多重熱源を用いた地中熱空調システムの設計精度の向上に関する研究

提高多热源地热空调系统设计精度的研究

基本信息

批准号：
14J10535
负责人：
崔元準
金额：
$ 1.28万
依托单位：
The University of Tokyo
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2014
资助国家：
日本
起止时间：
2014-04-25 至 2016-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

地中熱利用ヒートポンプの核心構成要素である地中熱交換器の設計に必要なパラメータは、土壌の有効熱伝導率と地中熱交換器の熱抵抗である。それらのパラメータを推定するために熱応答試験（TRT：Thermal response test）が行われる。TRTは統制ができない室外環境で行われるので、様々な外乱により実験結果の精度が落ちる。そして、地中の熱輸送がどのようなプロセスにより行われるかも間接的に確認するしかないため、TRTの結果は不確かさが大きくなる。この問題に関する分析と解決策を提案するのが本研究の目的である。１年目にはTRTを行うときに外乱として作用する外部環境から外乱を分析し、どのように安定的な推定ができるかに関する研究を行った。2年目には、飽和多孔質地層で熱応答試験を行うとき、地中自然対流が生じることにより実験結果が熱注入率の大きさに依存することを明らかにすることを目的とした研究を行った。地中の自然対流の発生を既存のTRT法で確認するときの問題は、時間経過に伴う地中条件の変化である。既存の単一熱量率を用いたTRTを複数回行うと、一回の実験の後、地中温度が元の温度に回復するまでに1ヶ月程度の休止が必要である。そうすると、休止期間中に地中の温度、飽和度、地下水位などが変化し、異なる実験条件の影響が大きいため、実験結果を信頼できなくなる。この問題を解決するために開発したのが、多重熱量率を用いたTRT法とそれの解析アルゴリズムである。多重熱量率TRT法は、一回のTRT期間中に注入熱量率を変えることである。この実験は5-7日程度の期間内に終わるので、地中条件の著しい変化は考えられない。しかし、既存の推定法を用いて推定することはできないので、多重熱量率TRT法に合わせて新しい推定法を開発する必要がある。申請者は線源熱源モデルと準ニュートン法を結合した推定モデルを開発した。

设计地热热交换器的设计所需的参数是地热基热泵的核心组成部分，是土壤的有效热电导率和地热热交换器的热电阻。进行热响应测试（TRT）以估计这些参数。由于TRT是在没有控制的室外环境中进行的，因此各种干扰降低了实验结果的准确性。此外，由于仅需要间接确认进行地面热传输的过程，因此TRT的结果高度不确定。这项研究的目的是分析并提出解决此问题的解决方案。在第一年，我们分析了外部环境中的干扰，这些干扰在执行TRT时是干扰，并对如何进行稳定估计进行了研究。在第二年，进行了一项研究，以阐明当热反应测试以饱和多孔地层进行时，在土壤中发生自然对流，实验结果取决于热注射速率的大小。使用现有的TRT方法检查地面上自然对流的发生时的问题是地下条件随着时间的流逝而发生的变化。如果使用现有的单热值进行多次进行TRT，则在一个实验后，将需要一个月的时间才能休息以使地下温度恢复其原始温度。这会导致温度，饱和度，地下水水平等在剩余期间发生变化，并且不同实验条件的影响很大，从而使实验结果不可靠。为了解决这个问题，我们使用多个热量因素和一种分析算法开发了一种TRT方法。多热率TRT方法涉及在单个TRT期间更改热量率。该实验将在大约5-7天内完成，因此未考虑地下条件的重大变化。但是，由于无法使用现有估计方法进行估计，因此有必要根据多量速率TRT方法开发一种新的估计方法。申请人开发了一个估计模型，将源热源模型与准Newton方法相结合。