Ciepło jest jednym z najbardziej poszukiwanych rodzajów energii potrzebnej do podtrzymania ludzkiego życia. Jednocześnie koszty surowców do jego produkcji są imponujące – czy to elektryczność z produktów naftowych, czy tradycyjne paliwa, takie jak węgiel i drewno. Oczywiście na tym tle istnieje potrzeba zaoferowania alternatywnej metody ogrzewania. Jednym z najbardziej obiecujących i aktywnie rozwijających się rozwiązań technicznych tego typu jest geotermalna pompa ciepła, której koncepcja stopniowo zbliża się do domowych warunków eksploatacji.
Przegląd technologii
Każdy pomysł na alternatywne źródło ciepła wiąże się z obsługą takiego lub innego naturalnego materiału lub zjawiska. W tym przypadku podłoże jest centralnym dostawcą energii. Podstawa na pewnona tyle głębokie, aby utrzymać odpowiednią temperaturę, aby jego ciepło mogło być akumulowane i dalej wykorzystywane na powierzchni. Zasoby hydrologiczne można również traktować jako źródło ciepła, dostosowując projekt techniczny infrastruktury magazynowej.
Aby oddać skuteczność tej technologii, można zauważyć, że inwestując 1 kW energii w utrzymanie geotermalnej pompy ciepła, można uzyskać zwrot w postaci 2-6 kW. Co tłumaczy tak wysoką wydajność? W porównaniu z innymi sposobami przetwarzania naturalnych źródeł energii, mechanizmy geotermalne nie przewidują pośrednich etapów konwersji. Na przykład magazynowanie energii słonecznej wymaga zamiany światła i ciepła na energię elektryczną, która jest wykorzystywana do zasilania domu. W takim przypadku ciepło nie jest przekształcane, ale bezpośrednio lub z minimalnymi etapami przejściowymi jest przekazywane do odbiorców docelowych.
Zasada działania
Na początek warto zidentyfikować konkretne punkty, które biorą udział w procesie ogrzewania geotermalnego. Proces rozpoczyna się w ziemi - na poziomie poniżej punktu zamarzania. Temperatura może się różnić w zależności od głębokości. Dla minimalnego efektu cieplnego wystarczy, że przekroczy 0 °C, ale w praktyce 35-40 °C uważa się za ekonomicznie uzasadniony wskaźnik. Użytkownikiem końcowym jest obieg grzewczy.
Specjalny rurociąg odpowiada za przesyłanie energii z gruntu do domowego systemu grzewczego,obsługiwany przez geotermalną pompę ciepła. Zasada działania opiera się na fakcie, że ciepło jest przekazywane przez tę linię zasilającą z parownikowym wymiennikiem ciepła wzdłuż obwodu chłodniczego. Podobnie jak w klimatyzatorach, rolę aktywnej substancji odparowującej pełni freon. Pompa przed uruchomieniem znajduje się w stanie ciekłym, a po uruchomieniu przechodzi w postać gazową. Ponadto zaktualizowany czynnik chłodniczy jest przesyłany do sprężarki, której komunikacja jest połączona z końcowym obwodem grzewczym. Nadmiar freonu w tym momencie jest odprowadzany przez kanał wylotowy.
Sprzęt geotermalny
Głównym elementem funkcjonalnym systemu jest pompa cieplno-mechaniczna. Strukturę jednostki reprezentują trzy obwody:
- Zewnętrzny. Cyrkuluje konwencjonalny płyn chłodzący w postaci płynu niezamarzającego lub solanki.
- Wewnętrzne. Zawiera czynnik chłodniczy w zamkniętych komorach, w których zachodzą procesy ogrzewania-odparowywania.
- Pętla zewnętrzna, która przechodzi bezpośrednio do obsługiwanego systemu docelowego.
Ponadto lista elementów roboczych geotermalnej pompy ciepła do ogrzewania obejmuje sprężarkę, parownik, kanał tłoczny i nośniki ciepła. Należy pamiętać, że projekty, układ i dodatkowa funkcjonalność mogą się różnić w zależności od aplikacji. Istnieją instalacje do gruntu, wody i powietrza, a także systemy kombinowane, które mogą pracować w różnych warunkach.
