Kokiame gylyje kokia temperatūra. Įžeminimo vertikalūs kolektoriai. Reikiamo šulinio gylio apskaičiavimas

Vienas iš geriausių, racionaliausių metodų statant kapitalinius šiltnamius yra požeminis termoso šiltnamis.
Naudojant šį žemės temperatūros pastovumo faktą šiltnamio efektą sukeliančių įrenginių gylyje, šaltuoju metų laiku galima sutaupyti labai brangiai, sumažėja šildymas, palengvinamas mikroklimato stabilumas..
Toks šiltnamis veikia pačiomis karčiausiomis šalnomis, leidžia gaminti daržoves, auginti gėles visus metus.
Tinkamai įrengtas palaidotas šiltnamis leidžia auginti, įskaitant šilumą mylinčius pietinius augalus. Praktiškai nėra jokių apribojimų. Šiltnamyje citrusiniai vaisiai ir net ananasai gali jaustis puikiai.
Bet norint, kad viskas tinkamai veiktų praktiškai, būtina laikytis laiko patikrintų technologijų, pagal kurias buvo statomi požeminiai šiltnamiai. Galų gale, ši idėja nėra nauja, net caro laikais Rusijoje palaidotuose šiltnamiuose buvo gaminami ananasų derliai, kuriuos verslininkai prekybininkai eksportavo į Europą.
Dėl tam tikrų priežasčių tokių šiltnamių statyba mūsų šalyje nebuvo plačiai paplitusi, tai tiesiog pamirštama, nors dizainas idealus tik mūsų klimatui.
Ko gero, čia vaidino poreikis iškasti gilią duobę ir užpildyti pamatą. Palaidoto šiltnamio statyba yra gana brangi, tai toli gražu nėra šiltnamis, padengtas polietilenu, tačiau grąža iš šiltnamio yra daug didesnė.
Gilinantis į žemę bendras vidaus apšvietimas neprarandamas, gali pasirodyti keistas, tačiau kai kuriais atvejais šviesos sodrumas yra net didesnis nei klasikiniuose šiltnamiuose.
Neįmanoma nepaminėti konstrukcijos tvirtumo ir patikimumo, ji nepalyginamai stipresnė nei įprasta, ji lengviau toleruoja uraganinius vėjo gūsius, gerai atlaiko krušą, o sniego poliai netaps kliūtimi.

1. Duobė

Šiltnamio sukūrimas prasideda kasant pamatų duobę. Norėdami vidaus šilumą naudoti žemės šiluma, šiltnamis turi būti pakankamai gilus. Kuo giliau, tuo šiltesnė žemė.
Temperatūra ištisus metus beveik nesikeičia 2–2,5 metro atstumu nuo paviršiaus. 1 m gylyje dirvožemio temperatūra svyruoja daugiau, tačiau žiemą jos vertė išlieka teigiama, paprastai vidurinėje juostoje temperatūra yra 4–10 C, priklausomai nuo sezono.
Per vieną sezoną pastatytas įleidžiamas šiltnamis. T. y., Žiemą jis jau galės veikti ir gauti pajamų. Statyba nėra pigi, tačiau naudojant išradingumą, kompromisines medžiagas, tiesiogine prasme galima sutaupyti visą dydį, padarius savotišką ekonominį šiltnamio variantą, pradedant nuo duobės.
Pvz., Apsieikite be statybinės įrangos. Nors sunkiausią darbo dalį - kasti pamatų duobę -, žinoma, geriau atiduoti ekskavatoriui. Tokį žemės tūrį rankiniu būdu pašalinti yra sudėtinga ir atima daug laiko.
Pamatų duobės duobės gylis turi būti ne mažesnis kaip du metrai. Šiame gylyje žemė pradės dalintis šiluma ir veiks kaip savotiškas termosas. Jei gylis yra mažesnis, tada iš esmės idėja veiks, bet daug mažiau efektyviai. Todėl, norint pagilinti būsimą šiltnamį, rekomenduojama negailėti pastangų ir pinigų.
Požeminių šiltnamių ilgis gali būti bet koks, tačiau geriau išlaikyti plotį per 5 metrus, jei plotis yra didesnis, pablogėja šildymo ir šviesos atspindžio kokybės savybės.
Horizonto pusėse požeminiai šiltnamiai, kaip ir paprasti šiltnamiai, turi būti orientuoti iš rytų į vakarus, tai yra, kad viena iš pusių būtų nukreipta į pietus. Šioje padėtyje augalai gaus maksimalų saulės energijos kiekį.

