Температура на Земята на дълбочина 20 метра. Десет мита за геотермалните системи за отопление и охлаждане

Един от най-добрите и най-рационални техники при изграждането на капитални оранжерии е подземната термос оранжерия.
Използването на този факт на постоянството на температурата на земята на дълбочина в устройството на оранжерията дава огромни икономии в разходите за отопление през студения сезон, улеснява поддръжката, прави микроклимата по-стабилен..
Такава оранжерия работи в най-лютите студове, позволява ви да произвеждате зеленчуци, да отглеждате цветя през цялата година.
Правилно оборудваната заровена оранжерия дава възможност за отглеждане, включително южнолюбиви култури, обичащи топлината. На практика няма ограничения. В оранжерията цитрусовите плодове и дори ананасите могат да се чувстват чудесно.
Но за да може всичко да функционира правилно на практика, е наложително да се спазват изпитаните във времето технологии, по които са изградени подземните оранжерии. В края на краищата тази идея не е нова, дори при царя в Русия, погребаните оранжерии дават реколта от ананаси, които предприемчиви търговци изнасят в Европа за продажба.
По някаква причина изграждането на такива оранжерии не е намерило широко приложение у нас, като цяло просто се забравя, въпреки че дизайнът е идеален точно за нашия климат.
Вероятно ролята тук е изиграна от необходимостта да се изкопае дълбока фундаментна яма и да се запълни основата. Изграждането на заровена оранжерия е доста скъпо, това далеч не е оранжерия, покрита с полиетилен, но възвръщаемостта на оранжерията е много по-голяма.
От задълбочаване в земята общото вътрешно осветление не се губи, може да изглежда странно, но в някои случаи наситеността на светлината е дори по-висока от тази на класическите оранжерии.
Невъзможно е да не се спомене здравината и надеждността на конструкцията, тя е несравнимо по-здрава от обичайната, по-лесно е да се издържат на ураганни пориви на вятъра, тя се противопоставя добре на градушките и снежните купища няма да се превърнат в пречка.

1. Яма

Създаването на оранжерия започва с изкопаване на фундаментна яма. За да използвате топлината на земята за отопление на интериора, оранжерията трябва да е достатъчно дълбока. Колкото по-дълбоко, толкова по-топло става земята.
Температурата почти не се променя през цялата година на разстояние 2-2,5 метра от повърхността. На дълбочина 1 m температурата на почвата се колебае повече, но през зимата стойността й остава положителна, обикновено в средна лента температурата е 4-10 C, в зависимост от сезона.
Вградена оранжерия се изгражда за един сезон. Тоест през зимата той вече ще може да функционира и да генерира доходи. Строителството не е евтино, но използвайки изобретателност, компромисни материали, е възможно да се спестят буквално цял порядък, като се направи своеобразна икономична версия на оранжерията, започвайки от ямата.
Например, направете без участието на строителна техника. Въпреки че най-трудоемката част от работата - изкопаването на фундаментна яма - разбира се, е най-добре да се остави на багер. Трудно и отнема много време да се премахне ръчно такъв обем земя.
Дълбочината на ямата на фундаментната яма трябва да бъде най-малко два метра. На тази дълбочина земята ще започне да споделя топлината си и да работи като своеобразен термос. Ако дълбочината е по-малка, тогава по принцип идеята ще работи, но много по-малко ефективно. Поради това се препоръчва да не пестите усилия и пари, за да задълбочите бъдещата оранжерия.
Дължината на подземните оранжерии може да бъде всякаква, но е по-добре да се поддържа ширината в рамките на 5 метра, ако ширината е по-голяма, тогава качествените характеристики на отоплението и отражението на светлината се влошават.
Отстрани на хоризонта подземните оранжерии трябва да бъдат ориентирани, както обикновените оранжерии и оранжерии, от изток на запад, тоест така, че едната от страничните страни да е обърната на юг. В това положение растенията ще получават максимално количество слънчева енергия.

2. Стени и покрив

По периметъра на ямата се излива фундамент или се полагат блокове. Основата служи като основа за стените и рамката на конструкцията. По-добре е да направите стени от материали с добри топлоизолационни характеристики; термоблоковете са отличен вариант.

Покривната рамка често е направена от дърво, от решетки, импрегнирани с антисептични агенти. Покривната конструкция обикновено е права двускатна. В центъра на конструкцията е фиксирана билна греда; за това на пода са монтирани централни опори по цялата дължина на оранжерията.

Билната греда и стените са свързани с ред греди. Рамката може да бъде направена без високи опори. Те се заменят с малки, които се поставят върху напречни греди, свързващи противоположните страни на оранжерията - този дизайн прави вътрешното пространство по-свободно.

По-добре е да вземете клетъчен поликарбонат като покривно покритие - популярен модерен материал. Разстоянието между гредите по време на строителството се регулира спрямо ширината на поликарбонатните листове. Удобно е да работите с материала. Покритието се получава с малък брой фуги, тъй като листовете се произвеждат с дължина 12 m.

Те са прикрепени към рамката с самонарезни винтове; по-добре е да ги изберете с глава под формата на шайба. За да избегнете напукване на листа, под всеки саморез трябва да пробиете дупка със съответния диаметър с бормашина. С отвертка или конвенционална бормашина с накрайник Phillips работата по остъкляването се движи много бързо. За да няма празнини, добре е предварително да се положат гредите отгоре с уплътнение от мека гума или друг подходящ материал и едва след това да се завинтват листовете. Върхът на покрива по билото трябва да бъде положен с мека изолация и притиснат с някакъв ъгъл: пластмаса, калай или друг подходящ материал.

За добра топлоизолация, покривът понякога се прави с двоен слой поликарбонат. Въпреки че прозрачността е намалена с около 10%, това се покрива с отлични топлоизолационни характеристики. Трябва да се отбележи, че снегът на такъв покрив не се топи. Следователно наклонът трябва да бъде под достатъчен ъгъл, най-малко 30 градуса, за да не се натрупва сняг върху покрива. Освен това е инсталиран електрически вибратор за разклащане; той ще предпази покрива в случай, че снегът се натрупа.

Двойните стъкла се правят по два начина:

Между двата листа се вмъква специален профил, листовете са прикрепени към рамката отгоре;

Първо, долният стъклопакет е прикрепен към рамката отвътре, от долната страна на гредите. Покривът е покрит с втори слой, както обикновено, отгоре.

След завършване на работата е препоръчително да залепите всички фуги с лента. Завършеният покрив изглежда много впечатляващо: без излишни фуги, гладък, без изпъкнали части.

3. Изолация и отопление

Изолацията на стените се извършва, както следва. Първо, трябва внимателно да покриете всички фуги и шевове на стената с разтвор, тук можете да приложите и полиуретанова пяна... Вътрешната страна на стените е покрита с топлоизолационно фолио.

В по-студените части на страната е добре да използвате дебел фолио филм, покриващ стената с двоен слой.

Температурата в дълбоката почва на оранжерията е над нулата, но по-студена от температурата на въздуха, необходима за растежа на растенията. Горният слой се затопля от слънчевите лъчи и въздуха на оранжерията, но почвата все още отнема топлина, поради което подземните оранжерии често използват технологията на „топлите подове“: нагревателен елемент - електрически кабел - е защитен с метална решетка или излят с бетон.

Във втория случай почвата за леглата се излива върху бетон или се отглеждат зелени в саксии и саксии.

