• Геотермальне опалення

    Геотермальний обігрів

    26.10.2015

    Геотермальний обігрів Теплові насоси

    Геотермальна енергія (від грецьких слів geo – земля, і thermо – тепло) — це енергія, накопичена під поверхнею землі, в атмосфері або океанах.

    Геотермальна енергія забезпечує ряд переваг перед традиційними видами енергії на основі викопного палива.

    Така енергія безпечна в побуті, екологічна з точки зору впливу на навколишнє середовище. Геотермальна енергія економічна і дуже конкурентоспроможна з видами енергії на основі викопного палива ( газ, вугілля, нафту, нафтопродукти), а в деяких

    районах позбавляє від залежності цих видів палива з прис ущей їм непередбачуваністю цін.

    Використовуючи геотермальну енергію можна безперебійно отримувати дешеве тепло та гарячу воду цілий рік. І все завдяки тепловим насосам (далі — ТН). Ці пристрої популярні на всій земній кулі, крім Росії. Причому населення розвинених країн використовують їх не тільки для опалення будинків та отримання гарячої води. Вони ( хоча і не всі моделі) також здатні створювати прохолодну атмосферу в приміщенні і працювати в системі примусової вентиляції, підігріваючи холодний свіже повітря або осушуючи кімнатний. І робить це не величезний гуркітливий технічний монстр, а скромне пристрій, що нагадує холодильник.

    Воно може стояти в кутку вашої кухні (зовнішній вигляд дозволяє) або займати 2-3 м2 в невеликій котельні. Але головне — в іншому.

    Приблизно 70 % енергії для створення комфортного клімату в будинку тепловий насос своїм власникам просто дарує. Безкоштовно! Тому що сам забирає її у навколишньої природи — з повітря, землі або води. Хіба це не диво? Не лінуйтеся, використовуйте його! Зауважимо, що сам тепловий насос енергію не виробляє, а лише транспортує від джерела низькотемпературного тепла ( ІНТ) на більш високий температурний рівень. Витративши 1 кВт електроенергії в приводі насоса, можна отримати 3, 4, а часто і 5-6 кВт теплової енергії. Тепловий насос використовує введену в нього енергію на голову ефективніше будь-яких котлів, що спалюють паливо. Величина ККД у нього багато більше одиниці. Щоб уникнути «сум’яття умів», економічність роботи різних моделей ТН фахівці порівнюють з особливою величиною — коефіцієнтом перетворення тепла (?), серед інших назв в буклетах зустрічаються коефіцієнти трансформації тепла,

    потужності, перетворення температур. Він показує відношення одержуваного тепла до витраченої енергії. Наприклад, ? = 3,5 означає, що, підвівши до машини 1 кВт, на виході ми отримаємо 3,5 кВт теплової потужності, тобто 2,5 кВт природа пропонує нам безоплатно. І хоча це виглядає дивом, з ним, як виявляється, ми знайомі давно. Вони відомі вже 150 років, а в приватних будинках застосовуються лише 30 років. В середньому 60-75% потреб теплопостачання будинку ТН забезпечує безкоштовно. Цифри настільки чарівні, що мимоволі спадає на думку приказка про безкоштовний сир. Дійсно, початкові витрати на насос і

    монтаж системи збору тепла досить відчутні і становлять $ 300-1200 мм. на 1 кВт потребной потужності опалення. Але капіталовкладення окупляться за 4-9 років тільки за рахунок який зберігають палива та електрики. При сформованому рівні цін на енергоносії ТН по економічності поступаються поки тільки газовим котлам, але помітно виграють у рідкопаливних і електричних. Служать вони за 15-20 років до капремонту. В перспективі, у зв’язку із зростанням цін на всі види палива, їх лідерство забезпечено.

    Кількість теплових насосів, встановлених у Європі, лише в житловому фонді за даними на 1996 рік склала:

    Австрія 133100, Данія 31300, Франція 53000, Німеччина 363120, Греція 57084, Італія 800000, Голландія 2856, Норвегія 13500,

    Іспанія 802000, Швеція 250000, Швейцарія 39500, Англія 13900, Всього в Європі 3073116.

