Геотермалната термопомпае новаторско средство за организиране на автономно отопление в частни домове. Същността на оборудването е да се използва като източник на отопление или охлаждане на охлаждащата течност на естествената температура на земята.
Гореща топлина или свирепи измръзвания само на повърхността на нашата планета. Няколко метра дълбоки и температурата става почти постоянна. През зимата, в дълбините на земята е по-топло, отколкото на повърхността на почвата, а през лятото е по-студено.
По този начин системите с геотермални помпи могат да се използват не само за отопление, но и за охлаждане на сгради. За по-ефективна работа на геотермалните помпи отоплителната система с тяхното участие често се комбинира със слънчеви колектори.
Типична диаграма на помпата
- Общи принципи на работа на геотермалните помпи
- Как се изгражда геотермална термопомпа
- Опции за изграждане на системи, използващи разликата в температурите на земята
- 1. Системи с директен обмен
- 2. Системи със затворен контур
- 7. Отворени геотермални термични системи
- Основни елементи на геотермалната отоплителна система
- Самоинсталиране на геотермална отоплителна система
- Видео - Геотермална термопомпа със собствените си ръце
Общи принципи за експлоатация на геотермални помпи
Понятието „геотермална енергия“ за определяне на този вид подкрепа за определена температура в къщата не е напълно правилно. Най-често при геотермална енергияенергията се отнася до нагряването на определени части от земната кора под въздействието на магма, издигаща се от дълбините на Земята. Най-забележителният пример са горещите геотермални източници.
Вътрешно оборудване
Разликата между температурата на повърхностния слой на земята и температурата на нейната дълбочина може да се използва почти навсякъде. Многобройни проучвания показват, че на дълбочина 6 метра под земята, нейната температура е постоянно равна на средната годишна температура на въздуха над тази точка.
В зависимост от местоположението, температурата на дълбочина от 6 m ще бъде от +10 до + 16 ° С. Постоянната температура е обикновено между маркерите за дълбочина от 7 до 12 метра. Причината за това явление е топлинната инерция.
Как се изгражда геотермална топлинна помпа
Принципът на работа на термопомпа, който използва разлика в температурата, е практически аналогичен на работата на конвенционален хладилник или климатик. Такива помпи пренасят топлина от студено пространство в топлина, в посока, противоположна на естественото разпространение на топлината, или в естествена посока, ускорявайки предаването й. В първия случай системата работи като хладилник, а във втория - като нагревател.
Тези помпи обаче не са всеобхватни. Експертите смятат, че ефективността им намалява рязко, когато температурата на външния въздух е под 5 ° С. Ефективността (ефективността на такива системи) варира между 3-6% в най-студения период.Разходите за инсталиране на такива системи за отопление и охлаждане обикновено са по-високи от тези на другитеавтономни отоплителни източници. Според изчисленията на западните специалисти, разликата в цената на проектирането и строителството обикновено се изплаща в периода от 3 до 10 години в резултат на цялостните енергийни спестявания. По-високите периоди на възвръщаемост могат да бъдат предизвикани само от целенасочено финансиране или данъчни стимули.
Срокът на експлоатация на добре проектирана и изградена отоплителна система, използваща геотермални термопомпи, се изчислява на 25 години за вътрешните компоненти на системата и повече от половин век за външната верига.
Тръбна тръба
Външен контур на директна топлообменна система
Възможности за строителни системи, използващи разликата в температурата на земята
Основната част от отоплителната система, изградена по този принцип, е веригата за директен топлообмен. Този компонент струва от 1/5 до 1/2 от общите разходи на системата и е най-тромавата част.
По време на изграждането на такава система първичните геоложки проучвания са много важни: нейната енергийна ефективност се подобрява с около 4% за всеки 1 ° C, което се получава от правилното местоположение на топлообменната верига.
При хоризонтално подреждане на топлообменни вериги на дълбочина от 1 до 2,4 m, тази част от устройството ще претърпи сезонни цикли на температурни колебания, дължащи се на естественото слънчево загряване и загубата на топлина във въздуха на земното ниво. Тези цикли на температурни колебания изостават от изменението на сезоните поради термичната инерция.
ДълбокоВертикалните системи с наклон на топлообменници на марки от 30 до 160 метра зависят само от геоложката миграция на топлината.
1. Системи с директен обмен
Директните топлообменници със земята (за разлика от комбинацията от хладилни контури и водни контури) се използват в термопомпи с директна термопомпа. Хладилният агент излиза от корпуса на термопомпата, обикаля през контура на медна тръба, разположена под земята, и обменя топлина с почвата преди да се върне към помпата.