Използването на подово отопление може да бъде достатъчно за отопление на цялата оранжерия, ако има достатъчно мощност. Но за растенията е по-ефективно и по-удобно да използват комбинирано отопление: топъл под + въздушно отопление. За добър растеж те се нуждаят от температура на въздуха 25-35 градуса при температура на земята около 25 С.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Разбира се, изграждането на вградена оранжерия ще бъде по-скъпо и по-лесно от изграждането на подобна оранжерия с конвенционален дизайн. Но средствата, инвестирани в парник-термос, са оправдани с течение на времето.

Първо, спестява енергия за отопление. Без значение как обикновената наземна оранжерия се отоплява през зимата, тя винаги ще бъде по-скъпа и по-трудна от подобен метод за отопление в подземна оранжерия. На второ място, спестяванията при осветление. Фолио изолация на стени, отразяваща светлината, удвоява осветеността. Микроклиматът в дълбока оранжерия през зимата ще бъде по-благоприятен за растенията, което със сигурност ще се отрази на добива. Фиданките лесно ще се вкоренят, нежните растения ще се чувстват чудесно. Такава оранжерия гарантира стабилен, висок добив от всяко растение през цялата година.

В нашата страна, богата на въглеводороди, геотермалната енергия е екзотичен ресурс, който, предвид сегашното състояние на нещата, е малко вероятно да се конкурира с нефт и газ. Независимо от това, тази алтернативна форма на енергия може да се използва почти навсякъде и е доста ефективна.

Геотермалната енергия е топлината на земните недра. Произвежда се в дълбините и излиза на повърхността на Земята в различни форми и с различна интензивност.

Температурата на горните почвени слоеве зависи главно от външни (екзогенни) фактори - слънчева светлина и температура на въздуха. През лятото и през деня почвата се затопля до определени дълбочини, а през зимата и през нощта се охлажда след промяна на температурата на въздуха и с известно закъснение, увеличавайки се с дълбочина. Влиянието на дневните колебания в температурата на въздуха завършва на дълбочини от няколко до няколко десетки сантиметра. Сезонните колебания обхващат по-дълбоки почвени слоеве - до десетки метри.

На определена дълбочина - от десетки до стотици метри - температурата на почвата се поддържа постоянна, равна на средната годишна температура на въздуха на повърхността на Земята. Това е лесно да се провери, като се слезе в достатъчно дълбока пещера.

Когато средната годишна температура на въздуха в даден район е под нулата, това се проявява като вечна слана (по-точно вечна слана). В Източен Сибир дебелината, тоест дебелината на целогодишно замръзналите почви на места достига 200-300 m.

От определена дълбочина (собствена за всяка точка от картата), действието на Слънцето и атмосферата отслабва толкова много, че на преден план излизат ендогенни (вътрешни) фактори и вътрешността на земята се загрява отвътре, така че температурата започва да се повишава с дълбочината.

Нагряването на дълбоките слоеве на Земята е свързано главно с разпадането на радиоактивните елементи, разположени там, въпреки че други източници на топлина също се наричат, например, физикохимични, тектонични процеси в дълбоките слоеве на земната кора и мантията. Каквато и да е причината, температурата на скалите и свързаните с тях течни и газообразни вещества нараства с дълбочина. Миньорите са изправени пред това явление - в дълбоките мини винаги е горещо. На дълбочина от 1 км тридесет градусовата топлина е нормално, а по-дълбоко температурата е още по-висока.

Топлинният поток на вътрешността на земята, достигащ земната повърхност, е малък - средно мощността му е 0,03–0,05 W / m 2, или около 350 W · h / m 2 годишно. На фона на топлинния поток от Слънцето и въздуха, нагряван от него, това е незабележима стойност: Слънцето дава всеки квадратен метър земна повърхност около 4000 кВтч годишно, т.е. 10 000 пъти повече (разбира се, това е средно, с огромна вариация между полярните и екваториалните ширини и в зависимост от други климатични и метеорологични фактори).

Незначителността на топлинния поток от дълбините към повърхността на по-голямата част от планетата е свързана с ниската топлопроводимост на скалите и особеностите на геоложката структура. Но има и изключения - места, където топлинният поток е голям. Това са преди всичко зони на тектонски разломи, повишена сеизмична активност и вулканизъм, където енергията на земните недра намира изход. Такива зони се характеризират с топлинни аномалии на литосферата, тук топлинният поток, достигащ земната повърхност, може да бъде няколко пъти и дори с порядъци по-мощен от "обичайния". Вулканичните изригвания и горещите извори носят огромно количество топлина на повърхността в тези зони.

Именно тези области са най-благоприятни за развитието на геотермалната енергия. На територията на Русия това са преди всичко Камчатка, Курилските острови и Кавказ.

В същото време развитието на геотермалната енергия е възможно почти навсякъде, тъй като повишаването на температурата с дълбочина е повсеместно явление и задачата е да "извлече" топлина от недрата, точно както минералните суровини се извличат от там.

Средно температурата се повишава с дълбочина с 2,5-3 ° C на всеки 100 м. Съотношението на температурната разлика между две точки на различни дълбочини и разликата в дълбочината между тях се нарича геотермален градиент.

Взаимното е геотермалната стъпка или интервал на дълбочина, при който температурата се повишава с 1 ° C.

Колкото по-висок е градиентът и съответно по-ниската стъпка, толкова по-близо топлината на земните дълбини излиза на повърхността и толкова по-обещаваща е тази област за развитието на геотермалната енергия.

В различните райони, в зависимост от геоложката структура и други регионални и местни условия, скоростта на покачване на температурата с дълбочина може да варира драстично. В мащаба на Земята колебанията в величините на геотермалните градиенти и стъпалата достигат 25 пъти. Например в Орегон (САЩ) градиентът е 150 ° C на км и в Южна Африка - 6 ° C на 1 км.

Въпросът е каква е температурата на големи дълбочини - 5, 10 км или повече? Ако тенденцията се запази, температурите на дълбочина 10 км трябва да са средно около 250-300 ° C. Това повече или по-малко се потвърждава от преки наблюдения в свръх дълбоки кладенци, въпреки че картината е много по-сложна от линейното повишаване на температурата.

Например в супер дълбокия кладенец на Кола, пробит в Балтийския кристален щит, температурата до дълбочина 3 км се променя със скорост 10 ° C / 1 км и тогава геотермалният градиент става 2–2,5 пъти по-голям. На дълбочина 7 км вече е регистрирана температура от 120 ° C, на дълбочина 10 km - 180 ° C и на 12 km - 220 ° C.

Друг пример е сондаж, пробит в региона на Северен Каспий, където е регистрирана температура от 42 ° C на дълбочина 500 m, 70 ° C на 1,5 km, 80 ° C на 2 km и 108 ° C на 3 km.

Предполага се, че геотермалният градиент намалява, започвайки от дълбочина 20-30 км: на дълбочина 100 км, приетите температури са около 1300-1500 ° C, на дълбочина 400 km - 1600 ° C, в ядрото на Земята (дълбочини над 6000 km) - 4000-5000 ° ° С.

На дълбочини 10–12 км температурата се измерва през пробити кладенци; където те отсъстват, се определя от косвени знаци по същия начин, както при по-големи дълбочини. Такива косвени признаци могат да бъдат естеството на преминаване на сеизмични вълни или температурата на изтичащата лава.

За целите на геотермалната енергия обаче данните за температурите на дълбочини над 10 км все още не представляват практически интерес.

