A Magyar Hidrológiai Társaság XXXVIII. Országos Online Vándorgyűlése (2021. szeptember 14-15.)
4. szekció - Infrastruktúra-fejlesztés - 2. Illés Zsombor (BME - OVF) - Dr. Nagy László (BME): A sekély geotermális energia kiaknázási lehetősége: Energia cölöpök alkalmazása
A hőszivattyú hatásosságát a rendszer teljesítményi együtthatójával, „jósági fokával" jellemezhetjük (coefficient of performance, COP), amely azt mutatja meg, hogy a hasznos energia hányszorosa a befektetett energiának. hőszivattyútelj esitménye [kW] COP rúf or dított energ ia[kW] Egy rendszer akkor tekinthető gazdaságosnak, ha COP > 4, tehát egy egység elektromos energia és három egység környezeti energia felhasználásával legalább négy egység hő energiát állítunk elő. A hőszivattyús rendszerek hatékonyságát még a szezonális-teljesítmény-tényező (seasonal performance factor, SPF) segítségével jellemezhető. Egy fűtési szezonban termelt hasznosítható energiamennyiség [kWh] és a teljes rendszer működtetéséhez szükséges energiamennyiség hányadosa (Branch, 2006). A hőszivattyú rendszer megtervezése az épületgépészek feladata. Az építőmérnökök az alapozás termő-mechanikai méretezési kérdéseivel foglalkoznak, melyben a primer kör is található. A következő részben röviden bemutatom egy energia cölöp (energy pile) végeselemes szoftverrel történő vizsgálatát. ENERGIA CÖLÖP MODELLEZÉSE A levegő, illetve a talaj felső pár méterének hőmérséklete változik, ingadozik, ezt befolyásolja az évszakok és a napszakok alakulása. Egy tranziens (időben változó) vizsgálatnál kerestük azt az időpontot, termodinamikus egyensúly beállását, amikor bizonyos mélységtől már nem változik a talaj hőmérséklete télen és nyáron. Erre azért volt szükségünk, hogy a végeselemes modellünkben a valóságot jobban közelítő hőmérséklet profilt kapjunk. Végeselemes modell tulajdonságai Egy 30 m szélességű, 90 m mélységű tengely szimmetrikus végeselemes modell készült, Plaxis 2D végeselemes szoftverben (Bentley, 2020). A modell külső függőleges határán adiabatikus peremfeltételt adtunk meg a lehatárolt terület alján a hőmérséklet állandó, megegyezik a kezdeti hőmérséklettel Tinit = 11,6°C. A modell felső élén ciklikus peremfeltételt definiáltunk a szezonális hatások szimulálására. A cölöpnél Budapest éghajlati jellemzőit feltételeztük. A havi középhőmérsékleti adatokat az Országos Meteorológiai Szolgálat (Budapest - Városok éghajlati jellemzői - met.hu, 2021) honlapjáról nyertük. Esetünkben Tave = 11,6°C, AT = 11°C, cp = 7t/2 szinusz függvénnyel közelítettük az átlag értékeket ez látható a 4. ábra is. A modell végeselemes hálójának a kiosztása, illetve az alkalmazott peremfeltételek (hőtani és szerkezeti) az 5. ábra láthatóak. Bourne-Webb és társai,( 2020) numerikus modellek esetén alkalmazott termikus peremfeltételeket vizsgálta. Eltérő peremfeltételek alkalmazását teheti szükségessé amennyiben a cölöp zöld- vagy barnamezős beruházásban valósul meg. Egy barnamezős beruházás esetén a metró alagutak (Bourne-Webb és társai, 2009), korábbi épületek, közmű vezetékek is megváltoztathatják a talaj hőmérséklet eloszlását. A végeselemes modellt először (Zito, 2019) diplomamunkájában bemutatott numerikus szimulációhoz kalibráltuk, megegyező hőmérsékleti peremfeltételek alkalmazásával. A milánói helyszín eredményeit röviden (Illés, 2021) mutatja be. Zito, (2019) numerikus vizsgálatait ABAQUS végeselemes szoftverrel végezte. A kalibrálás elvégzése után vizsgáltuk a budapesti esetet. 5