2. Sienos ir stogas

Aplink duobės perimetrą pilamas pamatas arba klojami blokai. Pamatai yra sienos ir konstrukcijos rėmo pagrindas. Geriau sienas gaminti iš medžiagų, pasižyminčių geromis šilumos izoliacijos savybėmis; termoblokai yra puikus pasirinkimas.

Stogo rėmas dažnai gaminamas iš medžio, iš barų, įmirkytų antiseptinėmis medžiagomis. Stogo konstrukcija paprastai yra tiesinė. Konstrukcijos centre yra pritvirtinta kraigo juosta, tam grindys yra sumontuotos ant grindų per visą šiltnamio ilgį.

Kraigo sija ir sienos sujungtos gegnių eilėmis. Rėmas gali būti pagamintas be aukštų atramų. Jie pakeičiami mažais, kurie dedami ant skersinių sijų, jungiančių priešingas šiltnamio šonus - tokia konstrukcija daro laisvesnę vidaus erdvę.

Kaip stogo dangą geriau imtis korinio polikarbonato - populiaru moderni medžiaga... Atstumas tarp gegnių konstrukcijos metu yra pritaikytas prie polikarbonato lakštų pločio. Patogu dirbti su medžiaga. Danga gaunama nedaug jungčių, nes lakštai gaminami 12 m ilgio.

Jie pritvirtinami prie rėmo savisriegiais varžtais, geriau juos pasirinkti su galva poveržle. Kad lakštas nesulaužtų, po kiekvienu savisriegio sraigtu reikia gręžti atitinkamo skersmens skylę. Atsuktuvu arba įprastu grąžtu su „Phillips“ antgaliu stiklinimo darbai juda labai greitai. Norint išvengti tarpelių, gegnių palei viršutinę dalį reikia iš anksto uždėti sandarikliu, pagamintu iš minkštos gumos ar kitos tinkamos medžiagos, ir tik tada prisukti lakštus. Stogo smailė išilgai kraigo turi būti paklota minkšta izoliacija ir prispausta kažkokiu kampu: plastiku, alavu ar kita tinkama medžiaga.

Norint užtikrinti gerą šilumos izoliaciją, stogas kartais gaminamas iš dvigubo polikarbonato sluoksnio. Nors skaidrumas sumažėja maždaug 10 proc., Tai turi puikios šilumos izoliacijos savybės. Reikėtų pažymėti, kad sniegas ant tokio stogo neištirpsta. Todėl nuolydis turi būti pakankamu kampu, mažiausiai 30 laipsnių, kad ant stogo nesikauptų sniegas. Be to, drebėjimui yra įmontuotas elektrinis vibratorius, kuris apsaugos stogą tuo atveju, jei sniegas kaupsis.

Dvigubi stiklai gaminami dviem būdais:

Tarp dviejų lakštų įdedamas specialus profilis, lakštai pritvirtinami prie rėmo iš viršaus;

Pirmiausia apatinis įstiklinimo sluoksnis pritvirtinamas prie rėmo iš vidaus, prie gegnių apatinės pusės. Stogas yra padengtas antruoju sluoksniu, kaip įprasta, iš viršaus.

Baigę darbą, patartina visas jungtis klijuoti juostele. Gatavas stogas atrodo labai įspūdingai: be nereikalingų siūlių, lygus, be išsikišančių dalių.

3. Izoliacija ir šildymas

Sienų izoliacija atliekama taip. Pirmiausia turite kruopščiai padengti visas sienos jungtis ir siūles tirpalu, čia taip pat galite tepti poliuretano putomis. Vidinė sienų pusė padengta termoizoliacine folija.