На дълбочини от няколко километра има много топлина, но как да я вдигнете? Понякога самата природа решава този проблем за нас с помощта на естествен топлоносител - нагрети термални води, които излизат на повърхността или лежат на достъпна за нас дълбочина. В някои случаи водата в дълбините се загрява до състоянието на пара.

Няма строга дефиниция на термина „термални води“. Като правило те означават гореща подпочвена вода в течно състояние или под формата на пара, включително тези, излизащи на повърхността на Земята с температура над 20 ° C, т.е. по правило по-висока от температурата на въздуха.

Топлината на подземните води, парата, смесите пара-вода е хидротермална енергия. Съответно енергията, базирана на нейното използване, се нарича хидротермална.

Ситуацията е по-сложна при производството на топлина директно от сухи скали - петротермална енергия, особено след като доста високите температури, като правило, започват от дълбочини от няколко километра.

На територията на Русия потенциалът на петротермалната енергия е сто пъти по-висок от този на хидротермалната енергия - съответно 3500 и 35 трилиона тона горивен еквивалент. Това е съвсем естествено - топлината на дълбините на Земята е навсякъде, а термалните води се намират на местно ниво. Поради очевидни технически затруднения за генериране на топлинна и електрическа енергия, понастоящем се използват най-вече термални води.

Водите с температури между 20-30 ° C и 100 ° C са подходящи за отопление, температури между 150 ° C и повече - и за генериране на електричество в геотермални електроцентрали.

Като цяло геотермалните ресурси в Русия по отношение на тонове еквивалентно гориво или всяка друга единица за измерване на енергията са около 10 пъти по-високи от запасите от изкопаеми горива.

Теоретично само геотермалната енергия може напълно да задоволи енергийните нужди на страната. Практически на този момент на по-голямата част от територията му това не е осъществимо по технически и икономически причини.

В света използването на геотермална енергия най-често се свързва с Исландия, държава, разположена в северния край на Средноатлантическия хребет, в изключително активна тектонична и вулканична зона. Вероятно всички си спомнят мощното изригване на вулкана Eyjafjallajokull ( Eyjafjallajökull) през 2010 година.

Благодарение на тази геоложка специфичност Исландия притежава огромни запаси от геотермална енергия, включително горещи извори, които излизат на повърхността на Земята и дори бликат под формата на гейзери.

В Исландия в момента над 60% от цялата консумирана енергия се взима от Земята. Включително геотермалните източници осигуряват 90% от отоплението и 30% от производството на електроенергия. Добавяме, че останалата част от електроенергията в страната се произвежда във водноелектрически централи, тоест също се използва възобновяем енергиен източник, благодарение на който Исландия изглежда като един вид глобален екологичен стандарт.

„Опитомяването“ на геотермалната енергия през 20 век помогна на Исландия забележимо икономически. До средата на миналия век тя беше много бедна държава, сега тя се нарежда на първо място в света по инсталиран капацитет и производство на геотермална енергия на глава от населението и е в челната десетка по абсолютна стойност на инсталираната мощност на геотермалните централи. Населението му обаче е само 300 хиляди души, което опростява задачата за преминаване към екологично чисти източници на енергия: нуждите от него обикновено са малки.

В допълнение към Исландия, висок дял на геотермалната енергия в общия баланс на производството на електроенергия се осигурява в Нова Зеландия и островните държави в Югоизточна Азия (Филипините и Индонезия), страните от Централна Америка и Източна Африка, чиято територия също се характеризира с висока сеизмична и вулканична активност. За тези страни, предвид сегашното им ниво на развитие и нужди, геотермалната енергия има значителен принос за социално-икономическото развитие.

Използването на геотермална енергия има много дълга история. Един от първите известни примери е Италия, място в провинция Тоскана, сега наричано Лардерело, където още в началото на 19-ти век местните горещи термални води, изляти по естествен път или извлечени от плитки кладенци, са били използвани за енергийни цели.

Тук се използва богата на бор подземна вода за получаване на борна киселина. Първоначално тази киселина се получава чрез изпаряване в железни котли, а обикновените дърва за огрев от близките гори се вземат като гориво, но през 1827 г. Франческо Лардерел създава система, която работи върху топлината на самите води. В същото време енергията на естествените водни пари започва да се използва за работа на сондажни платформи, а в началото на 20-ти век - за отопление на местни къщи и оранжерии. На същото място, в Лардерело, през 1904 г. термалните водни пари се превръщат в енергиен източник за производство на електричество.

Някои други страни последваха примера на Италия в края на 19 и началото на 20 век. Например през 1892 г. термалните води за първи път се използват за локално отопление в САЩ (Бойсе, Айдахо), през 1919 г. - в Япония, през 1928 г. - в Исландия.

В САЩ първата хидротермална електроцентрала се появява в Калифорния в началото на 30-те години, в Нова Зеландия през 1958 г., в Мексико през 1959 г., в Русия (първата в света двоична геотермална електроцентрала) през 1965 г. ...

Стар принцип за нов източник

Производството на електроенергия изисква по-висока температура на хидроизточника, отколкото за отопление - над 150 ° C. Принципът на работа на геотермална електроцентрала (GeoPP) е подобен на принципа на работа на конвенционална топлоелектрическа централа (ТЕЦ). Всъщност геотермалната електроцентрала е вид термична централа.

В ТЕЦ, като правило, въглищата, газът или мазутът действат като основен енергиен източник, а водната пара служи като работна течност. Горивото чрез изгаряне загрява водата до състояние на пара, която върти парна турбина и генерира електричество.

Разликата между GeoPPs е, че основният източник на енергия тук е топлината на земните недра и работният флуид под формата на пара се подава към лопатките на турбините на електрически генератор в „завършен“ вид директно от производствения кладенец.

Има три основни схеми за работа на GeoPP: директна, използваща суха (геотермална) пара; непряко, на базата на хидротермална вода, и смесено, или двоично.

Прилагането на определена схема зависи от състоянието на агрегация и температурата на енергийния носител.

Най-простата и следователно първата от усвоените схеми е права линия, при която парата, идваща от кладенеца, преминава директно през турбината. Първият в света GeoPP в Лардерело също работи на суха пара през 1904 г.

GeoPP с косвена схема на работа са най-често срещаните в наше време. Те използват гореща подземна вода, която се изпомпва в изпарител под високо налягане, където част от нея се изпарява и получената пара завърта турбина. В някои случаи са необходими допълнителни устройства и вериги за пречистване на геотермалната вода и пара от агресивни съединения.

Отработената пара навлиза в инжекционния кладенец или се използва за отопление на помещенията - в този случай принципът е същият като при работата на когенерация.

При бинарните GeoPPs горещата термална вода взаимодейства с друга течност, която действа като работна течност с по-ниска точка на кипене. И двете течности се прекарват през топлообменник, където термалната вода изпарява работния флуид, чиято пара върти турбината.

Тази система е затворена, което решава проблема с емисиите в атмосферата. Освен това работещите течности с относително ниска точка на кипене позволяват да се използват не много горещи термални води като основен източник на енергия.

И трите схеми използват хидротермален източник, но петротермалната енергия може да се използва и за генериране на електричество.

