This paper investigates numerical methods for simulations of the short-term behavior of a geothermal energy storage. Such simulations are needed for the optimal control and management of residential heating systems equipped with an underground thermal storage. There a given volume under or aside of a building is filled with soil and insulated to the surrounding ground. The thermal energy is stored by raising the temperature of the soil inside the storage. It is charged and discharged via heat exchanger pipes filled with a moving fluid. Simulations of geothermal energy storages aim to determine how much energy can be stored in or taken from the storage within a given short period of time. The latter depends on the dynamics of the spatial temperature distribution in the storage which is governed by a linear heat equation with convection and appropriate boundary and interface conditions. We consider semi- and full discretization of that PDE using upwind finite difference schemes and study associated stability problems. Numerical results based on the derived methods are presented in the companion paper [12].


翻译:本文探讨模拟地热能源储存短期行为的数字方法,这种模拟是为了对配备地下热储存的住宅供热系统进行最佳控制和管理而需要的。建筑物下或外的某一体积装满土壤,与周围地面隔绝。热能通过提高贮存中的土壤温度加以储存。热能通过装有移动液体的热交换器管道充电和排放。地热能源储存的模拟旨在确定在某一短时期内贮存中能储存或取出多少能量。热能储存的模拟取决于储存中的空间温度分布动态,该储存由具有对流和适当边界及界面条件的直线热方程式管理。我们考虑利用上风的有限差异办法和研究相关的稳定性问题使PDE半和完全分离。根据衍生方法得出的数值结果载于随附文件[12]。

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