Šaltesnėse šalies vietose gera naudoti storą folijos plėvelę, padengiančią sieną dvigubu sluoksniu.

Temperatūra giliame šiltnamio dirvožemyje yra aukščiau užšalimo, tačiau šaltesnė nei oro temperatūra, reikalinga augalams augti. Viršutinį sluoksnį sušildo saulės spinduliai ir šiltnamio oras, tačiau dirvožemis vis tiek atima šilumą, todėl požeminiuose šiltnamiuose dažnai naudojama „šiltų grindų“ technologija: kaitinimo elementas - elektros laidas - yra apsaugotas metaline grotele arba užpilamas betonu.

Antruoju atveju dirva lovoms užpilama betonu arba žalumynai auginami vazonuose ir gėlių vazonuose.

Jei yra pakankamai energijos, gali prireikti naudoti grindinį šildymą. Tačiau augalams efektyviau ir patogiau naudoti kombinuotą šildymą: šiltas grindis + oro šildymą. Geram augimui jiems reikalinga 25–35 laipsnių oro temperatūra, esant maždaug 25 C žemės temperatūrai.

IŠVADA

Žinoma, pastatyti įleidžiamą šiltnamį bus brangiau ir daugiau pastangų nei pastatyti panašų šiltnamį su įprastu dizainu. Tačiau lėšos, investuotos į šiltnamio efektą sukeliančių termosą, ilgainiui yra pateisinamos.

Pirma, tai taupo energiją šildymui. Nesvarbu, kaip įprastas žemės šiltnamis šildomas žiemą, jis visada bus brangesnis ir sudėtingesnis nei panašus šildymo būdas požeminiame šiltnamyje. Antra, taupant apšvietimą. Sienų folijos izoliacija, atspindinti šviesą, dvigubai padidina apšvietimą. Mikroklimatas giliame šiltnamyje žiemą bus palankesnis augalams, o tai tikrai turės įtakos derliui. Daigai lengvai įsišaknys, subtilūs augalai jausis puikiai. Toks šiltnamis garantuoja stabilų, aukštą bet kurio augalo derlių ištisus metus.

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

Geoterminė energija yra žemės interjero šiluma. Jis gaunamas gelmėse ir patenka į Žemės paviršių skirtingomis formomis ir skirtingu intensyvumu.

Viršutinių dirvožemio sluoksnių temperatūra daugiausia priklauso nuo išorinių (egzogeninių) veiksnių - saulės šviesos ir oro temperatūros. Vasarą ir dienos metu dirvožemis įšyla iki tam tikro gylio, o žiemą ir naktį jis vėsta pasikeitus oro temperatūrai ir šiek tiek vėluojant, didėjant gyliui. Kasdieniniai oro temperatūros svyravimai daro įtaką 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 nesunku patikrinti nusileidus į gana gilų urvą.

Kai vidutinė metinė oro temperatūra tam tikrame rajone yra žemiau nulio, tai pasireiškia kaip amžinasis įšalimas (tiksliau, amžinasis įšalas). Rytų Sibire visus metus užšalusių dirvožemių storis, tai yra, storis, vietomis siekia 200-300 m.

Nuo tam tikro gylio (savas kiekvienam žemėlapio taškui) Saulės ir atmosferos veiksmai susilpnėja tiek, kad ateina endogeniniai (vidiniai) veiksniai ir žemės vidus įkaista iš vidaus, todėl temperatūra pradeda kilti didėjant gyliui.

Giliųjų žemės sluoksnių įkaitimas daugiausia susijęs su ten esančių radioaktyviųjų elementų skilimu, nors įvardijami ir kiti šilumos šaltiniai, pavyzdžiui, fizikiniai ir cheminiai, tektoniniai procesai giliuose žemės plutos ir mantijos sluoksniuose. Bet kokia priežastis, uolienų ir su jomis susijusių skystų ir dujinių medžiagų temperatūra didėja gyliu. Kalnakasiai susiduria su šiuo reiškiniu - giluminėse kasyklose visada karšta. 1 km gylyje trisdešimt laipsnių šiluma yra normali, o giliau temperatūra yra dar aukštesnė.

