Alper YILMAZ, Tuncay YILMAZ, Arif ÖZBEK, Orhan BÜYÜKALACA

Influence of upper layer properties on the ground temperature distribution

Toprak sıcaklığının bilinmesi toprak kaynaklı ısı pompası uygulamaları için çok önemlidir. Toprak tek veya çoklu katmandan oluşabilir. Bu çalışmada, Adana’nın iklim verileri dikkate alınarak tek ve çok katmanlı toprak sıcaklıkları nümerik olarak hesaplanmıştır. Nümerik metottan elde edilen sonuçların doğruluğu analitik hesaplarda kullanılan basitleştirilmiş kabullerin aynısı kullanılarak elde edilen sonuçlarla kontrol edilmiştir. Analitik hesaplamalarda kullanılan basitleştirilmiş kabullerin gerçekçi olmadığı gösterilmiştir. Nümerik hesaplamalarda güneş enerjisi, bağıl nem, rüzgar hızı ve ortam sıcaklığının günlük değerleri toprak sıcaklığının yıllık hesaplamaları için kullanılmıştır. Yıl içinde aylarla toprak yüzey özelliklerini değiştirmenin toprak sıcaklık dağılımına önemli etkisi olmaktadır. Toprak içindeki maksimum ve minimum sıcaklıkların oluştuğu derinlikler doğal olarak oluşan veya suni olarak oluşturulan çok katmanlı topraklarda büyük farklılık göstermektedir. Yukarıda sözü edilen etkiler ile kış ve yaz aylarında toprak sıcaklık dağılımı kontrol edilebilmektedir.

Üst katman özelliklerinin toprak sıcaklığına etkisi

Ground temperature distribution is crucially important for ground source heat pump applications. Ground can be composed of one or multi-layers. In this study, one and multi-layer ground temperatures were calculated numerically considering the climatic conditions of Adana-Turkey. The accuracy of the results obtained from numerical method was controlled using the ones analytically obtained for exactly the same simplifying assumptions. It was shown that the simplifying assumptions for analytical calculations were not realistic. In the numerical calculations, daily values of solar energy, relative humidity, wind velocity and ambient temperature were used for yearly calculations of ground temperature distribution. Variation of ground surface properties with the months in a year has significant effects upon temperature distribution. The depths for maximum and minimum temperatures in the ground were very different in case of multi-layered grounds existing naturally or built artificially. Above mentioned effects can be used to control ground temperature distributions in winter and summer.

PDF

___

ASHRAE Handbook Fundamentals, American Society of Heating Refrigeration and Air-Conditioning Engineers, Inc, 6.3-6.4, 2003.
ASHRAE Handbook Fundamentals, American Society of Heating Refrigeration and Air-Conditioning Engineers, Inc, 29.15, 2003.
Beltrami, H., On the relationship between ground temperature histories and meteorological records: A report on the Pomquet station, Global and Planetary Change 29, 327–348, 2001.
Best, M. J., A model to predict surface temperatures, Boundary-layer meteorology 88, 279–306, 1998.
El-Din, M. M. S., On the heat flow in to the ground, Renewable Energy 18, 473-490, 1999.
First development report of The Scientific and Technological Research Council of Turkey (TUBITAK) project, Project No: 107M380, 2008.
Mihalakakou, G., Santamouris, M. and Asimakopoulos, D., Modeling the earth temperature using multiyear measurements, Energy and Buildings 19, 1-9, 1992.
Mihalakakou, G., Santamouris, M., Lewis, J. O. and Asimakopoulos, D. N., On the application of the energy balance equation to predict ground temperature profiles, Solar Energy 60, 181-190, 1997.
Mihalakakou,G., On estimating soil surface temperature profile, Energy and Buildings 34, 251-259, 2002.
Piechowski, M., Heat and mass transfer model of a ground heat exchanger: Validation and sensitivity analysis, Int. J. Energy Res. 23, 571-588, 1999.
Qin, Z., Berliner, P. and Karnieli, A., Numerical solution of a complete surface energy balance model for simulation of heat fluxes and surface temperature under bare soil environment, Applied Mathematics and Computation 130, 171–200, 2002.
Rees, S. W., Zhou, Z. and Thomas, H. R., Ground heat transfer: A numerical simulation of a full-scale experiment, Building and Environment 42, 1478–1488 2007.
Second development report of The Scientific and Technological Research Council of Turkey (TUBITAK) project, Project No: 107M380, 2008.