Kirilas Degtyarevas, Maskvos valstybinio universiteto mokslo darbuotojas. M.V. Lomonosovas.

Mūsų šalyje, kurioje gausu angliavandenilių, geoterminė energija yra egzotiškas išteklius, kuris, atsižvelgiant į dabartinę padėtį, vargu ar konkuruos su nafta ir dujomis. Nepaisant to, ši alternatyvi energijos forma gali būti naudojama beveik visur ir yra gana efektyvi.

Igorio Konstantinovo nuotr.

Dirvožemio temperatūros pokytis su gyliu.

Terminių vandenų ir jų šeimininkų temperatūros kilimas giliai išdžiovina uolienas.

Temperatūros pokytis su gyliu skirtinguose regionuose.

Islandijos ugnikalnio Eyjafjallajokull išsiveržimas iliustruoja smurtinius vulkaninius procesus, vykstančius aktyviose tektoninėse ir vulkaninėse zonose, kuriose galingas šilumos srautas iš žemės vidaus.

Įrengtos geoterminių elektrinių galios pagal pasaulio šalis, MW.

Geoterminių išteklių paskirstymas Rusijos teritorijoje. Geoterminės energijos atsargos, pasak ekspertų, yra kelis kartus didesnės nei organinio iškastinio kuro. Pasak asociacijos „Geoterminės energijos draugija“.

Geotermine energija- tai žemės vidaus šiluma. Jis gaminamas gelmėse ir ateina į Žemės paviršių skirtingos formos ir įvairaus intensyvumo.

Viršutinių dirvožemio sluoksnių temperatūra daugiausia priklauso nuo išorinių (egzogeninių) veiksnių - saulės spindulių ir oro temperatūros. Vasarą ir dieną dirvožemis įšyla iki tam tikro gylio, o žiemą ir naktį atvėsta pasikeitus oro temperatūrai ir šiek tiek vėluojant, didėjant gyliui. Kasdienių oro temperatūros svyravimų įtaka baigiasi gylyje nuo kelių iki kelių dešimčių centimetrų. Sezoniniai svyravimai apima gilesnius dirvožemio sluoksnius - iki dešimčių metrų.

Tam tikrame gylyje - nuo dešimčių iki šimtų metrų - dirvožemio temperatūra palaikoma pastovi, lygi vidutinei metinei oro temperatūrai Žemės paviršiuje. Tai lengva patikrinti nusileidus į pakankamai gilų urvą.

Kada vidutinė metinė temperatūra oras šioje srityje yra žemiau nulio, tai pasireiškia kaip amžinasis įšalas (tiksliau, amžinasis įšalas). Rytų Sibire ištisus metus užšalusių dirvožemių storis, tai yra storis, vietomis siekia 200–300 m.

Iš tam tikro gylio (kiekvieno žemėlapio taško - savo) Saulės ir atmosferos veiksmai taip susilpnėja, kad išryškėja endogeniniai (vidiniai) veiksniai ir žemės vidus įkaista iš vidaus, todėl temperatūra pradeda kilti su gyliu.

Giliųjų Žemės sluoksnių šildymas daugiausia susijęs su ten esančių radioaktyviųjų elementų irimu, nors kiti šilumos šaltiniai taip pat vadinami, pavyzdžiui, fizikiniais ir cheminiais, tektoniniais procesais giliuose žemės plutos ir mantijos sluoksniuose. Tačiau, kad ir kokia būtų priežastis, uolienų ir susijusių skystų bei dujinių medžiagų temperatūra didėja didėjant gyliui. Kalnakasiai susiduria su šiuo reiškiniu - giliuose kasyklose visada karšta. 1 km gylyje trisdešimties laipsnių karštis yra normalu, o giliau temperatūra dar aukštesnė.

Žemės šilumos srautas, pasiekiantis Žemės paviršių, yra mažas - vidutiniškai jo galia yra 0,03-0,05 W / m 2,
arba apie 350 Wh / m 2 per metus. Atsižvelgiant į šilumos srautą iš Saulės ir jos šildomą orą, tai yra nepastebima vertė: Saulė duoda kiekvieną kvadratinį metrą žemės paviršiaus apie 4000 kWh per metus, tai yra 10 000 kartų daugiau (žinoma, tai vidutiniškai, labai skiriasi poliarinės ir pusiaujo platumos ir priklauso nuo kitų klimato ir oro veiksnių).

Šilumos srauto iš vidaus į paviršių nereikšmingumas didžiojoje planetos dalyje yra susijęs su žemu uolienų šilumos laidumu ir geologinės sandaros ypatumais. Tačiau yra išimčių - vietos, kuriose didelis šilumos srautas. Visų pirma tai yra tektoninių gedimų, padidėjusio seisminio aktyvumo ir vulkanizmo zonos, kuriose žemės vidaus energija randa išėjimą. Tokioms zonoms būdingos litosferos šiluminės anomalijos, čia Žemės paviršių pasiekiantis šilumos srautas gali būti kelis kartus ir net dydžiais galingesnis už „įprastą“. Vulkanų išsiveržimai ir karšto vandens šaltiniai šiose zonose neša didžiulį šilumos kiekį į paviršių.

Būtent šios sritys yra palankiausios geoterminei energijai plėtoti. Rusijos teritorijoje tai visų pirma yra Kamčiatka, Kurilų salos ir Kaukazas.

Tuo pačiu metu geoterminę energiją galima plėtoti beveik visur, nes temperatūros kilimas su gyliu yra visur paplitęs reiškinys, o užduotis yra „išgauti“ šilumą iš žarnyno, kaip ir mineralinės žaliavos.

Vidutiniškai temperatūra pakyla su gyliu 2,5–3 ° C kas 100 m. Temperatūros skirtumo tarp dviejų taškų skirtinguose gyliuose ir gylio skirtumo santykis vadinamas geoterminiu gradientu.

Abipusis yra geoterminis žingsnis arba gylio intervalas, kuriuo temperatūra pakyla 1 o C.

Kuo didesnis nuolydis ir atitinkamai žemesnis žingsnis, tuo arčiau Žemės gelmių šilumos artėja prie paviršiaus ir ši teritorija yra perspektyvesnė geoterminei energijai plėtoti.

Skirtingose ​​vietovėse, priklausomai nuo geologinės struktūros ir kitų regioninių bei vietinių sąlygų, temperatūros kilimo greitis su gyliu gali labai skirtis. Žemės skalėje geoterminių gradientų ir žingsnių svyravimai siekia 25 kartus. Pavyzdžiui, Oregono valstijoje (JAV) nuolydis yra 150 o C 1 km, o Pietų Afrikoje - 6 o C 1 km.

Kyla klausimas, kokia yra temperatūra dideliame gylyje - 5, 10 km ar daugiau? Jei tendencija tęsis, temperatūra 10 km gylyje turėtų būti vidutiniškai apie 250–300 o C. Tai daugiau ar mažiau patvirtina tiesioginiai stebėjimai supergiliuose šuliniuose, nors vaizdas yra daug sudėtingesnis nei linijinis temperatūros padidėjimas.

Pavyzdžiui, Baltijos kristaliniame skydelyje išgręžtame Kola super giluminiame gręžinyje temperatūra iki 3 km gylio keičiasi 10 ° C / 1 km greičiu, o tada geoterminis gradientas tampa 2–2,5 karto didesnis. 7 km gylyje jau buvo užfiksuota 120 o C temperatūra, 10 km - 180 o C, o 12 km - 220 o C.

Kitas pavyzdys - Šiaurės Kaspijos jūros regione išgręžtas šulinys, kuriame 500 m gylyje buvo užfiksuota 42 o C temperatūra, 1,5 km - 70 o C temperatūroje, 2 km - 80 o C temperatūroje, 3 km - 108 o C temperatūroje. .

Manoma, kad geoterminis gradientas mažėja pradedant nuo 20–30 km gylio: 100 km gylyje tariama temperatūra yra apie 1300–1500 o С, 400 km gylyje-1600 o С, šerdyje Žemės (gylis virš 6000 km) - 4000-5000 o SU.

Iki 10-12 km gylyje temperatūra matuojama per gręžinius; kur jų nėra, tai nustatoma netiesioginiais ženklais, kaip ir didesniame gylyje. Tokie netiesioginiai požymiai gali būti seisminių bangų praėjimo pobūdis arba ištekančios lavos temperatūra.

Tačiau geoterminės energijos tikslais duomenys apie temperatūrą didesniame nei 10 km gylyje dar nėra praktiškai svarbūs.

Kelių kilometrų gylyje daug šilumos, bet kaip ją pakelti? Kartais šią problemą mums išsprendžia pati gamta, pasitelkusi natūralų šilumnešį - šildomus terminius vandenis, kurie kyla į paviršių arba guli mums prieinamame gylyje. Kai kuriais atvejais vanduo gelmėse pašildomas iki garų būsenos.

Nėra griežto termino „terminiai vandenys“ apibrėžimo. Paprastai jie reiškia karštą Požeminis vanduo skystos arba garų pavidalo, įskaitant tuos, kurie į Žemės paviršių išeina aukštesnėje nei 20 ° C temperatūroje, tai yra, paprastai, aukštesnėje nei oro temperatūra.

Požeminio vandens, garo, garo ir vandens mišinių šiluma yra hidroterminė energija. Atitinkamai energija, pagrįsta jos naudojimu, vadinama hidrotermine.

Padėtis sudėtingesnė gaminant šilumą tiesiogiai iš sausų uolienų - petroterminės energijos, ypač todėl, kad gana aukšta temperatūra paprastai prasideda nuo kelių kilometrų gylio.

Rusijos teritorijoje petroterminės energijos potencialas yra šimtą kartų didesnis nei hidroterminės energijos - atitinkamai 3500 ir 35 trilijonai tonų degalų ekvivalento. Tai gana natūralu - Žemės gelmių šiluma yra visur, o terminiai vandenys randami vietoje. Tačiau dėl akivaizdžių techninių šilumos ir elektros energijos gamybos sunkumų šiuo metu dažniausiai naudojami šiluminiai vandenys.

Vanduo, kurio temperatūra 20-30–100 ° C, tinka šildymui, 150 ° C ir aukštesnei temperatūrai - ir elektros energijos gamybai geoterminėse elektrinėse.