Žemės paviršiaus šilumos srautas, pasiekiantis Žemės paviršių, yra mažas - vidutiniškai jo galia yra 0,03–0,05 W / m 2, arba apie 350 W · h / m 2 per metus. Šilumos srautui iš Saulės ir jos pašildomam orui tai yra nepastebima reikšmė: Saulė kiekvienam žemės paviršiaus kvadratiniam metrui per metus suteikia apie 4000 kWh, tai yra, 10 000 kartų daugiau (žinoma, tai vidutiniškai yra didžiulis skirtumas tarp poliarinės ir pusiaujo platumos). ir priklausomai nuo kitų klimato ir oro veiksnių).

Šilumos srauto iš gelmių į paviršių didžiojoje dalyje planetos nereikšmingumas yra susijęs su mažu uolienų šilumos laidumu ir geologinės struktūros 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 išeitį. Tokioms zonoms būdingos litosferos šiluminės anomalijos, čia šilumos srautas, pasiekiantis Žemės paviršių, gali būti kelis kartus ir net pagal dydį eilėmis galingesnis už „įprastą“. Vulkaniniai išsiveržimai ir karšto vandens šaltiniai į šias zonas išnešia didžiulį šilumos kiekį.

Būtent šios sritys yra palankiausios geoterminės energijos plėtrai. Rusijos teritorijoje tai visų pirma Kamčiatka, Kurilų salos ir Kaukazas.

Tuo pačiu metu geoterminės energijos plėtra yra įmanoma beveik visur, nes temperatūros pakilimas gyliu yra visur paplitęs reiškinys, o užduotis yra „išgauti“ šilumą iš žarnyno, lygiai taip pat kaip iš ten išgaunamos mineralinės žaliavos.

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

Abipusė yra geoterminė pakopa arba gylio intervalas, kai temperatūra pakyla 1 ° C.

Kuo didesnis nuolydis ir, atitinkamai, kuo žemesnis laiptelis, tuo arčiau Žemės gelmių šiluma artėja prie paviršiaus ir tuo perspektyvesnė ši sritis yra geoterminės energijos plėtrai.

Skirtingose \u200b\u200bvietose, atsižvelgiant į geologinę struktūrą ir kitas regionines bei vietines sąlygas, temperatūros kilimo greitis gylio atžvilgiu gali labai skirtis. Žemės mastu geoterminių nuolydžių ir pakopų svyravimai siekia 25 kartus. Pavyzdžiui, Oregone (JAV) nuolydis yra 150 ° C / km, o pietų Afrika - 6 ° C per 1 km.

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

Pavyzdžiui, Kolos super giluminiame šulinyje, išgręžtame Baltijos kristaliniame skyde, 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 ° C temperatūra, 10 km gylyje - 180 ° C, o 12 km gylyje - 220 ° C.

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

Manoma, kad geoterminis gradientas mažėja pradedant nuo 20-30 km gylio: 100 km gylyje numanoma temperatūra yra apie 1300-1500 ° C, 400 km gylyje - 1600 ° C, Žemės šerdyje (gylyje daugiau kaip 6000 km) - 4000-5000 °. C.

10–12 km gylyje temperatūra matuojama per išgręžtus šulinius; ten, kur jų nėra, tai nustatoma netiesioginiais ženklais taip pat, kaip ir didesniame gylyje. Tokie netiesioginiai požymiai gali būti seisminių bangų praleidimo pobūdis arba tekančios lavos temperatūra.

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

Kelių kilometrų gylyje yra daug šilumos, bet kaip ją pakelti? Kartais šią problemą pati gamta išsprendžia natūralaus šilumos nešiklio pagalba - šildo terminiai vandenyskurie iškyla į paviršių arba guli mums prieinamame gylyje. Kai kuriais atvejais vanduo gilumoje yra įkaitinamas iki garo būklės.

