AFT085 Sonda geotermalna z rurą cieplną – laboratoryjne wyposażenie termiczne, sprzęt edukacyjny i dydaktyczny1 Opis
W systemach płytkiej energetyki geotermalnej energia cieplna zgromadzona pod powierzchnią ziemi wykorzystywana jest do celów grzewczych.
Urządzenie to ilustruje zasadę działania sondy geotermalnej opartej na technologii rurki cieplnej (heat pipe). Przezroczysta konstrukcja stanowiska badawczego umożliwia wgląd w zamknięty obieg wymiany ciepła: pozwala na wyraźną obserwację procesu parowania wewnątrz rurki cieplnej, kondensacji w głowicy sondy oraz spływu czynnika roboczego po wewnętrznej ściance rurki. Stanowisko to pozwala również na szczegółowe zapoznanie się z podstawowymi metodami stosowanymi do wyznaczania przewodności cieplnej gruntu otaczającego sondę geotermalną.
Rurka cieplna – której zachowanie eksploatacyjne jest przedmiotem badań – stanowi kluczowy element tego zestawu dydaktycznego. Wewnątrz rurki znajduje się niskowrzący czynnik roboczy. Dopływ ciepła z gruntu jest symulowany za pomocą płaszcza termostatycznego wyposażonego w obieg grzewczy. Ciepło odebrane przez czynnik roboczy z rurki cieplnej jest następnie przekazywane do drugiego czynnika roboczego (nośnika ciepła) przepływającego przez głowicę sondy. Czujniki monitorują temperaturę oraz natężenie przepływu tego nośnika w wymienniku ciepła. Na podstawie tych zmierzonych wartości obliczana jest moc cieplna podlegająca wymianie. Oprogramowanie wykorzystuje te dane pomiarowe do symulacji bilansu energetycznego współpracującej pompy ciepła.
Jedną z metod wyznaczania przewodności cieplnej otaczającego gruntu jest tzw. test odpowiedzi termicznej (Thermal Response Test – TRT). Pompa wymusza stały obieg podgrzanej wody przez sondę geotermalną typu U, osadzoną w zbiorniku wypełnionym piaskiem.
W trakcie tego procesu rejestrowane są: temperatura na wlocie i wylocie sondy, natężenie przepływu oraz moc grzewcza dostarczana do sondy. Na podstawie tych zmierzonych wartości obliczana jest przewodność cieplna gruntu.
W ramach kolejnego eksperymentu cylinder wypełniony piaskiem poddawany jest ogrzewaniu za pomocą cylindrycznego źródła ciepła. Rejestrowany jest profil rozkładu temperatury w próbce piasku (o charakterze promieniowym), który następnie wykorzystywany jest do obliczenia przewodności cieplnej materiału próbki. Wyniki uzyskane obiema metodami są następnie ze sobą porównywane. Zmierzone wartości przesyłane są bezpośrednio do komputera PC (przez złącze USB), gdzie mogą zostać poddane analizie przy użyciu dołączonego oprogramowania.
2 Specyfikacja
demonstracja zasady działania sondy geotermalnej z rurą cieplną; rura cieplna wykonana ze szkła, z przezroczystym płaszczem do regulacji temperatury; woda jako czynnik roboczy do odprowadzania ciepła w wymienniku ciepła; zasilanie w czynnik roboczy z sieci laboratoryjnej lub za pomocą agregatu chłodniczego WL 110.20, zapewniającego maksymalną temperaturę wody 16°C; symulacja bilansu energetycznego pompy ciepła w oprogramowaniu; czynnik chłodniczy R1233zd, GWP: 1; oprogramowanie do akwizycji danych przez USB (systemy Windows 8.1, 10).
3 Dane techniczne
Długość rury cieplnej: ok. 1000 mm; średnica zewnętrzna rury cieplnej: ok. 56 mm; średnica zewnętrzna płaszcza regulacji temperatury: ok. 80 mm. Grzałka w obiegu grzewczym – moc: 2 kW. Pompa w obiegu grzewczym – maks. przepływ: 1,9 m³/h; pobór mocy: 58 W. Sonda geotermalna typu U (rura podwójna) wykonana z miedzi – długość: ok. 1000 mm. Pompa w układzie testu odpowiedzi termicznej (TRT) – przepływ: 4,8…28,2 l/h; pobór mocy: maks. 60 W. Element grzewczy w zbiorniku wody – moc: 100 W. Element grzewczy w pojemniku z piaskiem – moc: 50 W. Czynnik chłodniczy: R1233zd, GWP: 1.
Ilość napełnienia: 2,3 kg; ekwiwalent CO2: 0 t. Zakresy pomiarowe: temperatura elementu grzewczego w próbce piasku: 0…250°C; przepływ: 0,4…6 l/min. Zasilanie: 230 V, 50 Hz, 1 faza; 230 V, 60 Hz, 1 faza; 120 V, 60 Hz, 1 faza. Certyfikacja UL/CSA – opcjonalnie.