Apskritai Rusijos teritorijoje esantys geoterminiai ištekliai, išreikšti tonomis ekvivalento kuro ar bet kurio kito energijos matavimo vieneto, yra apie 10 kartų didesni nei iškastinio kuro atsargos.

Teoriškai tik geoterminė energija galėtų visiškai patenkinti šalies energijos poreikius. Praktiškai įjungta Šis momentas didžiojoje jos teritorijos dalyje tai neįmanoma dėl techninių ir ekonominių priežasčių.

Pasaulyje geoterminės energijos naudojimas dažniausiai siejamas su Islandija - šalimi, esančia šiauriniame Vidurio Atlanto kalnagūbrio gale, itin aktyvioje tektoninėje ir vulkaninėje zonoje. Tikriausiai visi prisimena galingą Eyjafjallajökull ugnikalnio išsiveržimą 2010 m.

Būtent dėl ​​šios geologinės savybės Islandija turi didžiulius geoterminės energijos rezervus, įskaitant karštąsias versmes, kurios iškyla į Žemės paviršių ir netgi išsiveržia geizerių pavidalu.

Islandijoje šiuo metu daugiau nei 60% visos suvartotos energijos paimama iš Žemės. Įskaitant geoterminius šaltinius, 90% šildymo ir 30% elektros energijos pagaminama. Pridedame, kad likusi šalies elektros energija gaminama hidroelektrinėse, tai yra, naudojant atsinaujinančius energijos šaltinius, kurių dėka Islandija atrodo kaip savotiškas pasaulinis aplinkos standartas.

Geoterminės energijos prijaukinimas XX amžiuje Islandijai ekonomiškai padėjo. Iki praėjusio amžiaus vidurio tai buvo labai skurdi šalis, dabar ji užima pirmąją vietą pasaulyje pagal instaliuotus pajėgumus ir geoterminės energijos gamybą vienam gyventojui ir yra dešimtuke pagal absoliučią geoterminės galios vertę. elektrinės. Tačiau jos gyventojų yra tik 300 tūkstančių žmonių, o tai supaprastina užduotį pereiti prie aplinkai nekenksmingų energijos šaltinių: jos poreikiai paprastai yra nedideli.

Be Islandijos, didelė geoterminės energijos dalis bendrame elektros energijos balanse yra Naujojoje Zelandijoje ir Pietryčių Azijos salų valstybėse (Filipinai ir Indonezija), Centrinės Amerikos ir Rytų Afrikos šalyse, kurių teritorija taip pat yra būdingas didelis seisminis ir vulkaninis aktyvumas. Šioms šalims, atsižvelgiant į dabartinį jų išsivystymo lygį ir poreikius, geoterminė energija labai prisideda prie socialinio ir ekonominio vystymosi.

(Pabaiga tokia.)

Temperatūros pokytis su gyliu. Žemės paviršius dėl netolygaus saulės šilumos antplūdžio įkaista, o vėliau atvėsta. Šie temperatūros svyravimai labai negiliai įsiskverbia į žemės storį. Taigi, dienos svyravimai 1 gylyje m dažniausiai beveik nebejaučia. Kalbant apie metinius svyravimus, jie prasiskverbia į skirtingus gylius: šiltos šalys 10-15 val m, būdamas šalyse su šalta žiema o karštą vasarą iki 25-30 ir net 40 m. Giliau nei 30-40 m jau visur Žemėje temperatūra palaikoma pastovi. Pavyzdžiui, Paryžiaus observatorijos rūsyje įrengtas termometras daugiau nei 100 metų visą laiką rodė 11 °, 85 ° C temperatūrą.

Visoje vietoje stebimas pastovios temperatūros sluoksnis pasaulis ir yra vadinamas pastovios arba neutralios temperatūros diržu. Šio diržo gylis, priklausomai nuo klimato sąlygos skiriasi, o temperatūra yra maždaug lygi vidutinei metinei vietos temperatūrai.

Kai žmogus gilinasi į Žemę žemiau pastovios temperatūros sluoksnio, paprastai pastebimas laipsniškas temperatūros kilimas. Tai pirmą kartą pastebėjo gilių kasyklų darbuotojai. Tai buvo pastebėta ir klojant tunelius. Taigi, pavyzdžiui, klojant Simplono tunelį (Alpėse), temperatūra pakilo iki 60 °, o tai sukėlė didelių sunkumų darbe. Dar aukštesnė temperatūra pastebima giliuose gręžiniuose. Pavyzdys yra Chukhovskaya šulinys (Aukštutinė Silezija), kuriame 2220 gylyje m temperatūra buvo didesnė nei 80 ° (83 °, 1) ir pan. m temperatūra pakyla 1 ° C.

Metrų skaičius, kurį reikia eiti giliau į Žemę, kad temperatūra pakiltų 1 ° C, vadinamas geoterminis žingsnis. Geoterminė stadija skirtingais atvejais nevienoda ir dažniausiai ji svyruoja nuo 30 iki 35 m. Kai kuriais atvejais šie svyravimai gali būti dar didesni. Pavyzdžiui, Mičigano valstijoje (JAV), viename iš šulinių, esančių netoli ežero. Mičigano geoterminis žingsnis pasirodė ne 33, o 70 m. Priešingai, labai mažas geoterminis žingsnis buvo pastebėtas viename iš Meksikos šulinių, ten 670 gylyje. m pasirodė vanduo, kurio temperatūra 70 °. Taigi, geoterminis etapas buvo tik apie 12 m. Maži geoterminiai žingsniai taip pat pastebimi vulkaninėse vietovėse, kur sekliame gylyje gali būti dar neatvėsusių magminių uolienų sluoksnių. Tačiau visi tokie atvejai yra ne tiek taisyklės, kiek išimtys.

Geoterminės stadijos priežasčių yra daug. (Be to, kas išdėstyta pirmiau, galima atkreipti dėmesį į skirtingą uolienų šilumos laidumą, pakratų pobūdį ir kt.

Reljefo reljefas turi didelę reikšmę paskirstant temperatūrą. Pastarąjį galima aiškiai matyti pridedamame brėžinyje (23 pav.), Kuriame pavaizduota Alpių atkarpa palei Simplono tunelio liniją, o geoizotermos nubrėžtos punktyrine linija (tai yra, vienodos temperatūros linijos Žemės viduje). Geoizotermos čia tarsi kartoja reljefą, tačiau gilumoje reljefo įtaka palaipsniui mažėja. (Stiprus geo izotermijų lenkimas Balle yra dėl čia pastebėtos stiprios vandens cirkuliacijos.)

Žemės temperatūra dideliame gylyje. Temperatūrų stebėjimai gręžiniuose, kurių gylis retai viršija 2–3 km, natūralu, kad jie negali įsivaizduoti gilesnių Žemės sluoksnių temperatūros. Tačiau čia mums padeda kai kurie žemės plutos gyvenimo reiškiniai. Vulkanizmas yra vienas iš šių reiškinių. Vulkanai, plačiai paplitę žemės paviršiuje, į žemės paviršių neša išlydytas lavas, kurių temperatūra viršija 1000 °. Todėl dideliame gylyje temperatūra viršija 1000 °.

Buvo laikas, kai mokslininkai, remdamiesi geoterminiu žingsniu, bandė apskaičiuoti gylį, kuriame gali būti net 1000–2000 ° temperatūra. Tačiau tokie skaičiavimai negali būti laikomi pakankamai pagrįstais. Stebint aušinančio bazalto rutulio temperatūrą ir teorinius skaičiavimus galima teigti, kad geoterminio žingsnio dydis didėja didėjant gyliui. Bet kokiu mastu ir kokiu gyliu toks padidėjimas vyksta, mes taip pat dar negalime pasakyti.

Jei darytume prielaidą, kad temperatūra nuolat auga su gyliu, tada Žemės centre ji turėtų būti matuojama dešimtimis tūkstančių laipsnių. Esant tokiai temperatūrai, visos mums žinomos uolienos turėtų virsti skysta būsena. Tiesa, Žemės viduje yra didžiulis spaudimas, ir mes nieko nežinome apie kūnų būklę esant tokiam slėgiui. Nepaisant to, mes neturime duomenų, patvirtinančių, kad temperatūra nuolat didėja gylyje. Dabar dauguma geofizikų daro išvadą, kad temperatūra Žemės viduje vargu ar gali būti didesnė nei 2000 °.

Šilumos šaltiniai. Kalbant apie šilumos šaltinius, lemiančius vidinę Žemės temperatūrą, jie gali būti skirtingi. Remiantis hipotezėmis, pagal kurias Žemė susidaro iš įkaitusios ir išlydytos masės, vidine šiluma turi būti laikoma kūno paviršiaus aušinimo liekamoji šiluma. Tačiau yra pagrindo manyti, kad vidinės aukštos Žemės temperatūros priežastis gali būti urano, torio, aktinourano, kalio ir kitų uolienose esančių elementų radioaktyvus skilimas. Radioaktyviųjų elementų dažniausiai pasitaiko rūgščiose Žemės paviršiaus apvalkalo uolienose, mažiau jų yra giliai esančiose bazinėse uolienose. Tuo pačiu metu pagrindinės uolienos yra turtingesnės nei geležies meteoritai, kurie laikomi kosminių kūnų vidinių dalių fragmentais.

Nepaisant nedidelio radioaktyviųjų medžiagų kiekio uolienose ir lėto jų skilimo, bendras šilumos kiekis, susidaręs dėl radioaktyvaus skilimo, yra didelis. Sovietų geologas V. G. Khlopinas apskaičiavo, kad radioaktyviųjų elementų, esančių viršutiniame 90 kilometrų Žemės apvalkale, pakanka, kad padengtų planetos šilumos nuostolius dėl radiacijos. Kartu su radioaktyviuoju skilimu šiluminė energija išsiskiria suspaudus Žemės medžiagą, kada cheminės reakcijos ir kt.

- Šaltinis-

Polovinkinas, A. A. Bendrosios geografijos pagrindai / A.A. - M.: RSFSR švietimo ministerijos valstybinė švietimo ir pedagoginė leidykla, 1958. - 482 p.

Pranešimų peržiūros: 179

Įsivaizduokite namus, kurie visada palaikomi patogi temperatūra, o šildymo ir vėsinimo sistemos nematyti. Ši sistema veikia efektyviai, tačiau nereikalauja sudėtingos priežiūros ar specialių žinių iš savininkų.

