căldură grad scăzut al pământului ca o sursă de căldură

Toate cunoscute resurse de energie neregenerabile Pământului - este resurselor subsolului limitate. Limita lor este calculată de zeci de ani. Cu toate acestea, la o adâncime de câțiva zeci de metri SAWMILLS temperatură suficientă pentru utilizarea economică a căldurii acumulate în aceasta. energia termică inepuizabilă de pământ - baza de energie în viitor.

T o energia termică românească a Pământului poate fi o sursă permanentă, de încredere pentru a asigura energie electrică și la prețuri accesibile și de căldură prin utilizarea unei noi tehnologii înalte, ecologice pentru extracția și livrarea acestuia către consumator. În prezent, este deosebit de important.

Resursele limitate de materii prime energetice fosile

Cererea de materii prime organice sunt o mare de energie în țările industrializate și în curs de dezvoltare (SUA, Japonia, starea unei Europe unite, China, India, etc). În același timp, propriile lor resurse de hidrocarburi din aceste țări sunt fie insuficiente, fie rezervate, și țara, cum ar fi SUA, cumpără materii prime energetice în străinătate sau în curs de dezvoltare depozite în alte țări.

În România, una dintre cele mai bogate țări în materie de energie, necesarul de energie de uz casnic sunt îndeplinite, atât timp cât posibilitățile de utilizare a resurselor naturale. Cu toate acestea, extracția hidrocarburilor fosile din intestine are loc foarte rapid. Dacă în 1940-1960-e. principalele regiuni producătoare de petrol au fost „doua Baku“ în Volga și Urali, apoi, începând din 1970. și în acest moment această zonă se află în Siberia de Vest. Dar chiar și aici există o reducere semnificativă a hidrocarburilor fosile. Dispar epoca de gaz Senomanian „uscat“. Faza anterioară de dezvoltare extensivă a producției de gaze naturale a ajuns la capăt. Scoaterea acestuia din aceste depozite gigant ca Medvezhye Urengoiskoye Yamburgskoe, a fost respectiv 84, 65 și 50%. Ponderea rezervelor de petrol, favorabile pentru dezvoltare, este, de asemenea, redusă în timp.

Deoarece consumul de combustibil activ de hidrocarburi, petrol și gaze naturale pe uscat redus semnificativ. Acum principale rezervele lor sunt concentrate pe platoul continental. Deși baza de materii prime a industriei de petrol și gaze este încă suficientă pentru producția de petrol și gaze în România, în cantitățile necesare în viitorul apropiat, acesta va fi furnizat din ce în ce prin dezvoltarea unor domenii cu condiții geologice complexe. Prețul de cost al producției de hidrocarburi în acest lucru va crește.

Majoritatea resurselor naturale produse neregenerabile utilizate drept combustibil pentru centralele electrice. În primul rând, acest gaz natural, proporția care în amestecul de combustibil este de 64%.

În România 70% din energia electrică produsă la centrala electrică. întreprinderile energetice din țară arde anual circa 500 de milioane tcc. t. Pentru a obține energie electrică și termică, în care căldura consumată pentru producția de hidrocarburi combustibile de 3-4 ori mai mult decât generarea de electricitate.

Energia regenerabilă ca viitorul energiei lumi

A crescut în ultimele decenii, interesul lumii în surse alternative de energie regenerabilă (SRE), ca urmare, nu numai la epuizarea combustibililor fosili, dar, de asemenea, necesitatea de a aborda problemele de mediu. factori obiectivi (rezervele de combustibili fosili și uraniu, precum și schimbările din mediul asociate cu utilizarea focului tradiționale și energia nucleară) și tendințele de energie sugerează că trecerea la noi metode și forme de energie este inevitabilă. Deja în prima jumătate a secolului XXI. va completa sau aproape completă de tranziție la surse alternative de energie.

Cu cat mai devreme a făcut un progres în această direcție, cu atât mai puțin dureros va fi pentru întreaga societate, și mai benefică pentru țară, în cazul în care acestea vor lua măsuri decisive în această direcție.

