ВРАХУВАННЯ ДИНАМІКИ ЗМІН ТЕМПЕРАТУРИ ПІДЗЕМНИХ ВОД НА ДІЛЯНКАХ БЕРЕГОВИХ ВОДОЗАБОРІВ ГІДРОТЕРМАЛЬНИХ ТЕПЛОНАСОСНИХ СИСТЕМ

Анотація

Прогноз динаміки змін температури підземних вод на ділянках розміщення берегових водозаборів становить великий практичний інтерес, оскільки температура підземних вод, які використовуються, не повинна виходити з рамок кондицій, обумовлених, наприклад, технологічними особливостями виробництва. Метою роботи є експериментально та аналітично оцінити вплив зміни температури підземних вод, в результаті змішування з водами, що фільтруються з водойми яка знаходиться поруч, на ефективність гідротермальної теплонасосної системи. Представлено розроблену і сконструйовану в Інституті відновлюваної енергетики НАН України експериментальну гідротермальну теплонасосну систему, яка складається з теплового насосу та двох свердловин через які забезпечується циркуляція води від Полтавського водоносного горизонту до теплового насосу. Особливістю даної системи є те, що її свердловини в геоморфологічному відношенні розташовані на території останця Київського лесового плато, який обмежений із заходу, з півдня і зі сходу балками. Крім того Полтавський водоносний горизонт розкритий ерозією і виходить на денну поверхню на відстані 100 метрів від місця розташування свердловин. А за 300 метрів від свердловин на дні балки розташована серія ставків. Наведено опис характеристик вимірювального обладнання, встановленого на гідротермальній теплонасосній системі та розробленої інтерактивної системи диспетчеризації яка була застосована для побудови системи візуалізації та архівації даних отриманих в процесі проведення даної науково-дослідницької роботи. Експериментально визначено, що температури води в свердловині, якою розкрито водоносний горизонт, має тенденцію спрямованого зменшення або збільшення в залежності від пори року та обґрунтовані отримані залежності зміни температури від глибини з урахуванням температури навколишнього середовища та інших факторів екзогенного впливу. Викладено математичну модель, яка дає змогу визначати температуру підземних вод під час дії водозабору, що має вигляд лінійної низки свердловин, розташованої паралельно руслу річки. Наведено розв’язання рівняння теплопередачі, яке описує процес теплопередачі в експлуатаційному водоносному пласті. На основі аналітичних розрахунків визначено, що у випадку підйому температури води в річці за лінійним законом у пласті з часом відбувається безперервне зростання температури, а в разі стрибкоподібного підйому температури води в річці в пласті встановлюється стаціонарний розподіл температури. З отриманих даних зроблено висновок, що визначальним фактором у нагріванні підземних вод є фільтрація, тобто конвективна теплопередача. Кондуктивна складова спричиняє тільки деяке розсіювання теплового фронту. Отримані теоретичні та практичні результати дозволяють оптимізувати побудову геотермальних систем. Мають перспективу подальші дослідження впливу геологічних, гідрогеологічних морфологічних та антропогенних умов на зміни температури нижче нейтрального шару, та їх вплив на ефективність роботи геотермальних теплонасосних систем.