Grynas oras, galite išgirsti paukščių čiulbėjimą ir vėją, tingiai žaidžiantį su lapais medžiuose. Namas gauna energiją iš žemės, kaip lapai, kurie gauna energiją iš šaknų. Gražus vaizdas, ar ne?

Geoterminės šildymo ir aušinimo sistemos paverčia šį vaizdą realybe. Geoterminė ŠVOK sistema (šildymas, vėdinimas ir oro kondicionavimas) naudoja žemės temperatūrą šildymui žiemą ir vėsinimui vasarą.

Kaip veikia geoterminis šildymas ir aušinimas

Temperatūra aplinka keičiasi keičiantis metų laikams, tačiau požeminė temperatūra dėl žemės izoliacinių savybių taip nesikeičia. 1,5-2 metrų gylyje temperatūra išlieka gana pastovi ištisus metus... Geoterminę sistemą paprastai sudaro vidinė valymo įranga, požeminė vamzdžių sistema, vadinama požemine kilpa, ir (arba) siurblys vandens cirkuliacijai. Sistema naudoja pastovią žemės temperatūrą, kad suteiktų „švarią ir nemokamą“ energiją.

(Nepainiokite geoterminės NWC sistemos sąvokos su „geotermine energija“ - procesu, kurio metu elektra gaminama tiesiogiai iš žemės šilumos. Pastaruoju atveju naudojama įvairių tipų įranga ir kiti procesai, kuris paprastai turi pašildyti vandenį iki virimo temperatūros.)

Vamzdžiai, sudarantys požeminę kilpą, paprastai yra pagaminti iš polietileno ir gali būti statomi horizontaliai arba vertikaliai po žeme, priklausomai nuo reljefo. Jei yra vandeningojo sluoksnio, inžinieriai gali sukurti „atviro kontūro“ sistemą, gręždami gręžinį į gruntinį vandenį. Vanduo išsiurbiamas, praleidžiamas per šilumokaitį, o po to pakartotinai įpurškiamas į tą patį vandeningąjį sluoksnį.

Žiemą vanduo, eidamas per požeminę kilpą, sugeria žemės šilumą. Vidinė įranga dar labiau pakelia temperatūrą ir paskirsto ją visame pastate. Tai tarsi oro kondicionierius, veikiantis priešingai. Vasarą geoterminė NWC sistema iš pastato ištraukia aukštos temperatūros vandenį ir per požeminę kilpą / siurblį nuneša į pakartotinio įpurškimo šulinį, iš kurio vanduo patenka į vėsesnę žemę / vandeningąjį sluoksnį.

Skirtingai nuo įprastų šildymo ir aušinimo sistemų, geoterminės ŠVOK sistemos šilumai gaminti nenaudoja iškastinio kuro. Jie tiesiog paima šilumą iš žemės. Paprastai elektra naudojama tik ventiliatoriui, kompresoriui ir siurbliui paleisti.

Geoterminėje aušinimo ir šildymo sistemoje yra trys pagrindiniai komponentai: šilumos siurblys, šilumos perdavimo skystis (atvira arba uždara sistema) ir oro tiekimo sistema (vamzdžių sistema).

Žemės šilumos siurblių, taip pat visų kitų tipų šilumos siurblių, buvo išmatuotas jų efektyvumo ir šiam veiksmui sunaudotos energijos (efektyvumo) santykis. Daugumos geoterminių šilumos siurblių sistemų efektyvumas yra nuo 3,0 iki 5,0. Tai reiškia, kad sistema vieną energijos vienetą paverčia 3-5 šilumos vienetais.

Geotermines sistemas lengva prižiūrėti. Teisingai sumontuota, o tai labai svarbu, požeminė kilpa gali tinkamai veikti kelias kartas. Ventiliatorius, kompresorius ir siurblys yra uždaroje patalpoje ir apsaugoti nuo kintančių oro sąlygų, todėl jų tarnavimo laikas gali trukti daugelį metų, dažnai dešimtmečius. Vienintelė reikalinga priežiūra yra reguliarūs periodiniai patikrinimai, laiku pakeistas filtras ir kasmetinis ritės valymas.

Geoterminių NVK sistemų naudojimo patirtis

Geoterminės NVC sistemos buvo naudojamos daugiau nei 60 metų visame pasaulyje. Jie dirba su gamta, o ne prieš ją, ir neišskiria šiltnamio efektą sukeliančių dujų (kaip minėta anksčiau, jie sunaudoja mažiau elektros energijos, nes naudoja pastovią žemės temperatūrą).

Geoterminės ŠVOK sistemos vis labiau tampa tvarių namų atributais, nes auga augančio žaliųjų pastatų judėjimo dalis. Žalieji projektai sudarė 20 procentų visų JAV namų, pastatytų per pastaruosius metus. „Wall Street Journal“ straipsnyje teigiama, kad žaliųjų pastatų biudžetas išaugs nuo 36 milijardų dolerių per metus iki 114 milijardų dolerių iki 2016 m. Tai sudarys 30–40 procentų visos nekilnojamojo turto rinkos.

Tačiau didžioji dalis informacijos apie geoterminį šildymą ir aušinimą yra pagrįsta pasenusiais duomenimis ar nepagrįstais mitais.

Griūva mitai apie geotermines NVC sistemas

1. Geoterminės NVC sistemos nėra atsinaujinanti technologija, nes joms naudojama elektros energija.

Faktas: Geoterminės ŠVOK sistemos naudoja tik vieną elektros vienetą, kad sukurtų iki penkių vėsinimo ar šildymo vienetų.

2. Saulės ir vėjo energija yra palankesnės atsinaujinančios technologijos nei geoterminės NVC sistemos.

Faktas: Geoterminės ŠVOK sistemos už vieną dolerį perdirba keturis kartus daugiau kilovatvalandžių nei saulės ar vėjo energija už tą patį dolerį. Šios technologijos, žinoma, gali atlikti svarbų vaidmenį aplinkai, tačiau geoterminė NVC sistema dažnai yra efektyviausias ir ekonomiškiausias būdas sumažinti poveikį aplinkai.

3. Geoterminei NVC sistemai reikia daug vietos, kad tilptų požeminės kilpos polietileno vamzdžiai.

Faktas: priklausomai nuo reljefo, požeminė kilpa gali būti išdėstyta vertikaliai, o tai reiškia, kad reikia nedidelio paviršiaus ploto. Jei yra prieinamas vandeningasis sluoksnis, tada ant paviršiaus reikia tik kelių kvadratinių pėdų. Atkreipkite dėmesį, kad praėjęs pro šilumokaitį vanduo grįžta į tą patį vandeningąjį sluoksnį, iš kurio jis buvo paimtas. Taigi, vanduo nėra nuotekos ir neteršia vandeningojo sluoksnio.

4. HBK žemės šilumos siurbliai yra triukšmingi.

Faktas: sistemos yra labai tylios, o lauke nėra jokios įrangos, kuri netrukdytų kaimynams.

5. Galiausiai geoterminės sistemos bus ištrintos.

Faktas: Požeminės kilpos gali trukti kartoms. Šilumos perdavimo įranga paprastai tarnauja dešimtmečius, nes yra apsaugota patalpose. Kai ateina laikas būtinai pakeisti įrangą, tokio pakeitimo kaina yra daug mažesnė nei naujos geoterminės sistemos, nes požeminė kilpa ir gręžinys yra brangiausios jų dalys. Nauji techniniai sprendimai pašalina šilumos sulaikymo žemėje problemą, todėl sistema gali keisti neribotą kiekį temperatūrų. Anksčiau pasitaikydavo klaidingai apskaičiuotų sistemų atvejų, kurie iš tiesų perkaitindavo ar peršaldavo žemę tiek, kad nebeliko temperatūros skirtumo, reikalingo sistemai veikti.

6. Geoterminės ŠVOK sistemos veikia tik šildymui.

Faktas: jie taip pat efektyviai vėsina ir gali būti suprojektuoti taip, kad nereikėtų papildomo atsarginio šilumos šaltinio. Nors kai kurie klientai nusprendžia, kad ekonomiškiau yra turėti mažą atsarginių kopijų sistemą šalčiausiam laikui. Tai reiškia, kad jų požeminė kilpa bus mažesnė ir todėl pigesnė.

7. Geoterminės ŠVOK sistemos negali vienu metu šildyti buitinio vandens, šildyti baseino vandens ir šildyti namų.

Faktas: Sistemos gali būti suprojektuotos atlikti daug funkcijų vienu metu.

8. Geoterminės NVH sistemos teršia žemę šaltnešiais.

Faktas: Dauguma sistemų vyriuose naudoja tik vandenį.

9. Geoterminės NWC sistemos naudoja daug vandens.

Faktas: Geoterminės sistemos iš tikrųjų nenaudoja vandens. Jei gruntinis vanduo naudojamas temperatūrai pakeisti, visas vanduo grąžinamas į tą patį vandeningąjį sluoksnį. Anksčiau iš tiesų buvo keletas sistemų, kurios švaistė vandenį po to, kai jis praėjo per šilumokaitį, tačiau šiandien tokios sistemos beveik nenaudojamos. Komerciniu požiūriu geoterminės NVC sistemos iš tikrųjų sutaupo milijonus litrų vandens, kuris būtų išgaravęs tradicinėse sistemose.

10. Geoterminė NVK technologija nėra finansiškai įmanoma be valstybinių ir regioninių mokesčių lengvatų.

Faktas: valstybės ir regioninės paskatos paprastai svyruoja nuo 30 iki 60 procentų visų geoterminės sistemos išlaidų, o tai dažnai gali sumažinti pradinę kainą iki beveik įprastos įrangos kainos. Standartinės ŠVOK oro sistemos kainuoja apie 3000 USD už toną šilumos ar šalčio (namuose paprastai sunaudojama nuo vieno iki penkių tonų). Geoterminių NVK sistemų kaina svyruoja nuo maždaug 5000 USD už toną iki 8 000–9 000 USD. Tačiau nauji montavimo būdai žymiai sumažina išlaidas iki įprastų sistemų kainos.

Taip pat galite sumažinti išlaidas, taikydami nuolaidas viešai ar komercinei įrangai ar net dideliems buitinio pobūdžio užsakymams (ypač iš didelių prekių ženklų, tokių kaip „Bosch“, „Carrier“ ir „Trane“). Atviros kilpos, naudojant siurblį ir pakartotinio įpurškimo šulinius, yra pigesnės nei uždaros sistemos.

