Studio dell'effetto combinato di porosità e grado di saturazione sul comportamento termico di pali energetici

Abstract

Nel presente lavoro di tesi è stato studiato il modo in cui la porosità e il grado di saturazione influiscono sul comportamento dei pali energetici. Si è definito un semplice problema per andare a valutare le temperature che si instaurano in corrispondenza del palo energetico, che determinano l’entità degli scambi termici e di conseguenza l’efficienza del sistema geotermico. Si è svolto uno studio approfondito per definire la conduttività termica, che, partendo dalla temperatura dei confini del dominio, permette di valutare la temperatura in corrispondenza del palo. Essa è stata calcolata per tipologie differenti di terreno (caolino B-grade, limo Jossigny e sabbia Rudlingen) in diverse condizioni di saturazione (terreno saturo, secco e parzialmente saturo) attraverso l’adozione del modello definito da Bruno et al. (2023), dove è definita in funzione della porosità e del grado di saturazione. Attraverso l’utilizzo del software CODE_BRIGHT è stato possibile simulare questi scenari e valutare la temperatura sul palo. Si sono svolte ulteriori simulazioni per osservare l’andamento della temperatura che si avrebbe se si considerasse la conduttività termica costante nell’intero deposito di terreno. Confrontandole con quelle associate a una conduttività variabile, sono state rilevate delle piccole differenze di temperatura negli scenari estivi.

The topic of this thesis is the study of the effect of porosity and degree of saturation on the behaviour of energy piles. A simple problem has been defined in order to calculate the temperature on the surface of the pile, which determines the entity of the heat exchange and therefore the efficiency of the geothermal system. A thorough study has been conducted to define the thermal conductivity of the soil, which allows to evaluate the temperature on the pile. The thermal conductivity has been calculated for different kinds of soils (B-grade kaolin, Jossigny silt and Rudlingen sand) in different saturation conditions (completely saturated, completely dry, partially saturated) thanks to the implementation of the model defined by Bruno et al. (2023), where it is calculated as a function of porosity and degree of saturation. Using CODE_BRIGHT software, it has been possible to simulate these scenarios and evaluate the temperature on the pile. More simulations have been conducted in order to determine the difference between the temperature distribution obtained through a thermal conductivity assumed as a function of porosity and degree of saturation changing with depth and as a constant value. A comparison between different scenarios has been made, which revealed only small differences in temperature in summer scenarios.