Nėra griežtai apibrėžta termino „terminiai vandenys“. Paprastai jie reiškia karštą skysto arba garo pavidalo požeminį vandenį, įskaitant tuos, kurie išeina į Žemės paviršių, kai temperatūra yra aukštesnė nei 20 ° C, tai yra, paprastai, aukštesnė nei oro temperatūra.

Šiltai požeminis vanduo, garo, garo ir vandens mišiniai yra hidroterminė energija. Atitinkamai energija, pagrįsta jos naudojimu, vadinama hidrotermine.

Padėtis sudėtingesnė gaminant šilumą tiesiai iš sausų uolienų - naftos energija, juo labiau, kad gana aukšta temperatūra, kaip taisyklė, 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 yra gana natūralu - visur yra žemės gelmių šiluma, o šiluminiai vandenys randami vietoje. Tačiau dėl akivaizdžių techninių šilumos ir elektros energijos gamybos sunkumų šiuo metu dažniausiai naudojami terminiai vandenys.

Vandeniai, kurių temperatūra yra nuo 20-30 ° C iki 100 ° C, yra tinkami šildyti, esant 150 ° C ir aukštesnei temperatūrai - ir gaminti elektrą geoterminėse elektrinėse.

Apskritai geoterminiai ištekliai Rusijoje, išreikšti ekvivalentiško kuro tonomis arba kitu energijos vienetu, yra maždaug 10 kartų didesni nei iškastinio kuro atsargos.

Teoriškai tik geoterminė energija galėtų visiškai patenkinti šalies energijos poreikius. Šiuo metu didžiojoje jos teritorijos dalyje tai neįmanoma dėl techninių ir ekonominių priežasčių.

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

Būtent dėl \u200b\u200bšio geologinio specifiškumo Islandija turi didžiulius geoterminės energijos atsargas, įskaitant karštuosius šaltinius, kurie patenka į Žemės paviršių ir netgi išsilieja geizerių pavidalu.

Šiuo metu Islandijoje daugiau nei 60% visos suvartojamos energijos yra paimta iš Žemės. Įskaitant geoterminius šaltinius, gaunama 90% šilumos ir 30% elektros energijos. Pridedame, kad likusi šalies elektros energija gaminama hidroelektrinėse, tai yra, naudojant ir atsinaujinantį energijos šaltinį, kurio dėka Islandija atrodo kaip savotiškas pasaulinis aplinkos standartas.

Geoterminės energijos „prijaukinimas“ XX amžiuje Islandijai padėjo pastebimai ekonomiškai. Iki praėjusio šimtmečio vidurio ji buvo labai skurdi šalis, dabar ji užima pirmąją vietą pasaulyje pagal įrengtą pajėgumą ir geoterminės energijos gamybą vienam gyventojui ir yra dešimtuke pagal geoterminių jėgainių instaliuotos galios absoliučią vertę. Tačiau jos gyventojų skaičius yra tik 300 tūkst. Žmonių, o tai palengvina užduotį pereiti prie ekologiškų energijos šaltinių: jo poreikiai paprastai yra nedideli.

Be Islandijos, didelę geoterminės energijos dalį bendrame elektros energijos gamybos balanse teikia Naujoji Zelandija ir Pietryčių Azijos salų valstybės (Filipinai ir Indonezija), Centrinės Amerikos ir Rytų Afrikos šalys, kurių teritorijai taip pat būdingas didelis seisminis ir vulkaninis aktyvumas. Šioms šalims, atsižvelgiant į dabartinį išsivystymo lygį ir poreikius, geoterminė energija reikšmingai prisideda prie socialinio ir ekonominio vystymosi.

Geoterminės energijos naudojimas turi labai ilgą istoriją. Vienas iš pirmųjų žinomų pavyzdžių yra Italija, Toskanos provincijos, dabar vadinamos Larderello, vieta, kurioje dar XIX amžiaus pradžioje energetikos reikmėms buvo naudojami vietiniai karšti terminiai vandenys, išpilami natūraliai arba išgaunami iš negilių šulinių.

