Test de Raspuns Termic

pentru foraje geotermale

client: Floreasca Park

locatie: Sos Pipera 43

F1 F1

F2 F1

F3 F1

Testul de Raspuns Termic Metoda experimentala de determinare a parametrilor termici necesari proiectarii schimbatoarelor de caldura cu pamantul.

Calculul parametrilor termici in conditiile specifice ale locatiei date (ex. cu influenta acviferelor strabatute de foraj)

Retea electrica

Unitate de test - Un agent termic (apa) este circulat in bucla inchisa prin forajul geotermal

- O putere constanta este injectata

- Temperaturile Tin si Tout sunt inregistrate la fiecare 20 sec.

- Adancimea si diametrul forajului sunt cunoscute

λ - conductivitatea termica efectiva a pamantului Tₒ - temperatura medie neperturbata a forajului Rb - rezistenta termica dintre fluidul de lucru si peretele gaurii de foraj

UN SISTEM GEOTERMAL CORECT DIMENSIONAT = MAXIMUM DE ENERGIE LA CELE MAI MICI COSTURI

DATA LOGGER S 0121

T1

T2

Pompa de circulatie

Vas de expansiune Incalzitor 2 – 8 kW 220 V stabilizat

Senzori de temperatura

Foraj geotermal

TEST DE RASPUNS TERMIC - GEOTERM PDC srl

Determinarea temperaturii neperturbate Tₒ La inceputul testului se circula pentru 20-30 de minute apa din bucla fara sa se porneasca rezistentele de incalzire. Temperatura cautata este media temperaturilor dupa stabilizare [To(F1)=+13,4˚C, To(F2)=+13,5˚C, To(F3)=13,6˚C]

Adancimea

Panta datorata gradientului geotermal

Temperatura medie neperturbata

ian.-feb.

iul.

120m

80m

40m

15m

Determinarea conductivitatii termice λ

Folosind aproximarea „liniei – sursa” si ecuatia conductiei termice in ipoteza solului ca mediu omogen si izotrop:

t

TT

∂∂=∇2α

unde: -α este difuzivitatea termica (α = λ/ρc) -ρ este densitatea iar c este caldura specifica -T este temperatura - t este timpul O aproximare a evolutiei temperaturii este descrisa de relatia:

−

+≅ γαπλ 20

4ln

4),(

r

tqTtrT

unde:

- Tₒ este temperatura neperturbata medie a forajului - λ este conductivitatea termica - q este caldura injectata [W/m] - r este raza gaurii de foraj = 0.065m - γ este constanta lui Euler (0,5772) - α este difuzivitatea termica medie

Metoda de calcul are o eroare de max. 10% daca se respecta criteriul de timp:

α

25rt ≥ (~7 ore)

Foraj 1

13

14

15

16

17

18

19

20

21

22

23

24

25

26

0 10 20 30 40 50 60 70

T1,

T2

T1

T2

[ore]

Foraj 2

13

14

15

16

17

18

19

20

21

22

23

24

25

26

27

0 10 20 30 40 50 60 70

T1,

T2

T1

T2

Foraj 3

13

14

15

16

17

18

19

20

21

22

23

24

25

26

27

0 10 20 30 40 50 60 70

T1,

T2

T1

T2

[ore]

Evolutia temperaturilor de tur si retur in cele 70 de ore de inregistrari

Foraj 1

y = 1,5613x + 4,6814

18

19

20

21

22

23

24

25

9 10 11 12ln(t)

Tm

ed (

T1+

T2)

/2

Caldura injectata = 39,7 W/mConductivitatea termica medie estimata: λ =2,02 W/mK

t > 5r²/α ~ 7 ore

Foraj 2

y = 1,7209x + 3,4641

18

19

20

21

22

23

24

25

9 10 11 12

ln(t)

Tm

ed (

T1+

T2)

/2

Caldura injectata = 40 W/mConductivitatea termica medie estimata: λ =1.85 W/mK

t > 5r²/α ~ 7,7 ore

Foraj 3

y = 1,6933x + 3,389

18

19

20

21

22

23

24

25

9 10 11 12

ln(t)

