Primijenjena termogeologija

Osnovni podaci

ECTS: 5.5

Nositelj: dr. sc. izv. prof. Tomislav Kurevija

Nositelj: dr. sc. izv. prof. Tomislav Kurevija

Izvođač: asistent Marija Macenić

Izvođač: asistent Marija Macenić

Prijava ispita: Studomat

E-učenje: Merlin

Engleski jezik:

Detaljne informacije

VRSTA NASTAVEUKUPNO
Auditorne vježbe22
Predavanja30
Terenske vježbe7
 

Opis predmeta: OPIS PREDMETA:
Po definiciji termogeologija je znanost koja proučava pojavu, prijelaz i načine iskorištavanja toplinske energije niske entalpijske vrijednosti u relativno plitkim dijelovima geosfere. Pod relativno plitkim

dijelovima smatraju se dubine do otprilike 200 m uz temperature tla manjim od 30C. Ova toplinska energija ne može se direktno koristiti već se iskorištava indirektno pomoću dizalica topline koje dovode

energiju s niže temperaturne razine na višu uz dodatnu utrošenu energiju pomoću Ijevokretnog kružnog procesa prikladnog radnog medija, te mogu poslužiti kao izvori toplinskog i rashladnog učina u sustavima

grijanja, odnosno hlađenja i klimatizacije.

CILJEVI PREDMETA:
Upoznati studente naftnog rudarstva i rudarstva s relativno novom granom u geoznanosti nazvanom termogeologija. Studenti rudarstva i naftnog rudarstva nakon odslušanog i položenog kolegija dobit će osnovna

znanja za razumijevanje principa projektiranja izmjenjivača topline položenih u tlo za izmjenu topline niske entalpije između zemlje i dizalice topline kao strojarskog uređaja. Također, studenti će usvojiti

znanja o utjecajima svih pojedinih termogeoloških parametara na projektiranje ovih sustava kao što su toplinska vodljivost, toplinski difuzivitet, gustoća, vlažnost i propusnost tla i stijena, bilo da se

radi o vertikalnim bušotinskim izmjenjivačima ili horizontalno položenim cijevima u tlo. U sklopu vježbi kolegija studenti će izvoditi praktična mjerenja toplinske vodljivosti tla i statičke temperature tla

na koaksijalnim bušotinskim izmjenjivačima topline izrađenim u sklopu naftnog zavoda, a prema metodi ASHRAE i pomoću mjernog uređaja za toplinski odaziv tla samostalno izrađenog od strane doc. Tomislava

Kurevije na RGN fakultetu kao inovacije u nastavi.

OČEKIVANI ISHODI UČENJA:
Ovo je interdisciplinarni kolegij, a ishod pohađanja studentima različitih grupa pomoći će u potpunijem sagledavanju iskorištavanja jednog od oblika obnovljivih izvora energije plitke geotermalne energije

kao rudarskog resursa:
Osnovni termodinamički zakoni i termogeološki parametri vezani uz iskorištavanje plitke geotermalne energije
Princip rada dizalica topline s tlom kao izvorom topline, strojarski elementi, učinkovitost sustava, klimatski parametri, temperatura distribucije toplinske energije i utjecaj na odabir strojarskog sustava
Fizika zgrade i proračun toplinskih gubitaka i dobitaka edukacijskim programskim paketom i utjecaj ovih parametara na vanjski izmjenjivač topline u tlu
Planiranje izrade bušotinskih izmjenjivača topline do 200 m, metode bušenja i svojstva termoaktivnih cemenata visoke toplinske vodljivosti
Modeliranje mreže bušotinskih izmjenjivača, matematika prijelaza topline između tla i radnog fluida, toplinske interferencije među bušotinama, praktični dio modeliranja sustava u edukacijskom programskom

paketu i mjerenja na realnom bušotinskom izmjenjivaču topline izrađenim u sklopu naftnog zavoda.
Utjecaj podzemnih voda i pojedinih hidrogeoloških parametara na učinkovitost i modeliranje sustava izmjenjivača topline
Planiranje projekata i tehnologija horizontalnih izmjenjivača topline kao ekonomičnije alternative bušotinskim izmjenjivačima

