Analysis of boundary conditions of ground heat exchangers

Diplomová práca,, ,,Analysis of boundary conditions of ground heat exchangers,, je primárne zameraná na analýzu okrajových podmienok a hlavných faktorov vplývajúcich na spoľahlivý návrh a prestup tepla plošného zemného výmenníka v oblasti geotermálnych aktivít na kúpeľnom ostrove v Piešťanoch. Posúdenie možných vplyvov na životné prostredie, ako je napríklad vznik tepelných zmien v dôsledku extrakcie tepla vrátane zamŕzania pôdy v okolí potrubia a potenciálneho znečistenia podzemných vôd je taktiež rozoberané. Súčasťou tejto záverečnej práce boli spracované tri numerické analýzy metódou konečných prvkov pomocou softvéru COMSOL Multiphysics 5.6., ktoré sa môžu vyskytnúť v tejto konkrétnej oblasti. Prvá numerická analýza je podrobená štúdii dynamických procesov plošného zemného výmenníka tepla a zeminy nasýtenou vodou pri konštantnej teplotnej okrajovej podmienke pôdy. Dynamický proces zemného výmenníka tepla a nasýteného podložia pri nestálej teplotnej okrajovej podmienke je skúmaný v druhej numerickej analýze. Posledná analýza je vyhotovená na posúdenie prevádzky plošného zemného výmenníka tepla s možnosťou prúdenia podzemnej vody v rovnakej vrstve. Vďaka týmto numerickým štúdiám a výsledkom dynamických tepelných modelov, každá prípadová štúdia obsahuje rozloženie teplôt v zemine, výstupné teploty z výmenníka a vlastný čiastočný záver.Master thesis ,,Analysis of boundary conditions of ground heat exchangers,, is primarily focused on analysis of boundary conditions and major factors affecting a reliable design and heat transfer of horizontal ground heat exchanger in the area of geothermal activities at Spa Island in Piešťany. Assessments of its possible environmental impacts such as an origin of subsoil thermal alterations due to the heat extraction including a soil freezing around the pipelines and potentially contamination of groundwater are discussed too. As a part of this final thesis, three numerical analyses were processed using finite element method software COMSOL Multiphysics 5.6., which may occur in this specific area. The first numerical analysis is subjected on study of dynamic processes of horizontal ground heat exchanger and saturated subsoil under the constant boundary temperature condition of the ground. Dynamic process of ground heat exchanger and saturated subsoil under the inconstant temperature boundary condition is examined in the second numerical analysis. The last analysis is carried out to assessments the horizontal ground heat exchanger operation with possibility of groundwater flow in the same strata. Thanks to these numerical studies and dynamic thermal models results, each study case contains soil temperature distributions, outlet temperatures from the exchanger and its own partial conclusion.