Źródła ciepła i magazyny
Systemy geotermalne mają wiele zalet,związane z ekonomicznym zaopatrzeniem w energię, praktycznością i dostępnością technologiczną do użytku domowego. Ale, podobnie jak inne systemy, które przechowują energię alternatywną, jest ona zależna od źródła. Dlatego, aby mieć pewność stabilności dostaw ciepła, należy wcześniej przemyśleć możliwość podłączenia do zapasowego kanału dostarczania energii. Źródła gruntowe i hydrologiczne zostaną omówione poniżej, ale na razie należy zapoznać się w zasadzie z działającą infrastrukturą, jaką geotermalna pompa ciepła służy jako system zaopatrzenia w surowce. Odbiornikami ciepła są materiały sypkie, rury, sondy i konstrukcje, których konstrukcja może akumulować energię. W szczególności mogą to być maty grzewcze powiązane z pompą, chłodziwem i systemami grzewczymi innych firm.
Gruntowe źródło energii cieplnej
Systemy o dużej pojemności magazynujące energię geotermalną są umieszczane na polach o powierzchni około 200 m22. Z zaznaczonej strefy poniżej punktu zamarzania usuwa się warstwę gleby o grubości 40-50 cm. Ogólnie uzyskuje się grubość 150-200 cm Te i inne dane są wskazane w projekcie z obliczeniem objętości energii dla konkretnego obwodu grzewczego. Wiele będzie również zależeć od regionu, ponieważ w jednym obszarze można uzyskać 30 W z 1 m2, a w innym - 70-80 z 1 m2.
Na miejscu tworzone są studnie, rowy lub solidne platformy, aby pomieścić gromadzące się elementy. Rozważana jest najbardziej dostępna we wdrożeniupionowa instalacja odwiertowa, w której umieszczane są spiralne rury akumulacyjne lub maty. W układzie poziomym infrastruktury wlotowej gruntowa pompa ciepła do ogrzewania może wytwarzać duże ilości energii, ale ma wady. Dotyczą one złożoności robót ziemnych (wymaga specjalnego sprzętu do zagospodarowania dużych powierzchni), wyłączenia jakiejkolwiek architektury i niższych temperatur do końca sezonu grzewczego.
Wodne źródło energii cieplnej
Głównymi obiektami obsługi w tym przypadku są jeziora, zbiorniki i stawy. Jeśli chodzi o elementy akumulacyjne, ich funkcję pełnią rury polimerowe z wypełnieniem przeciw zamarzaniu. Średnią ilość wydobytej energii można przedstawić jako 30 W na 1 m rury. Do kompleksowej konserwacji dużego prywatnego domu wymagane jest 12 kW - w związku z tym konieczne jest zorganizowanie systemu rurociągów o długości 400 m.
Istnieje inne podejście do magazynowania ciepła z zasobów hydrologicznych. Jeśli w pobliżu nie ma jezior i zbiorników, to na własnym terenie możesz wyposażyć 2-3 studnie w studnie o głębokości około 20 m. Woda na tym poziomie będzie miała temperaturę około 10 ° C, ale to wystarczy dla funkcji ogrzewania postojowego. Najważniejsze jest to, że geotermalna pompa ciepła wykonuje zadanie ciągłej cyrkulacji ciepłej lub gorącej wody. Po jednej stronie obwodu zasób jest stale podgrzewany w studniach bez najmniejszych kosztów, a dom gromadzi energię z nowo otrzymanej porcji wody.
Instalacja systemu geotermalnego
Przed podjęciem decyzji o zakupie sprzętu należy ocenić, czy stosowanie tej technologii jest w zasadzie uzasadnione w danym regionie. W tym celu przeprowadza się szereg badań geologiczno-eksploracyjnych z określeniem głębokości przemarzania gleby.
W instalacji, rurach lub innych elementach akumulacyjnych, zaangażowana jest pompa i armatura instalacyjna. Wewnętrzną infrastrukturę grzewczą mogą stanowić kaloryfery, wentylatory chłodzące lub podłoga z ciepłą wodą itp. Będzie to system zużywania dostarczonego zasobu.
