熱導率對GCHE的影響
GCHE所在位置的地質材料熱導率會對所需的鑽孔深度產生巨大的影響,有時甚至需要增加多達50%以滿足建築物的能源需求。材料的熱導率描述的是一種材料通過傳導過程傳遞熱量的能力,通常以“W/(m·K)”來表示。大多數地質材料的熱導率值在0.5~8 W/(m·K)之間,GCHE的理想地表熱導率平均約為6 W/(m·K)。任何低於2 W/(m·K)的地下熱導率值都需要鑽更深的孔,因此增加了供熱系統的安裝成本。在建造地熱系統之前,確定地面的熱導率很關鍵,這樣可以準確地籌畫出節約能源的回報時間,從而使GCHE取代傳統能源系統成為更具吸引力和經濟競爭力的選擇。
測量地下熱導率
目前,評估地下熱導率最常用的方法是熱響應測試(TRT)。這是一種相對較新的描述區域熱導率的方法,直到20世紀80年代中期才開始普遍應用。由於深層地質材料的熱導率很少能夠直接測量,它必須通過監測某一特定區域內的地表溫度和其所產生的熱傳遞,並對所收集的溫度測量資料進行廣泛分析來評估。這種監測可以是主動的,也可以是被動的。主動監測是在鑽孔位置實地使用的方法,如使用TRT或在鑽孔的不同深度間隔進行瞬態測量。另外,被動監測依賴於地球物理測井或對未受TRT干擾的井眼溫度曲線的分析。然後,用數學方法從這些長期收集過程中反映出來的測量結果計算得出熱導率。實驗室方法是對一個地區的熱導率進行分類的另一種方法,對指定GCHE地點的地面材料進行取樣分析來進行。該方法是一種主動方法,採用多種熱導率測量裝置進行瞬態和穩態傳熱實驗。無論使用什麼方法來確定地下熱導率,這些值都能夠使地熱換熱器的設計和安裝更有效、更安全,通過確保其安全運行顯著降低與系統潛在故障相關的風險。
結論
可再生能源技術在地熱能領域不斷進步,特別是圍繞著更準確、更廉價的方法來量化重要的地質屬性,如熱導率。更現代的方法和設備的發展將有助於降低設計地源換熱器的門檻,並使其成為房屋所有人更容易接受的開發方案。除了一些廣泛的勘探和安裝過程,地熱供暖和製冷系統的好處是巨大的,並且可以通過成為傳統化石燃料的經濟友好型替代品來幫助地球恢復環境。諸如這樣的能源開發和日常應用方式的改變,可以推動社會朝著正確的方向發展,以實現聯合國的永續發展目標,並使我們地球繼續朝著更環保、更乾淨的未來前進。
作者:Kallista Wilson | 初級研究科學家 | Thermtest
參考資料
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