Некоторые экологические проблемы использования низкопотенциальной теплоты грунта и водоемов

В охране окружающей среды приоритетное значение уделяется внедрению возобновляемых источников энергии [2.14].

Однако, к сожалению, среди широких слоев населения, а также среди представителей общественных экологических движений, сложилась завышенная оценка в части преимуществ возобновляемых источников энергии перед невозобновляемыми. Отмечается малая информированность об экологических недостатках возобновляемых источников энергии.

Наибольший потенциал использования возобновляемых источников энергии с применением тепловых насосов имеют низкопотенци- альное тепло грунта и водоемов.

При эксплуатации геотермальных ТСТ массив грунта, находящийся в пределах зоны теплового влияния регистра труб грунтового теплообменника,вследствие сезонного изменения параметров наружного климата, а также под воздействием эксплуатационных нагрузок на систему теплосбора, как правило, подвергается многократному замораживанию и оттаиванию. При этом, естественно, происходит изменение агрегатного состояния влаги, заключенной в порах грунта и находящейся в общем случае, как в жидкой, так и в твердой и газообразной фазах одновременно.

Таким образом, грунтовый массив системы теплосбора, независимо от того, в каком состоянии он находится (в мерзлом или талом), представляет собой сложную трехфазную полидисперсную гетерогенную систему. Скелет образован огромным количеством твердых частиц разнообразной формы и величины и может быть как жестким, так и подвижным, в зависимости от того, прочно связаны между собой частицы или же они отделены друг от друга веществом в подвижной фазе. Промежутки между твердыми частицами могут быть заполнены минерализованной влагой, газом, паром и льдом, или тем и другим одновременно. Иначе говоря, среда, заполняющая поровое пространство твердого скелета, может находиться в различных агрегатных состояниях.

При эксплуатации геотермальных ТСТ могут возникнуть ситуации, когда за время отопительного сезона температура грунта вблизи грунтового теплообменника понизится, а в летний период грунт не успеет прогреться до начальной температуры, то есть происходит общее снижение температурного потенциала грунта.

В этом случае потребление энергии в течение следующего отопительного сезона вызовет еще большее понижение температуры грунта и его температурный потенциал понизится еще больше. Это заставляет при проектировании теплонасосных систем теплохладоснабжения, использующих низкопотенциальную тепловую энергию поверхностных слоев Земли, рассматривать проблему «устойчивости» таких систем и учитывать падение температур грунта, вызванное многолетней эксплуатацией системы теплосбора. Основные факторы, под воздействием которых формируется температурный режим грунтового массива систем сбора низкопотенциалыюй теплоты грунта, приведены на рис.2.12.

Факторы, формирующие температурный режим грунтового массива системы сбора низкопотенциальной теплоты поверхностных слоев Земли

Рис. 2.12. Факторы, формирующие температурный режим грунтового массива системы сбора низкопотенциальной теплоты поверхностных слоев Земли

Временное замерзание грунта непосредственно в зоне пролегания труб (в большинстве случаев во второй половине отопительного сезона) не оказывает отрицательного воздействия на работоспособность установки и на рост растений.

При определенных условиях в зависимости от размеров зоны мерзлого грунта и глубины ее залегания может иметь место деформирование дневной поверхности над этой зоной. Но все же в зоне прохождения труб с рассолом не рекомендуется сажать растения с глубокими корнями.

Регенерация остывшего грунта происходит уже во второй половине отопительного сезона благодаря возросшему солнечному излучению и осадкам, так что к новому периоду отопления грунт как «аккумулятор тепла» опять пригоден для отопительных целей. Грунт аккумулирует солнечную энергию. Эта энергия воспринимается грунтом либо непосредственно в форме солнечной радиации, либо косвенно в форме тепла, получаемого от дождя или из воздуха. Аккумулированное грунтом тепло забирается через горизонтально проложенные грунтовые теплообменники (которые также называются грунтовыми коллекторами) или через вертикально расположенные теплообменники, так называемые грунтовые зонды.

С точки зрения водного права их необходимо рассматривать как тепловые насосы, работающие на тепле грунтовых вод.

Тепловые зонды и теплообменники можно устанавливать только в грунтовые воды, расположенные близко от поверхности [2.28].

Как правило, не разрешается устанавливать тепловые зонды и теплообменники в более глубокие ярусы грунтовых вод, т.к. нельзя с достаточной уверенностью исключить нанесение вреда используемому горизонту грунтовых вод. Тем самым защищается глубоко залегающая питьевая вода.

, а. Грунтовый зонд

Рис. 2.13, а. Грунтовый зонд

, б. Грунтовый зонд

Рис. 2.13, б. Грунтовый зонд

Однако использование горизонтально расположенных грунтовых поглотителей (плоские коллекторы) часто сопряжено со значительными проблемами даже в новостройках, поскольку требует, прежде всего, наличия достаточной площади. Особенно это относится к районам с высокой плотностью населения и с очень маленькими земельными участками. По этой причине сейчас устанавливают преимущественно вертикальные грунтовые зонды на глубину 50-150 м. При этом возможны различные технические исполнения и технологии монтажа.

Как правило, зонды состоят из полиэтиленовой трубы. В большинстве случаев параллельно устанавливаются четыре трубы (зонд в форме двойной U-образной трубы). Рассол по двум трубам течет из распределителя вниз, а по двум другим трубам возвращается наверх к распределителю. Другой вариант - коаксиальные трубы («труба в трубе») с внутренней пластиковой трубой для подачи и с внешней пластиковой трубой для возврата рассола.

Грунтовые тепловые зонды (в зависимости от исполнения) забиваются копром или устанавливаются с помощью бурильной установки. Для этих установок должно быть получено разрешение в соответствии с водным правом.

По действующим правилам за бурение на глубину до 100 м отвечает служба Госводоиадзора, на более глубокое бурение должно быть получено разрешение в соответствующей службе Госгортехнадзора.

На использование грунтовых вод должно быть получено разрешение соответствующего ведомства (обычно службы Госводоиадзора). Для использования тепла необходимо построить поглощающий колодец и водопоглощающий или инфильтрациоиный колодец. Для работы тепловых насосов при определенных условиях могут использоваться озера и реки, т.к. они тоже выступают в роли аккумуляторов тепла. В этом случае следует предусмотреть промежуточный контур. По вопросам использования воды необходимо проконсультироваться в службе Госводоиадзора [2.4; 2.28].

Морская вода представляется в некоторых случаях оптимальным источником тепла и используется в основном в средних и крупных системах.

Речная и озерная вода с теоретической точки зрения представляется весьма привлекательным источником тепла, по имеет один существенный недостаток - чрезвычайно низкую температуру в зимний период (она может приближаться к 0 °С). Если используются вода рек, озер и морей, то в зимний период она может замерзать на стенках испарителя. По этой причине требуется особое внимание при проектировании системы в целях предотвращения замораживания испарителя [2.281.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ   След >