    Застосування сьогодні теплових насосів в якості альтернативної енергетики очевидно. Варто подивитися на досвід країн активно застосовують цю технологію, що б зрозуміти її перспективи. Сьогодні в Японії вже експлуатуються більше 3 млн. теплових насосів,

    у США щорічно випускається близько 1млн. теплових насосів, Швеція отримує 50% теплової енергії, використовуючи теплові насоси.

    Пекінська Комісія з Розвитку і Реформ, спільно з іншими вісьмома Пекінськими урядовими установами, нещодавно анонсувала намір активного сприяння у застосуванні теплових насосів в експлуатацію нових і реконструйованих будівлях.

    У наші дні виснаження світових нафтових запасів дало поштовх нового сплеску інтересу до цих пристроїв.

    У нас ці агрегати тільки-тільки починають входити у практику. Про них мало відомо навіть в середовищі будівельників, а споживачі задовольняються лише всілякими чутками. Найбільш поширені два: що це іграшка для багатіїв і що так просто не буває, тому що все дуже добре.

    Але якщо придивитися до ТН уважніше, то виявляється ряд абсолютних переваг:

    ТН Економічний. Він не тільки заощадить гроші, але і збереже здоров’я мешканцям будинку і їх спадкоємцям. Агрегат не спалює паливо, значить, не утворюються шкідливі оксиди типу CO, СО2, NOх, SO2. PbO2. Тому навколо будинку на ґрунті немає слідів сірчаної, азотистої, фосфорної кислот і бензольних з’єднань. Так і для планети застосування ТН — благо. Адже за великим рахунком на ТЕЦ скорочується витрата палива на виробництво електрики. Застосовувані ж у ТН фреони не містять хлорвуглеводнів і озонобезпечні.

    Тепловий насос Універсальний. Тепловий насос має властивість оборотності (реверсивності). Він «вміє» відбирати тепло з повітря будинку, охолоджуючи його.

    Влітку надлишкову енергію іноді відводять «на зберігання» назад у грунт, звідки знову візьмуть взимку. Або цим теплом можна підігрівати басейн. Але такі операції під силу тільки спеціально пристосованим моделям ( наприклад, IVT-Twin від IVT, Швеція).

    Тепловий насос Абсолютно Безпечний. Ці агрегати практично вибухо — і пожежобезпечні. Немає палива, немає відкритого вогню, небезпечних газів або сумішей. Вибухати тут просто нема чому, не можна також учадіти або отруїтися. Жодна деталь не нагрівається до температур, здатних викликати займання горючих матеріалів. Зупинки агрегату не призводять до його поломок або замерзання рідин.

    У сутності, ТН небезпечний не більше, ніж холодильник.

    Температурний рівень, характерний для основних джерел тепла, застосовуваних у системах на основі теплових насосів в режимі опалення та температурний діапазон, °C

    Зовнішнє повітря -10/+15; Відводиться повітря 15/25; Подпочвенная вода 4/10; Озерна вода 0/10; Річкова вода 0/10; Морська вода 3/8; Грунт 0/10; Грунтові води >10 .

    Приблизно 77 %, встановлених в Європі теплових насосів, що використовують зовнішнє повітря в якості джерела тепла. У Швеції,

    Швейцарії та Австрії переважають теплові насоси, що забирають тепло з грунту по заглубленному змеевиковому теплообмінника:

    дані по цим країнам становлять відповідно 28, 40 і 82 %. В Північній Європі найчастіше теплові насоси застосовуються тільки для опалення і приготування гарячої санітарної води. Теплові, енергетичні та економічні характеристики теплових насосів тісно взаємопов’язані з характеристиками джерел, звідки насоси черпають тепло.

    Побутовий тепловий насос — рідний брат домашнього холодильника. В обох є випарник, компресор, конденсатор і пристрій, що дроселює.

