Исследователи смоделировали полимерный теплообменник

Итальянские исследователи смоделировали полимерный теплообменник, чтобы снизить стоимость системы геотермального отопления прямого использования для одного здания, в районе активного вулкана в регионе Кампания в Италии. Геотермальные системы прямого использования используют подземные воды, которые нагреваются за счет естественных геологических процессов под поверхностью земли. Температура этой воды может превышать более 90°C. Такие горячие подземные водоемы можно найти во многих районах с вулканической или тектонической активностью.

Существует большой потенциал использования геотермальной энергии, но высокие экономические затраты, связанные с бурением скважин и обслуживанием теплообменников, ограничивают использование этой технологии для обогрева помещений. А именно, металлические теплообменники требуют больших затрат на покупку и обслуживание из-за химической агрессивности геотермальной жидкости. Группа итальянских исследователей смоделировала пластиковый пластинчатый теплообменник для системы прямого геотермального отопления. Для этого типа применения полимерные теплообменники имеют более низкую стоимость покупки и лучшую устойчивость к загрязнению, чем металлические теплообменники.  

Пластиковый пластинчатый теплообменник был смоделирован геометрически и термодинамически, а затем оптимизирован с помощью энергоэкономического анализа. Предложенная модель была применена к конкретному случаю на юге Италии, в районе активного вулкана региона Кампания, характеризующегося высокой температурой геотермального флюида в диапазоне 90–120°C на небольшой глубине 86–101 м. Пластинчатый теплообменник использовался для удовлетворения потребностей в отоплении одного здания.

Исследователи получили следующие результаты:

• Суммарный коэффициент теплоотдачи представлял наибольшие значения для высокой температуры геотермального теплоносителя 105–120 °С, для числа каналов от 7 до 12 по каждому параметру потока.
• Требуемая площадь поверхности теплообменника была низкой, следовательно, стоимость покупки теплообменника, при общем коэффициенте теплопередачи, равном примерно 240–250 Вт/К м2.
• Инвестиционные затраты на теплообменник уменьшились, когда температура геотермального источника увеличилась. Наоборот, инвестиционная стоимость скважины и стоимость электроэнергии увеличивались с ростом температуры.
• Разброс энергоэкономических затрат скважины и электроэнергии был ниже, чем у теплообменника, таким образом, энергоэкономическая стоимость продукта имеет тенденцию аналогичную стоимости теплообменника.

Энергоэкономическая стоимость продукта была самой низкой, когда температура геотермальной жидкости была выше 105°C, требовалась наименьшая площадь теплообмена. Оптимальным решением, найденным с помощью энергоэкономической оптимизации, была общая стоимость продукта 922 € в год для температуры геотермальной жидкости, равной 117 °C и количества пластин равного 15.