Схематичната диаграма в този случай също е доста проста. Необходимо е да се пробият две взаимосвързани кладенци - инжекционна и производствена. Водата се изпомпва в инжекционния кладенец. На дълбочина се загрява, след което загрята вода или пара, образувани в резултат на силно нагряване, се подават през производствен кладенец на повърхността. Освен това всичко зависи от това как се използва петротермалната енергия - за отопление или за производство на електричество. Възможен е затворен цикъл с впръскване на отпадна пара и вода обратно в инжекционния кладенец или друг начин за изхвърляне.

Недостатъкът на такава система е очевиден: за да се получи достатъчно висока температура на работната течност е необходимо да се пробиват кладенци на голяма дълбочина. А това е сериозен разход и риск от значителни топлинни загуби, когато течността се движи нагоре. Следователно петротермалните системи все още са по-рядко срещани от хидротермалните, въпреки че потенциалът на петротермалната енергия е с порядъци по-висок.

В момента лидерът в създаването на така наречените петротермални циркулационни системи (PCS) е Австралия. Освен това тази посока на геотермална енергия се развива активно в САЩ, Швейцария, Великобритания и Япония.

Подаръкът на лорд Келвин

Изобретяването през 1852 г. на термопомпа от физика Уилям Томпсън (известен още като лорд Келвин) предоставя на човечеството реална възможност да използва нископотенциалната топлина на горните почвени слоеве. Система с термопомпа или както Томпсън я нарича термичен множител се основава на физическия процес на пренос на топлина от околната среда към хладилния агент. Всъщност той използва същия принцип, както при петротермалните системи. Разликата е в източника на топлина, във връзка с който може да възникне терминологичен въпрос: до каква степен термопомпата може да се счита за геотермална система? Факт е, че в горните слоеве, до дълбочини от десетки до стотици метри, скалите и съдържащите се в тях течности се нагряват не от дълбоката топлина на земята, а от слънцето. По този начин именно слънцето в този случай е основният източник на топлина, въпреки че се взема, както в геотермалните системи, от земята.

Работата на термопомпа се основава на забавяне на нагряването и охлаждането на почвата в сравнение с атмосферата, в резултат на което се образува температурен градиент между повърхността и по-дълбоките слоеве, които запазват топлината дори през зимата, подобно на това, което се случва във водните тела. Основната цел на термопомпите е отоплението на помещенията. Всъщност това е „хладилник с обратен ход“. Както термопомпата, така и хладилникът взаимодействат с три компонента: вътрешната среда (в първия случай - отопляемо помещение, във втория - охладена камера на хладилника), външната среда - източник на енергия и хладилен агент (охлаждаща течност), тя също е топлоносител, който осигурява пренос на топлина или студ.

Вещество с ниска точка на кипене действа като хладилен агент, което му позволява да приема топлина от източник, който има дори относително ниска температура.

В хладилника течният хладилен агент попада в изпарителя през дросел (регулатор на налягането), където поради рязкото намаляване на налягането течността се изпарява. Изпарението е ендотермичен процес, който изисква външно поглъщане на топлина. В резултат на това се взема топлина от вътрешните стени на изпарителя, което осигурява охлаждащ ефект в камерата на хладилника. Освен това от изпарителя хладилният агент се засмуква в компресора, където се връща в агрегатно течно състояние. Това е обратният процес, водещ до отделяне на отпадъчна топлина в външна среда... Като правило се хвърля в стаята, а задната част на хладилника е относително топла.

Термопомпата работи по почти същия начин, с тази разлика, че топлината се взема от външната среда и през изпарителя навлиза във вътрешната среда - отоплителната система на помещението.

В истинска термопомпа водата се загрява, преминавайки през външен кръг, положен в земята или в резервоар, след което попада в изпарителя.

В изпарителя топлината се предава във вътрешен кръг, изпълнен с хладилен агент с ниска точка на кипене, който, преминавайки през изпарителя, преминава от течност в газообразно състояние, отнемайки топлината.

След това газообразният хладилен агент влиза в компресора, където се компресира до високо налягане и температура и влиза в кондензатора, където се получава топлообмен между горещия газ и охлаждащата течност от отоплителната система.

Компресорът изисква електричество, за да работи, но коефициентът на трансформация (съотношение на консумирана и генерирана енергия) в съвременните системи е достатъчно висок, за да осигури тяхната ефективност.

Днес термопомпите се използват широко за отопление на помещения, главно в икономически развитите страни.

Екокоректна енергия

Геотермалната енергия се счита за екологична, което обикновено е вярно. На първо място, той използва възобновяем и практически неизчерпаем ресурс. Геотермалната енергия не изисква големи площи, за разлика от големите водноелектрически централи или вятърни паркове и не замърсява атмосферата, за разлика от въглеводородната енергия. Средно GeoPP заема 400 m 2 от гледна точка на 1 GW генерирана електроенергия. Същата цифра за електроцентрала, работеща на въглища, например е 3600 m 2. Екологичните предимства на GeoPPs включват и нисък разход на вода - 20 литра прясна вода на 1 kW, докато ТЕЦ и АЕЦ изискват около 1000 литра. Имайте предвид, че това са екологични показатели на "средния" GeoPP.

Но отрицателно странични ефекти все още са на разположение. Сред тях най-често се разграничават шум, термично замърсяване на атмосферата и химическо замърсяване - вода и почва, както и образуването на твърди отпадъци.

Основният източник на химическо замърсяване на околната среда е действителната термална вода (с висока температура и минерализация), често съдържаща големи количества токсични съединения, във връзка с които има проблем с изхвърлянето на отпадъчни води и опасни вещества.

Негативните ефекти на геотермалната енергия могат да бъдат проследени на няколко етапа, като се започне с сондажи на кладенци. Тук възникват същите опасности, както при пробиването на който и да е кладенец: унищожаване на почвата и растителната покривка, замърсяване на почвата и подпочвените води.

На етапа на работа на GeoPP проблемите със замърсяването на околната среда продължават да съществуват. Термичните течности - вода и пара - обикновено съдържат въглероден диоксид (CO 2), серен сулфид (H 2 S), амоняк (NH 3), метан (CH 4), готварска сол (NaCl), бор (B), арсен (As ), живак (Hg). Когато бъдат пуснати в околната среда, те се превръщат в източници на нейното замърсяване. Освен това агресивната химическа среда може да причини корозионни щети на структурите на GeoTPP.

В същото време емисиите на замърсители в GeoPP са средно по-ниски от тези в ТЕЦ. Например, емисиите на въглероден диоксид за всеки киловатчас генерирана електроенергия са до 380 g в геоцентралите, 1042 g - в ТЕЦ-овете на въглища, 906 g - в мазута и 453 g - в ТЕЦ-овете, работещи с газ.

Възниква въпросът: какво да правим с отпадъчните води? При ниска соленост може да се изхвърли в повърхностните води след охлаждане. Друг начин е да се инжектира обратно във водоносния хоризонт чрез инжекционен кладенец, който е предпочитан и се използва предимно днес.

Извличането на термална вода от водоносните хоризонти (както и изпомпването на обикновена вода) може да причини слягане и движение на почвата, други деформации на геоложки слоеве, микро земетресения. По правило вероятността от подобни явления е ниска, въпреки че са регистрирани отделни случаи (например в GeoPP в Staufen im Breisgau, Германия).

Трябва да се подчертае, че повечето от GeoPP са разположени в относително слабо населени райони и в страни от третия свят, където екологичните изисквания са по-малко строги, отколкото в развитите страни. В допълнение, в момента броят на GeoPP и капацитетът им са сравнително малки. С по-широко развитие на геотермалната енергия, рисковете за околната среда могат да се увеличат и умножат.