    Геотермальний обігрів

    Цикл роботи у холодильника і насоса абсолютно однаковий, відрізняються тільки параметри. Фреон підбирається такий, щоб міг закипати навіть при мінусовій температурі. Тому, навіть коли зовсім холодну воду (розсіл) (1) проганяють насосом через

    канали випарника (2), рідкий фреон все одно випаровується. Далі пар втягується в компресор (3), де стискається. При цьому його температура сильно збільшується (до 90-100°С). Потім гарячий і стислий фреон направляється в теплообмінник конденсатора (4),

    охолоджується водою або повітрям. На холодних поверхнях пар конденсується, перетворюючись на рідину, а його тепло передається охолоджуючому середовищу. Воду використовують у системі опалення або гарячого водопостачання (5), а фреон, тепер знову рідкий, направляється на дросселирующий вентиль (6), проходячи через який він втрачає тиск і температуру, а потім знову повертається у випарник. Всі. Цикл завершився і буде автоматично повторюватися, поки працює компресор.

    Геотермальний обігрів

    ТН Mecmaster (Швеція)

    Успіх застосування ТН у першу чергу залежить від того, звідки ви вирішите черпати низькотемпературне тепло, в другу — від способу обігріву вашого будинку (водою або повітрям). Справа в тому, що агрегат працює як перевалочна база між двома тепловими контурами: одним, що нагріває, на вході (на стороні випарника) і іншим, опалювальних, на виході ( конденсатор). По виду теплоносія у вхідному і вихідному контурах насоси поділяють на шість типів: «грунт-вода», «вода-вода», «повітря-вода», «грунт-повітря»,

    «вода-повітря», «повітря-повітря».

    Схема теплових насосів на «основі грунту і свердловини»:

    Геотермальний обігрів

    У вітчизняних умовах поки застосовують тільки три перші і останній. Повітряне опалення у нас приживається погано, хоча має свої переваги і, наприклад, в США є найбільш поширеним. Але для всіх типів характерний ряд особливостей,

    про які корисно пам’ятати при виборі моделі. По-перше, тепловий насос виправдовує себе тільки в добре утепленому будинку, тобто з тепловтратами не більше 60 Вт/м2. Чим тепліше будинок, тим більше вигода. Як ви розумієте, опалювати вулицю, збираючи на ній же крихти тепла, — заняття дурне. По-друге, чим більше різниця температур теплоносіїв у вхідному і вихідному контурах, тим менше коефіцієнт перетворення тепла ( ?), тобто менше економія електроенергії. Так вже працюють ці пристрої, незалежно від їх типу. Тому більш вигідно підключення агрегату до низькотемпературних систем опалення. Перш за все, мається на увазі обігрів від водяних підлог або теплим повітрям, так як в цих випадках теплоносій по медичним вимогам не повинен бути гаряче 35°С. А ось чим більш гарячу воду машина готує для вихідного контуру (для радіаторів або душа), то

    меншу потужність (до 15%) вона розвиває і тим більше витрачає електрики (до 12%). По-третє, для досягнення більшої вигоди практикується експлуатація ТН в парі з додатковим генератором тепла — догревателем В будинку з великими тепловтратами ставити насос великої потужності (понад 30 кВт) невигідно. Він громіздкий, а буде працювати в повну силу всього лише близько місяця. Адже кількість дійсно холодних днів не перевищує 10-15% від тривалості опалювального сезону. Тому часто потужність ТН призначають дорівнює 70-80% від розрахункової опалювальної. Вона буде покривати всі потреби будинку в теплі до тих

    пір, поки вулична температура не опуститься нижче певного розрахункового рівня (температури бівалентності), наприклад мінус 5-10°С. З цього моменту в роботу включається другий генератор тепла. Є різні варіанти його використання. Найчастіше таким

    помічником служить невеликий електронагрівач. У нас найпоширенішими джерелами низькотемпературного тепла є грунт і вода. З грунту тепло забирають

    грунтовими теплосборниками двох типів: а) горизонтальними ґрунтовими колекторами; б) вертикальними геотермальними зондами. Вони збирають тепло, накопичене у верхніх шарах грунту (глибина — 5-20 м) у результаті сонячного випромінювання (прямий нагрів, опади, тепло повітря). Радіаційне випромінювання Землі, що йде з глибин, не перевищує 0,12 Вт/м2. В теплообмінниках знаходиться незамерзаючий теплоносій («расссол»), який, нагріваючись від грунту, переносить тепло до випарника ТН з допомогою циркуляційного насоса. Дослідження, проведені компанією » ІНСОЛАР-ІНВЕСТ», показали, що досить ефективний знімання можна здійснювати майже по всій території Росії. Який тип геліоколектора кращий для конкретної ділянки,