Remiantis medžiagomis: energyblog.nationalgeographic.com

Tai gali atrodyti kaip fantazija, jei tai nebūtų tiesa. Pasirodo, kad atšiauriomis Sibiro sąlygomis šilumą galite gauti tiesiai iš žemės. Pirmieji įrenginiai su geoterminio šildymo sistemomis pasirodė Tomsko srityje praėjusiais metais, ir nors jie gali sumažinti šilumos kainą, palyginti su tradiciniais šaltiniais, maždaug keturis kartus, masinės cirkuliacijos „po žeme“ dar nėra. Tačiau tendencija pastebima ir, svarbiausia, įgauna pagreitį. Tiesą sakant, tai yra labiausiai prieinamas alternatyvus Sibiro energijos šaltinis, kuriame, pavyzdžiui, saulės kolektoriai ar vėjo generatoriai ne visada gali parodyti savo efektyvumą. Tiesą sakant, geoterminė energija yra tik po mūsų kojomis.

„Dirvožemio užšalimo gylis yra 2–2,5 metro. Žemės temperatūra žemiau šio ženklo išlieka ta pati tiek žiemą, tiek vasarą - nuo plius vieno iki plius penkių laipsnių Celsijaus. Šilumos siurblio darbas grindžiamas šia savybe “, - sako Tomsko rajono administracijos Švietimo skyriaus energetikas. Romanas Alekseenko... - Susisiekiantys vamzdžiai įžeminami į žemės kontūrą iki 2,5 metro gylio, maždaug pusantro metro atstumu vienas nuo kito. Aušinimo skystis cirkuliuoja vamzdžių sistemoje - etilenglikolis. Išorinė horizontali įžeminimo grandinė palaiko ryšį su šaldymo įrenginiu, kuriame cirkuliuoja šaltnešis - freonas, dujos, turinčios žemą virimo temperatūrą. Esant plius trims laipsniams Celsijaus, šios dujos pradeda virti, o kai kompresorius staiga suspaudžia verdančias dujas, pastarųjų temperatūra pakyla iki plius 50 laipsnių Celsijaus. Šildomos dujos nukreipiamos į šilumokaitį, kuriame cirkuliuoja įprastas distiliuotas vanduo. Skystis įkaista ir perduoda šilumą visoje grindų šildymo sistemoje “.

Gryna fizika ir jokių stebuklų

Praėjusią vasarą Turuntaevo kaime netoli Tomsko atidarytas vaikų darželis, kuriame įrengta moderni daniška geoterminio šildymo sistema. Pasak Tomsko bendrovės „Ecoclimate“ direktoriaus George'as Graninas, energiją taupanti sistema leido kelis kartus sumažinti mokestį už šilumos tiekimą. Aštuonerius metus ši Tomsko įmonė įvairiuose Rusijos regionuose jau įrengė apie du šimtus objektų su geoterminio šildymo sistemomis ir toliau tai daro Tomsko srityje. Taigi dėl Granino žodžių abejonių nekyla. Likus metams iki darželio atidarymo Turuntaevo mieste, „Ecoclimate“ įrengta geoterminio šildymo sistema, kainavusi 13 mln. Vaikų darželis„Saulėtas zuikis“ Tomsko mikrorajone „Zelenye Gorki“. Tiesą sakant, tai buvo pirmoji tokio pobūdžio patirtis. Ir jis pasirodė gana sėkmingas.

Dar 2012 m., Lankydamasi Danijoje, susirašinėjusi pagal korespondencijos centro (EICC-Tomsko sritis) programą „Euro Info“, bendrovei pavyko susitarti dėl bendradarbiavimo su Danijos bendrove „Danfoss“. Ir šiandien daniška įranga padeda išgauti šilumą iš Tomsko podirvio, ir, kaip sako ekspertai, be pernelyg kuklumo, pasirodo gana efektyviai. Pagrindinis efektyvumo rodiklis yra ekonomiškumas. „Vaikų darželio pastato, kurio plotas 250, šildymo sistema kvadratinių metrų Turuntaevo kainavo 1,9 milijono rublių, sako Graninas. "Ir šildymo mokestis yra 20-25 tūkstančių rublių per metus." Ši suma nepalyginama su tuo, ką darželis mokėtų už šilumą, naudojant tradicinius šaltinius.

Sistema veikė be jokių problemų Sibiro žiemos sąlygomis. Buvo atliktas skaičiavimas, ar šildymo įranga atitinka SanPiN standartus, pagal kuriuos ji turi palaikyti ne žemesnę kaip + 19 ° C temperatūrą darželio pastate esant -40 ° C lauko temperatūrai. Iš viso pastato pertvarkymui, remontui ir pertvarkymui buvo išleista apie keturis milijonus rublių. Kartu su šilumos siurbliu suma buvo kiek mažesnė nei šeši milijonai. Šilumos siurblių dėka vaikų darželio šildymas dabar yra visiškai izoliuota ir nepriklausoma sistema. Pastate dabar nėra tradicinių radiatorių, o patalpų šildymas realizuojamas „šiltų grindų“ sistemos pagalba.

Turuntajevskio vaikų darželis yra apšiltintas, kaip sakoma, „nuo“ ir „iki“ - pastate įrengta papildoma šilumos izoliacija: ant esamos sienos (trijų plytų storio) sumontuotas 10 cm izoliacijos sluoksnis, lygus dvi ar trys plytos. Už izoliacijos yra oro tarpas, po to - metalinės dailylentės. Stogas yra izoliuotas tokiu pačiu būdu. Pagrindinis statybininkų dėmesys buvo skirtas „šiltoms grindims“ - pastato šildymo sistemai. Paaiškėjo keli sluoksniai: betoninės grindys, 50 mm storio putų sluoksnis, vamzdžių sistema, kurioje ji cirkuliuoja karštas vanduo ir linoleumas. Nors vandens temperatūra šilumokaityje gali siekti + 50 ° C, maksimalus faktinės grindų dangos šildymas neviršija + 30 ° C. Tikroji kiekvieno kambario temperatūra gali būti reguliuojama rankiniu būdu - automatiniai jutikliai leidžia nustatyti grindų temperatūrą taip, kad darželio patalpa įšiltų iki reikiamų sanitarinių standartų.

Siurblio galia vaikų darželyje „Turuntaevsky“ yra 40 kW pagamintos šilumos energijos, kuriai gaminti šilumos siurbliui reikia 10 kW elektros energijos. Taigi iš 1 kW sunaudotos elektros energijos šilumos siurblys sukuria 4 kW šilumos. „Šiek tiek bijojome žiemos - nežinojome, kaip elgsis šilumos siurbliai. Tačiau net ir esant stipriems šalčiams, darželyje buvo nuolat šilta - nuo plius 18 iki 23 laipsnių Celsijaus “, - sako Turuntaevskaya vidurinės mokyklos direktorius Jevgenijus Belonogovas... - Žinoma, čia verta pagalvoti, kad pats pastatas buvo gerai apšiltintas. Įrangos priežiūra yra nepretenzinga ir, nepaisant to, kad tai yra vakarietiška plėtra, mūsų atšiauriomis Sibiro sąlygomis ji pasirodė esanti gana efektyvi “.

Išsamų projektą, skirtą keistis patirtimi išteklių išsaugojimo srityje, įgyvendino Tomsko prekybos ir pramonės rūmų EICC-Tomsk regionas. Jame dalyvavo mažos ir vidutinės įmonės, kuriančios ir diegiančios išteklius taupančias technologijas. Praėjusių metų gegužę, vykdydami Rusijos ir Danijos projektą, Danijos ekspertai lankėsi Tomske, o rezultatas, kaip sakoma, buvo akivaizdus.

Naujovės ateina į mokyklą

Nauja mokykla Vershinino kaime, Tomsko srityje, pastatyta ūkininko Michailas Kolpakovas, yra trečiasis regiono objektas, kuris naudoja žemės šilumą kaip šilumos šaltinį šildymui ir karšto vandens tiekimui. Mokykla unikali ir tuo, kad turi aukščiausią energijos vartojimo efektyvumo kategoriją - „A“. Šildymo sistemą suprojektavo ir paleido ta pati įmonė „Ecoclimate“.

„Kai nusprendėme, kokį šildymą daryti mokykloje, turėjome keletą variantų - anglimi kūrenamą katilinę ir šilumos siurblius“, - sako Michailas Kolpakovas. -Išstudijavome energiją taupančio vaikų darželio Zelenye Gorkyje patirtį ir apskaičiavome, kad šildymas senoviniu būdu, naudojant anglį, mums kainuotų daugiau nei 1,2 milijono rublių per žiemą, taip pat reikia karšto vandens. O naudojant šilumos siurblius, išlaidos bus apie 170 tūkstančių visus metus kartu su karštu vandeniu “.

Sistemai reikia tik elektros energijos šilumai gaminti. Vartodami 1 kW elektros energijos, mokyklos šilumos siurbliai gamina apie 7 kW šiluminės energijos. Be to, skirtingai nei anglis ir dujos, žemės šiluma yra savaime atsinaujinantis energijos šaltinis. Modernių įrengimas šildymo sistema mokykla kainavo apie 10 milijonų rublių. Tam mokyklos teritorijoje buvo išgręžti 28 šuliniai.

„Aritmetika čia paprasta. Paskaičiavome, kad anglimi kūrenamos katilinės priežiūra, atsižvelgiant į stokininko atlyginimą ir kuro kainą, per metus kainuotų daugiau nei milijoną rublių “, - sako švietimo skyriaus vedėjas. Sergejus Efimovas... - Naudodamiesi šilumos siurbliais, už visus išteklius turėsite sumokėti apie penkiolika tūkstančių rublių per mėnesį. Neabejotini šilumos siurblių naudojimo privalumai yra jų efektyvumas ir ekologiškumas. Šilumos tiekimo sistema leidžia reguliuoti šilumos tiekimą, atsižvelgiant į oro sąlygas lauke, o tai neįtraukia vadinamojo kambario „perpildymo“ arba „perkaitimo“.

