Численный анализ влияния сезонных колебаний температур на тепловые режимы горизонтальных грунтовых теплообменников в Западной Сибири; Известия Томского политехнического университета [Известия ТПУ]. Инжиниринг георесурсов; Т. 337, № 8

Bibliographic Details
Parent link:	Известия Томского политехнического университета [Известия ТПУ]. Инжиниринг георесурсов=Bulletin of the Tomsk Polytechnic University. Geo Assets Engineering/ Национальный исследовательский Томский политехнический университет.— .— Томск: Изд-во ТПУ, 2015-.— 2413-1830 Т. 337, № 8.— 2026.— С. 57-64
Main Author:	Половников В. Ю. Вячеслав Юрьевич
Corporate Author:	Национальный исследовательский Томский политехнический университет Инженерная школа энергетики
Other Authors:	Любивый Е. В. Егор Вадимович, Федорченко И. П. Иван Павлович
Summary:	Актуальность обусловлена растущей потребностью в энергоэффективных и возобновляемых источниках энергии, таких как низкопотенциальное тепло Земли. Горизонтальные грунтовые теплообменники являются одним из ключевых элементов геотермальных тепловых насосов, а их эффективность в значительной степени зависит от климатических условий и сезонных колебаний температуры. В связи с этим важной задачей является прогнозирование их тепловых режимов для оптимизации проектирования и эксплуатации в конкретных регионах. Цель: исследование тепловых режимов работы горизонтального грунтового теплообменника в условиях сезонных колебаний температур в Западной Сибири. Объект: типичная конструкция геотермального теплообменника поверхностного типа, состоящего из полипропиленового трубопровода, образующего замкнутую систему теплообмена и теплопроводящей засыпки – специально подготовленного песчаного слоя, окружающего трубопроводы. Методы. Для решения задачи использовался комплекс мультифизического моделирования COMSOL Multiphysics с применением модуля Heat Transfer in Solids and Fluids, предназначенный для анализа процессов теплопередачи в твердых телах и жидкостях. Расчеты проводились на сетке конечных элементов, построенной по методу Делоне. Верификация модели выполнена путем сравнения с аналитическими решениями и данными литературных источников. Результаты. Получены детальные распределения температур в окружающем теплообменник грунтовом массиве с месячным шагом в течение года. Установлено, что амплитуда сезонных колебаний температуры на глубине 1,5 м составляет до 25 °C, тогда как на глубине 3 м она не превышает 5–7 °C с фазовым запаздыванием на 2–3 месяца. Максимальные теплопритоки (до 15,6 кВт) наблюдаются в летние месяцы, минимальные (около 8,5 кВт) – в зимние Relevance. Growing need for energy-efficient and renewable energy sources, such as low-potential heat from the Earth. Horizontal ground heat exchangers are one of the key elements of geothermal heat pumps, and their efficiency largely depends on climatic conditions and seasonal temperature fluctuations. In this regard, it is an important task to predict their thermal conditions in order to optimize design and operation in specific regions. Aim. To study the thermal modes of operation of a horizontal ground heat exchanger in conditions of seasonal temperature fluctuations in Western Siberia. Object. A typical design of a surface-type geothermal heat exchanger consisting of a polypropylene pipeline forming a closed heat exchange system and a heat-conducting filling – a specially prepared sand layer surrounding the pipelines. Methods. To solve the problem, the COMSOL Multiphysics multiphysical modeling complex was used with application of the Heat Transfer in Solids and Fluids module, designed to analyze heat transfer processes in solids and liquids. The calculations were performed on a finite element grid constructed using the Delaunay method. The model was verified by comparing it with analytical solutions and data from literary sources. Results. Detailed temperature distributions in the soil mass surrounding the heat exchanger were obtained with monthly increments throughout the year. It was established that the amplitude of seasonal temperature fluctuations at a depth of 1.5 m is up to 25°C, whereas at a depth of 3 m it does not exceed 5–7°C with a phase delay of 2–3 months. The maximum heat flows (up to 15.6 kW) are observed in the summer months, the minimum (about 8.5 kW) – in the winter months Текстовый файл
Language:	Russian
Published:	2026
Subjects:	электронный ресурс труды учёных ТПУ численный анализ моделирование тепловые режимы геотермальные источники энергии грунтовые теплообменники numerical analysis modeling thermal conditions geothermal energy sources ground heat exchangers
Online Access:	bulletin_tpu-2026-v337-i8-06.pdf https://doi.org/10.18799/24131830/2026/8/5412
Format:	Electronic Book Chapter
KOHA link:	https://koha.lib.tpu.ru/cgi-bin/koha/opac-detail.pl?biblionumber=688413