Διερεύνηση Συμπεριφοράς Κατακόρυφου Γεωθερμικού Εναλλάκτη σε Κτίριο Γραφείων
Creators: name: Γαϊτάνης, Φώτριος Δημητρίου
Publisher: name: Aristotle University of Thessaloniki
Year: 2015
Subjects: Αβαθής γεωθερμία
Κατακόρυφος γεωεναλλάκτης
Βελτιστοποίηση
Vertical ground heat exchangers
Optimization
Geothermal heating/cooling

description: Η ανάγκη εξοικονόμησης πόρων και στροφής προς τις ήπιες μορφές ενέργειας έχει φέρει στο προσκήνιο τις δυνατότητες της γεωθερμίας. Σε επίπεδο αστικού περιβάλλοντος ίσως η πιο ενδιαφέρουσα εφαρμογή της είναι η γεωθερμία πολύ χαμηλής ενθαλπίας, που αξιοποιεί με την χρήση γεωεναλλακτών τη θερμότητα του εδάφους για την κάλυψη των αναγκών θέρμανσης και ψύξης. Η εφαρμογή κατακόρυφων γεωεναλλακτών βρίσκει σταδιακά πρόσφορο έδαφος στην περίπτωση της κάλυψης ενεργειακών αναγκών κτιρίων γραφείων. Τα κτίρια γραφείων απαριθμούν λιγότερο από δύο αιώνες ζωής, στην σύγχρονη τουλάχιστον μορφή τους. Από την πρώτη τους εμφάνιση μέχρι και σήμερα οι χώροι τους αποτυπώνουν τις τάσεις της εργασίας κάθε εποχής. Το ζητούμενο για την κοινότητα των μηχανικών και αρχιτεκτόνων είναι να καταφέρουν να συμβιβάσουν τις αυξημένες απαιτήσεις λειτουργικότητας του χώρου με την επίτευξη άνεσης και ικανοποιητικών εσωκλιματικών συνθηκών. Στη παρούσα εργασία σε πρώτο στάδιο, προσομοιώνεται η ενεργειακή συμπεριφορά ενός κτιρίου γραφείων στην Νεάπολη, Κοζάνης, με βάση τις προτάσεις και υποδείξεις των Ευρωπαϊκών κανονισμών και των κανονισμών της ASHRAE. Για την προσομοίωση γίνεται χρήση δυναμικού εργαλείου προσομοίωσης (EnergyPlus), ώστε να προκύψουν οι ενεργειακές απαιτήσεις ανά ώρα και παράλληλα να ικανοποιούνται οι απαιτήσεις άνεσης. Κατόπιν καταστρώνεται υπολογιστικός κώδικας, σε περιβάλλον matlab, για τον καθορισμό του απαιτούμενου μήκους των γεωεναλλακτών και της εξέλιξης του θερμοκρασιακού προφίλ του εδάφους για 30 και πλέον έτη λειτουργίας. Ο κώδικας συνθέτει μια σειρά αναλυτικών εξισώσεων για την προσομοίωση των φαινομένων, με στόχο να επιτύχει τη μέγιστη δυνατή ακρίβεια ελαχιστοποιώντας τον απαιτούμενο χρόνο των υπολογισμών. Τα αποτελέσματα της διαστασιολόγησης με την προτεινόμενη μέθοδο συγκρίνονται με τους κύριους αναλυτικούς τύπους υπολογισμού της βιβλιογραφίας που προτείνονται από την ASHRAE και την IGSHPA. Κατόπιν πραγματοποιείται διερεύνηση του βέλτιστου συνδυασμού Γ.Α.Θ. και συμβατικού συστήματος θέρμανσης με στόχο την ελαχιστοποίηση του κόστους, ώστε να καθοριστεί η οικονομική βιωσιμότητα της επένδυσης.
description: The need for energy conservation over the last few decades has led to an increased use of closed shallow geothermal systems for both heating and cooling. Thermal energy required for heating office buildings is lower, while cooling energy is higher in comparison with residential buildings. Therefore, for areas in mild climates, where the lack of free space is obvious, reversible heat pumps combined with vertical ground heat exchangers are considered as a very advantageous choice. Since the dawn of the white-collar age, office designs have cycled through competing demands: openness versus privacy, interaction versus autonomy. Taylorisation, scientific management and "human relations", in the first half of the 20th century, turned white-collar workers into pen-pushing factory hands, in the second half, Neoliberalism, and what followed, scythed through the job security of the West’s middle-managing middle class. In our own age we've seen the rise of the so-called "precariat". Today’s engineers and architects set the bases for a design for the achieving of thermal comfort. The present work introduces a tool for designing vertical ground heat exchangers and ground source heat pump systems. Precise design of GHLEs requires computation of hourly fluid and ground temperatures. This new tool is based on analytical equations describing the heat exchanged with the ground and it is developed in Matlab environment. EnergyPlus is the most appropriate program to perform hourly simulations, so it was used in the present case study which is an office building, located in Neapoli of Kozani. The proposed tool was later used for designing vertical ground heat exchangers by minimizing the total cost of the project. The total cost includes the initial investment cost, composed of drilling, excavation, heat pump purchase, piping network. The operational cost is also included to account for the energy consumption for heating and cooling during the life cycle of the project.