În prezent, programul Ministerului energetikiRumyniyaprinyata de dezvoltare a energiei alternative, inclusiv 30 de proiecte la scară largă utilizează sisteme de pompe de căldură (pompe de căldură), al cărui principiu se bazează pe consumul de energie termică potențial scăzut al Pământului.

energia termică potențială scăzută a pompelor de căldură și de pământ

Sursele de energie termică potențial scăzut al Pământului este radiația solară și de căldură radiații încălzit măruntaiele planetei. În prezent, utilizarea unor astfel de energie - una dintre zonele cu cea mai rapidă creștere de energie din surse regenerabile de energie.

Căldura Pământului poate fi utilizat în diferite tipuri de clădiri și de centrale termice, de alimentare cu apă caldă și aer condiționat (răcire) piste de aer și de încălzire în sezonul de iarnă, pentru a preveni refrigerarea, câmpuri de încălzire în stadioane deschise, și așa mai departe. N. În literatura de sistem tehnic English dispune de căldură Pământ în sistemele de încălzire și de aer condiționat, denumite GHP - «pompe de căldură geotermală» (pompe de căldură geotermale). Caracteristicile climatice ale țărilor Europei Centrale și de Nord, care, împreună cu Statele Unite și Canada sunt principalele domenii de utilizare a căldurii grad scăzut al Pământului, este determinată în principal pentru încălzire; aerul de răcire, chiar și în timpul verii, un relativ rare. Prin urmare, spre deosebire de Statele Unite, pompe de căldură în Europa funcționează în principal în modul de încălzire. În Statele Unite, acestea sunt mai frecvent utilizate în sistemele de încălzire a aerului, combinate cu ventilație, care să permită atât pentru încălzirea și răcirea aerului din exterior. În țările europene, pompele de căldură sunt de obicei utilizate în sistemele de încălzire a apei. Din cauza lor creste eficienta cu scăderea diferenței de temperatură dintre evaporator și condensator, adesea utilizate pentru sistemul de încălzire prin pardoseală încălzirea clădirilor în care circulă agentul de răcire de temperatură relativ scăzută (35-40 ° C).

Foloseste sisteme de energie termică potențial scăzut al Pământului.

În general, există două tipuri de sisteme folosesc cu grad redus de energie termică a Pământului:

- sisteme deschise: ca sursă de apă subterană cu emisii reduse de energie potențială termică aplicată furnizată direct la pompa de căldură;

- sistem închis: schimbătoarele de căldură sunt aranjate într-o matrice de sol; circulația lichidului de răcire pe acesta cu temperatură relativ scăzută a solului se produce „screening“ a energiei termice din sol și transferarea acesteia către vaporizatorul pompei de căldură (sau prin utilizarea agentului de răcire cu temperatură crescută în raport cu solul - este răcit).

Dezavantajele sistemelor deschise este că puțuri necesită întreținere. În plus, utilizarea unor astfel de sisteme nu pot, în toate domeniile. Principalele cerințe ale solului și a apelor subterane sunt după cum urmează:

- permeabilitate suficientă apă a solului, care să permită alimentarea cu apă alimentată;

Sistemele închise folosesc cu grad redus de energie termică a Pământului

Sistemele închise sunt orizontale și verticale (Figura 1).

Fig. 1. Schema sistemului de pompe de căldură geotermale cu - schimbătoare de căldură sol vertical - b și orizontale.

schimbător de căldură sol orizontal.

În schimbătoarele de căldură sol orizontale Vest și Europa Centrală sunt în mod tipic tuburi separate, necesare este relativ dens și interconectate în serie sau în paralel (Fig. 2).

Fig. 2. orizontale schimbătoare de căldură sol: - un consistent și b - conexiune paralelă.

Pentru a economisi porțiunea de spațiu în care se realizează îndepărtarea căldurii, a fost dezvoltat tipuri îmbunătățite de schimbătoare de căldură, astfel de schimbătoare de căldură sub forma unei spirale (fig. 3), dispuse orizontal sau vertical. Această formă de schimbătoare de căldură comune în SUA.

Fig. 3. Colector orizontal schimbător de căldură în spirală

Dacă un sistem cu un schimbător de căldură orizontal este folosit doar pentru a genera căldură și funcționarea normală este posibilă numai atunci când suficient aport de căldură de la suprafața pământului de către radiația solară. Din acest motiv, suprafața schimbătorului de căldură de mai sus trebuie să fie expus la lumina soarelui.

schimbătoare de căldură sol verticale.