Pirminiais skaičiavimais, brangi daniška įranga atsipirks per ketverius – penkerius metus. „Danfoss“ šilumos siurblių, su kuriais dirba „Ecoclimate LLC“, tarnavimo laikas yra 50 metų. Gavęs informaciją apie oro temperatūrą lauke, kompiuteris nustato, kada mokyklą apšildyti, o kada to padaryti negalima. Todėl klausimas apie šildymo įjungimo ir išjungimo datą visiškai išnyksta. Nepriklausomai nuo oro už mokyklos langų, klimato kontrolė visada veiks vaikams.

„Kai praėjusiais metais Danijos Karalystės nepaprastasis ir įgaliotasis ambasadorius atvyko į visos Rusijos susitikimą ir aplankė mūsų darželį Zelenye Gorki, jis buvo maloniai nustebintas, kad net Kopenhagoje novatoriškomis laikomos technologijos buvo pritaikytos ir veikia. Tomsko sritis “, - sako bendrovės„ Ecoclimate “komercijos direktorius. Aleksandras Graninas.

Apskritai, vietinių atsinaujinančių energijos šaltinių naudojimas įvairiuose ekonomikos sektoriuose, šiuo atveju socialinė sfera, kuri apima mokyklas ir vaikų darželius, yra viena iš pagrindinių regione įgyvendinamų krypčių pagal energijos taupymo ir energijos vartojimo efektyvumo programą. Atsinaujinančios energijos plėtrą aktyviai remia regiono gubernatorius Sergejus Žvačkinas... O trys biudžetinės įstaigos su geoterminio šildymo sistema yra tik pirmieji žingsniai didelio ir perspektyvaus projekto įgyvendinimo link.

„Zelenye Gorki“ vaikų darželis „Skolkovo“ konkurse buvo pripažintas geriausiu energiją taupančiu objektu Rusijoje. Tada pasirodė Vershininskaya mokykla su geoterminiu šildymu, taip pat aukščiausios energijos vartojimo efektyvumo kategorija. Kitas objektas, ne mažiau reikšmingas Tomsko regionui, yra vaikų darželis Turuntaevo mieste. Šiais metais „Gazkhimstroyinvest“ ir „Stroygarant“ jau pradėjo statyti 80 ir 60 vaikų darželius atitinkamai Tomsko srities, Kopylovo ir Kandinkos kaimuose. Abu nauji objektai bus šildomi geoterminio šildymo sistemomis - iš šilumos siurblių. Iš viso šiais metais regioninė administracija naujų darželių statybai ir esamų remontui ketina išleisti beveik 205 mln. Turi būti rekonstruota ir įrengta Takhtamyshevo kaimo darželio pastatas. Šiame pastate šildymas taip pat bus realizuotas naudojant šilumos siurblius, nes sistema sugebėjo gerai pasiteisinti.

„Žemos kokybės žemės šilumos energijos naudojimas šilumos siurblių sistemose“

Vasiljevas G.P., UAB „INSOLAR-INVEST“ mokslinis direktorius, technikos mokslų daktaras, UAB „INSOLAR-INVEST“ direktorių valdybos pirmininkas
N. V. Shilkinas, inžinierius, NIISF (Maskva)

Racionalus kuro ir energijos išteklių naudojimasšiandien yra viena iš globalių pasaulio problemų, kurios sėkmingas sprendimas, matyt, turės lemiamą reikšmę ne tik tolesniam pasaulio bendruomenės vystymuisi, bet ir jos buveinės išsaugojimui. Vienas iš perspektyvių šios problemos sprendimo būdų yra naujų energijos taupymo technologijų taikymas naudojant netradicinius atsinaujinančius energijos šaltinius (NRES) Tradicinio iškastinio kuro išeikvojimas ir jo deginimo padariniai aplinkai labai padidino susidomėjimą šiomis technologijomis beveik visuose išsivyščiusios šalys pasaulis.

Naudojamų šilumos tiekimo technologijų pranašumai, palyginti su tradiciniais, yra susiję ne tik su žymiu energijos suvartojimo sumažėjimu pastatų ir konstrukcijų gyvybės palaikymo sistemose, bet ir su jų ekologiškumu bei naujomis galimybėmis šioje srityje. didinant gyvybės palaikymo sistemų savarankiškumo laipsnį... Matyt, artimiausiu metu būtent šios savybės vaidins lemiamą vaidmenį formuojant konkurencinę situaciją šilumą gaminančių įrenginių rinkoje.

Galimų energijos taupymo technologijų taikymo sričių Rusijos ekonomikoje analizė netradiciniai energijos šaltiniai, rodo, kad Rusijoje perspektyviausia jų įgyvendinimo sritis yra pastatų gyvybės palaikymo sistemos. Tuo pat metu atrodo, kad labai veiksminga kryptis nagrinėjamoms technologijoms diegti į namų statybos praktiką yra plačiai naudojamas šilumos siurblio šilumos tiekimo sistemos (TST) naudojant Žemės paviršinių sluoksnių dirvožemį kaip visuotinai prieinamą mažo potencialo šilumos šaltinį.

Naudojant žemės šiluma galima išskirti du šilumos energijos tipus-didelio ir mažo potencialo. Didelio potencialo šiluminės energijos šaltinis yra hidroterminiai ištekliai - terminiai vandenys, įkaitę dėl geologinių procesų iki aukštos temperatūros, todėl juos galima naudoti pastatų šildymui. Tačiau didelio potencialo Žemės šiluma naudojama tik tose vietovėse, kuriose yra tam tikrų geologinių parametrų. Rusijoje tai yra, pavyzdžiui, Kamčiatka, Kaukazo mineralinių vandenų regionas; Europoje yra daug potencialios šilumos šaltinių Vengrijoje, Islandijoje ir Prancūzijoje.

Priešingai nei „tiesioginis“ didelio potencialo šilumos (hidroterminių išteklių) naudojimas, žemos kokybės Žemės šilumos naudojimasšilumos siurblių pagalba galima beveik visur. Šiuo metu tai yra viena iš sparčiausiai augančių naudojimo sričių. netradicinių atsinaujinančių energijos šaltinių.

Žemos kokybės Žemės šiluma gali būti naudojamas įvairių tipų pastatuose ir statiniuose įvairiais būdais: šildymui, karšto vandens tiekimui, oro kondicionavimui (vėsinimui), šildymo takams žiemos sezono metu, siekiant išvengti apledėjimo, šildymo laukams atviruose stadionuose ir kt. kalbinė techninė literatūra, tokios sistemos, pavadintos „GHP“ - „geoterminiai šilumos siurbliai“, žemės šilumos siurbliai.

Vidurio ir Šiaurės Europos šalių, kurios kartu su JAV ir Kanada yra pagrindiniai mažo potencialo Žemės šilumos naudojimo regionai, klimato ypatybės daugiausia lemia šildymo poreikį; oro aušinimas net ir viduje vasaros laikotarpis reikalaujama palyginti retai. Todėl, skirtingai nei JAV, šilumos siurbliai Europos šalyse jie daugiausia dirba šildymo režimu. JUNGTINESE AMERIKOS VALSTIJOSE šilumos siurbliai dažniau naudojamas sistemose oro šildymas, kartu su ventiliacija, kuri leidžia tiek šildyti, tiek vėsinti išorinį orą. V Europos šalys šilumos siurbliai dažniausiai naudojamas karšto vandens šildymo sistemose. Tiek, kiek šilumos siurblio efektyvumas didėja mažėjant garintuvo ir kondensatoriaus temperatūrų skirtumui; dažnai pastatų šildymui naudojamos grindų šildymo sistemos, kuriose aušinimo skystis cirkuliuoja palyginti žemoje temperatūroje (35–40 ° C).

Dauguma šilumos siurbliai Europoje, sukurtas naudoti žemos kokybės Žemės šilumą, aprūpintą elektra varomais kompresoriais.

Per pastaruosius dešimt metų daugybė sistemų, naudojančių žemos kokybės Žemės šilumą pastatų šildymui ir aušinimui šilumos siurbliai, gerokai padidėjo. Daugiausia tokių sistemų naudojama JAV. Daug tokių sistemų veikia Kanadoje ir Vidurio bei Šiaurės Europos šalyse: Austrijoje, Vokietijoje, Švedijoje ir Šveicarijoje. Šveicarija pirmauja pagal žemos kokybės šiluminės energijos sunaudojimą vienam gyventojui. Rusijoje per pastaruosius dešimt metų, atsižvelgiant į technologijas ir dalyvaujant „INSOLAR-INVEST OJSC“, besispecializuojančiai šioje srityje, buvo pastatyta tik keletas objektų, iš kurių įdomiausi pateikiami.

Maskvoje, „Nikulino-2“ mikrorajone, jis iš tikrųjų buvo pastatytas pirmą kartą šilumos siurblio karšto vandens sistema daugiaaukštis gyvenamasis pastatas. Šį projektą 1998-2002 metais įgyvendino Rusijos Federacijos gynybos ministerija kartu su Maskvos vyriausybe, Rusijos pramonės ir mokslo ministerija, NP „AVOK“ asociacija ir „Ilgalaikė energijos taupymo programa Maskvoje“.

Žemės paviršinių sluoksnių dirvožemio šiluma, taip pat pašalinto vėdinimo oro šiluma naudojama kaip mažo potencialo šilumos energijos šaltinis šilumos siurblių garintuvams. Karšto vandens valymo įrenginys yra pastato rūsyje. Jį sudaro šie pagrindiniai elementai:

• garų suspaudimo šilumos siurblio agregatai (HPU);
• karšto vandens rezervuarai;
• žemos kokybės dirvožemio šiluminės energijos ir pašalinto vėdinimo oro žemos kokybės šilumos surinkimo sistemos;
• cirkuliaciniai siurbliai, prietaisai

Pagrindinis žemo potencialo dirvožemio šilumos surinkimo sistemos šilumos mainų elementas yra vertikalūs žemės koaksialiniai šilumokaičiai, esantys lauke išilgai pastato perimetro. Šie šilumokaičiai yra 8 šuliniai, kurių kiekvieno gylis yra nuo 32 iki 35 m, išdėstyti šalia namo. Kadangi šilumos siurblių darbo režimas naudojant žemės šiluma o pašalinto oro šiluma yra pastovi, o karšto vandens suvartojimas yra kintamas, karšto vandens tiekimo sistemoje yra talpyklos.

Duomenys, vertinantys žemos kokybės Žemės šiluminės energijos naudojimo šilumos siurbliais pasaulinį lygį, pateikti lentelėje.

