A novel solution for vertical borehole heat exchangers in multilayered ground with the Robin boundary condition
Notice bibliographique
Résumé
The ground surface condition is crucial in the thermal analysis of borehole heat exchange (BHE) systems, as it directly influences the thermal regime within the subsurface. However, most existing analytical solutions assume a constant temperature at the ground surface equal to the undisturbed ground temperature, overlooking the impact of various anthropogenic and environmental factors that alter ground surface conditions. This study addresses this gap by proposing a new semi-analytical solution that incorporates the Robin boundary condition for BHEs in multilayered ground. The solution, developed using the unsteady surface element method, balances computational efficiency with analytical precision. The proposed solution was verified with an exact solution in a homogeneous body, showing a maximum error of approximately 0.2 %. Compared with prescribing a constant temperature at the ground surface, using a Robin boundary condition better captures the heat exchange between the ground and the surrounding environment. The results show that variations in the heat transfer coefficient at the ground surface can cause differences in the mean borehole wall temperature change of up to 7.45 % over about 31.7 years (109 s) for a 70-metre borehole. Meanwhile, a unit heat flux at the ground surface can raise the mean borehole wall temperature by 0.56 °C for a heat transfer coefficient of 0.25 Wm−2K−1 over 31.7 years. Additionally, the circulating fluid can transmit the impact of the ground surface condition to greater depths. The results indicate that even at the bottom of a 70-metre borehole, using a fixed temperature can underestimate the temperature change by up to 6.11 % over 31.7 years compared with using the Robin boundary condition. These findings emphasize the indispensability of the proposed solution for accurately predicting the thermal performance of BHEs.
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Imitation des enseignantsNi prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Apprise à partir de 10 348 étiquettes directes de Codex et de 10 348 étiquettes directes de Gemma. Le mode candidate est l'union des têtes enseignantes seuillées; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont ni des étiquettes humaines ni des étiquettes directes de modèles de pointe.
Scores Codex et Gemma par catégorie
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,000 | 0,000 |
| Bibliométrie | 0,000 | 0,000 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,000 |
| Communication savante | 0,000 | 0,000 |
| Science ouverte | 0,000 | 0,000 |
| Intégrité de la recherche | 0,000 | 0,000 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,000 | 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 tête enseignante, 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 ».