Sisteme cu schimbătoare de căldură sol verticale nu necesită o suprafață mare de teren și nu depinde de intensitatea radiației solare incidente pe suprafata. Ele sunt eficiente în aproape toate tipurile de medii geologice, cu excepția solurilor cu conductivitate termică scăzută, cum ar fi nisip uscat sau pietriș uscat. Sisteme cu schimbătoare de căldură sol verticale sunt frecvente.

Fig. 4. Sonda este dotat cu un schimbător de căldură sol într-un acesta vertical (zonodom geotermală)

Bucla detașabil căldură sistem de pompe de căldură cu un agent de răcire schimbător de căldură sol vertical circulă prin conducte (de obicei, din polietilenă sau polipropilenă), ambalată în puțuri verticale (Fig. 4), adâncimea de 50 până la 200 m. Două tipuri de schimbătoare de căldură sol verticale utilizate în mod obișnuit (Fig. 5) .

Fig. 5 Tipuri de schimbătoare de căldură sol vertical

Primul tip - în formă de U schimbătoare de căldură, care sunt două țevi paralele unite în partea de jos. Într-un godeu, una sau două (uneori trei) perechi de astfel de conducte. Avantajul unor astfel de sisteme este costul relativ scăzut de fabricație. Duble schimbătoare de căldură în formă de U - cele mai utilizate pe scară largă în Europa tip de schimbătoare de căldură sol verticale.

Al doilea tip - coaxial (concentrice) schimbător de căldură. Elementar schimbător de căldură coaxial este format din două tuburi cu diametru diferit. tub cu diametru mai mic, poziționate în interiorul unui alt țeavă. schimbătoare de căldură coaxiale pot fi configurații mai complexe.

Pentru a mări eficiența spațiului schimbătoare de căldură între pereții găurii de sondă și țeava este umplut cu un material special conducător de căldură.

Sisteme cu schimbătoare de căldură sol verticale sunt utilizate pentru încălzirea și clădiri de diferite dimensiuni de răcire. Pentru o mică clădire doar schimbător de căldură un singur; pentru clădiri mari pot necesita un dispozitiv dintr-un grup întreg de sonde cu schimbătoare de căldură verticale. Rolul principal în acest sistem joacă o pompă de căldură.

Principiul de funcționare a sistemului de încălzire a pompei de căldură

In evaporatorul pompei de căldură de căldură tensiune joasă temperatură este luat dintr-o sursă de căldură de temperatură scăzută, iar fluidul de lucru este transferat într-o pompă de căldură de fierbere scăzut (Fig. 6). Vaporii rezultat este comprimat de compresor. Când această temperatură a aburului crește, iar căldura la nivelul de temperatură din dreapta în condensator este transferat la sistemul de încălzire și / sau apă fierbinte. Pentru a închide ciclul, efectuat de mediul de lucru, după ce condensatorul este strangulată la presiunea inițială, răcită la o temperatură sub sursa de căldură de calitate inferioară, și încă o dată alimentată în evaporator.

Fig. 6. Schema sistemului de încălzire pe baza pompei de căldură.

Punct pentru diferite lichide fierbere prin modificarea presiunii, cea mai mare presiune, mai mare punctul de fierbere. Apa fierbe la presiune atmosferică la o temperatură de 100 ° C Atunci când punctul de apă clocotită presiunea atinge de două ori +120 ° C, în timp ce presiunea este redusă de 2 ori apa fierbe la +80 ° C Agentul frigorific din pompa de căldură are aceeași tendință: punctul său de fierbere variază în funcție de presiunea. Punct de fierbere este de aproximativ agentului frigorific scăzută, - 40 ° C la presiunea atmosferică, astfel încât acesta poate fi folosit chiar și cu o sursă de căldură de temperatură scăzută.