Наименованието "директен обмен" се отнася до преноса на топлина между контура и охлаждащата течност и земята без използване на междинна течност. В такава система няма пряко взаимодействие между течността и земята, има само пренос на топлина през стената на тръбата. Термопомпите с постоянен ток се използват рядко, те не трябва да се бъркат с оборудване, което работи на базата на топлообмен през междинни контури.
Системите за директен обмен обаче са по-ефективни и имат потенциално по-ниски разходи за инсталация, отколкото затворените системи с водни вериги. Високата топлопроводимост на медта допринася за подобряване на ефективността на системата, но топлинният поток се ограничава главно от топлопроводимостта на земята, а не от тръбите.
Основните причини за високата ефективност на такова оборудване са липсата на водна помпа (която използва електроенергия), липсата на топлообменник между водата и хладилния агент, което е източник на топлинна загуба.
В същото време те изискват повече хладилен агент и техните тръбопроводни системи сапо-скъпо.
2. Системи със затворен контур
Повечето от инсталираните понастоящем системи имат две вериги:
- първичен контур с охлаждащата течност;
- вторичен контур, напълнен с вода, разположен под земята.
Вторичният контур обикновено се прави от полиетиленови тръби с висока якост и съдържа смес от вода и антифриз (пропиленгликол, денатуриран алкохол или метанол).
След като излезе от вътрешния топлообменник, водата преминава през вторичната през сградата, за да замени топлината със земята преди връщане. Вторичният контур се намира под линията на замръзване, където температурата е по-стабилна или потопена в най-близкия наличен резервоар.
Системите, разположени в земята, наситени с влага или във вода, обикновено са по-ефективни от сухоземните контури. Ако земята във вашия район е суха, то заедно с контура се препоръчва да се постави дренажен маркуч, овлажняващ почвата около цикъла на земята.
Затворените системи имат по-ниска ефективност от системите за директен обмен, тъй като изискват по-дълга тръбопроводна система и голямо количество земни работи или сондажни операции.
Подземната верига на геотермална система може да бъде монтирана хоризонтално под формата на въже в окопи или вертикално под формата на няколко дълги U-образни структури. Размерът на зоната на пантата зависи от вида на почвата и от съдържанието на влага, средната температура и възможните топлинни загуби, както и от други характеристики.
3. Затворени системи свертикално разположение на тръбите
Контурът на такава затворена система се състои от тръби, които се движат вертикално към земята. Дълбочината на проникване е от 15 до 120 метра. Двойките тръби във всяка ямка са свързани, с U-образна напречна съединителна част на дъното на мината. Ямките под тръбите обикновено се пълнят със специален разтвор, за да се осигури термично свързване с околната почва или скала, за да се подобри преноса на топлина. Специален разтвор също предпазва подпочвените води от замърсяване.
Вертикално разположение на геотермалните тръби
4. Затворени системи с хоризонтално разположение на тръбите
Контурът на такава затворена система се състои от тръби, които преминават хоризонтално в почвата, U-образни или пръстеновидни завои на тръбопровода, заровени в почвата под линията на замръзване.
Пътни сандъци с фиксиран контур
\ tЗемните работи при инсталирането на такава система струват два пъти по-евтино от вертикалното сондиране. Такава технология се използва навсякъде, където има достатъчно място на обекта.
Възможност за изграждане на геотермална енергия
За илюстрация, отоплителна система от този тип в отделна сграда, която изразходва 10 kW топлинна енергия, ще изисква три бримки с дължина от 120 до 180 метра всяка.
5. Система за насочено пробиване
Като алтернатива, каналите на веригата на схемата за геотермална термопомпа могат да бъдат положени с помощта на технологията за хоризонтално сондиране. Тази технология ви позволява да поставите тръби под двора,пътища, градини и други инфраструктурни елементи, без да ги унищожават.
Разходите за такава система варират между цената на конструкциите с използването на траншеи и разходите за конструкция с вертикално пробиване. Тази система може също така да бъде различна от конструкцията на изкопа или вертикалното пробиване, тъй като контурите могат да бъдат свързани към една централна камера, което допълнително намалява необходимото пространство. Системите, използващи насочено пробиване, често се монтират ретроспективно, т.е. след построяването на сградата.
6. Монтаж на веригата в резервоара
Топлообменна верига преди потапяне в дъното на резервоара
Затворена система с подводен контур в дъното на резервоара се състои от тръбопроводи, които са затворени под формата на примки и са разположени на дъното на езерото с подходящ размер или друг водоизточник.