    вирішує спеціаліст, так як знімання залежить від складу і структури ґрунту. Кращих результатів досягають, якщо в ньому багато води, твердих мінеральних складових типу кварцу і мало повітряних пір. Потужність тепловіддачі становить 10-40 Вт/м2 (при кроці

    розміщення труб 0,5-0,7 м). Відвід тепла, що супроводжується охолодженням області навколо труб. Досвід показує, що найбільш прийнятна конструкція системи теплосбора виходить при застосуванні поліетиленових труб РЕ ПНД6 діаметром 40 мм,

    заповнених пропіленгліколем (30 %). Так, для будинку площею 100 м2 ми рекомендуємо трубу загальною довжиною 300-400 м. Достатньо двох відрізків по 200 м. Для укладання кожної гілки викопують траншею довжиною до 50 м, шириною 0,8 м і завглибшки 2 м. При цьому відстань між траншеями становить мінімум 10 м. В контур врізають циркуляційний насос, який погоджують з параметрами контуру і ТН. Контури виконують тільки з цілого шматка труби, без з’єднань, що знаходяться під шаром землі. Важливо, щоб вони мали однакову гідроопір, інакше менш » затиснутий» може замерзнути. Адже антифризу через нього потече більше і відбір тепла стане більш інтенсивним. Розподільники можуть розташовуватися поблизу будинку (у бетонній приямку), так і в самій будівлі.

    Геотермальний обігрів

    Варіанти розкладки ґрунтових колекторів

    Геотермальні зонди Вони отримують тепло з великих глибин, де температура ґрунту більш стабільна (близько 10°С). Зонд опускають у свердловину діаметром 110-150 мм і глибиною до 100-150 м. Кожен метр довжини дозволяє відвести в залежності від властивостей грунту 30 — 100 Вт теплової потужності. Головне достоїнство зондів — маленька установча площа. Недолік — дорожнеча бурильних робіт (до 1 тис. руб. за 1 пог. м). Пластикові труби зонда діаметром 25 — 40 мм герметично з’єднуються внизу, утворюючи довгий U-образний канал, заповнений антифризом. Такі петлі найчастіше використовують парами, але в зонді їх може бути і більше. Труби опресовують рідиною і в заповненому вигляді опускають у свердловину.

    Геотермальний обігрів

    Вхід вертикального колектора у свердловину.

    Геотермальний обігрів

    Підставу U-образного геотермального зонда

    Після цього простір навколо зонда заповнюють бурильним розчином або бетонито-цементною сумішшю ( для захисту труб від механічних пошкоджень і кращої теплопередачі). Якщо свердловина буде проходити через водоносні шари, на здійснення робіт необхідно отримати дозвіл влади. Цих турбот можна уникнути, якщо глибину свердловин зменшити до 20-40 м, а їх кількість — збільшити, розташовуючи не ближче ніж 5 м одне від одного. Всі теплосборники забезпечують розширювальним баком, воздухоотводчиком і вентилями для заповнення антифризом. Головна умова узгодженої роботи контуру ІНТ з тепловим насосом — забезпечення такого витрат теплоносія, який вказаний у паспорті ТН. Далі знадобиться забезпечити теплоізоляцію

    труб, що йдуть від контуру до будинку.

    Вода — більш привабливий вигляд ІНТ, ніж повітря. У ній більше стабільного тепла. Використання тепла не промерзають до дна річок, озер чи боліт — більш перспективна. Закинув в річку свій «невід» (петлю або декілька з тієї ж труби РЕ), притопив на дні вантажами — і збирай безкоштовні кіловати.

    Геотермальний обігрів

    Розподільні колектори для підводних теплос’емних петель

    Опалювальна система, що живиться від ТН, будується за специфічними схемами. Опалення розраховують як низькотемпературне.