1 lentelė Žemės žemos kokybės šiluminės energijos pasaulinis panaudojimo lygis naudojant šilumos siurblius

Dirvožemis kaip žemos kokybės šiluminės energijos šaltinis

Požeminis vanduo, kurio temperatūra yra palyginti žema, arba paviršinis (iki 400 m gylio) Žemės sluoksnių gruntas gali būti naudojamas kaip žemos kokybės šiluminės energijos šaltinis.... Dirvožemio masės šilumos kiekis paprastai yra didesnis. Žemės paviršinių sluoksnių dirvožemio šiluminis režimas susidaro veikiant dviem pagrindiniams veiksniams - į paviršių krentančiai saulės spinduliuotei ir radioaktyvios šilumos srautui iš žemės vidaus.... Sezoniniai ir kasdieniniai saulės spinduliuotės intensyvumo ir lauko oro temperatūros pokyčiai sukelia viršutinių dirvožemio sluoksnių temperatūros svyravimus. Kasdienių lauko oro temperatūros svyravimų skverbimosi gylis ir krintančios saulės spinduliuotės intensyvumas, priklausomai nuo konkrečių dirvožemio ir klimato sąlygų, svyruoja nuo kelių dešimčių centimetrų iki pusantro metro. Lauko oro temperatūros sezoninių svyravimų skverbimosi gylis ir krintančios saulės spinduliuotės intensyvumas paprastai neviršija 15–20 m.

Žemiau šio gylio esančių dirvožemio sluoksnių („neutralios zonos“) temperatūros režimas susidaro veikiant šilumai, gaunamai iš Žemės žarnų, ir praktiškai nepriklauso nuo sezoninių, o juo labiau kasdieninių, parametrų pokyčių. išorinis klimatas (1 pav.).

Ryžiai. 1. Dirvožemio temperatūros pokyčių grafikas priklausomai nuo gylio

Didėjant gyliui, dirvožemio temperatūra pakyla pagal geoterminį gradientą (maždaug 3 ° C kas 100 m). Iš žemės vidaus sklindančios radiogeninės šilumos srauto dydis įvairiose srityse skiriasi. Vidurio Europoje ši vertė yra 0,05–0,12 W / m2.

Eksploatavimo laikotarpiu dirvožemio masė, esanti žemo potencialo dirvožemio šilumos surinkimo sistemos (šilumos surinkimo sistemos) žemės šilumokaičio vamzdžių registro šiluminio poveikio zonoje, dėl sezoninių temperatūros pokyčių išorinis klimatas, taip pat veikiant apkrovoms šilumos surinkimo sistemoje, paprastai yra pakartotinai užšaldomas ir atšildomas. Šiuo atveju natūraliai pasikeičia drėgmės, esančios dirvožemio porose ir apskritai tiek skystoje, tiek kietoje ir dujinėje fazėse, bendroji būsena. Kitaip tariant, šilumos surinkimo sistemos dirvožemio masyvas, nepriklausomai nuo jo būklės (užšaldytas ar atšildytas), yra sudėtinga trifazė polidispersinė nevienalytė sistema, kurios skeletą sudaro didžiulis kietų dalelių kiekis. įvairių formų ir dydžių ir gali būti standžios ir judrios, priklausomai nuo to, ar dalelės yra tvirtai sujungtos, ar judančioje fazėje jos yra atskirtos viena nuo kitos. Tarpai tarp kietų dalelių gali būti užpildyti mineralizuota drėgme, dujomis, garais ir ledu arba abiem. Šilumos ir masės perdavimo procesų, sudarančių tokios daugiakomponentės sistemos šiluminį režimą, modeliavimas yra labai sudėtingas uždavinys, nes reikia atsižvelgti ir matematiškai apibūdinti įvairius jų įgyvendinimo mechanizmus: šilumos laidumą atskiroje dalelėje, šilumos perdavimą iš vienos dalelės kitam jų sąlyčio metu, molekulinis šilumos laidumas terpėje, užpildančioje tarpus tarp dalelių, garų ir drėgmės, esančios porų erdvėje, konvekcija ir daugelis kitų.

Ypatingas dėmesys turėtų būti skiriamas dirvožemio masės drėgmės kiekio ir drėgmės migracijos jo porų erdvėje įtakai terminiams procesams, lemiantiems dirvožemio, kaip mažo potencialo šiluminės energijos šaltinio, savybes.

Kapiliarinėse-akytose sistemose, kurios yra šilumos surinkimo sistemos dirvožemio masė, drėgmės buvimas porų erdvėje turi pastebimą poveikį šilumos sklidimo procesui. Teisinga šios įtakos apskaita šiandien yra susijusi su dideliais sunkumais, kurie visų pirma yra susiję su aiškių idėjų nebuvimu apie kietųjų, skystųjų ir dujinių drėgmės fazių pasiskirstymo pobūdį tam tikroje sistemos struktūroje. Iki šiol nebuvo išsiaiškintas drėgmės ir skeleto dalelių sujungimo jėgų pobūdis, drėgmės jungimosi su medžiaga formų priklausomybė įvairiuose drėgmės etapuose, drėgmės judėjimo porų erdvėje mechanizmas. .

Esant temperatūros gradientui dirvožemio masyvo storyje, garų molekulės juda į vietas, kuriose yra sumažėjęs temperatūros potencialas, tačiau tuo pat metu, veikiant gravitacinėms jėgoms, skystoje fazėje atsiranda priešingai nukreiptas drėgmės srautas . Be to, drėgmė veikia viršutinių dirvožemio sluoksnių temperatūros režimą. atmosferos kritulių taip pat požeminis vanduo.

Pagrindiniai veiksniai, kurių įtakoje susidaro temperatūros režimasžemo potencialo dirvožemio šilumos surinkimo sistemų dirvožemio masyvas parodytas fig. 2.

Ryžiai. 2. Veiksniai, kurių įtakoje susidaro dirvožemio temperatūros režimas

Žemo potencialo Žemės šiluminės energijos naudojimo sistemų tipai

Jungiami žemės šilumokaičiai šilumos siurblių įranga su dirvos masyvu. Be to, kad „išgaunama“ Žemės šiluma, žemės šilumokaičiai taip pat gali būti naudojami šilumai (arba šalčiui) kaupti žemės masėje.

Apskritai galima išskirti dviejų tipų sistemas, skirtas žemo potencialo Žemės šiluminei energijai panaudoti.:

• atviros sistemos: požeminis vanduo, tiekiamas tiesiai į šilumos siurblius, naudojamas kaip žemos kokybės šilumos energijos šaltinis;
• uždaros sistemos:šilumokaičiai yra dirvožemio masėje; kai per juos cirkuliuoja aušinimo skystis, kurio temperatūra žemos žemės atžvilgiu, šilumos energija „paimama“ iš žemės ir perkeliama į garintuvą šilumos siurblys(arba, kai naudojamas šilumos nešiklis, kurio temperatūra, palyginti su žeme, yra aukštesnė, jo aušinimas).

Pagrindinė atvirų sistemų dalis yra šuliniai, kurie leidžia iš požeminio vandens išgauti požeminį vandenį ir grąžinti vandenį atgal į tuos pačius vandeningus sluoksnius. Paprastai tam įrengiami suporuoti šuliniai. Tokios sistemos schema parodyta fig. 3.

Ryžiai. 3. Mažos potencialo požeminio vandens šiluminės energijos naudojimo atviros sistemos schema

Atvirų sistemų pranašumas yra galimybė gauti daug šilumos energijos už palyginti mažas išlaidas. Tačiau šulinius reikia prižiūrėti. Be to, tokias sistemas naudoti neįmanoma visose srityse. Pagrindiniai reikalavimai dirvožemiui ir požeminiam vandeniui yra šie:

• pakankamas dirvožemio pralaidumas vandeniui, leidžiantis papildyti vandens atsargas;
• Gerai cheminė sudėtis požeminio vandens stalą (pvz., mažas geležies kiekis), kad būtų išvengta problemų, susijusių su vamzdžių sienelių nuosėdomis ir korozija.

Atviros sistemos dažniau naudojamos dideliems pastatams šildyti arba vėsinti. Didžiausia pasaulyje geoterminių šilumos siurblių sistema naudoja požeminį vandenį kaip žemos kokybės šiluminės energijos šaltinį. Ši sistema yra Luisvilyje, Kentukio valstijoje, JAV. Sistema naudojama viešbučio ir biuro komplekso šilumos ir šalčio tiekimui; jo galia yra apie 10 MW.

Kartais sistemos, kuriose naudojama Žemės šiluma, apima žemos kokybės natūralaus ir dirbtinio vandens šaltinių naudojimo sistemas. Šis požiūris buvo priimtas ypač JAV. Sistemos, naudojančios žemos kokybės šilumą iš vandens telkinių, yra klasifikuojamos kaip atviros sistemos, kaip ir sistemos, naudojančios žemos kokybės šilumą iš požeminio vandens.

Uždaros sistemos savo ruožtu skirstomos į horizontalias ir vertikalias.

Horizontalus žemės šilumokaitis(literatūroje anglų kalba taip pat vartojami terminai „žemės šilumos kolektorius“ ir „horizontali kilpa“) paprastai yra šalia namo nedideliame gylyje (bet žemiau dirvos užšalimo lygio žiemą). Horizontalių žemės šilumokaičių naudojimą riboja turimos aikštelės dydis.

Vakarų ir Vidurio Europos šalyse horizontalūs gruntiniai šilumokaičiai dažniausiai yra atskiri vamzdžiai, pakloti gana sandariai ir sujungti nuosekliai arba lygiagrečiai (4a, 4b pav.). Siekiant išsaugoti aikštelės plotą, buvo sukurti patobulinti šilumokaičių tipai, pavyzdžiui, šilumokaičiai spiralės pavidalu, išdėstyti horizontaliai arba vertikaliai (4e, 4f pav.). Ši šilumokaičio forma yra paplitusi JAV.

