Porównanie systemów gruntowych pomp ciepła z odparowaniem pośrednim i bezpośrednim

W artykule przedstawiono wyniki symulacji pracy wymienników typu U pracujących w systemie bezpośrednim i pośrednim o głębokości 50 m. Model opisujący pracę sondy pionowej typu U z odparowaniem bezpośrednim w stanie ustalonym [5] uzupełniono procedurą wyznaczania temperatury ścianki, wpływ siły grawitacji na zmianę ciśnienia w wymienniku oraz sposób wyznaczenia stopnia wypełnienia kanału. Założono standardowe wymiary geometryczne każdej z sond i standardowe wartości masowego natężenia przepływu czynnika, które wyniosły odpowiednio 0,014 kg/s i 0,51 kg/s dla sondy z odparowaniem bezpośrednim i pośrednim. Z analizy porównawczej otrzymanych rezultatów wynika, że w tych samych warunkach geologicznych sonda pracująca w systemie pośrednim charakteryzuje się 8-krotnie większymi spadkami ciśnienia oraz o 24% mniejszą mocą cieplną. W analizowanych warunkach oba systemy charakteryzują się podobną wartością współczynników efektywności grzejnej COP ≈ 3,65. Uzyskane rezultaty wskazują też, że zwiększenie stopnia suchości pary w wymienniku z odparowaniem bezpośrednim nie jest funkcją liniową jego długości.

---

In this paper simulation results of U-pipe ground borehole heat exchangers (GBHEs) operation with direct and indirect evaporation and the depth of 50 m are presented. The model of De Carli et al. [5], which describes a steady-state U-pipe ground borehole heat exchanger (GBHE) operation with direct evaporation, is extended to include an algorithm for pipe wall temperature and vapor volume fraction determination and to take into account the varying impact of gravity on pressure drop occurring in the heat exchanger. Standard geometry is assumed for each heat exchanger as well as standard mass flow rate with the value of 0.014 kg/s and 0.51 kg/s for heat exchanger with direct and indirect evaporation respectively. Comparative analysis of the obtained results has shown that under identical geological conditions the U-pipe with indirect evaporation has 8 times higher pressure drop and 24% lower heat exchange. Under the analyzed operating conditions coefficients of performance (COP) of heat pumps coupled with direct and indirect heat exchangers have similar values with COP of approx. 3.65. Results have also indicated that the vapor quality does not increase linearly with the length of a direct evaporation heat exchanger.