    Геотермальний обігрів

    Низькотемпературні радіатори з великою площею тепловіддачі.

    Геотермальний обігрів

    Система опалення на базі теплих водяних підлог.

    Радіатори при цьому доводиться ставити не секційні, а сталеві панельні, до того ж збільшеної площі. Перепад температур (Т) на вході і виході радіаторів приймають в діапазоні 4-7°С; в наших системах Т = 20(10)°С. Виявляється, так вигідніше і для

    радіаторів, і для ТН. Середня температура води в радіаторі підвищується тепловіддача посилюється. Якщо ж охолоджувати дуже гарячий конденсатор тепленькою водичкою з «обратки», штатний режим роботи агрегату порушується і потужність падає. Щоб цього не сталося, доводиться збільшувати швидкість циркуляції води в контурі опалення. Витрата в ньому у порівнянні з класичними системами збільшують вдвічі. Значить, потрібно підбирати відповідне обладнання: циркуляційний насос, труби, фітинги.

    Крім того, проблеми виникають із-за різних концепцій регулювання потужності — що видається ТН і споживаної системою опалення. Адже охолоджуючу воду на конденсатор ( з » обратки») необхідно подавати рясно, безперервно, з постійною

    температурою. А опалення свої турботи: температуру в кімнатах треба постійно регулювати. Шляхів для цього два: змінювати або витрата води (наприклад, термостатом на радіаторах ), або її вхідну температуру (використовуючи змішувальні вузли). Обидва створюють нестерпні умови для ТН: або зворотної води мало, або вона дуже холодна. Тому на запити системи «більше/менше тепла» тепловий насос відповідає одноманітно: «включився/виключився». Але число включень в 1 год обмежена (іноді до 3 разів) з-за перевантаження компресора. Більш універсальний інший спосіб. У відповідності з ним опалювальну систему з окремим циркулюючим насосом підключають до ТН через термогидравлический розподільник або буферний накопичувач ( при обсязі понад 300 л він працює як акумулятор тепла, про який говорилося раніше). Тоді і контурів опалення (поверхові, басейн, теплі підлоги, зимовий

    сад і т. д.) можна робити багато, і температуру в них регулювати незалежно, і ТН працюватиме стабільно.

    Геотермальний обігрів

    ТН з буферним накопичувачем (бойлером) і вбудованим догревателем.

    Створювати комфортний мікроклімат в будинку, використовуючи традиційні методи опалення, а також охолодження спліт-системами і припливно-витяжною вентиляцією, важко і неекономічно. Адже ці локальні системи працюють один проти одного. Хороших

    результатів вдається досягти на базі двох теплових насосів типу «вода — повітря», з’єднаних за кільцевою схемою і живляться теплом землі через геотермальні зонди. Один працює на обігрів, іншого — на охолодження кімнатного повітря. Тому в кожному

    приміщенні можна підтримувати свою температуру. Якщо встановити ще й систему примусової вентиляції з рекуператором тепла. то кільцева схема допоможе нагріти або охолодити свіже повітря, використовуючи для цього енергію витяжного повітря. Подібний

    рівень комфорту здатні забезпечити хіба що мультизональні спліт-системи VRV або четырехтрубные системи «чіллер-фанкойл » у комбінації з примусовою вентиляцією. Але через громіздкість, дорожнечі, проблем з автоматизацією вони не йдуть ні в яке порівняння з кільцевою схемою. Так, у порівнянні з технологією » чіллер-фанкойл » закільцьовані ТН знижують капіталовкладення на 30 %, вартість експлуатації — на 70 %, необхідні площі — на 80 %. І це при більш високій надійності і стійкості роботи при низьких температурах. Фелікс Мушегян, провідний спеціаліст МЗТА

    Геотермальний обігрів

    Схема застосування ТН з рекуператором, для охолодження будинку жарким літом.

    Отже, підведемо підсумок вищесказаному, використовуючи найбільш часто виникають питання у тих, хто ще сумнівається в установці теплового насоса в якості системи опалення власного будинку:

    чи це Дійсно працює?

