Энергетические столбы, японский поворотный момент для городской геотермалии

Японское исследование разработало прогнозирующую модель для повышения эффективности геотермальных энергетических полюсов, а также в городских контекстах с землей с низкой теплопроводности. Благодаря симулятору, технология становится более доступной, снижает затраты и дизайн препятствий для городской геотермальности

Несмотря на огромный уважаемый потенциал, геотермальная энергия способствует производству энергии Европейского Союза менее 3%. Геотермал считается низкоуглеродичным источником среди наименее прерывистого, Geothermal может внести существенный вклад в охлаждение и охлаждение зданий. Но изменение климата требует, чтобы мы вмешались в первую очередь в эффективность наиболее урбанизированных городских контекстов, где, однако, земля не всегда является однородной и может поставить под угрозу теплопроводность почвы и системы. В этих случаях, независимо от того, используют ли они геотермальные зонды или энергетические полюсы (энергии), результат не может быть постоянным, заставляя дизайнеров выбирать другие источники энергии.

Это происходит из Японии, именно из Института технологии Шибаура, интересного исследования, которое может революционизировать использование геотермальной энергии, также в городе, характеризуемом низкими глинистыми глинистыми почвами, такими как Токио, Бангкок или Манила.

Интегрированная геотермалия в фондах: как работают энергетические столбы

Команда, возглавляемая профессором Шинья Инзуми из факультета Института технологий Шибаура, в Японии, разработала трехмерную модель теплового переноса, калиброванную по реальным данным, собранным в городе Бангкок с целью оптимизации эффективности энергетических столбов даже в неблагоприятных геологических условиях.

Энергетические столбы представляют собой железобетонные элементы, которые, помимо выполнения структурной функции фундамента, включают в себя кольцевые трубы (обычно U). В этих трубах термовекторная жидкость циркулирует, которая обменивается тепло с окружающей землей, используя постоянную температуру недр. Подключенные к геотермальным тепловым насосам (тепловые насосы GSHP-Ground Source), эти системы позволяют нагревать и охлаждать здания с более высокой эффективностью, чем традиционные системы воздушных воздушных эфиров, даже в экстремальных климатических условиях.

Проблема глинистых почв

Но, несмотря на многочисленные преимущества, энергетические столбы могут столкнуться с ограничениями в производительности при установке в почвах с низкой теплопроводностью, такими как глинистые. В этом случае может возникнуть явление, называемое «термическим интерферентом», которое снижает эффективность системы за счет накопления тепла в земле. Согласно японскому исследованию, температура земли вокруг групп полюсов может увеличиться между 2,18% до 15,43%, в зависимости от плотности и эксплуатационного цикла (8-24 часов в день), что ставит под угрозу долгосрочную производительность. Но благодаря подготовленной прогнозной модели инженеры теперь могут предвидеть и смягчить эти эффекты с ранних этапов планирования.

Программное обеспечение предвидит проблемы и предоставляет решения

Используя программное обеспечение Comsol Multiphysics, исследователи разработали серию моделирования для представления теплового поведения групп энергетических полюсов в реальных условиях. Благодаря этому исследованию они определили серию Мультипликативные факторы практичный что позволяет быстро расширить тепловые прогнозы на целые группы полюсов, без необходимости прибегать к сложным трехмерным моделям. Таким образом, вычислительные затраты снижаются, что делает технологию более доступной даже в контексте низкого технического бюджета.

Например, исследование выяснилось, что снижение ежедневных рабочих часов может отложить тепловое насыщение почвы более чем на 100 часов и снизить максимальные температуры почвы до 29% в течение 5 лет. Кроме того, исследование подтвердило то, что было названо по прозвищу «тепловая толпа» на центральных полюсах по сравнению с периметрами, что предполагало в качестве решения пространственное расположение оптимизированных групп.

Эти результаты не только способствуют интеллектуальному дизайну менее эмиссионных зданий, но и усиливают использование альтернативных систем отопления и охлаждения для традиционных даже при наличии высокой энергетической интенсивности и уязвимых климата.

«Наше исследование, демонстрирующее осуществимость и удобство геотермальных энергетических систем для плотной городской среды, сталкивается с проблемами регионального развития, способствуя глобальной климатической программе», Профессор Иназуми заключает.

Исследование было опубликовано в журнале Тематические исследования по тепловой инженерии В сентябре 2025 года.