Datormodellering av en värmelagrande konstgräsplan : En temperaturstudie över ett år för en uppvärmd konstgräsplan

• Main Author: Gewert, Andreas
• Format: Others
• Language: Swedish
• Published: Karlstads universitet, Institutionen för ingenjörs- och kemivetenskaper 2013
• Subjects: energibalans; värmelager; geoenergi; värmetransport
• Online Access: http://urn.kb.se/resolve?urn=urn:nbn:se:kau:diva-30059

I Skattkärr har en konstgräsplan projekterats med uppvärmning för att kunna användas vintertid då snö och kyla sätter stopp för aktiviteter på en ouppvärmd konstgräsplan. I Skattkärr finns inte möjligheten att ansluta anläggningen till ett fjärrvärmenätverk. Tekniken som valts för att värma planen är istället en typ av geoenergi där PVC-rör ligger under konstgräsplanens ytskikt. Intill planen finns totalt 31 borrhål. Ur borrhålen hämtas värmen från berget med kollektorslangar och leds ut till en rörslinga under planen. Till skillnad mot vanlig bergvärme används ingen värmepump. I stället utnyttjas i Skattkärr bergets och markens naturliga värme på uppskattningsvis 7 °C. Det förväntas räcka för att hålla snö och is borta från konstgräsplanen. Sommartid när det inte finns behov av uppvärmning, värms vätskan i rören. Värmen kan vidare lagras i berget till vintersäsongen. Planen kan med andra ord, i princip betraktas som en stor solfångare. Systemets största driftkostnad blir därför dess cirkulationspump. Driften i sig är projekterad att vara intermittent. Det innebär att systemet förväntas stå stilla tills behov av uppvärmning eller kylning finns. Systemet slås sedan av när behovet av uppvärmning eller kylning upphört. Syftet med arbetet är att undersöka hur konstgräsplanen ska värmas och kylas optimalt utan att planen blir obrukbar tack vare dess yttemperatur. Målet med arbetet är att skapa en matematisk modell för systemet som beskriver temperaturen på konstgräsplanens yta. För att studera konstgräsplanens yttemperatur görs en matematisk modell vars uppgift är att dynamiskt analysera energiflöden över tid. Modellen är uppbyggd i programmet Simulink, en del av MATLAB. Modellen av konstgräsplanen består utav flera delberäkningar som i sin tur ger olika energiflöden. Planen betraktas i balansen som en platta på mark med ett värmelager. På så vis kan generaliseringar göras för att underlätta olika beräkningar med ekvationer tillämpade för plattor på mark. Resultatet visar att uppvärmningssystemet har svårt att värma planen till erfordlig temperatur stora delar av vintern. Istället följer planens yttemperatur rådande lufttemperatur likt en ouppvärmd plan. Dessvärre råder okunskap om strömningstillstånd samt vätsketemperatur i systemets rörslinga. Därför krävs vidare arbete för att säkerställa dessa faktorer. På så vis kan värmetillförseln från uppvärmningssystemet, till planens yta säkerställas. Först då kan ett godtyckligt underlag till cirkulationspumpens styrning presenteras. === In Skattkärr has a heated turf field been projected to enable activities during the winter when snow and cold weather put a stop to activities in an unheated turf field. In Skattkärr it’s not possible to connect the system to a district heating network. The technique chosen to heat the field is instead a type of geothermal energy where PVC-pipes are located beneath the artificial turf’s surface. Next to the the field is a total of 31 boreholes located. From those boreholes heat is collected from the mountain and headed out to a coil under the plan. Unlike conventional geothermal, there is no use of a heat-pump. Instead the system in Skattkärr uses the natural heat from the soil, approximately 7 ° C. It is expected to be enough to keep snow and ice away from the artificial turf field. In summer when there is no need of heating, the fluid in the tubes is heated. This heat can later on be stored in the ground for the winter season. The field may, in other words, in principle, be regarded as a solar collector. The system's operating cost is therefore the circulation-pump. The operation itself is projected to be intermittent. This means that the system is expected to stand still until the need for heating or cooling. The system is then turned off when the need for heating or cooling is ceased. The aim of this work is to investigate how an artificial turf field can be heated and cooled optimally without becoming unusable due to its surface temperature. The goal of this work is to create a mathematical model of the system that describes the temperature on the artificial turf's surface. To study the artificial turf field's surface temperature is a mathematical model created, whose mission is to dynamically analyze energy flows over time. The model is built in Simulink, a part of MATLAB. The model of artificial grass field consists of several partial measurement exercises in turn gives different energy flows. The plan considered in the balance as a slab with a heat store. This allows generalizations to be made to facilitate various calculations with equations applied to slabs on ground. The result shows that the heating system has difficulties to heat the field to temperatures demanded during winter. Instead, the surface temperature follows the current air temperature, like an unheated field. Unfortunately, there is lack of knowledge about the flow conditions and fluid temperature in the pipe loop system. Therefore, further work to ensure these factors are needed. Only then can an arbitrary basis for the circulation pump control be presented.