    Так! Тепловий насос переносить тепло з одного місця в інше. Холодильник працює за таким же принципом. Забираючи тепло з продуктів всередині, він переносить його назовні. Доторкніться до задньої стінки холодильника, і Ви відчуєте тепло, яке відібрав холодильник. Використовуючи цей принцип, тепловий насос переносить тепло з землі у Ваш будинок, а Сонце знову

    відновлює це тепло.

    Яким чином тепло землі (води) переноситься в будинок?

    Земля, як акумулятор має властивість накопичувати сонячну енергію. Ця енергія (тепло) одержуються колектором, або свердловиною на Вашій ділянці. Вода з незамерзаючої рідиною, що циркулює в колекторі, або свердловині, збираючи тепло з навколишнього ґрунту. Колектор підключений до теплового насосу, який передає тепло в систему опалення і гріє побутову воду.

    Якщо відбираєма температура нижче нуля, буде працювати тепловий насос?

    Так. При нулі замерзає вода. Теплова енергія є в усьому, що тепліше -273 °C. (температури абсолютного холоду). Геотермальний тепловий насос буде працювати аж до -10 °C в колекторі. Укладання горизонтального колектора на глибину близько 2-х метрів є оптимальною.

    Який тип відбору тепла вибрати?

    Доступна площа біля будівлі визначає метод забору тепла. Колектор може бути покладений в грунт або опущений у свердловину. Також він може бути покладений на дно водойми. Якщо місця для горизонтального укладання недостатньо і бурити занадто дорого, можна встановити повітряний тепловий насос. Його ефективність трохи менше, але встановити його можна де завгодно.

    Наскільки ефективний тепловий насос?

    Тепловий насос працює від електромережі, використовуючи витрачену енергію набагато ефективніше будь-яких котлів, що спалюють паливо. Значення ККД у нього в кілька разів більше одиниці. Наприклад, витрачаючи 1 кВт електроенергії, Ви отримаєте 3-4 кВт тепла. Таким чином, отримуєте 2-3 кВт тепла безкоштовно з навколишнього середовища.

    При сьогоднішній вартості теплових насосів вони себе не окупають!

    Де можна розмістити тепловий насос?

    Можна розміщувати в підсобному приміщенні, підвалі, або навіть в гаражі.

    Наскільки шумен тепловий насос?

    Тепловий насос шумить як побутовий холодильник.

    Який тип опалення будинку вибрати?

    Можна використовувати як радіаторну систему, так і підлогове опалення. Найбільш ефективним поєднанням є тепловий насос з підлоговим опаленням. В такому випадку ККД буде максимально можливим. В комерційних будівлях тепловий насос можна підключити до системи повітряного розподілу.

    Працює така система в найхолоднішу пору року?

    Такі системи працюють вже давно в Скандинавії і в Канаді, де зими дуже суворі.

    Буде достатня кількість гарячої води?

    Так. Теплові насоси виготовляють необхідну кількість гарячої води для Ваших повсякденних потреб.

    Можна отримати кондиціонування влітку з допомогою теплового насоса?

    Так. Теплові насоси забезпечують тепло взимку у вашому приміщенні, так і прохолоду влітку.

    Яка буде економія?

    Порівнюючи з будь паливною системою, тепловий насос в кілька разів дешевше в експлуатації, крім газу. Але!

    З урахуванням несприятливих перспектив зростання цін на викопні енергоносії, через 10-15 років тепловий насос буде поза конкуренцією!

    Короткий опис статті: геотермальне опалення Обладнання для малого бізнесу — ідеї, виробничі технології, будівельне устаткування для малого і середнього бізнесу. Домашній бізнес — все для домашнього бізнесу — технології та література на допомогу підприємцю. Портал сайту виробничої компанії Майстерня Своєї Справи — опис товарів, що виробляються, виробленого обладнання для малого бізнесу, засобів виробництва і технологій виробництва, статті і новини в тему малого бізнесу бізнес, малий бізнес, будівництво, будівництво, виробництво, виробничий портал, ремонт, будівництво будинків, будівельні новини, статті, виробничі новини, технології виробництва, ідеї бізнесу

    Джерело: Геотермальний обігрів

    Також ви можете прочитати