Ryžiai. 4. Horizontalių žemės šilumokaičių tipai
a - nuosekliai sujungtų vamzdžių šilumokaitis;
b - šilumokaitis, pagamintas iš lygiagrečiai sujungtų vamzdžių;
в - horizontalus kolektorius, padėtas tranšėjoje;
d - šilumokaitis kilpos pavidalu;
e - šilumokaitis spiralės pavidalu, esantis horizontaliai (vadinamasis „slinky“ kolektorius);
e - šilumokaitis spiralės pavidalu, esantis vertikaliai

Jei sistema su horizontaliais šilumokaičiais naudojama tik šilumai gaminti, jos normalus veikimas yra įmanomas tik tuo atveju, jei dėl saulės spinduliuotės patenka pakankamai šilumos iš žemės paviršiaus. Dėl šios priežasties paviršius virš šilumokaičių turi būti veikiamas saulės spindulių.

Vertikalūs žemės šilumokaičiai(anglų kalbos literatūroje priimamas žymėjimas „BHE“ - „gręžinio šilumokaitis“) leidžia naudoti žemos potencialos šiluminę energiją dirvožemio masėje, esančioje žemiau „neutralios zonos“ (10–20 m nuo žemės lygio) ). Sistemoms su vertikaliais žemės šilumokaičiais nereikia didelių plotų ir jie nepriklauso nuo saulės spindulių, krentančių ant paviršiaus, intensyvumo. Vertikalūs žemės šilumokaičiai efektyviai veikia beveik visų tipų geologinėse aplinkose, išskyrus žemo šilumos laidumo dirvožemius, pvz., Sausą smėlį ar sausą žvyrą. Sistemos su vertikaliais žemės šilumokaičiais yra labai paplitusios.

Vieno gyvenamojo namo šildymo ir karšto vandens tiekimo schema naudojant šilumos siurblį su vertikaliu žemės šilumokaičiu parodyta fig. 5.

Ryžiai. 5. Vieno gyvenamojo namo šildymo ir karšto vandens tiekimo schema naudojant šilumos siurblį su vertikaliu žemės šilumokaičiu

Aušinimo skystis cirkuliuoja per vamzdžius (dažniausiai polietileną arba polipropileną), išdėstytus vertikaliuose šuliniuose, kurių gylis yra nuo 50 iki 200 m. Paprastai naudojami dviejų tipų vertikalūs žemės šilumokaičiai (6 pav.):

• U formos šilumokaitis, tai yra du lygiagretūs vamzdžiai, sujungti apačioje. Viename šulinyje yra viena ar dvi (retai trys) poros tokių vamzdžių. Šio susitarimo pranašumas yra palyginti mažos gamybos išlaidos. Dvigubi U formos šilumokaičiai yra labiausiai paplitęs vertikalių žemės šilumokaičių tipas Europoje.
• Koaksialinis (koncentrinis) šilumokaitis. Paprasčiausią bendraašį šilumokaitį sudaro du skirtingo skersmens vamzdžiai. Mažesnio skersmens vamzdis yra kito vamzdžio viduje. Koaksialiniai šilumokaičiai gali būti sudėtingesnės konfigūracijos.

Ryžiai. 6. Skyrius skirtingi tipai vertikalūs žemės šilumokaičiai

Siekiant padidinti šilumokaičių efektyvumą, tarpas tarp gręžinio sienų ir vamzdžių užpildomas specialiomis šilumą laidžiomis medžiagomis.

Sistemos su vertikaliais žemės šilumokaičiais gali būti naudojamos pastatų šildymui ir vėsinimui skirtingų dydžių... Mažam pastatui pakanka vieno šilumokaičio; dideliems pastatams gali prireikti įrengti visą šulinių grupę su vertikaliais šilumokaičiais. Daugiausia pasaulyje gręžinių yra naudojama JAV Naujojo Džersio valstijos Richardo Stocktono koledžo šildymo ir aušinimo sistemoje. Kolegijos vertikalūs žemės šilumokaičiai yra 400 gręžinių, kurių gylis yra 130 m. Europoje daugiausia gręžinių (154 70 m gylio gręžiniai) naudojami Vokietijos oro eismo tarnybos (Deutsche Flug) būstinės šildymo ir vėsinimo sistemoje. -sicherung).

Ypatingas vertikalių uždarų sistemų atvejis yra statybinių konstrukcijų naudojimas kaip žemės šilumokaičiai, pavyzdžiui, pamatų poliai su monolitiniais vamzdynais. Tokios krūvos pjūvis su trimis grunto šilumokaičio kontūrais pavaizduotas fig. 7.

Ryžiai. 7. Žemės šilumokaičių schema, įterpta į pastato pamatų polius, ir tokios krūvos skerspjūvis

Žemės masyvas (vertikalių žemės šilumokaičių atveju) ir pastato konstrukcijos su žemės šilumokaičiais gali būti naudojamos ne tik kaip šaltinis, bet ir kaip natūralus šilumos energijos arba „šalčio“ akumuliatorius, pavyzdžiui, saulės šiluma radiacija.

Yra sistemų, kurios negali būti vienareikšmiškai klasifikuojamos kaip atviros ar uždaros. Pavyzdžiui, vienas ir tas pats gilus (100–450 m gylio) šulinys, pripildytas vandens, gali būti tiek gamybinis, tiek įpurškiamas. Paprastai šulinio skersmuo yra 15 cm, apatinėje šulinio dalyje yra siurblys, per kurį vanduo iš šulinio tiekiamas į šilumos siurblio garintuvus. Grįžtamasis vanduo grįžta į vandens stulpelio viršų tame pačiame šulinyje. Šulinys nuolat papildomas požeminiu vandeniu, o atvira sistema veikia kaip uždara. Šio tipo sistemos literatūroje anglų kalba vadinamos „stovinčių kolonėlių šulinių sistema“ (8 pav.).

Ryžiai. 8. Stovinčio stulpelio šulinio schema

Paprastai tokio tipo šuliniai taip pat naudojami pastato aprūpinimui geriamuoju vandeniu.... Tačiau tokia sistema gali efektyviai veikti tik dirvožemiuose, kurie užtikrina nuolatinį vandens papildymą šulinyje, o tai neleidžia jam užšalti. Jei vandeningasis sluoksnis yra per gilus, normaliam sistemos veikimui reikės galingo siurblio, kuriam reikia daugiau energijos. Didelis šulinio gylis lemia gana dideles tokių sistemų išlaidas, todėl jos nenaudojamos mažų pastatų šilumos ir vėsinimo tiekimui. Dabar pasaulyje yra keletas tokių sistemų JAV, Vokietijoje ir Europoje.

Viena iš perspektyvių sričių yra vandens iš kasyklų ir tunelių naudojimas kaip žemos kokybės šiluminės energijos šaltinis. Šio vandens temperatūra yra pastovi ištisus metus. Vanduo iš kasyklų ir tunelių yra lengvai prieinamas.

Žemos kokybės Žemės šilumos naudojimo sistemų „stabilumas“

Eksploatuojant žemės šilumokaitį, gali susidaryti situacija, kai šildymo sezono metu žemutinė temperatūra prie žemės šilumokaičio sumažėja, o vasaros laikotarpiu žemė neturi laiko sušilti iki pradinės temperatūros - sumažėja temperatūros potencialas. Energijos suvartojimas per kitą šildymo sezoną dar labiau sumažina žemės temperatūrą, o jos temperatūros potencialas dar labiau sumažėja. Tai verčia kurti sistemas žemos kokybės Žemės šilumos naudojimas apsvarstyti tokių sistemų „tvarumo“ problemą. Dažnai energijos ištekliai naudojami labai intensyviai, siekiant sumažinti įrangos atsipirkimo laikotarpį, o tai gali lemti greitą jų išeikvojimą. Todėl būtina išlaikyti tokį energijos gamybos lygį, kuris leistų išnaudoti energijos išteklių šaltinį. ilgas laikas... Šis sistemų gebėjimas ilgą laiką išlaikyti reikiamą šilumos gamybos lygį vadinamas „tvarumu“. Sistemoms, naudojančioms žemos kokybės žemės šiluma pateikiamas toks tvarumo apibrėžimas: „Kiekvienai žemos kokybės Žemės šilumos naudojimo sistemai ir kiekvienam šios sistemos veikimo būdui yra nustatytas tam tikras maksimalus energijos gamybos lygis; energijos gamybą žemiau šio lygio galima išlaikyti ilgą laiką (100–300 metų) “.

Dirigavo UAB "INSOLAR-INVEST" Tyrimai parodė, kad šilumos energijos sunaudojimas iš dirvožemio masės iki šildymo sezono pabaigos sumažina dirvožemio temperatūrą šalia šilumos surinkimo sistemos vamzdžių registro, o tai daugumoje dirvožemio ir klimato sąlygų Rusijos teritorija neturi laiko būti kompensuojama vasaros metų laikotarpiu, o iki kito šildymo sezono pradžios dirvožemis išeina su sumažėjusiu temperatūros potencialu. Šilumos energijos suvartojimas kito šildymo sezono metu dar labiau sumažina žemės temperatūrą, o trečiojo šildymo sezono pradžioje jo temperatūros potencialas dar labiau skiriasi nuo natūralaus. Ir tt Tačiau ilgalaikio šilumos surinkimo sistemos veikimo šiluminio poveikio, skirto natūraliam dirvožemio temperatūros režimui, gaubtai turi ryškų eksponentinį pobūdį, o penktaisiais eksploatavimo metais dirvožemis pereina į naują režimą, artimą periodinis, tai yra, pradedant penktaisiais eksploatavimo metais, ilgalaikį šilumos energijos suvartojimą iš dirvožemio masyvo šilumos surinkimo sistemos lydi periodiniai jos temperatūros pokyčiai. Taigi, projektuojant šilumos siurblio šilumos tiekimo sistemos atrodo, kad būtina atsižvelgti į dirvožemio masės temperatūros kritimą, kurį sukėlė ilgalaikis šilumos surinkimo sistemos veikimas, ir kaip konstrukciją naudoti dirvožemio masės temperatūrą, numatytą 5-iems TST veikimo metams parametrus.