SADRŽAJ PREDMETA:

PREDAVANJA:
P1 Uvod u kolegij. Podjela geotermalne energije na duboku i plitku. Načini iskorištavanja toplinske energije direktno ili indirektno.
P2 Osnovne termodinamičke i tehnološke karakteristike dizalica topline s tlom podzemnom vodom kao izvorom energije. Pregled opreme i tehnologije.
P3 Teoretske podloge modeliranja bušotinskih izmjenjivača topline u sustavima s dizalicama topline
P4 Analitičko rješenje cilindričnog modela prijelaza topline. Analitičko rješenje linijskog modela prijelaza topline.
P5 Kavanaughov numerički model distribucije temperature uokolo bušotine na osnovi rješenja cilindričnog izvora topline. Eskilsonov numerički model dugoročnog temperaturnog odaziva bušotine.
P6 Definiranje glavnih ulaznih parametara za vrednovanje plitkih geotermalnih potencijala I dio: Geološke i termogeološke značajke stijena i tla, Toplinska vodljivost i toplinska difuznost stijena i tla,

Statička temperatura tla, Geotermalni gradijenti i toplinski tok
P7 Definiranje glavnih ulaznih parametara za vrednovanje plitkih geotermalnih potencijala II dio: utjecaj podzemnih voda na prijelaz topline, hidraulički gradijent, koeficijent uskladištenja, propusnost,

vodna lica, ekvipotencijalne linije i smjer toka podzemnih voda
P8 Definiranje glavnih ulaznih parametara za vrednovanje plitkih geotermalnih potencijala III dio:klimatske karakteristike, Projektiranje toplinskih i rashladnih potreba u zgradarstvu i zakonodavni okvir
P9 Definiranje glavnih ulaznih parametara za vrednovanje plitkih geotermalnih potencijala IV dio: Proračun dobitaka i gubitaka toplinske energije u zgradi
P10 Modeliranje polja bušotinskog izmjenjivača topline u funkciji specifičnih ulaznih parametara I dio: Dimenzioniranje polja bušotinskog izmjenjivača topline u funkciji radnog vijeka sustava, Utjecaj

razmaka bušotina na modeliranje polja bušotinskog izmjenjivača topline, Utjecaj izlaznih temperatura radnog fluida iz izmjenjivača i polaznog voda prema potrošaču
P11 Modeliranje polja bušotinskog izmjenjivača topline u funkciji specifičnih ulaznih parametara II dio: Utjecaj bušotinskih parametara (promjer bušotine, vrsta cementa i toplinska vodljivost), Utjecaj

toplinske vodljivosti tla
P12 Mjerenja koeficijenta toplinske vodljivosti tla (toplinski test odaziva), step testovi radi određivanja prinosa bušotinskih izmjenjivača pri vršnom opterećenju, analiza derivacijskih krivulja i određivanje skina odnosno bušotinskih toplinskih otpora izmjenjivača. Primjena Hornerove metode u interpretaciji TR testa.
P13 Modeliranje koso usmjerenih bušotinskih izmjenjivača na temelju poznatih termogeoloških parametara
P14 Modeliranje horizontalnih izmjenjivača topline do dubina od 2m korištenje pohranjene sunčeve energije u tlu. Pregled tehnologije i tehnike ugradnje.
P15 Tehnoekonomska analiza isplativosti ugradnje dizalica topline s tlom podzemnom vodom kao izvorom energije. Pregled energenata, ogrjevne moći, cijene i uštede na energiji
Smanjenje emisija CO2 upotrebom dizalica topline s tlom ili podzemnom vodom kao izvorom energije u odnosu na konvencionalne sustave.

