Дослідники змоделювали полімерний теплообмінник

Італійські дослідники змоделювали полімерний теплообмінник, щоб зменшити вартість системи геотермального опалення прямого використання для однієї будівлі, в районі активного вулкана в регіоні Кампанія в Італії. Геотермальні системи прямого використання споживають підземні води, що нагріваються шляхом природних геологічних процесів під поверхнею землі. Температура води може перевищувати 90°C. Такі гарячі підземні водоймища можна знайти в багатьох районах з вулканічною або тектонічною активністю.

Існує великий потенціал використання геотермальної енергії, але високі економічні витрати, пов'язані з бурінням свердловин та обслуговування теплообмінників, обмежують використання цієї технології для обігріву приміщень. А саме, металеві теплообмінники вимагають великих витрат на купівлю та обслуговування через хімічну агресивність геотермальної рідини. Група італійських дослідників змоделювала пластиковий пластинчастий теплообмінник для прямого геотермального опалення. Для цього типу застосування полімерні теплообмінники мають нижчу вартість покупки та кращу стійкість до забруднення, ніж металеві теплообмінники.

Пластиковий пластинчастий теплообмінник був змодельований геометрично і термодинамічно, а потім оптимізований за допомогою енергоекономічного аналізу. Запропонована модель була застосована до конкретного випадку на півдні Італії, в районі активного вулкана регіону Кампанія, що характеризується високою температурою геотермального флюїду в діапазоні 90–120°C на невеликій глибині 86–101 м. Пластинчастий теплообмінник використовувався для задоволення потреб.

Дослідники отримали такі результати:

• Сумарний коефіцієнт тепловіддачі представляв найбільші значення для високої температури геотермального теплоносія 105–120 °С, для числа каналів від 7 до 12 за кожним параметром потоку.
• Необхідна площа поверхні теплообмінника була низькою, отже вартість покупки теплообмінника, при загальному коефіцієнті теплопередачі, що дорівнює приблизно 240-250 Вт/К м2.
• Інвестиційні витрати на теплообмінник зменшились, коли температура геотермального джерела збільшилась. Навпаки, інвестиційна вартість свердловини та вартість електроенергії збільшувалися зі зростанням температури.
• Розкид енергоекономічних витрат свердловини та електроенергії був нижчим, ніж у теплообмінника, таким чином, енергоекономічна вартість продукту має тенденцію аналогічну вартості теплообмінника.

Енергоекономічна вартість продукту була найнижчою, коли температура геотермальної рідини була вищою за 105°C, була потрібна найменша площа теплообміну. Оптимальним рішенням, знайденим за допомогою енергоекономічної оптимізації, була загальна вартість продукту 922 € на рік для температури геотермальної рідини, яка дорівнює 117 °C і кількості пластин дорівнює 15.