Development of simulation and control model for shallow geothermal system with arbitrary-condition ground heat exchanger

任意条件地下换热器浅层地热系统仿真与控制模型的建立

• 批准号: 21J11799
• 负责人: 小司 優陸
• 金额: $ 0.96万
• 依托单位: Hokkaido University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-04-28 至 2023-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21J11799/
• 关键词: 地中熱; 再生可能エネルギー; データ同化; 不確実性定量化; 人工ニューラルネットワーク; シミュレーション; 逆解析

地中熱利用における地中熱交換器採放熱による土壌の熱的挙動を再現する数値シミュレーションについて，前年度までに実施した，データ同化手法の一種であるアンサンブルカルマンフィルタを応用した土壌有効熱伝導率などのモデルパラメータおよび予測状態を観測データが得られる毎に修正・推定する手法について，その理論と成果をまとめ国内外の学会において発表し，また学術論文が国際誌に掲載された．また前年度3月に同内容について空気調和衛生工学会北海道支部 第56回学術講演会で発表した講演に対して優秀発表奨励賞を受賞した．また地中熱交換器数値シミュレーションにおいて，前年度までに開発したANNによる機械学習サロゲートモデルを応用した，卓越した地下水流れを伴う複層地盤地中熱交換器モデルを開発した．本モデルは対応するCFD解析をよく再現する結果を示し，地下水流れを伴う複層地盤に埋設された地中熱交換器の簡便かつ高精度なシミュレーションを実施することが可能となった．さらにこれまでのデータ同化によるモデルパラメータ推定と地下水流れを伴う複層地盤モデルをそれぞれ応用し，観測データから地中熱交換器埋設地点における地下水流速および土壌熱物性値の深度分布を推定する手法を提案した．地下水流速および土壌熱物性値の深度分布の推定手法はこれまでに確立されておらず，本手法によってより広範な地中熱交換器条件に対して高精度の予測計算を行うことができるものである．研究開始時の研究概要ではモデル予測制御手法の開発までを計画していたが，研究の進展に伴い地中熱交換器モデルパラメータ推定手法の開発，特に地下水流速推定手法の確立に対してより学術的貢献が期待されたため，制御手法の開発については実施せず上述の内容についての研究を重点的に行うとした．本研究代表者の学位論文にこれらの研究成果についてまとめ，その理論と検証，議論について記した．

In heat utilization に お け る ground heat exchanger in mining exothermic に よ る soil 壌 の hot 挙 move を reappearance す る the numerical シ ミ ュ レ ー シ ョ ン に つ い て, before the annual ま で に be applied し た, デ ー タ assimilation technique の a で あ る ア ン サ ン ブ ル カ ル マ ン フ ィ ル タ を 応 with し 壌 have sharper hot 伝 た soil conductivity な ど の モ デ ル パ ラ メ ー タ お よ を び to measurement 観 measuring デ ー タ が have ら れ る their presumption に correction, す る gimmick に つ い て, そ の theories と を ま と め の both at home and abroad to learn に お い て し 発 tables, Youdaoplaceholder0 academic paper が international journal に published された. Annual march before ま た に with content に つ い て empty 気 harmonic health workers learn to Hokkaido branch 56 academic papers back で 発 table し た speech に し seaborne て 発 excellent table bonus reward を who し た. ま た ground heat exchanger in the numerical シ ミ ュ レ ー シ ョ ン に お い て, before the annual ま で に open 発 し た ANN に よ る rote learning サ ロ ゲ ー ト モ デ ル を 応 with し た, excellence し た groundwater flow れ を with う stratified turf ground heat exchanger in モ デ ル を open 発 し た. This モ デ ル は 応 seaborne す る CFD analytical を よ く reappearance す る results を し, groundwater flow れ を with う stratified ground に embedding さ れ た ground heat exchanger in simple の か つ high-precision な シ ミ ュ レ ー シ ョ ン を be applied す る こ と が may と な っ た. さ ら に こ れ ま で の デ ー タ assimilation に よ る モ デ ル パ ラ メ ー タ presumption と groundwater flow れ を with う stratified ground モ デ ル を そ れ ぞ れ 応 し, 観 measuring デ ー タ か ら ground heat exchanger in the embedding location に お け る groundwater flow velocity お よ び soil thermal physical numerical の 壌 depth distribution を presumption す る technique proposed を し た. Groundwater flow velocity お よ び soil thermal physical numerical の 壌 depth distribution の constructive technique は こ れ ま で に establish さ れ て お ら ず, this technique に よ っ て よ り hiroo van な to に under the condition of heat exchanger し seaborne て high-precision の to calculate line を う こ と が で き る も の で あ る. の research profile when the study began で は モ デ ル to our method of equestrian の open 発 ま で を project し て い た が, research progress in の に with い ground heat exchanger in モ デ ル パ ラ メ ー タ constructive technique の 発, developed constructive に groundwater flow technique の に し seaborne て よ り academic contribution が expect さ れ た た め, System method of equestrian の open 発 に つ い て は be applied せ ず の content above に つ い て を の research focus line に う と し た. Representatives of this research dissertation に の こ れ ら の research に つ い て ま と め, そ の theory と 検 card, talk about に つ い て remember し た.

项目成果

Uncertainty of ground source heat pump system performance considering model error by Monte Carlo simulation

蒙特卡罗模拟考虑模型误差的地源热泵系统性能不确定性

• 发表时间: 2021
• 作者: Shoji;Yutaka;Katsura;Takao ;Nagano;Katsunori
• 通讯作者: Katsunori

Improvement of accuracy with uncertainty quantification in the simulation of a ground heat exchanger by combining model prediction and observation

通过模型预测和观测相结合，提高地热交换器模拟中不确定性量化的精度

• DOI: 10.1016/j.geothermics.2022.102611
• 发表时间: 2023
• 期刊: Geothermics
• 影响因子: 3.9
• 作者: Shoji Yutaka;Katsura Takao;Nagano Katsunori
• 通讯作者: Nagano Katsunori

粒子フィルタを用いたデータ同化による地中熱交換器シミュレーションにおけるモデルパラメータのオンライン推定

使用粒子滤波器通过数据同化在线估计地热换热器模拟中的模型参数

• 发表时间: 2021
• 作者: 小司 優陸;葛 隆生;長野 克則
• 通讯作者: 長野 克則

MICS-ANN model: An artificial neural network model for fast computation of G-function in moving infinite cylindrical source model

• DOI: 10.1016/j.geothermics.2021.102315
• 发表时间: 2022-03
• 期刊: Geothermics
• 影响因子: 3.9
• 作者: Y. Shoji;T. Katsura;K. Nagano

地中熱利用システム運転データを用いたデータ同化による土壌有効熱伝導率推定

利用地热利用系统运行数据进行数据同化估算土壤有效导热系数

• 发表时间: 2022
• 作者: 小司 優陸;葛 隆生;長野 克則
• 通讯作者: 長野 克則