VJEŽBE:
V1 Plitki geotermalni potencijal definiranje osnovnih parametara
V2 Način rada geotermalne dizalice kao nužnog uređaja za iskorištavanje nisko entalpijskog geotermalnog potencijala
V3 Definiranje radnog ciklusa dizalice topline, proračun osnovnih velilčina putem procesa u TS dijagramu
V4 Proračun osnovnih termogeoloških i fiziklanih varijabli ležišnih stijena i fluida nužnih za determinaciju rada dizalice topline
V5 Grafoanalitički proračun statičke temperature zemlje i dubine njenog pojavljivanja
V6 Analiza temperaturnih promjena s dubinom, pregled podataka do sada prikupljenih na RGN prilikom bušenja bušotine dubine 4m i instalacije temperaturnih osjetnika na svakih 50cm dubine radi snimanja

temperaturnog godišnjeg profila Instalaciju temperaturnih osjetnika i monitoring izveli doc. Tomislav Kurevija i asistentica Marija Macenić
V7 Case study instaliranih geotermalnih izmjenjivača: Bušotinski izmjenjivači Labin projekt Legend; geotermalne košare Opuzen projekt Legend.
V8 Proračun dobitaka i gubitaka toplinske energije u zgradi, samostalni rad edukacijskim programskim paketom KIExpert 2013
V9 Modeliranje polja bušotinskog izmjenjivača topline u funkciji specifičnih ulaznih parametara I dio RETScreen programski paket
V10 Modeliranje polja bušotinskog izmjenjivača topline u funkciji specifičnih ulaznih parametara I dio GLD 2009 simulator programski paket
V11 Mjerenje toplinske vodljivosti upoznavanje s aparaturom za izvođenje TR testa izrađenog na RGN fakultetu od strane doc. Tomislava Kurevije kao inovacije u praktičnom dijelu nastave.
V12 Mjerenje toplinske vodljivosti spajanje aparature na koso usmjerene bušotine u RGN PVT praktikumu i pokretanje mjerenja i snimača podataka
V13 Mjerenje toplinske vodljivosti interpretacija podataka prikupljenih TR Testom , step testovi radi određivanja prinosa bušotinskih izmjenjivača pri vršnom opterećenju, analiza derivacijskih krivulja i određivanje skina odnosno bušotinskih toplinskih otpora izmjenjivača. Primjena Hornerove metode u interpretaciji TR testa.
V14 Samostalni rad edukacijskim programskim paketom RETScreen na ekonomskoj analizi projekta
V15 Samostalan rad edukacijskim programskim paketom RETScreen na proračunu emisija CO2

OBAVEZE STUDENATA:
Uvjeti za pristupanje usmenom dijelu ispita su pohađanje nastave i pozitivno ocjenjen seminarski rad - projektni zadatak.

NAČIN POLAGANJA ISPITA, OCJENJIVANJA I VREDNOVANJA RADA STUDENATA:
Ispit se sastoji od praktičnog seminarskog rada i usmenog dijela. Uvjeti za pristupanje usmenom dijelu ispita su redovito pohađanje nastave i pozitivno ocjenjen seminarski rad.

 

Literatura:

LITERATURAVRSTA LITERATURE
Obvezna literatura (dostupna u knjižnici i putem ostalih medija) 1. Banks, D. 2008. An introduction to thermogeology: ground source heating and cooling. Blackwell, Oxford, 339 pp. 2. Kavanaugh, S.P.: Rafferty, K. 1997. Groundsource Heat Pumps: Design of Geothermal Systems for Commercial and Institutional Buildings. American Society of Heating, Refrigeration and Airconditioning Engineers, Inc., Atlanta, GA. 3. Egg, J. 2010 Geothermal HVAC McGraw Hill Professional pp272 Dopunska literatura: 1. Eskilson, P. 1987. Thermal Analysis of Heat Extraction Boreholes. Doctoral Thesis, University of Lund, Department of Mathematical Physics. Lund, Sweden. 2. Gehlin, S. 2002. Thermal response test method development and evaluation, Lulea University of Technology, Lulea, Sweden. 3. Jelić, K. 1979. Termičke osobine sedimentacionog kompleksa jugozapadnog dijela Panonskog bazena, Doktorska disertacija, RGN fakultet Sveučilišta u Zagrebu. 4. Ingersoll, L.R., Zobel, O.J., Ingersoll, A.C. 1954. Heat Conduction with Engineering, Geological and Other Applications. Madison, WI: The University of Wisconsin Press.Obavezna
 

Nastava

1. semestar - obvezni predmet studija Energetika