Система за подреждане на тръби в резервоар
7. Отворени геотермални отоплителни системи
В открити геотермални системи (наричани още термични помпи), във вторичния контур на помпите, естествената вода се изпомпва от кладенеца или резервоара. След това водата влиза в топлообменника вътре в термопомпата. След отстраняване на топлината и прехвърлянето й към първичния кръг на охлаждащата течност, водата се връща към инжекционните кладенци, напоителните канали или в резервоара. Фуражите и връщащите линии трябва да се поставят достатъчно далеч, за да осигурят топлоснабдяване на източника, тъй като химичният състав на водата неконтролираната топлинна помпа и тръбопроводите трябва да бъдат защитени срещу корозия от различни метали в топлообменника и помпата. Също така, системата може да замърси измет и може да се наложи периодично да я почиствате.
В случай че използваната вода съдържа високо съдържание на соли, минерали, желязо, бактерии или сероводород, е по-добре да се използват затворени системи.
Отворените геотермални отоплителни системи, използващи подземни води, като цяло са по-ефективни от затворените системи, тъй като те по-добре използват температурната разлика. По този начин системите със затворен контур все още трябва да пренасят топлина през допълнителни слоеве на стената на тръбата и земята.
При инсталирането на такива системи обаче могат да възникнат правни проблеми, тъй като те могат да създават свободни водоносни хоризонти или да замърсяват кладенци. Това принуждава строителите да използват по-екологосъобразни затворени системи.
8. Бутална система
Геотермалното охлаждане или отоплителната система е специализиран тип затворени системи. Водата в този дизайн идва от дъното на дълбокия кладенец на породата, която преминава през термопомпата и се връща към върха на кладенеца, където се движи надолу, обменяйки топлина с околните скали.
Системи с течен стълб обикновено се използват в ограничени зони на обекта. Този дизайн не се препоръчва за употреба върху пясъчни и глинести почви. Конструкцията може също така да включва няколко колони от течност.Той е популярен в жилищни и малки търговски сгради.
Основни елементи на геотермалната отоплителна система
Течна помпа за течен въздух
Топлинната помпае централната единица на геотермалното охлаждане или отоплителната система. Външно и функционално, тя прилича на хладилник.
Някои модели на такива термопомпи могат не само да отопляват помещенията, но и да ги охлаждат, загряват водата, осигурявайки необходимостта от снабдяване с гореща вода.
Отопленият или охладен въздух може да бъде доведен до крайното устройство на отоплителната или климатичната система чрез циркулация на вода или чрез принудително подаване на въздух. Почти всички видове термопомпи се произвеждат както за търговски, така и за домакински цели.
Термопомпите с течен въздух(наричани още „вода-въздух“) често се използват за замяна на остарели централни климатични системи.
Термопомпа с течна вода
Термопомпите с течна вода(наричани още "вода-вода") са хидравлични системи, които използват два контура, пълни с течност за обмен на топлина между тях. Такива системи обикновено доставят топлопреносими уреди като водно охладени подове, радиаторни нагреватели с течен охладител. Такива устройства могат да загряват водата до температура около 50 ° С, докато температурата на охлаждащата течност на изхода на конвенционалния котел достига 65-95 ° С. Така в системи с геотермални помпине е възможно да се използват радиатори, предназначени за по-високи температури.
Геотермалните термопомпи са особено подходящи за подово отопление, което изисква относително ниски температури до 40 ° C. Използването на големи повърхности, като подове, за разлика от радиаторите, разпределя топлината по-равномерно и позволява ефективно използване на по-ниска температура на водата. Подовите настилки от дърво или килими отслабват този ефект, тъй като термичната ефективност на предаването на тези материали е по-ниска от тази на каменните подове (плочки, бетон).
Съществуват и комбинирани термопомпи, които могат едновременно да принуждават циркулацията на въздух и вода. Тези системи се използват главно за сгради с комбинация от климатик и течно отопление.
Самоинсталация на геотермална отоплителна система
Независимата инсталация на геотермална отоплителна и климатична система изисква сериозни парични инжекции и някои технологични умения.
Поради големия обем и сложност на извършваните работи, проектирането и изграждането на геотермални системи за отопление и охлаждане е по-добре да се възложи на специализирана организация с необходимия опит. И, разбира се, едва ли ще можете сами да направите самостоятелно обменна термопомпа - производството им у дома не е толкова широко разпространено.
За да разгледате по-отблизо процеса на изграждане на геотермални термопомпи, разгледайте видеото от проучването.
