Simulation of shallow geothermal heat exchanger using coupled unsaturated flow / temperature modelling for varied soil profiles

Chris Mamen, Paul Simms

In the proceedings of: GeoMontréal 2013: 66th Canadian Geotechnical Conference; 11th joint with IAH-CNC

Session: Cold Regions I

ABSTRACT: Shallow geothermal energy can substantially reduce heating and cooling costs for residential or institutional buildings. Some optimization of subsurface conditions or backfilling different soils might be warranted to improve efficiency of heat exchange for larger buildings. This idea is explored by employing a commercial software to analyze coupled heat and moisture flow around a simulated heat exchanger for different soil profiles and groundwater conditions. The modelling approach is partially validated by comparing its predictions with those of another published numerical method. It is demonstrated that varying the soil profile does influence the exchange of heat. While the magnitude of the differences is small, this may reflect limitations of the modelling methodology, and further investigations are warranted.

RÉSUMÉ: L'énergie géothermique peu profonde peut sensiblement réduire chauffer et refroidir des coûts pour les bâtiments résidentiels ou institutionnels. De l'optimisation des conditions sous la surface en remblayant différents sols pourrait être justifiée pour améliorer l'efficacité de l'échange thermique pour de plus grands bâtiments. Ceci est exploré en utilisant un logiciel commercial pour analyser l'écoulement couplé de la chaleur et d'humidité autour d'un échangeur de chaleur simulé pour différents profils de sol et états d'eaux souterraines. L'approche de modélisation est validée contre des données de la température déjà publiées à un journal. On le démontre que la variation du profil de sol influence l'échange de la chaleur. Tandis que l'importance de la différence est petite, ceci peut refléter des limitations de la méthodologie de modélisation, et des enquêtes postérieures sont justifiées

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