Astfel, pompa de căldură efectuează căldură cu nivel scăzut de transformare a temperaturii la un utilizator cerut ridicat. În acest caz, unitatea compresorului consumat de energie electrică. Cu toate acestea, în cazul în care un grad scăzut sursă de căldură adecvată cantității furnizate consumatorului, de mai multe ori costul unității compresor. Raportul dintre energia termică utilă la compresorul pompei de căldură se numește coeficient de conversie, iar cele mai comune sisteme de pompe de căldură, ajunge la o valoare de 3 sau mai multe. Nivelul de temperatură al pompelor de căldură de încălzire - 35-60 ° C.

Economisirea resurselor de energie costisitoare în astfel de condiții de temperatură cât mai mare de 75%.

Coeficientul (ε) conversia teoretică a unei pompe de căldură ideală este calculată din Carnot:

ε = T2 / (T2-T1),

unde T2 - temperatura de condensare; T1 - punctul de fierbere al agentului frigorific, care se măsoară în grade Kelvin.

Dacă pompa de căldură ciclu de lucru pe, atunci temperatura ideală de fierbere de +5 ° C (T1 = 278 K) și la o temperatură de condensare de 55 ° C (T2 = 328 K), ar putea funcționa cu un factor de conversie de 6,56. De fapt, rata de conversie va fi mai puțin, ca fiind complet motor termic ideal dacă nu se întâmplă.

De obicei, în interiorul pompei de căldură, la fel ca în frigider, agent frigorific circulă. În stadiul actual utilizat agenți frigorifici care nu conțin hidrocarburi clorurate și alte dăunătoare pentru sănătatea umană și a componentelor de mediu.

Sisteme de „dezvoltare durabilă“ folosesc căldură grad scăzut al Pământului

În timpul funcționării, schimbătorul de căldură prefabricat poate fi o situație în timpul sezonului de încălzire, temperatura solului în jurul schimbătorului de căldură este redusă, iar în sol de vară nu are timp să se încălzească până la temperatura inițială - temperatura scade potențialul său. Consumul de energie pentru următorul sezon de încălzire cauzează o scădere mai mare a temperaturii solului, temperatura acestuia, iar potențialul său este în continuare redus. Acest lucru face ca proiectarea de sisteme utilizează căldură grad scăzut de pământ pentru a aborda problema „durabilității“ a unor astfel de sisteme. Adeseori, resursele de energie pentru a reduce perioada de amortizare a echipamentului acționat foarte intens, ceea ce ar putea duce la epuizarea rapidă a acestora. Prin urmare, este necesar să se mențină acest nivel de producție de energie, ceea ce ar permite să opereze sursa de energie pentru o lungă perioadă de timp. Această capacitate de sisteme pentru a menține nivelul necesar de producere a energiei termice pentru o lungă perioadă de timp se numește „stabilitate“. Pentru a utiliza sistemul de căldură grad scăzut al Pământului dă următoarea definiție a durabilității: „Pentru fiecare sistem, utilizarea de căldură grad scăzut al Pământului și fiecărui mod de operare a acestui sistem există un anumit nivel maxim al producției de energie; producția de energie sub acest nivel poate fi menținut pentru o lungă perioadă de timp (100-300 de ani). "

Modelarea matematică a arătat că valoarea anuală de reducere a temperaturii va scădea treptat, iar volumul masei de sol în jurul schimbătorului de căldură, sensibile la scăderea temperaturii, în fiecare an va crește. La sfârșitul perioadei de funcționare a procesului de regenerare începe, temperatura solului începe să crească. Caracterul unui astfel de proces similar cu caracterul căldură „selecție“ proces: creșterea temperaturii la sol bruscă apare în primii ani de funcționare, iar în anii următori, rata de creștere a acesteia este redusă. Durată perioadă de „recuperare“ depinde de perioada de timp de funcționare. Aceste două aproximativ aceeași perioadă.

Astfel, sistemele de răcire ale clădirilor, care utilizează căldură grad scăzut al Pământului de căldură și, reprezintă o sursă sigură de energie care pot fi utilizate în mod universal. Această sursă poate fi folosită pentru o perioadă suficient de lungă de timp, poate fi reînnoită, la sfârșitul perioadei de funcționare.

Pompele de căldură sunt utilizate pe scară largă pentru încălzirea clădirilor rezidențiale și de birouri în multe țări cu condiții climatice similare cu România. Extinderea experienta cu pompe de căldură și în țara noastră.