Колко е енергията на Земята?

Инвестиционните разходи за изграждане на геотермални системи варират в много широки граници - от $ 200 до $ 5000 за 1 kW инсталирана мощност, тоест най-евтините варианти са сравними с разходите за изграждане на ТЕЦ. Те зависят преди всичко от условията на поява на термални води, техния състав, дизайн на системата. Пробиване на големи дълбочини, създаване на затворена система с две кладенци, необходимостта от пречистване на водата може да умножи цената.

Например инвестициите в създаването на петротермална циркулационна система (PCS) се изчисляват на 1,6–4 хиляди долара за 1 kW инсталирана мощност, което надвишава разходите за изграждане на атомна електроцентрала и е съпоставимо с разходите за изграждане на вятърни и слънчеви електроцентрали.

Очевидното икономическо предимство на GeoTPP е безплатен енергиен носител. За сравнение, в структурата на разходите на действаща ТЕЦ или АЕЦ горивото представлява 50–80% или дори повече, в зависимост от текущите цени на енергоносителите. Оттук и друго предимство на геотермалната система: оперативните разходи са по-стабилни и предвидими, тъй като не зависят от външната конюнктура на цените на енергията. Като цяло оперативните разходи на GeoTPP се изчисляват на 2–10 цента (60 копейки - 3 рубли) за 1 kWh произведен капацитет.

Втората по големина (след енергийния носител) (и много значима) разходна позиция е, като правило, заплатите на персонала на завода, които могат коренно да се различават в отделните държави и региони.

Средно цената на 1 кВтч геотермална енергия е сравнима с тази за ТЕЦ (в руски условия - около 1 рубла / 1 kWh) и десет пъти по-висока от цената за производство на електроенергия във ВЕЦ (5–10 копейки / 1 kWh).

Част от причината за високата цена се крие във факта, че за разлика от термалните и хидравличните централи, GeoTPP има относително малък капацитет. Освен това е необходимо да се сравняват системи, разположени в същия регион и при подобни условия. Например, в Камчатка, според експерти, 1 kWh геотермална електроенергия струва 2-3 пъти по-малко от електричеството, произведено в местните топлоцентрали.

Индикаторите за икономическа ефективност на геотермалната система зависят например от това дали е необходимо да се изхвърля отпадъчната вода и по какви начини това се прави, дали е възможно комбинирано използване на ресурса. Така, химични елементи и съединенията, извлечени от термалната вода, могат да осигурят допълнителен доход. Нека си припомним примера на Лардерело: там химическото производство беше основно, а използването на геотермална енергия първоначално беше спомагателно.

Геотермална енергия напред

Геотермалната енергия се развива малко по-различно от вятъра и слънчевата енергия. Понастоящем това зависи в много по-голяма степен от естеството на самия ресурс, който рязко се различава по региони, а най-високите концентрации са обвързани с тесни зони на геотермални аномалии, свързани по правило с райони с тектонски разломи и вулканизъм.

В допълнение, геотермалната енергия е по-малко технологична в сравнение с вятъра и още повече със слънчевата енергия: системите на геотермалните станции са доста прости.

В общата структура на световното производство на електроенергия геотермалният компонент представлява по-малко от 1%, но в някои региони и държави делът му достига 25-30%. Поради връзката с геоложките условия, значителна част от капацитета на геотермалната енергия е съсредоточена в страните от третия свят, където се отличават три клъстера от най-голямото развитие на индустрията - островите в Югоизточна Азия, Централна Америка и Източна Африка. Първите два региона са включени в тихоокеанския „огнен пояс на Земята“, третият е обвързан с Източноафриканския разлом. Най-вероятно е геотермалната енергия да продължи да се развива в тези пояси. По-далечна перспектива е развитието на петротермална енергия, използваща топлината на земните слоеве, лежащи на дълбочина от няколко километра. Това е почти повсеместен ресурс, но добивът му изисква високи разходи; следователно петротермалната енергия се развива предимно в най-мощните икономически и технологично държави.

Като цяло, като се има предвид повсеместното разпределение на геотермалните ресурси и приемливото ниво на екологична безопасност, има основания да се смята, че геотермалната енергия има добри перспективи за развитие. Особено с нарастващата заплаха от недостиг на традиционни енергийни ресурси и повишаване на цените за тях.

От Камчатка до Кавказ

В Русия развитието на геотермалната енергия има доста дълга история и на редица позиции сме сред световните лидери, въпреки че делът на геотермалната енергия в общия енергиен баланс на огромна държава все още е незначителен.

Два региона станаха пионери и центрове за развитие на геотермалната енергия в Русия - Камчатка и Северен Кавказ, и ако в първия случай говорим предимно за електроенергийната индустрия, то във втория - за използването на топлинна енергия на термалната вода.

В Северен Кавказ - в Краснодарска територия, Чечения, Дагестан - топлината на термалните води за енергийни цели е била използвана още преди Великата отечествена война. През 80-те и 90-те години развитието на геотермалната енергия в региона по очевидни причини спря и все още не е излязло от състояние на стагнация. Независимо от това, геотермалното водоснабдяване в Северен Кавказ осигурява топлина на около 500 хиляди души, а например град Лабинск в Краснодарския край с население от 60 хиляди души се отоплява напълно от геотермални води.

В Камчатка историята на геотермалната енергия е свързана предимно с изграждането на GeoPPs. Първата от тях, все още работеща станции Pauzhetskaya и Paratunskaya, са построени през 1965-1967 г., докато Paratunskaya GeoPP с мощност 600 kW става първата станция в света с двоичен цикъл. Това беше разработката на съветските учени С. С. Кутателадзе и А. М. Розенфелд от Института по термофизика на Сибирския клон на Руската академия на науките, които през 1965 г. получиха авторски сертификат за извличане на електричество от вода с температура 70 ° С. По-късно тази технология се превърна в прототип за повече от 400 двоични GeoPP в света.

Капацитетът на Pauzhetskaya GeoPP, пуснат в експлоатация през 1966 г., първоначално беше 5 MW и впоследствие беше увеличен до 12 MW. В момента на станцията се изгражда двоичен блок, който ще увеличи капацитета си с още 2,5 MW.

Развитието на геотермалната енергия в СССР и Русия беше затруднено от наличието на традиционни енергийни източници - нефт, газ, въглища, но така и не спря. Към момента най-големите геотермални енергийни съоръжения са Верхне-Мутновска геоелектрическа централа с общ капацитет от 12 MW енергоблоци, въведена в експлоатация през 1999 г., и Мутновска геоелектрическа централа с мощност 50 MW (2002 г.)

Mutnovskaya и Verkhne-Mutnovskaya GeoPPs са уникални обекти не само за Русия, но и в глобален мащаб. Станциите са разположени в подножието на вулкана Мутновски, на надморска височина от 800 метра и работят в екстремни условия климатични условиякъдето 9-10 месеца в годината е зимата. Оборудването на Mutnovsky GeoPPs, в момента едно от най-модерните в света, е изцяло създадено в местните предприятия за енергетиката.

В момента делът на заводите в Мутновски в общата структура на енергийното потребление на енергийния център на Централна Камчатка е 40%. Увеличение на капацитета се планира през следващите години.

