Near-instant prediction of short-term transfer functions for closed-loop boreholes in heterogeneous aquifers influenced by groundwater flow using wavelet decomposition and neural networks
Notice bibliographique
Résumé
Accurate simulation of the heat pump inlet fluid temperature is critical to the design of an optimal, high performance ground source heat pump system. The closed-loop ground heat exchanger must be able to meet the heating and cooling demands while maintaining the inlet temperature within specified design limits over multiple years. This simulation usually relies on the use of a transfer function. Traditional approaches, often based on Eskilson's g-function, typically neglect the short-term effects from borehole thermal capacities, as well as the aquifer's heterogeneity and advection from groundwater flow. Overlooking these physical processes can lead to sub-optimal borefield designs.This study addresses this situation by presenting a combined model for the near-instant construction of short-term transfer functions at the borehole outlet for a single closed-loop borehole installed in a multi-layered aquifer under groundwater flow. The approach leverages a wavelet decomposition scheme as a pre-processing step to improve the prediction accuracy of the target functions, which are approximated using three different artificial neural networks. Once independently trained, these sub-networks are then combined to streamline the implementation of the model in a source code or a spreadsheet and to reduce computational costs. The database used to train and test the artificial neural networks is derived from a 3D finite element model that provides realistic and accurate simulations of the ground heat exchanger over a 7-day period. For each simulation, the borehole and pipe geometry, the circulation flow rate, the thermal properties of the borehole's components (e.g. pipe, grout, heat carrier fluid), as well as both the thermal and hydraulic properties of the five geological layers are sampled from uniform distributions using Halton set. The database covers a wide range of hydrogeological environments, borehole configurations, and operating conditions.The combined model shows good agreement with the numerical model-based transfer functions, achieving an average relative root mean square error of 7.03×10-3 over 4371 independent simulations. Furthermore, prediction times are as low as 0.05 milliseconds, enabling efficient design. This advancement provides a robust and efficient tool for improving the simulation and design of ground source heat pump systems. The combined model can also be used to interpret thermal response tests within a Bayesian framework for any given hydrogeological setting.
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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) | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,000 | 0,000 |
| Bibliométrie | 0,000 | 0,000 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,001 |
| Communication savante | 0,000 | 0,001 |
| Science ouverte | 0,001 | 0,000 |
| Intégrité de la recherche | 0,001 | 0,001 |
| 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 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 ».