Maalämpökentän simulointi
Puranen, Jari Pauli Tapani (2016)
2016
Ympäristö- ja energiatekniikan koulutusohjelma
Luonnontieteiden tiedekunta - Faculty of Natural Sciences
This publication is copyrighted. You may download, display and print it for Your own personal use. Commercial use is prohibited.
Hyväksymispäivämäärä
2016-06-08
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi:tty-201605254118
https://urn.fi/URN:NBN:fi:tty-201605254118
Tiivistelmä
Rakennusten energiatehokkuutta ohjataan usealla direktiivillä ja standardilla. Tavoitteena on lähitulevaisuudessa päästä uusien rakennusten osalta lähes tai nettonollaenergiaan. Energiatehokkuusvaatimusten täyttämisen yhtenä osana ovat lämpöpumput, joilla voidaan merkittävästi vähentää ostoenergian määrää rakennuksessa ja pienentää lämmityksen tuottamia päästöjä. Maalämpöpumppuja on kaikista lämpöpumpuista vielä pieni osa, mutta niidenkin määrä kasvaa lämpöpumppujen kokonaismäärän lisääntyessä.
Maalämpökaivojen ja lämpökaivokenttien oikea mitoitus on keskeinen tekijä järjestelmän pitkän eliniän takaamiseksi. Kaivojen alimitoittaminen voi johtaa lämpökaivojen jäätymiseen ja kalliiseen korjausprosessiin. Vastaavasti ylimitoittaminen aiheuttaa ylimääräisiä rakennuskustannuksia. Mitoitus on perustunut kokemusperäiseen tietoon ja analyyttisiin simulointimalleihin, joissa kaivoa useimmiten käsitellään viivamaisena lämpönieluna.
Tässä diplomityössä on simuloitu COMSOL Multiphysics -ohjelmalla kahden vierekkäisen lämpökaivon lämmönsiirtonesteen lämpötilan ja lämpötehon tuoton riippuvuutta kaivojen välisestä etäisyydestä. Työn pääpaino on ohjelman ominaisuuksiin
perehtyminen, eikä työssä pyritä ratkaisemaan kaikkia lämpökaivojen mitoituksen haasteita. Simulaatioissa on otettu huomioon lämmönsiirtonesteen liikkuminen ja U-putken muoto. Lisäksi työssä on tarkasteltu pohjaveden virtauksen vaikutusta kaivojen ympäristön lämpötilajakaumaan. Simulaatioissa on tarkasteltu yhden ja 10 vuoden aikajaksoja, joiden perusteella voidaan todeta kaivojen välisellä etäisyydellä olevan pitkällä aikavälillä suuri vaikutus lämmönsiirtonesteen keskilämpötilaan ja sitä kautta tuotettuun lämpötehoon. Pohjaveden virtausnopeudella voi tietyissä kallioperän olosuhteissa olla merkittävä vaikutus kaivojen lämpötehoon.
Maalämpökaivojen ja lämpökaivokenttien oikea mitoitus on keskeinen tekijä järjestelmän pitkän eliniän takaamiseksi. Kaivojen alimitoittaminen voi johtaa lämpökaivojen jäätymiseen ja kalliiseen korjausprosessiin. Vastaavasti ylimitoittaminen aiheuttaa ylimääräisiä rakennuskustannuksia. Mitoitus on perustunut kokemusperäiseen tietoon ja analyyttisiin simulointimalleihin, joissa kaivoa useimmiten käsitellään viivamaisena lämpönieluna.
Tässä diplomityössä on simuloitu COMSOL Multiphysics -ohjelmalla kahden vierekkäisen lämpökaivon lämmönsiirtonesteen lämpötilan ja lämpötehon tuoton riippuvuutta kaivojen välisestä etäisyydestä. Työn pääpaino on ohjelman ominaisuuksiin
perehtyminen, eikä työssä pyritä ratkaisemaan kaikkia lämpökaivojen mitoituksen haasteita. Simulaatioissa on otettu huomioon lämmönsiirtonesteen liikkuminen ja U-putken muoto. Lisäksi työssä on tarkasteltu pohjaveden virtauksen vaikutusta kaivojen ympäristön lämpötilajakaumaan. Simulaatioissa on tarkasteltu yhden ja 10 vuoden aikajaksoja, joiden perusteella voidaan todeta kaivojen välisellä etäisyydellä olevan pitkällä aikavälillä suuri vaikutus lämmönsiirtonesteen keskilämpötilaan ja sitä kautta tuotettuun lämpötehoon. Pohjaveden virtausnopeudella voi tietyissä kallioperän olosuhteissa olla merkittävä vaikutus kaivojen lämpötehoon.