Numerical Modeling of Thermo-Hydro-Mechanical Processes Related to Geothermal Heat Pump Operations in a Subarctic Climate
Notice bibliographique
Résumé
ABSTRACT: Ground Source Heat Pumps (GSHPs) are extensively used as a renewable energy technology worldwide. However, the use of GSHPs in cold regions remains challenging. Particularly, for a shallow GSHP system, the cyclic freezing and thawing conditions may cause considerable ground subsidence and have an impact on the stability of infrastructure. Very few studies were conducted to analyze the geo-risk of installation and operation of GSHPs in subarctic regions. In this paper, a fully coupled thermal-hydro-mechanical analysis is performed based on a finite element framework to investigate the geo-risk of ground subsidence due to the installation and operation of GSHPs. The modified Clausius-Clapeyron model is included in the modeling framework considering phase change of ice under freeze-thaw cycles. The nonlinear relations between ice saturation and hydro-mechanical properties of frozen soil have been implemented using experimental data from the literature. The numerical modeling tool is applied to the case study of a potential Canadian GSHP site in Umiujaq, northern Quebec, where the ground is composed of several meters of silt overlying the bedrock. 1. INRTODUCTION Over last decades, stabilizing the permafrost regions has been an important concern for geotechnical engineers, specially in regions where cycling freezing and thawing are encountered because of the global warming affecting infrastructure. Therefore, applying different stabilizing methods may be necessary in these regions to reduce the predicable geohazards. Recently, the development of Ground Source Heat Pump (GSHP) systems has increased. Such systems operate with a renewable source and allows for energy storage. As solar energy is insufficient during the northern winter, GSHP systems are a potential avenue in subarctic regions as an alternative to store energy during summer and provide it in winter. With 44,561 inhabitants of Nord-du-Québec in 2016 living in villages in subarctic regions, there is a good potential to utilize the GSHP systems for heating to reduce the consumption of fuel usually shipped by boat(Gunawan et al., 2020).
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Comment cette classification a été obtenuedéplier
Prédiction machine sur la base complète
Imitation des enseignantsNi prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Le volet Gemma est une étiquette directe du modèle pour chaque travail de la base, lue sur la notice réduite au titre. Le volet Codex est un classifieur appris des 10 348 étiquettes directes de Codex et calibré sur les taux pondérés de l'échantillon; les champs sans appui suffisant ne portent aucun appel Codex. Le mode candidate est l'union des deux volets; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont pas des étiquettes humaines.
Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,000 | 0,001 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,001 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,000 | 0,001 |
| Bibliométrie | 0,001 | 0,001 |
| Études des sciences et des technologies | 0,001 | 0,001 |
| Communication savante | 0,001 | 0,000 |
| Science ouverte | 0,001 | 0,001 |
| Intégrité de la recherche | 0,002 | 0,001 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,002 | 0,000 |
Scores machine (provisoires)
Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.
Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.
score_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découleClassification
machine, non validéePrédiction automatique; un appel candidat d’une seule source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.
Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».