On the thermal interaction between geothermal boreholes with groundwater flows using asymptotic expansion techniques

Abstract

Para cumplir los requisitos de rendimiento y coste de una bomba de calor geotérmica, es crucial que su intercambiador geotérmico esté dimensionado de forma óptima. Para ello, el ingeniero necesita una previsión precisa de la respuesta térmica del intercambiador durante toda la vida útil del edificio. Esta respuesta puede verse muy afectada por la presencia de flujos de agua subterránea, por lo que deben considerarse los mecanismos de conducción y convección al resolver el problema físico. En este trabajo se desarrolla un modelo teórico capaz de considerar ambos mecanismos de transferencia de calor para números de Peclet de orden unidad del flujo subterráneo. El modelo se basa en grandes disparidades de tiempo y longitud, explotadas mediante técnicas de expansión asintótica.In order to fulfill both performance and cost requirements in a geothermal heat pump is crucial that its geothermal heat exchanger is optimally-sized. To achieve that, engineer needs an accurate forecast of the thermal response of the exchanger over the whole lifetime of the building. This thermal response can be highly affected by the presence of groundwater flows, hence both heat transfer mechanisms, conduction and convection, must be taken into account when solving the physical problem. In the present work a theoretical model has been developed which is capable of consider both heat transfer mechanisms for Peclet number of order unity of the groundwater flow. The model is based on the presence of large time and length disparities, it can be exploited using asymptotic expansion techniques.