NAUKOWCY ZMODELOWALI POLIMEROWY WYMIENNIK CIEPŁA

Aby obniżyć koszty geotermalnego systemu grzewczego.

Włoscy naukowcy zmodelowali polimerowy wymiennik ciepła, aby obniżyć koszt systemu ogrzewania geotermalnego bezpośredniego wykorzystania dla pojedynczego budynku na obszarze aktywnego wulkanu w regionie Kampania we Włoszech. Systemy geotermalne bezpośredniego wykorzystania zużywają wody gruntowe, które są podgrzewane przez naturalne procesy geologiczne pod powierzchnią ziemi. Temperatura wody może przekroczyć 90°C. Takie gorące zbiorniki podziemne można znaleźć na wielu obszarach o aktywności wulkanicznej lub tektonicznej.

Istnieje duży potencjał wykorzystania energii geotermalnej, ale wysokie koszty ekonomiczne związane z wierceniem odwiertów i obsługą wymienników ciepła ograniczają wykorzystanie tej technologii do ogrzewania pomieszczeń. Mianowicie metalowe wymienniki ciepła wymagają wysokich kosztów zakupu i utrzymania ze względu na agresywność chemiczną płynu geotermalnego. Grupa włoskich naukowców zmodelowała plastikowy płytowy wymiennik ciepła do bezpośredniego ogrzewania geotermalnego. Dla tego typu zastosowań polimerowe wymienniki ciepła mają niższy koszt zakupu i lepszą odporność na zanieczyszczenia niż wymienniki metalowe.

Plastikowy płytowy wymiennik ciepła został zmodełowany geometrycznie i termodynamicznie, a następnie zoptymalizowany za pomocą analizy energo-ekonomicznej. Zaproponowany model został zastosowany do konkretnego przypadku w południowych Włoszech, w rejonie czynnego wulkanu w regionie Kampania, charakteryzującego się wysoką temperaturą płynu geotermalnego w zakresie 90-120°C na płytkiej głębokości 86–101 m. Do potrzeb zastosowano płytowy wymiennik ciepła.

Naukowcy uzyskali następujące wyniki:

• Całkowity współczynnik przenikania ciepła reprezentował największe wartości dla wysokiej temperatury geotermalnego nośnika ciepła 105–120 °С, dla liczby kanałów od 7 do 12 dla każdego parametru przepływu.
• Wymagana powierzchnia wymiennika ciepła była niewielka, stąd koszt zakupu wymiennika o łącznym współczynniku przenikania ciepła ok. 240-250 W/Km2.
• Koszty inwestycji w wymiennik ciepła spadły wraz ze wzrostem temperatury źródła geotermalnego. Wręcz przeciwnie, koszt inwestycji w odwiert i koszt energii elektrycznej rosły wraz ze wzrostem temperatury.
• Rozrzut energetycznych kosztów ekonomicznych odwiertu i energii elektrycznej był niższy niż koszt wymiennika ciepła, stąd koszt energii produktu jest zbliżony do kosztu wymiennika ciepła.

Koszt energetyczny produktu był najniższy, gdy temperatura płynu geotermalnego przekraczała 105°C, wymagana była najmniejsza powierzchnia wymiany ciepła. Optymalnym rozwiązaniem znalezionym dzięki optymalizacji pod względem energetycznym był całkowity koszt produktu 922 EUR rocznie przy temperaturze płynu geotermalnego 117°C i liczbie płyt równej 15.