Ο πάσσαλος θεμελίωσης ως γεωεναλλάκτης
Authors: Μπόζης Δημήτριος 
Published: January 2014

Αντικείμενο της διατριβής είναι η διερεύνηση της θερμικής συμπεριφοράς των έγχυτων επί τόπου πασσάλων - γεωεναλλακτών. Αυτοί είναι πάσσαλοι θεμελίωσης μεγάλης διαμέτρου από σκυρόδεμα, που έχουν ενσωματωμένους στο σώμα τους βρόχους σωλήνων μέσα στους οποίους ρέει ρευστό, ώστε να καταστεί δυνατή η θερμική ενεργοποίηση των ίδιων και του εδάφους γύρω από αυτούς. Στις περιπτώσεις των κτιρίων, οι πάσσαλοι - γεωεναλλάκτες είναι τις περισσότερες φορές συζευγμένοι με αντλίες θερμότητας για την θέρμανση και τον κλιματισμό χώρων τους. Προτείνεται μια μεθοδολογία για την αξιολόγηση εναλλακτικών λύσεων σχεδιασμού πασσάλων - γεωεναλλακτών ως προς την θερμική τους απόδοση. Μεθοδολογία δηλαδή για τον καθορισμό των βασικών παραμέτρων σχεδίασής τους, που είναι ο αριθμός των βρόχων των σωλήνων, ο τύπος και οι διαστάσεις των σωλήνων και οι συνθήκες ροής σε αυτούς. Η μεθοδολογία βασίζεται στη διαπίστωση ότι οι περιοχές διακύμανσης των τιμών των θερμικών ιδιοτήτων του σκυροδέματος και των εδαφών στα οποία κατασκευάζονται πάσσαλοι είναι ίδιες. Προτείνεται λοιπόν πάσσαλοι με διαφορετική σχεδίαση να αξιολογούνται συγκρίνοντας τη θερμοκρασία του ρευστού στους σωλήνες, για την ίδια σταθερή συνεχή ένταση εκπομπής θερμότητας ανά μέτρο μήκους πασσάλου, θεωρώντας το μέσο πάσσαλος - έδαφος άπειρο και θερμικά ομογενές. Οι θερμοκρασίες στον πάσσαλο υπολογίζονται εφαρμόζοντας τη θεωρία της γραμμικής εκπομπής για κάθε μία από τις σωληνώσεις, παράλληλα με γνωστή πολυωνυμική προσέγγιση του εκθετικού ολοκληρώματος. Η περίοδος των υπολογισμών είναι αμέσως μετά την θερμική ενεργοποίηση όλου του σώματος του πασσάλου και μέχρι η ροή θερμότητας κατά μήκος του να γίνει σημαντική. Διαπιστώνεται ότι η θερμοκρασία στον άξονα πασσάλου δεν εξαρτάται από τις παραμέτρους σχεδίασής του. Έτσι σύγκριση μεταξύ διαφορετικών πασσάλων της ίδιας διαμέτρου μπορεί να γίνει, συγκρίνοντας τα σταθερά στο χρόνο μέρη των διαφορών θερμοκρασίας μεταξύ του ρευστού στους σωλήνες και στον άξονα. Η μεθοδολογία είναι απλή, εύκολα εφαρμόσιμη και κοντύτερα στην πραγματική θερμική συμπεριφορά του πασσάλου. Με τη χρήση της γίνονται χρήσιμες διαπιστώσεις για την απόδοση πασσάλων - γεωεναλλακτών. Διερευνάται επίσης η μετάδοση θερμότητας σε πάσσαλο - γεωεναλλάκτη και στη διάσταση κατά μήκος του. Προτείνεται συσχέτιση της μέσης θερμοκρασίας στον άξονα πασσάλου με το χρόνο από την έναρξη της εκπομπής, το μήκος του και την ακτίνα εκπομπής. Διαπιστώνεται ότι πάσσαλοι με μικρό μήκος και μεγάλη διάμετρο μπορούν να δεχτούν σημαντικά μεγαλύτερες ανηγμένες στο μήκος φορτίσεις μεγάλης διάρκειας από πασσάλους μεγάλου μήκους και μικρής διαμέτρου. Διερευνάται τέλος η θερμική συμπεριφορά πασσάλων - γεωεναλλακτών, όταν η διαφορά των θερμικών ιδιοτήτων του εδάφους και του σκυροδέματος είναι σημαντική. Η διερεύνηση γίνεται με τη βοήθεια του αντίστοιχου προβλήματος εκπομπής θερμότητας σε μία διάσταση. Καταδεικνύεται ότι στις φορτίσεις μικρής διάρκειας οι θερμικές ιδιότητες του σκυροδέματος είναι αυτές που καθορίζουν τη συμπεριφορά των πασσάλων, ενώ στις φορτίσεις εξαιρετικά μεγάλης διάρκειας είναι οι ιδιότητες του εδάφους. Η διατριβή περιλαμβάνει Παράρτημα και εκτεταμένη περίληψη στην Αγγλική γλώσσα