Отделно трябва да се каже за руските петротермални разработки. Все още нямаме големи DSP, но има модерни технологии за дълбоко сондиране (около 10 км), които също нямат аналози в света. Тях по-нататъчно развитие ще позволи драстично да намали разходите за създаване на петротермални системи. Разработчиците на тези технологии и проекти са Н. А. Гнатус, М. Д. Хуторской (Геологически институт, РАН), А. С. Некрасов (Институт за икономическо прогнозиране, РАН) и специалисти от Калужката турбинна централа. В момента проектът за петротермална циркулационна система в Русия е в експериментален етап.

В Русия има перспективи за геотермална енергия, макар и относително отдалечени: в момента потенциалът е доста голям и позициите на традиционната енергетика са силни. В същото време в редица отдалечени региони на страната използването на геотермална енергия е икономически изгодно и се търси сега. Това са територии с висок геоенергиен потенциал (Чукотка, Камчатка, Курилес - руската част на тихоокеанския „огнен пояс на Земята“, планините на Южен Сибир и Кавказ) и същевременно отдалечени и откъснати от централизираното енергийно снабдяване.

Вероятно през следващите десетилетия геотермалната енергия у нас ще се развива в такива региони.

Кирил Дегтярев, изследовател, Московски държавен университет тях. М. В. Ломоносов.

В нашата страна, богата на въглеводороди, геотермалната енергия е екзотичен ресурс, който при настоящото състояние на нещата едва ли ще се конкурира с нефт и газ. Независимо от това, тази алтернативна форма на енергия може да се използва почти навсякъде и е доста ефективна.

Снимка Игор Константинов.

Промяна в температурата на почвата с дълбочина.

Повишаване на температурата на термалните води и техните домакини сухи скали с дълбочина.

Промяна на температурата с дълбочина в различни региони.

Изригването на исландския вулкан Eyjafjallajokull е илюстрация на бурни вулканични процеси, протичащи в активни тектонични и вулканични зони с мощен топлинен поток от вътрешността на земята.

Инсталирани мощности на геотермални електроцентрали от страни по света, MW.

Разпределение на геотермалните ресурси в Русия. Запасите от геотермална енергия, според експерти, са няколко пъти по-високи от тези на органичните изкопаеми горива. Според Асоциацията "Общество за геотермална енергия".

Геотермалната енергия е топлината на земните недра. Произвежда се в дълбините и излиза на повърхността на Земята в различни форми и с различна интензивност.

Температурата на горните почвени слоеве зависи главно от външни (екзогенни) фактори - слънчева светлина и температура на въздуха. През лятото и през деня почвата се затопля до определени дълбочини, а през зимата и през нощта се охлажда след промяна на температурата на въздуха и с известно закъснение, увеличавайки се с дълбочина. Влиянието на дневните колебания в температурата на въздуха завършва на дълбочини от няколко до няколко десетки сантиметра. Сезонните колебания обхващат по-дълбоки почвени слоеве - до десетки метри.

На определена дълбочина - от десетки до стотици метри - температурата на почвата се поддържа постоянна, равна на средната годишна температура на въздуха на повърхността на Земята. Това е лесно да се провери, като се слезе в достатъчно дълбока пещера.

Когато средната годишна температура на въздуха в даден район е под нулата, това се проявява като вечна слана (по-точно вечна слана). В Източен Сибир дебелината, т.е. дебелината на целогодишно замръзналите почви на места достига 200-300 m.

От определена дълбочина (собствена за всяка точка от картата), действието на Слънцето и атмосферата отслабва толкова много, че на преден план излизат ендогенни (вътрешни) фактори и вътрешността на земята се загрява отвътре, така че температурата започва да се повишава с дълбочината.

Нагряването на дълбоките слоеве на Земята е свързано главно с разпадането на радиоактивните елементи, разположени там, въпреки че други източници на топлина също се наричат, например, физикохимични, тектонични процеси в дълбоките слоеве на земната кора и мантията. Каквато и да е причината, температурата на скалите и свързаните с тях течни и газообразни вещества нараства с дълбочина. Миньорите са изправени пред това явление - в дълбоките мини винаги е горещо. На дълбочина от 1 км тридесет градусовата топлина е нормално, а по-дълбоко температурата е още по-висока.

Топлинният поток на земната вътрешност, достигащ земната повърхност, е малък - средно мощността му е 0,03-0,05 W / m 2,
или около 350 Wh / m 2 годишно. На фона на топлинния поток от Слънцето и въздуха, нагряван от него, това е незабележима стойност: Слънцето дава на всеки квадратен метър от земната повърхност около 4000 кВтч годишно, т.е. и в зависимост от други климатични и метеорологични фактори).

Незначителността на топлинния поток от дълбините към повърхността на по-голямата част от планетата е свързана с ниската топлопроводимост на скалите и особеностите на геоложката структура. Но има и изключения - места, където топлинният поток е голям. Това са преди всичко зони на тектонски разломи, повишена сеизмична активност и вулканизъм, където енергията на земните недра намира изход. Такива зони се характеризират с топлинни аномалии на литосферата, тук топлинният поток, достигащ земната повърхност, може да бъде няколко пъти и дори с порядъци по-мощен от "обичайния". Вулканичните изригвания и горещите извори носят огромно количество топлина на повърхността в тези зони.

Именно тези области са най-благоприятни за развитието на геотермалната енергия. На територията на Русия това са преди всичко Камчатка, Курилските острови и Кавказ.

В същото време развитието на геотермалната енергия е възможно почти навсякъде, тъй като повишаването на температурата с дълбочина е повсеместно явление и задачата е да "извлече" топлина от недрата, точно както минералните суровини се извличат от там.

Средно температурата се повишава с дълбочина с 2,5-3 ° C на всеки 100 м. Съотношението на температурната разлика между две точки на различни дълбочини и разликата в дълбочината между тях се нарича геотермален градиент.

Взаимното е геотермална стъпка или интервал на дълбочина, при който температурата се повишава с 1 o C.

Колкото по-висок е градиентът и съответно по-ниската стъпка, толкова по-близо топлината на земните дълбини излиза на повърхността и толкова по-обещаваща е тази област за развитието на геотермалната енергия.

В различните райони, в зависимост от геоложката структура и други регионални и местни условия, скоростта на покачване на температурата с дълбочина може да варира драстично. В мащаба на Земята колебанията в величините на геотермалните градиенти и стъпалата достигат 25 пъти. Например в щата Орегон (САЩ) градиентът е 150 ° C на 1 км, а в Южна Африка - 6 ° C на 1 км.

Въпросът е каква е температурата на големи дълбочини - 5, 10 км или повече? Ако тенденцията се запази, температурата на дълбочина от 10 км трябва да е средно около 250-300 o C. Това е повече или по-малко потвърдено от преки наблюдения в свръх дълбоки кладенци, въпреки че картината е много по-сложна от линейното покачване на температурата.

Например в супер дълбокия кладенец на Кола, пробит в Балтийския кристален щит, температурата до дълбочина 3 км се променя със скорост 10 о С / 1 км и тогава геотермалният градиент става 2-2,5 пъти по-голям. На дълбочина 7 км вече е регистрирана температура от 120 o C, при 10 km - 180 o C и при 12 km - 220 o C.

Друг пример е сондаж, пробит в региона на Северен Каспий, където на дълбочина 500 м е регистрирана температура от 42 o C, при 1,5 km - 70 o C, при 2 km - 80 o C, при 3 km - 108 o C.

Предполага се, че геотермалният градиент намалява, започвайки от дълбочина 20-30 км: на дълбочина 100 км, приетите температури са около 1300-1500 o С, на дълбочина 400 km - 1600 o С, в ядрото на Земята (дълбочини над 6000 km) - 4000-5000 o ОТ.

