo nihanja temperature tal, kar lahko poslabša dolgoročno toplotno ravnovesje.
Študija preuči koaksialni zemeljski toplotni izmenjevalnik z uporabo štirih različnih polnilnih materialov, vključno z mikro-kapsuliranim in oblikovno-stabiliziranim fazno spremenljivim materialom. Uporabljen je bil validiran numerični model za simulacijo izmeničnih ciklov ogrevanja in hlajenja ter analizo prenosa toplote, specifične moči in sprememb temperature tal. Pokažemo, da lahko integracija fazno spremenljivih materialov v polnilo hkrati izboljša prenos toplote in stabilizira temperaturo tal.
Prihodnje raziskave se bodo osredotočile na eksperimentalno validacijo, študije trajnosti pri ponavljajočih se toplotnih ciklih in ekonomsko izvedljivost za podporo uporabi geotermalnih polnil, izboljšanih s fazno spremenljivimi snovmi.
Delo je nastalo na podlagi znanstvenega sodelovanja Fakultete za strojništvo Univerze v Ljubljani z Department of Engineering, University of Napoli “Parthenope”. Z italijansko univerzo začenjamo v naslednjem študijskem letu s skupnim magistrskim programom iz energetike in procesnega strojništva, imamo pa tudi podpisano pogodbo o dvojnih doktoratih.
Povezava do članka: tukaj
Avtorji: Dr. Fawad Ahmed, Prof. Dr. Nicola Massarotti, Prof. Dr. Božidar Šarler
