A New Approach for Characterizing Pile Heat Exchangers Using Thermal Response Tests

Abstract

Pile heat exchangers offer a cost effective route to implementation of ground-source heat pump systems for many large commercial buildings compared with traditional boreholes. Such projects typically use thermal response tests to determine the key input parameters for system design, namely soil thermal conductivity and heat exchanger thermal resistance. However, this brings challenges for pile heat exchanger based systems, where in situ thermal response tests are known to be less reliable due to the large thermal capacity of the pile. This paper presents a new “black box” resistance capacitive model for applications to pile thermal response tests. The approach is tested against case study data and shown to perform well. Additional test duration savings are shown to be possible if a novel combination of borehole and pile thermal response tests is applied together to determine design parameters.

Analysis of Bearing Characteristics of Energy Pile Group Based on Exponential Model

“…Energy pile is a novel and environmentally friendly foundation type that achieves the dual role of supporting superstructure and transferring heat between structure and ground. Due to increasing global demand for clean and green energy, research on the thermomechanical behavior of energy piles is gaining increasing popularity [1,2]. Most of the work focuses on the thermal performance and optimal layout of energy pile, while research on its function as structure support has been less reported [3].…”

Estudo experimental do desempenho de fundações por estacas hélice contínua trocadoras de calor em solo arenoso saturado

“…3.6.3.4 Fonte cilíndrica sólida infinita (ISCS)Diferente do modelo clássico da fonte cilíndrica infinita, este modelo assume que o cilindro não é oco, mas sim preenchido com o mesmo material do meio que circunda o cilindro.-Considerando um modelo unidimensional e fonte de calor infinita, o aumento de temperatura na fonte de calor, ou seja, na posição do cilindro, pode ser avaliado pela Equação 40(MAN et al, 2010): onde Tg é a variação de temperatura do solo na interface com a estaca, e g a condutividade térmica do solo.Este modelo leva em consideração as dimensões radiais e a capacitância térmica do concreto da estaca(Zarrella et al, 2013), e é sugerido emLoveridge & Powrie (2013) quando os tubos estão instalados mais próximos da borda da estaca (na periferia). furo profundo de pequeno diâmetro), o tempo para o modelo RC convergir é muito reduzido, o que significa que a resistência de uma estaca trocadora de calor pode ser obtida por um ensaio Neste contexto,Maragna & Loveridge (2021) propuseram um modelo que considera a inércia térmica do concreto e pode ser aplicado em estacas com diâmetros bem maiores que 20 cm. A transferência de calor no concreto depende de uma capacitância linear, localizada entre as resistências 2 e 3 da Figura 2.27, e estimada pela Equação 41.…”