На дълбочини до 10-12 км температурата се измерва през пробити кладенци; където те отсъстват, се определя от косвени знаци по същия начин, както при по-големи дълбочини. Такива косвени признаци могат да бъдат естеството на преминаване на сеизмични вълни или температурата на изтичащата лава.

За целите на геотермалната енергия обаче данните за температурите на дълбочини над 10 км все още не представляват практически интерес.

На дълбочини от няколко километра има много топлина, но как да я вдигнете? Понякога самата природа решава този проблем за нас с помощта на естествен топлоносител - нагрети термални води, които излизат на повърхността или лежат на достъпна за нас дълбочина. В някои случаи водата в дълбините се загрява до състоянието на пара.

Няма строга дефиниция на термина „термални води“. Като правило те означават гореща подземна вода в течно състояние или под формата на пара, включително тези, излизащи на повърхността на Земята с температура над 20 ° C, т.е. по правило по-висока от температурата на въздуха.

Топлината на подземните води, парата, смесите пара-вода е хидротермална енергия. Съответно енергията, базирана на нейното използване, се нарича хидротермална.

Ситуацията е по-сложна при производството на топлина директно от сухи скали - петротермална енергия, особено след като доста високите температури, като правило, започват от дълбочини от няколко километра.

На територията на Русия потенциалът на петротермалната енергия е сто пъти по-висок от този на хидротермалната енергия - съответно 3500 и 35 трилиона тона горивен еквивалент. Това е съвсем естествено - топлината на дълбините на Земята е навсякъде, а термалните води се намират на местно ниво. Поради очевидни технически затруднения за генериране на топлинна и електрическа енергия, понастоящем се използват най-вече термални води.

Водите с температури от 20-30 до 100 ° C са подходящи за отопление, температури от 150 ° C и повече - и за генериране на електричество в геотермални електроцентрали.

Като цяло геотермалните ресурси в Русия по отношение на тонове еквивалентно гориво или всяка друга единица за измерване на енергията са около 10 пъти по-високи от запасите от изкопаеми горива.

Теоретично само геотермалната енергия може напълно да задоволи енергийните нужди на страната. На практика в момента на по-голямата част от територията му това не е осъществимо по технически и икономически причини.

В света използването на геотермална енергия най-често се свързва с Исландия - държава, разположена в северния край на Средноатлантическия хребет, в изключително активна тектонична и вулканична зона. Вероятно всички си спомнят мощното изригване на вулкана Eyjafjallajökull през 2010 година.

Благодарение на тази геоложка специфичност Исландия притежава огромни запаси от геотермална енергия, включително горещи извори, които излизат на повърхността на Земята и дори бликат под формата на гейзери.

В Исландия в момента над 60% от цялата консумирана енергия се взима от Земята. Включително геотермалните източници осигуряват 90% от отоплението и 30% от производството на електроенергия. Добавяме, че останалата част от електроенергията в страната се произвежда във водноелектрически централи, тоест също се използва възобновяем енергиен източник, благодарение на който Исландия изглежда като един вид глобален екологичен стандарт.

„Опитомяването“ на геотермалната енергия през 20 век помогна на Исландия забележимо икономически. До средата на миналия век тя беше много бедна държава, сега тя се нарежда на първо място в света по инсталиран капацитет и производство на геотермална енергия на глава от населението и е в челната десетка по абсолютна стойност на инсталираната мощност на геотермалните централи. Населението му обаче е само 300 хиляди души, което опростява задачата за преминаване към екологично чисти източници на енергия: нуждите от него обикновено са малки.

В допълнение към Исландия, висок дял на геотермалната енергия в общия баланс на производството на електроенергия се осигурява в Нова Зеландия и островните държави в Югоизточна Азия (Филипините и Индонезия), страните от Централна Америка и Източна Африка, чиято територия също се характеризира с висока сеизмична и вулканична активност. За тези страни, предвид сегашното им ниво на развитие и нужди, геотермалната енергия има значителен принос за социално-икономическото развитие.

(Краят следва.)

Представете си дом, който винаги се поддържа комфортна температураи не се виждат системи за отопление и охлаждане. Тази система работи ефективно, но не изисква сложна поддръжка или специални знания от собствениците.

Чист въздух, можете да чуете чуруликане на птици и вятър, лениво играещ с листа по дърветата. Къщата получава енергия от земята, подобно на листата, които получават енергия от корените. Хубава снимка, нали?

Геотермалните системи за отопление и охлаждане превръщат тази картина в реалност. Геотермалната HVAC система (отопление, вентилация и климатизация) използва температурата на земята, за да осигури отопление през зимата и охлаждане през лятото.

Как работи геотермалното отопление и охлаждане

Температурата на околната среда се променя със сезоните, но подземната температура не се променя толкова много поради изолационните свойства на земята. На дълбочина 1,5-2 метра температурата остава относително постоянна през цялата година. Геотермалната система обикновено се състои от вътрешно пречиствателно оборудване, подземна тръбна система, наречена подземен контур, и / или помпа за циркулация на вода. Системата използва постоянна температура на земята, за да осигури "чиста и безплатна" енергия.

(Не бъркайте концепцията за геотермална NWC система с „геотермална енергия“, процес, при който електричеството се генерира директно от топлината в земята. В последния случай се използват различни видове оборудване и други процеси, чиято цел обикновено е да загрее водата до точката й на кипене.)

Тръбите, съставляващи подземния контур, обикновено са направени от полиетилен и могат да бъдат поставени хоризонтално или вертикално под земята, в зависимост от терена. Ако е наличен водоносен хоризонт, инженерите могат да проектират система с "отворен контур" чрез пробиване на кладенец в подпочвените води. Водата се изпомпва, преминава през топлообменник и след това се инжектира в същия водоносен хоризонт чрез „повторно впръскване“.

През зимата водата, преминавайки през подземен контур, поглъща топлината на земята. Вътрешното оборудване допълнително повишава температурата и я разпределя в цялата сграда. Това е като климатик, работещ обратното. През лятото геотермалната система NWC изтегля вода от висока температура от сградата и я пренася през подземен контур / помпа до реинжекционен кладенец, откъдето водата постъпва в по-хладната земя / водоносен хоризонт.

За разлика от конвенционалните системи за отопление и охлаждане, геотермалните HVAC системи не използват изкопаеми горива за генериране на топлина. Те просто отнемат топлина от земята. Обикновено електричеството се използва само за работа на вентилатора, компресора и помпата.

В геотермалната система за охлаждане и отопление има три основни компонента: термопомпа, топлообменна течност (отворена или затворена система) и система за подаване на въздух (тръбна система).

За термопомпите с наземен източник, както и за всички останали видове термопомпи, беше измерено съотношението между тяхната ефективност и енергията, изразходвана за това действие (ефективност). Повечето геотермални системи с термопомпи имат ефективност между 3.0 и 5.0. Това означава, че системата преобразува една единица енергия в 3-5 единици топлина.

Геотермалните системи са лесни за поддръжка. Правилно инсталиран, което е много важно, подземният контур може да функционира правилно в продължение на няколко поколения. Вентилаторът, компресорът и помпата се намират в затворено пространство и са защитени от променящите се метеорологични условия, така че техният живот може да продължи много години, често десетилетия. Единствената необходима поддръжка са рутинните периодични проверки, навременната подмяна на филтъра и годишното почистване на бобината.

