Metodi per la determinazione della risposta termica di sonde geotermiche

Viene analizzata l’accuratezza di tre diversi modelli di sonda geotermica, che possono essere utilizzati per simulare l’evoluzione nel tempo della temperatura media del fluido entro la sonda: il modello Finite Cylindrical Source (FCS), quello Finite Line Source (FLS), e un recente modello proposto dal ricercatore Louis Lamarche (Lamarche, L., International Journal of Heat and Mass Transfer, 91, 2015, 800–807). Dapprima viene analizzata l’accuratezza del modello di Lamarche, nel breve termine, periodo più critico, confrontando l’evoluzione nel tempo della temperatura media del fluido che si ottiene con questo modello con quella ottenuta utilizzando la geometria reale. L’analisi è effettuata con simulazioni 2D agli elementi finiti, con carico termico costante nel tempo, per una durata di 100 ore. I risultati mostrano una eccellente accuratezza del modello, in tutti i casi considerati. Quindi viene analizzata l’accuratezza dei modelli FCS e FLS per la simulazione di una sonda geotermica lunga 100 m operante a carico termico costante per 10000 ore. Lo studio è eseguito con simulazioni 2D assialsimmetriche agli elementi finiti. I risultati mostrano scostamenti considerevoli dal modello di Lamarche nelle prime ore di funzionamento. Infine, si verifica se gli errori rilevanti trovati nel breve termine con i modelli FCS e FLS perdurano per tutto il periodo considerato nella simulazione, nei casi di simulazioni orarie con carico termico variabile a scalini. I risultati mostrano che, se il carico termico presenta oscillazioni orarie rilevanti, gli errori di simulazione restano rilevanti per tutto il periodo. Poiché le simulazioni con il modello di Lamarche richiedono circa lo stesso tempo di calcolo di quello impiegato con i modelli più semplici, si suggerisce di utilizzare tale modello nelle simulazioni orarie di sonde geotermiche.