Practical use of high-efficiency and low-cost ground source heat pump system using horizontal directional drilling method

水平定向钻法高效低成本地源热泵系统的实际应用

• 批准号: 21K20344
• 负责人: 津谷 駿介
• 金额: $ 1.83万
• 依托单位: Akita University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Research Activity Start-up
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-08-30 至 2023-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21K20344/
• 关键词: 地中熱交換器; 非開削工法; 地中熱; 地中熱利用; 数値シミュレーション; 熱応答試験; フィールドテスト

非開削工法を用いて二重層の水平型地中熱交換器を設置した。熱交換器長さは全長約120mであり，上層側地中熱交換器と下層側の長さはそれぞれ約60mである。上層側の地中熱交換器を深度4m，下層側を深度9mとした。地上部の片側において上層と下層の地中熱交換器同士を接続することで，一組の地中熱交換器とした。2022年3月に同熱交換器を対象とした熱応答試験を実施した。試験条件は熱負荷5kW，循環流量20L/min，試験時間2日間である。試験の結果，熱交換量はおよそ5kWで安定しており，出口温度は最大35℃まで増加した。しかし，試験開始から1.5日後からの降雨と同じタイミングで出口温度が2℃低下し，降雨によって熱交換器の性能が大きく改善されたことが推測された。次に，熱輸送・地下水流動シミュレーションソフトFEFLOWを用いて同熱交換器と周辺地盤の数値モデルを構築した。数値モデルは大きさをx，ｙ，ｚ方向でそれぞれ10m，70m，10mとした。モデルの初期状態は自然状態シミュレーションの結果とした。モデルの境界条件は上面に相当外気温度，側面を断熱，底面をフィールド試験地における恒温層温度を入力した。モデルの物性値はフィールド試験地で採取したコアサンプルデータに基づき設定した。また，降水による影響を再現するためにモデルの上面に降水フラックスを入力した。それから，熱応答試験の結果を用いたヒストリーマッチングを行った結果，計算値と実測値は試験期間全体で良好な一致を示し，数値モデルの妥当性が確認された。

使用非开放方法安装了双层水平接地热交换器。热交换器的总长度约为120m，上层接地热交换器的长度和下层侧约为60m。上层侧的接地热交换器设置为4m的深度，下层侧的深度为9m。通过连接地面一侧的地球热交换器的上层和下层，它变成了一组地球热交换器。 2022年3月，对同一热交换器进行了热响应测试。测试条件为5kW热负荷，循环流速为20L/min，测试时间为2天。测试结果表明，热交换的量在约5kW时稳定，出口温度升高至最高35°C。但是，据估计，与测试开始后1.5天的降雨同时，出口温度下降了2°C，降雨量显着改善了热交换器的性能。接下来，使用热传输和地下水流量仿真软件Feflow构建了相同热交换器和周围地面的数值模型。在X，Y和Z方向上的数值模型分别为10m，70m和10m。该模型的初始状态是自然状态模拟的结果。将模型的边界条件输入为顶部表面上的等效外部气温，侧面的热隔热以及底部表面的现场测试位点的恒温层温度。基于在现场测试站点收集的核心样本数据设置模型的物理特性。另外，将降水通量输入到模型的顶表面，以复制降水的影响。之后，使用热响应测试的结果进行历史匹配，计算出的和实际的测量值在整个测试期间表现出良好的一致性，从而证实了数值模型的有效性。

项目成果

Field Test and Numerical Simulation of Horizontal Ground Heat Exchangers Installed Using Horizontal Directional Drilling

水平定向钻安装水平地埋式换热器现场试验与数值模拟

• 发表时间: 2021
• 期刊: Proc. World Geothermal Congress 2020+1
• 作者: Fujii;H.;Tsuya;S.;Harada;R.;Kosukegawa;H.
• 通讯作者: H.