Меню
Главная
Авторизация/Регистрация
 
Главная arrow Техника arrow Использование низкопотенциальной теплоты. Книга 1
Посмотреть оригинал

Системы сбора низкопотенциальной тепловой энергии грунта поверхностных слоев Земли.

Системы сбора низкопотенциалыюй тепловой энергии грунта поверхностных слоев Земли или системы теплосбора, в общем случае включают в себя грунтовый теплообменник и трубопроводы, соединяющие его с теплопасоспым оборудованием. Кроме «извлечения» теплоты Земли, грунтовые теплообменники могут использоваться и для накопления теплоты (или холода) в грунтовом массиве. В общем случае можно выделить два вида систем теплосбора:

  • - открытые системы: в качестве источника низкопотенциалыюй тепловой энергии используются грунтовые воды, подводимые непосредственно к тепловым насосам;
  • - замкнутые системы: теплообменники расположены в грунтовом массиве; при циркуляции по ним теплоносителя с пониженной относительно грунта температурой происходит «отбор» тепловой энергии от грунта и перенос ее к испарителю теплового насоса (или, при использовании теплоносителя с повышенной относительно грунта температурой, его охлаждение) [2.28; 2.3].

Основная часть открытых систем - скважины, позволяющие извлекать грунтовые воды из водоносных слоев грунта и возвращать воду обратно в те же водоносные слои. Обычно для этого устраиваются парные скважины.

Достоинством открытых систем является возможность получения большого количества тепловой энергии при относительно низких затратах. Однако скважины требуют обслуживания. Кроме этого, использование таких систем возможно не во всех местностях. Главные требования к грунту и грунтовым водам таковы:

  • - достаточная водопроницаемость грунта, позволяющая пополняться запасам воды;
  • - хороший химический состав грунтовых вод (например, низкое железосодержание), позволяющий избежать проблем, связанных с коррозией и образованием отложений на стенках труб.

Измерения показали, что влияние теплоты наружного воздуха и солнечной радиации отмечается в поверхности слое грунта на глубине до 15 м. Ниже этого уровня тепловой режим грунта формируется главным образом за счет теплоты земных недр. За первые два-три года эксплуатации температура грунтового массива, окружающего вертикальный теплообменник, резко понизилась, однако, с каждым годом понижение температуры уменьшалось, и через несколько лет система вышла на режим, близкий к постоянному, когда температура грунтового массива вокруг теплообменника стала ниже первоначальной на 1-2 °С.

Анализ мирового опыта использования низкопотеициалыюй тепловой энергии поверхностных слоев Земли в теплонасосных системах теплохладоснабжеиия зданий и сооружений показал, что эта технология представляет собой одно из наиболее эффективных и динамично развивающихся направлений интеграции в мировой энергетический баланс нетрадиционных возобновляемых источников энергии. Наиболее часто подобные системы применяются для отопления, горячего водоснабжения и кондиционирования жилых, общественных, административных и производственных зданий. Наибольшее распространение геотермальных теплопасосных систем теплохладоснабжеиия, использующие теплоту грунта, получили в США, Швеции и, особенно, в Швейцарии. Общий прирост объемов использования геотермальных систем теплоснабжения, в мире составляет 10% в год [2.271.

Проведенный анализ позволил сделать следующие выводы:

1. Преимущества ГТСТ, в сравнении с их традиционными аналогами, связаны не только со значительными сокращениями затрат энергии в системах жизнеобеспечения зданий и сооружений, но и с их экологической чистотой, а также предоставляемыми новыми возможностями в области повышения степени автономности систем жизнеобеспечения зданий. По всей видимости, в недалеком будущем именно эти качества будут иметь определяющее значение в формировании конкурентной ситуации на рынке тепло-хладогенерирующего оборудования, как в нашей стране, так и за рубежом.

В России, к сожалению, построены и эксплуатируются лишь единичные здания, оснащенные ГТСТ, использующими низкопотенциальную теплоту поверхностных слоев Земли. Такое положение дел с внедрением в практику отечественного строительства геотермальных теплопасосных систем теплохладоснабжеиия (ГТСТ) связано с рядом объективных обстоятельств, таких как: переход национальной экономики к рыночным отношениям, искаженные тарифная политика и структура цен на энергетические ресурсы, а также господствующая до недавнего времени в России доктрина повсеместной централизации теплоснабжения, доставшаяся в «наследство» от энергорасточительно- го СССР. Но основным препятствием, сдерживающим внедрение ГТСТ, является фактическое отсутствие апробированных в почвенно- климатических условиях России научных основ использования низко- потенциальной тепловой энергии поверхностных слоев Земли для теп- лохладоснабжения зданий и сооружений, включающих математическое, программное и нормативное обеспечение проектирования и строительства ГТСТ и оборудованных ими зданий.

В отличие от традиционных аналогов, для зданий, оборудованных ГТСТ, характерны повышенные единовременные капитальные вложения при сравнительно низких эксплуатационных издержках. Вместе с тем применение (ГТСТ) позволяет не только обеспечить экономию энергоресурсов, но и получить значительный экологический эффект от сокращения сжигания традиционного органического топлива.

Таким образом, эффективность ГТСТ в значительно большей степени, чем традиционного теплогенерирующего оборудованием, зависит от согласованности всех элементов комплекса: здание + система теплоснабжения + климат + окружающая среда.

В связи с этим, особую актуальность приобретает вопрос создания апробированного в натурных условиях математического, программного и нормативного обеспечения проектирования и строительства геотермальных теплоиасосных систем теплохладоснабжения зданий, позволяющего сформулировать требования к рациональной конфигурации ГТСТ и базирующегося на подходе к комплексу здание + ГТСТ + климат + окружающая среда как к единой экоэнергетической системе.

Опубликованные экспериментальные данные о возможных значениях удельного теплосъема с единицы площади участка теплосбора и единицы длины грунтового теплообменника весьма противоречивы. Например, для почвенно-климатических условий Европы, по данным различных исследователей, величина удельного теплосъема с I пог. м длины грунтового теплообменника колеблется от 10 до 70 Вт/м, что свидетельствует об отсутствии единой методики теплотехнического расчета и выбора рациональных параметров систем теплосбора.

Существующие модели теплового режима систем теплосбора не учитывают в необходимой степени специфику процессов тепломассо- переноса, протекающих в грунтовом массиве при эксплуатации теплонасосной системы теплоснабжения, что снижает степень адекватности моделей реальным физическим процессам, связанным с эксплуатацией систем теплосбора, затрудняет их проектирование и тем самым сдерживает широкое внедрение в практику отечественного строительства теплонасосиых систем теплоснабжения зданий, использующих теплоту поверхностных слоев Земли [2.2].

Использование этих источников связано с более интенсивным вмешательством в гидрогеологических режимах недпр и требует согласование в соответствующих службах.

Использование теплоты грунта для выдерживания фундаментов зимой основано на общеизвестном свойстве почвы аккумулировать тепловую энергию и было предложено Б.А.Бодянским, который в 1936- 1937 гг. провел первые опыты в производственных условиях. С наступлением устойчивого похолодания тепловое состояние почвы резко меняется. Если летом почва накапливает излучаемую солнцем тепловую энергию, то зимой поток тепла идет в обратном направлении, и грунт отдает воздуху собственную теплоту.

Следовательно, от степени количественного изменения теплоты грунта зависит и степень морозного пучения грунтов.

 
Посмотреть оригинал
< Предыдущая   СОДЕРЖАНИЕ   Следующая >
 

Популярные страницы