Опит в използването на геотермални NVK системи

Геотермалните NVC системи се използват повече от 60 години по целия свят. Те работят с природата, а не срещу нея и не отделят парникови газове (както беше отбелязано по-рано, те използват по-малко електричество, защото използват постоянна земна температура).

Геотермалните HVAC системи все повече се превръщат в атрибути на устойчиви домове като част от нарастващото движение за зелено строителство. Зелените проекти представляват 20% от всички вградени домове в САЩ миналата година... В статия в Wall Street Journal се казва, че бюджетът за зелени сгради ще нарасне от 36 млрд. Долара годишно до 114 млрд. Долара до 2016 г. Това ще представлява 30-40 процента от общия пазар на недвижими имоти.

Но голяма част от информацията за геотермалното отопление и охлаждане се основава на остарели данни или необосновани митове.

Разбиващи митове за геотермалните NVC системи

1. Геотермалните системи за ОВК не са възобновяема технология, тъй като използват електричество.

Факт: Геотермалните HVAC системи използват само една единица електроенергия, за да генерират до пет единици охлаждане или отопление.

2. Слънчевата и вятърната енергия са по-благоприятни възобновяеми технологии от геотермалните NVC системи.

Факт: Геотермалните системи за ОВК рециклират четири пъти повече киловатчаса за един долар, отколкото слънчевата или вятърната енергия за същия долар. Тези технологии могат, разбира се, да играят важна роля за околната среда, но геотермалната NVC система често е най-ефективният и рентабилен начин за намаляване на въздействието върху околната среда.

3. Геотермалната NVC система изисква много място, за да побере подземните полиетиленови тръби.

Факт: В зависимост от терена, подземният контур може да бъде разположен вертикално, което означава, че е необходима малка повърхност. Ако има достъпен водоносен хоризонт, тогава на повърхността са необходими само няколко квадратни метра. Имайте предвид, че водата се връща в същия водоносен хоризонт, от който е взета, след като е преминала през топлообменника. По този начин водата не е отпадъчна вода и не замърсява водоносния хоризонт.

4. Наземни термопомпи NVK са шумни.

Факт: Системите са много тихи и няма оборудване отвън, което да не безпокои съседите.

5. Геотермалните системи в крайна сметка ще бъдат изтрити.

Факт: Подземните бримки могат да продължат поколения. Оборудването за топлопренос обикновено трае десетилетия, тъй като е защитено на закрито. Когато дойде време за необходимата подмяна на оборудването, цената на такава подмяна е много по-малка от нова геотермална система, тъй като подземният контур и сондажът са най-скъпите му части. Новите технически решения елиминират проблема със задържането на топлина в земята, така че системата може да обменя температури в неограничено количество. В миналото е имало случаи на неправилно изчислени системи, които наистина са прегрявали или преохлаждали земята до такава степен, че вече не е имало температурната разлика, необходима за функционирането на системата.

6. Геотермалните HVAC системи работят само за отопление.

Факт: Те работят също толкова ефективно за охлаждане и могат да бъдат проектирани така, че да няма нужда от допълнителен резервен източник на топлина. Въпреки че някои клиенти решават, че е по-икономично да имате малка резервна система за най-студените времена. Това означава, че подземният им контур ще бъде по-малък и следователно по-евтин.

7. Геотермалните ОВК системи не могат едновременно да отопляват битова вода, да отопляват вода в басейна и да отопляват жилище.

Факт: Системите могат да бъдат проектирани да изпълняват много функции едновременно.

8. Геотермалните NVC системи замърсяват земята с хладилни агенти.

Факт: Повечето системи използват вода само в пантите.

9. Геотермалните NWC системи използват много вода.

Факт: Геотермалните системи всъщност не консумират вода. Ако подземните води се използват за обмен на температура, тогава цялата вода се връща в същия водоносен хоризонт. В миналото наистина е имало някои системи, които са прахосвали вода, след като е преминала през топлообменник, но такива системи почти не се използват днес. От търговска гледна точка геотермалните NVC системи всъщност спестяват милиони литри вода, която би се изпарила в традиционните системи.

10. Геотермалната технология NVK не е финансово осъществима без данъчни стимули от държавата и региона.

Факт: Националните и регионалните стимули обикновено варират от 30 до 60 процента от общите разходи на геотермалната система, което често може да сведе първоначалната цена до цената на конвенционалното оборудване. Стандартен въздушни системи ОВК струват приблизително 3000 долара за тон топлина или студ (домовете обикновено използват от един до пет тона). Цената на геотермалните NVK системи варира от приблизително 5000 $ на тон до 8000-9000. Новите методи за инсталиране обаче значително намаляват разходите до цената на конвенционалните системи.

Можете също така да намалите разходите чрез отстъпки за оборудване за обществена или търговска употреба или дори за големи поръчки от вътрешен характер (особено от големи марки като Bosch, Carrier и Trane). Отворените контури, използвайки помпа и кладенци за повторно впръскване, са по-евтини за инсталиране от затворените системи.

Въз основа на материали: energyblog.nationalgeographic.com

Повърхностният слой на земната почва е естествен акумулатор на топлина. Основният източник на топлинна енергия, постъпващ в горните слоеве на Земята, е слънчева радиация... На дълбочина около 3 m или повече (под нивото на замръзване) температурата на почвата на практика не се променя през годината и е приблизително равна на средната годишна температура на външния въздух. На дълбочина 1,5-3,2 м през зимата температурата варира от +5 до + 7 ° C, а през лятото от +10 до + 12 ° C. С тази топлина можете да предотвратите замръзването на къщата през зимата и да предотвратите прегряването й над 18 през лятото. -20 ° С

Повечето по прост начин използване на топлината на земята е използването на почвен топлообменник (PHE). Под земята, под нивото на замръзване на почвата, се полага система от въздуховоди, които изпълняват функцията на топлообменник между земята и въздуха, който преминава през тези въздуховоди. През зимата входящият студен въздух, който влиза и преминава през тръбите, се нагрява, а през лятото се охлажда. При рационално разположение на въздуховодите от почвата може да се вземе значително количество топлинна енергия с малко потребление на енергия.

Може да се използва топлообменник „тръба в тръба“. Вътрешните въздуховоди от неръждаема стомана действат като рекуператори тук.

Охлаждане през лятото

Работа извън сезона

Спестявания през зимата

Как се изчисляват разходите за отопление и охлаждане на въздуха

В извън сезона, в рамките на 180 дни, средната дневна температура е + 5 ° C - трябва да се нагрее до + 20 ° C. Планираните разходи са 3305 kWh, а геотермалните системи ще намалят разходите с 1322 или 1102 kWh.

През лятото, за 60 дни, средната дневна температура е около + 20 ° C, но за 8 часа тя е в рамките на + 26 ° C. Разходите за охлаждане ще бъдат 206 kWh, а геотермалната система ще намали разходите със 137 kWh.

През цялата година работата на такава геотермална система се оценява с помощта на коефициента - SPF (сезонен фактор на мощността), който се определя като отношение на количеството получена топлинна енергия към количеството консумирана електроенергия, като се вземат предвид сезонните промени в температурата на въздуха / земята.

За да получи 2634 kWh топлинна мощност от почвата, вентилационният блок изразходва 635 kWh електроенергия годишно. SPF \u003d 2634/635 \u003d 4.14.
Въз основа на материали.