Kombinuotose sistemose naudojamas tiek šilumai, tiek šalčiui tiekti, šilumos balansas nustatomas „automatiškai“: žiemą (reikalingas šilumos tiekimas) grunto masyvas aušinamas, vasarą (reikalingas šaltas tiekimas) - šildomas grunto masyvas. Sistemos, kurios naudoja žemos kokybės požeminio vandens šilumą, nuolat papildo vandens atsargas iš vandens, besisunkiančio iš paviršiaus, ir vandens, patenkančio iš gilesnių žemės sluoksnių. Taigi požeminio vandens šilumos kiekis didėja kaip „iš viršaus“ (dėl šilumos) atmosferos oras), ir „iš apačios“ (dėl Žemės karščio); įleidžiamos šilumos kiekis „iš viršaus“ ir „iš apačios“ priklauso nuo vandeningojo sluoksnio storio ir gylio. Dėl šių šilumos sąnaudų požeminio vandens temperatūra visą sezoną išlieka pastovi ir eksploatacijos metu mažai kinta.

Situacija kitokia sistemose su vertikaliais žemės šilumokaičiais. Pašalinus šilumą, sumažėja dirvožemio temperatūra aplink žemės šilumokaitį. Temperatūros sumažėjimui įtakos turi tiek šilumokaičio konstrukcinės savybės, tiek jo veikimo būdas. Pavyzdžiui, sistemose, kuriose šilumos išsklaidymo vertė yra didelė (kelios dešimtys vatų vienam šilumokaičio ilgio metrui), arba sistemose su žeminiu šilumokaičiu, esančiu žemo šilumos laidumo dirvožemyje (pavyzdžiui, sausame smėlyje ar sausame žvyre ), temperatūros sumažėjimas bus ypač pastebimas ir gali sukelti dirvožemio masės užšalimą aplink dirvožemio šilumokaitį.

Vokietijos ekspertai išmatavo dirvožemio masyvo, kuriame yra vertikalus 50 m gylio dirvožemio šilumokaitis, temperatūrą, esančią netoli Frankfurto prie Maino. Tam aplink pagrindinį gręžinį 2,5, 5 ir 10 m atstumu nuo pagrindinio gręžinio buvo išgręžti 9 to paties gylio šuliniai. Visuose dešimtyje šulinių temperatūrai matuoti buvo įrengti jutikliai kas 2 m - iš viso 240 jutiklių. Fig. 9 parodytos diagramos, rodančios temperatūros pasiskirstymą dirvožemio masėje aplink vertikalų dirvožemio šilumokaitį pirmojo šildymo sezono pradžioje ir pabaigoje. Pasibaigus šildymo sezonui, aiškiai pastebimas dirvožemio masės temperatūros sumažėjimas aplink šilumokaitį. Iš aplinkinės dirvožemio masės į šilumokaitį nukreipiamas šilumos srautas, kuris iš dalies kompensuoja dirvožemio temperatūros sumažėjimą, kurį sukelia šilumos „ištraukimas“. Manoma, kad šio srauto dydis, palyginti su šilumos srautu iš žemės vidaus tam tikrame plote (80–100 mW / m2), yra gana didelis (keli vatai vienam kvadratiniam metrui).

Ryžiai. 9. Temperatūros pasiskirstymo dirvožemio masėje aplink vertikalų dirvožemio šilumokaitį schemos pirmojo šildymo sezono pradžioje ir pabaigoje

Kadangi santykinai plačiai naudojami vertikalūs šilumokaičiai buvo pradėti naudoti maždaug prieš 15–20 metų, visame pasaulyje trūksta eksperimentinių duomenų, gautų ilgai (kelias dešimtis metų) eksploatuojant sistemas su tokio tipo šilumokaičiais. . Kyla klausimas dėl šių sistemų stabilumo, jų patikimumo ilgus eksploatavimo laikotarpius. Ar žemos kokybės Žemės šiluma yra atsinaujinantis energijos šaltinis? Koks yra šio šaltinio „atnaujinimo“ laikotarpis?

Vykdydamas kaimo mokyklą Jaroslavlio srityje, įrengtas šilumos siurblių sistema naudojant vertikalų žemės šilumokaitį, vidutinės savitosios šilumos išeigos vertės buvo 120-190 W / linijinės. m šilumokaičio ilgio.

Nuo 1986 metų Šveicarijoje, netoli Ciuricho, buvo atlikti sistemos su vertikaliais žemės šilumokaičiais tyrimai. Grunto masyve sumontuotas vertikalus žemės koaksialinis šilumokaitis, kurio gylis 105 m. Šis šilumokaitis buvo naudojamas kaip žemos kokybės šiluminės energijos šaltinis šilumos siurblių sistemai, sumontuotai vienos šeimos gyvenamajame name. Vertikalus žemės šilumokaitis suteikė maždaug 70 vatų didžiausią galią vienam ilgio metrui, o tai sukėlė didelę šiluminę apkrovą aplinkinei dirvožemio masei. Metinė šilumos gamyba yra apie 13 MWh

0,5 ir 1 m atstumu nuo pagrindinio gręžinio buvo išgręžti du papildomi šuliniai, kuriuose 1, 2, 5, 10, 20, 35, 50, 65, 85 ir 105 m gylyje buvo sumontuoti temperatūros jutikliai, po to šuliniai buvo užpildyti molio-cemento mišiniu. Temperatūra buvo matuojama kas trisdešimt minučių. Be dirvožemio temperatūros, buvo užfiksuoti ir kiti parametrai: aušinimo skysčio judėjimo greitis, energijos suvartojimas šilumos siurblio kompresoriaus pavara, oro temperatūra ir kt.

Pirmasis stebėjimo laikotarpis truko nuo 1986 iki 1991 m. Matavimai parodė, kad išorinio oro šilumos ir saulės spindulių įtaka pastebima paviršiniame dirvožemio sluoksnyje 15 m gylyje. Žemiau šio lygio dirvožemio šiluminis režimas susidaro daugiausia dėl žemės vidų. Pirmuosius 2-3 veiklos metus dirvožemio temperatūra aplink vertikalųjį šilumokaitį smarkiai nukrito, tačiau temperatūros sumažėjimas kasmet mažėjo, o po kelerių metų sistema įėjo į beveik pastovią būseną, kai dirvožemio masė aplink šilumokaitį tapo 1–2 oC žemesnė nei pradinis.

1996 m. Rudenį, praėjus dešimčiai metų nuo sistemos veikimo pradžios, matavimai buvo atnaujinti. Šie matavimai parodė, kad dirvožemio temperatūra smarkiai nepasikeitė. Vėlesniais metais, atsižvelgiant į metinę šildymo apkrovą, buvo užfiksuoti nedideli žemės temperatūros svyravimai 0,5 ° C intervale. Taigi po kelerių pirmųjų veiklos metų sistema pasiekė beveik stacionarų režimą.

Remiantis eksperimentiniais duomenimis, buvo sukurti matematiniai dirvožemio masyve vykstančių procesų modeliai, kurie leido atlikti ilgalaikę dirvožemio masyvo temperatūros pokyčių prognozę.

Matematinis modeliavimas parodė, kad metinis temperatūros sumažėjimas palaipsniui mažės, o dirvožemio masė aplink šilumokaitį, mažėjant temperatūrai, kasmet didės. Pasibaigus eksploatavimo laikotarpiui, prasideda regeneracijos procesas: pradeda kilti dirvožemio temperatūra. Atsinaujinimo proceso pobūdis yra panašus į šilumos „išgavimo“ proceso pobūdį: pirmaisiais eksploatavimo metais smarkiai pakyla dirvožemio temperatūra, o vėlesniais - temperatūros kilimo greitis mažėja. „Atkūrimo“ laikotarpio trukmė priklauso nuo veikimo laikotarpio trukmės. Šie du laikotarpiai yra maždaug vienodi. Šiuo atveju žemės šilumokaičio veikimo laikotarpis buvo trisdešimt metų, o „regeneracijos“ laikotarpis taip pat vertinamas trisdešimt metų.

Taigi pastatų, naudojančių žemos kokybės šilumą, šildymo ir vėsinimo sistemos yra patikimas energijos šaltinis, kurį galima naudoti visur. Šis šaltinis gali būti naudojamas pakankamai ilgai ir gali būti atnaujintas pasibaigus veikimo laikotarpiui.

Literatūra

1. Rybach L. Geoterminių šilumos siurblių (GHP) būklė ir perspektyvos Europoje ir visame pasaulyje; GHP tvarumo aspektus. Tarptautinis geoterminių šilumos siurblių kursas, 2002 m

2. Vasiljevas G.P., Krundyševas N.S. Energiją taupanti kaimo mokykla Jaroslavlio regione. 2002 m. AVOK Nr. 5

3. Sanner B. Šilumos siurblių žemės šilumos šaltiniai (klasifikacija, charakteristikos, privalumai). 2002 m

4. Rybach L. Geoterminių šilumos siurblių (GHP) būklė ir perspektyvos Europoje ir visame pasaulyje; GHP tvarumo aspektus. Tarptautinis geoterminių šilumos siurblių kursas, 2002 m

5. ORKUSTOFNUN darbo grupė, Islandija (2001 m.): Tvari geoterminės energijos gamyba - siūlomas apibrėžimas. IGA naujienos Nr. 43, 2001 sausis-kovas, 1-2

6. Rybach L., Sanner B. Žemės šilumos siurblių sistemos - Europos patirtis. „GeoHeat“- centro bulius. 21/1, 2000 m

7. Energijos taupymas naudojant gyvenamuosius šilumos siurblius šaltame klimate. „Maxi“ brošiūra 08. CADDET, 1997 m

8. Atkinson Schaefer L. Vieno slėgio absorbcijos šilumos siurblio analizė. Disertacija, pateikta Akademiniam fakultetui. Džordžijos technologijos institutas, 2000 m

9. Morley T. Atvirkštinis šilumos variklis kaip pastatų šildymo priemonė, Inžinierius 133: 1922

10. Fearon J. Šilumos siurblio, šaldymo ir oro kondicionavimo istorija ir raida. 1978 m

11. Vasiljevas G.P. Energiją taupantys pastatai su šilumos siurblio šildymo sistemomis. Žurnalas „Būstas ir komunalinės paslaugos“, Nr. 12, 2002

12. Šilumos siurblių, naudojančių antrinius energijos išteklius ir netradicinius atsinaujinančius energijos šaltinius, naudojimo gairės. „Moskomarkhitektura“. Valstybinė vieninga įmonė „NIAT“, 2001 m

13. Energiją taupantis gyvenamasis pastatas Maskvoje. AVOK Nr. 4, 1999 m

14. Vasiljevas G.P. Energiją taupantis eksperimentinis gyvenamasis pastatas Nikulino-2 mikrorajone. AVOK Nr. 4, 2002 m