Dissertação

{pt_PT=Use of retaining walls in shallow geothermal energy systems} {} EVALUATED

{pt=A energia geotérmica superficial tem sido utilizada para fornecer energia térmica renovável a edifícios, através de sistemas de bombas de calor geotérmicas que alavancam o potencial de armazenamento de energia no solo. A principal desvantagem destes sistemas prende-se com o elevado custo associado à sua construção, podendo ser significativamente reduzido se os permutadores de calor forem incorporados em estacas, muros de contenção e túneis, sendo, por isso, classificados como estruturas ativadas geotermicamente ou estruturas geotérmicas. Embora as estacas termo-ativas sejam a aplicação mais comum, na última década, o interesse em torno das paredes termo-ativas aumentou. No entanto, ainda existem lacunas no conhecimento sobre o comportamento térmico das mesmas pelo que, devido à sua complexidade, se recorre a análises numéricas para avaliar o seu desempenho térmico. Assim, realizou-se uma análise térmica a uma parede moldada termo-ativa, no programa de elementos finitos FEFLOW. A resposta computacional foi validada não apenas por comparação com um conjunto de dados experimentais disponíveis, mas também com um estudo numérico existente, apresentando uma boa concordância com ambos os conjuntos de dados e permitindo estabelecer algumas diretrizes para o subsequente estudo paramétrico. Este, focou-se no impacto da condutividade térmica do solo, da geometria da parede, do layout do permutador de calor, e do ambiente externo e interno e da carga térmica, na taxa de transferência de calor. Os resultados mostram que as condições na zona de escavação têm um impacto significativo na taxa de transferência de calor seguidas da geometria da parede e da condutividade térmica do solo., en=Shallow geothermal energy has been used to provide renewable thermal energy to residential and commercial buildings, mainly by means of ground source heat pump systems that leverage the soil heat storage potential. One main drawback of these systems is the high capital cost associated with their construction that can be significantly reduced if the heat exchanger loops are incorporated into piles, retaining walls and tunnel linings, being therefore classified as thermally-activated structures or energy geostructures. While energy piles are the most common application, in the last decade the interest around energy walls has increased. However, there are still some knowledge gaps regarding the thermal behaviour of energy walls that due to their complexity require numerical analyses to asses their thermal performance. Therefore, a thermal analysis of a diaphragm energy wall was undertaken in the finite element software FEFLOW. The software response was validated not only against a set of available field data but also against an existing numerical study, revealing a good agreement with both sets of data, which allowed to establish some guidelines for the assembly of the subsequent parametric study. The parametric study focused on the impact of the ground (soil thermal conductivity), wall geometry, heat exchanger loop layout, interior and exterior environment and thermal load on the heat transfer rate. The results show that the conditions in the excavated space have a significant impact on the heat transfer rate of energy walls, followed by the wall geometry and the soil thermal conductivity.}
{pt=Estruturas ativadas geotermicamente, paredes termo-ativas, bombas de calor geotérmicas, energia geotérmica, energia renovável, en=Energy geostructures, energy walls, ground source heat pump systems, geothermal energy, renewable energy}

Janeiro 18, 2021, 16:0

Orientação

ORIENTADOR

Peter John Bourne-Webb

Departamento de Engenharia Civil, Arquitectura e Georrecursos (DECivil)

Professor Auxiliar