Więc geotermalne pompy ciepła są instalowane w domu w studniach - jak już wspomniano, nie tylko na lądzie, ale także na wodzie. Możliwe jest wyposażenie studni, rowów i pól w zlikwidowaną warstwę gleby, ale ta opcja jest częściej wykorzystywana do przemysłowego zaopatrzenia w ciepło. W utworzonej niszy baterie są układane w całym miejscu - w konfiguracji prostej lub spiralnej. Obiegi są podłączone do pompy umieszczonej na powierzchni, która z kolei jest podłączona do domowych obiegów grzewczych.
Producenci pomp geotermalnych
Segment jest aktywnie rozwijany dzięki wysiłkom największych producentów sprzętu HVAC. W szczególności producent kotłów Viessmann przedstawia niezawodne urządzenia do magazynowania ciepła z wody i gruntu w temperaturze roboczej około +65 °C. W przypadku budynków przemysłowych i użyteczności publicznej o powierzchni 300-350 m2 dostępna jest gruntowa pompa ciepła NIBE F1145. Do jegocechy obejmują możliwość podłączenia do sieci trójfazowej na 380 V oraz do sieci jednofazowej na 220 V. Japońska firma Mitsubishi oferuje uniwersalne modele pomp geotermalnych pod względem zastosowań. Twórcy tej firmy od 2007 roku opracowują koncepcję wielostrefowej separacji ogrzewania z uproszczonym systemem sterowania.
Nie ignoruj tak obiecującego segmentu i firm krajowych. Na przykład geotermalna pompa ciepła BROSK Mark II 100 wyprodukowana w Rosji została zaprojektowana specjalnie dla prywatnego konsumenta - właściciela małego wiejskiego domu. Jednak pomimo skromnych osiągów, sprzęt ten charakteryzuje się niezawodnością, energooszczędnością i wielofunkcyjnością.
Pozytywne opinie na temat technologii
Ta metoda ogrzewania przyciąga wiele osób wygodą konserwacji, konserwacji i oczywiście minimalnymi kosztami finansowymi podczas eksploatacji. Sprzęt praktycznie nie wymaga materiałów eksploatacyjnych paliwa. Zasoby elektryczne są potrzebne do zapewnienia działania tej samej pompy i urządzeń sterujących, ale są one nieistotne na tle ilości zwracanej energii. Podkreśla się również przyjazność dla środowiska geotermalnych pomp ciepła. Recenzje i w ogóle jedno z pierwszych miejsc wśród plusów stawiają fakt, że działająca infrastruktura nie zajmuje miejsca w domu. Wprowadzana jest tylko komunikacja, a pozostałe jednostki funkcjonalne i węzły pozostają na ulicy.
Negatywne recenzje
Z pełną wydajnością geotermalną kotłownisystemy nie są porównywalne. I nie chodzi nawet o konkretne wskaźniki mocy, ale o spazmatyczną podaż ciepła. Wiele osób narzeka na długie okresy niskich dostaw energii, dlatego zaleca się organizowanie rezerwowych systemów zasilania. Ale jest tu jeszcze jedna wada. Chociaż na konserwację sprzętu przeznacza się trochę pieniędzy, początkowa inwestycja jest porównywalna z zakupem potężnego kotła przemysłowego. Nawet geotermalna pompa ciepła pochodzenia rosyjskiego BROSK Mark II 100 jest dostępna na rynku za 250-300 tysięcy rubli. w zależności od konfiguracji. Koszty instalacji będą również kosztować 50-70 tysięcy rubli.
Wniosek
Istnieje wiele możliwości organizowania dostaw ciepła w prywatnym domu. Każdy z nich jest na swój sposób drogi podczas eksploatacji - od drogich paneli elektrycznych po ekonomiczne kotły gazowe. Ale tradycyjny sprzęt w nowoczesnym designie to system zoptymalizowany pod względem konstrukcji i łatwy w zarządzaniu. Co może przyciągnąć geotermalną pompę ciepła do ogrzewania domu? Oczywiście na pierwszy plan wysunie się czynnik ekonomiczny, ale co jeszcze? Możesz skorzystać z takich instalacji, jeśli na terenie jest wystarczająco dużo miejsca na zorganizowanie kompleksu. W takim przypadku można liczyć na co najmniej pasywne dodatkowe ogrzewanie pomieszczeń bez stałego monitorowania i konserwacji. I jeszcze jedno – to pełna autonomia, pozwalająca na wykorzystanie sprzętu geotermalnego jako zapasowego źródła ciepła.