Tm

ed (

T1+

T2)

/2

Caldura injectata = 40,5 W/mConductivitatea termica medie estimata: λ =1,90 W/mK

t > 5r²/α ~ 7,2 ore

Cand axa x (timp-ore) este reprezentata logaritmic, graficul temperaturii medii devine o dreapta din a carei inclinare k se poate deduce valoarea lui λ:

mKWk

qef /02,2

56,147,39

4 1

11 ===

ππλ

mKWk

qef /85.1

72,1440

4 2

22 ===

ππλ

mKWk

qef /90,1

69,145,40

4 3

33 ===

ππλ

unde q = P/H [W/m] P = puterea totala injectata si H = adancimea forajului

Determinarea caldurii specifice volumice si a difuzivitatii termice medii

Caldura specifica volumica medie si difuzivitatea medie, au o importanta mai redusa in teoria „liniei – sursa” si doar la calculul rezistentei termice dintre agentul termic ce circula prin colectoare si peretele gaurii de foraj (Rb). Pentru calculul caldurii specifice volumice se folosesc tabelele si litologia forajelor de test.

Sos. Pipera nr. 43 (Floreasca Park)

Interval adancime (m) Litologie

0,00 – 23,00 sol vegetal, loess, argila 23,00 – 24,70 nisip grosier, pietris 24,70 – 35,00 argila 35,00 – 39,20 nisip mediu granular 39,20 – 64,80 argila, argila nisiposa 64,80 – 65,80 nisip fin 65,80 – 75,70 argila, marna 75,70 – 81,60 nisip fin 81,60 – 85,30 argila nisipoasa 85,30 – 86,00 nisip fin 86,00 – 115,30 marna, marna nisipoasa 115,30 – 116,80 nisip fin

116,80 – 122 argila, argila nisipoasa

15m din 120m sunt nisipuri saturate (12,5%) Caldura specifica volumica calculata este :

KmMJcv3/41,2=

iar difuzivitatea termica:

sm

cv

ef /108,01041,2

93,1 266

−×=×

==λ

α

Determinarea rezistentei termice Rb

Cu λ si To cunoscuti si cu o estimare a caldurii specifice volumice pentru straturile strabatute de forajul geotemal, e posibila determinarea grafica a lui Rb.

−

−−

= γαπλ 2

0 4ln

4

1)(

r

t

q

TtTRb

Foraj 1

y = -9E-06x + 0,084

0

0,01

0,02

0,03

0,04

0,05

0,06

0,07

0,08

0,09

0,1

0 10 20 30 40 50 60 70

Timp [ore]

Rb

[mK

/W]

Rezistenta termica estimata = 0,084mK/Wîn conditiile:- temperatura neperturbata Tₒ = 13,4˚C- caldura specifica volumica c ͮ = 2,41MJ/m³K

Foraj 2

y = 2E-06x + 0,0848

0

0,01

0,02

0,03

0,04

0,05

0,06

0,07

0,08

0,09

0,1

0 10 20 30 40 50 60 70 80

Timp [ore]

Rb

[mK

/W]

Rezistenta termica estimata = 0,085mK/Wîn conditiile:- temperatura neperturbata Tₒ = 13,5˚C- caldura specifica volumica c ͮ = 2,41MJ/m³K

Foraj 3

y = 3E-05x + 0,0752

0

0,01

0,02

0,03

0,04

0,05

0,06

0,07

0,08

0,09

0,1

0 10 20 30 40 50 60 70 80

Timp [ore]

Rb

[mK

/W]

Rezistenta termica estimata = 0,075mK/Wîn conditiile:- temperatura neperturbata Tₒ = 13,6˚C- caldura specifica volumica c ͮ = 2,41MJ/m³K

Cei trei parametri determinati prin testul de raspuns termic sunt:

Tₒ = 13,5˚C λ ef = 1,92 W/mK Rb = 0,081mK/W