بررسی اثر جنس ملات اطراف لوله حرارتی در میزان استحصال انرژی زمین‌گرمایی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 استادیار، گروه مهندسی عمران، دانشگاه پیام نور، تهران، ایران

2 استادیار، گروه مهندسی مکانیک، دانشگاه پیام نور، تهران، ایران

چکیده

کاهش منابع انرژی فسیلی و منابع محدود آن از یک طرف و میزان بالای آلایندگی استفاده از این سوخت­ها از سوی دیگر، سبب روی آوردن کشورهای مختلف به استفاده از انرژی­های در دسترس و پاک مانند انرژی خورشیدی، زمین­گرمایی، امواج و باد گردید. در این میان استفاده از انرژی زمین­گرمایی با توجه به تجهیزات ساده بکارگیری آن مورد استقبال بوده و استفاده از آن در مناطق مشخصی بسیار مفید است. مبدل حرارتی زمین­گرمایی از یک لوله که در اعماق زمین کار گذاشته شده، تشکیل می­شود و در اطراف این لوله جهت ثابت نمودن و نیز افزایش عملکرد از ملات­هایی استفاده می­گردد. با توجه به موثر بودن نوع ملات در میزان دریافت انرژی مبدل، در این تحقیق به بررسی اثر استفاده از ترکیب­های مختلف در ساختار ملات اطراف لوله پرداخته می­شود. به این منظور، ابتدا ارزیابی حرارتی مبدل حرارتی زمین گرمایی لوله مستقیم در شهرهای مختلف ایران انجام و بر اساس نتایج بهترین عملکرد، شهر تبریز برای ادامه روند بررسی­ها انتخاب شده است. نتایج مطالعات مربوط به تاثیر نوع ملات در مبدل حرارتی زمین­گرمایی در شهر تبریز نشان داد که در صورت استفاده از ترکیب شن-بنتونیت میزان استحصال انرژی 10% نسبت به خاک معمولی افزایش می­یابد. همچنین افزایش محتوای آب تا حد مشخصی به بهبود نتایج حرارتی کمک می­نماید.

کلیدواژه‌ها


[1]    N. Jamshidi and N. Sadafi, Investigation of the efficiency of the earth-air spiral heat exchanger in providing part of the heating and cooling loads of a building, Journal of Renewable and New Energy (JRENEW), Vol. 5, No. 2,  pp. 90-98, 2018 (in persian).
[2]   H. F. Li, M. Q. Chen, B. A. Fu and B. Liang, Evaluation on the thermal and moisture diffusion behavior of sand/bentonite, Applied Thermal Engineering, Vol. 151, pp. 55-65, 2019.
[3]   F. Delaleux, X. Py, R. Olives and A. Dominguez, Enhancement of geothermal borehole heat exchangers performances by improvement of bentonite grouts conductivity, Applied Thermal Engineering, Vol. 33, pp. 92-99, 2012.
[4]   C. Lee, K. Lee, H. Choi and H.-P. Choi, Characteristics of thermally-enhanced bentonite grouts for geothermal heat exchanger in South Korea, Science in China Series E: Technological Sciences, Vol. 53, No. 1, pp. 123-128, 2010.
[5]   C. Lee, S. Park, D. Lee, I.-M. Lee and H. Choi, Viscosity and salinity effect on thermal performance of bentonite-based grouts for ground heat exchanger, Applied Clay Science, Vol. 101, pp. 455-460, 2014.
[6]   X. Liu, G. Cai, L. Liu, S. Liu and A. J. Puppala, Thermo-hydro-mechanical properties of bentonite-sand-graphite-polypropylene fiber mixtures as buffer materials for a high-level radioactive waste repository, International Journal of Heat and Mass Transfer, Vol. 141, pp. 981-994, 2019.
[7]   K. K. Agrawal, R. Misra and G. D. Agrawal, Thermal performance analysis of slinky-coil ground-air heat exchanger system with sand-bentonite as backfilling material, Energy and Buildings, Vol. 202, p. 109351, 2019.
[8]   K. K. Agrawal, R. Misra and G. D. Agrawal, Improving the thermal performance of ground air heat exchanger system using sand-bentonite (in dry and wet condition) as backfilling material, Renewable Energy, Vol. 146, pp. 2008-2023, 2020.
[9]   L. Xu, W. M. Ye, B. Chen, Y. G. Chen and Y. J. Cui, Experimental investigations on thermo-hydro-mechanical properties of compacted GMZ01 bentonite-sand mixture using as buffer materials, Engineering Geology, Vol. 213, pp. 46-54, 2016.
[10] M. Jobmann and G. Buntebarth, Influence of graphite and quartz addition on the thermo–physical properties of bentonite for sealing heat-generating radioactive waste, Applied Clay Science, Vol. 44, No. 3-4, pp. 206-210, 2009.
[11] A. Mathur, S. Mathur, G. Agrawal and J. Mathur, Comparative study of straight and spiral earth air tunnel heat exchanger system operated in cooling and heating modes, Renewable Energy, Vol. 108, pp. 474-487, 2017.
[12] F. Fazlikhani, H. Goudarzi and E. Solgi, Numerical analysis of the efficiency of earth to air heat exchange systems in cold and hotarid climates, Energy Conversion and Management, Vol. 148, pp. 78-89, 2017.