Čia buvo naudojamas boro turtingas požeminis vanduo, norint gauti boro rūgštį. Iš pradžių ši rūgštis buvo gaunama garinant geležiniuose katiluose, o įprastos malkos iš netoliese esančių miškų buvo imamos kaip kuras, tačiau 1827 m. Francesco Larderel sukūrė sistemą, veikiančią pačių vandenų šilumą. Tuo pačiu metu natūralių vandens garų energija buvo pradėta naudoti gręžimo platformoms eksploatuoti, o XX amžiaus pradžioje - vietinių namų ir šiltnamių šildymui. Toje pačioje vietoje, Larderello mieste, 1904 m. Terminiai vandens garai tapo energijos šaltiniu elektros energijai gaminti.

Kai kurios kitos šalys pasekė Italijos pavyzdžiu XIX amžiaus pabaigoje ir XX amžiaus pradžioje. Pavyzdžiui, 1892 m. Terminis vanduo pirmą kartą buvo naudojamas vietiniam šildymui JAV (Boise, Aidahas), 1919 m. - Japonijoje ir 1928 m. - Islandijoje.

JAV pirmoji hidroterminė jėgainė pasirodė 30-ojo dešimtmečio pradžioje Kalifornijoje, 1958 m. - Naujojoje Zelandijoje, 1959 m. - Meksikoje, 1965 m. - Rusijoje (pirmoji pasaulyje dvejetainė geoterminė jėgainė). ...

Senas naujo šaltinio principas

Elektros energijai gaminti reikalinga aukštesnė vandens šaltinio temperatūra nei šildant - daugiau kaip 150 ° C. Geoterminės elektrinės (GeoPP) veikimo principas yra panašus į įprastinės šiluminės elektrinės (TPP) veikimo principą. Tiesą sakant, geoterminė elektrinė yra savotiška šiluminė elektrinė.

TPP paprastai anglis, dujos arba mazutas veikia kaip pagrindinis energijos šaltinis, o vandens garai tarnauja kaip darbinis skystis. Degalai, deginant, šildo vandenį iki garo būklės, kuri suka garų turbiną ir ji gamina elektrą.

Skirtumas tarp „GeoPP“ yra tas, kad pagrindinis energijos šaltinis čia yra žemės vidaus šiluma, o darbinis skystis garo pavidalu tiekiamas į elektros generatoriaus turbinos mentes „baigta“ forma tiesiai iš gamybos šulinio.

Yra trys pagrindinės „GeoPP“ veikimo schemos: tiesioginis, naudojant sausą (geoterminį) garą; netiesioginis, pagrįstas hidroterminiu vandeniu, ir mišrus, arba dvejetainis.

Tam tikros schemos naudojimas priklauso nuo agregacijos būsenos ir energijos nešiklio temperatūros.

Paprasčiausia ir todėl pirmoji iš įvaldytų schemų yra tiesi linija, kuria iš šulinio patenkantys garai yra perduodami tiesiai per turbiną. Pirmasis pasaulyje „GeoPP“ Larderello taip pat dirbo sausu garu 1904 m.

GeoPP su netiesiogine darbo schema yra labiausiai paplitę mūsų laikais. Jie naudoja karštą požeminį vandenį, kuris, esant dideliam slėgiui, pumpuojamas į garintuvą, kur dalis jo išgaruoja, o gaunami garai suka turbiną. Kai kuriais atvejais geoterminiam vandeniui ir garui iš agresyvių junginių valyti reikalingi papildomi įtaisai ir grandinės.

Panaudotas garas patenka į įpurškimo šulinį arba yra naudojamas patalpų šildymui - šiuo atveju principas yra tas pats, kaip ir naudojant CHP.

Dvejetainiuose „GeoPP“ įrenginiuose karštas terminis vanduo sąveikauja su kitu skysčiu, kuris veikia kaip darbinis skystis, kurio virimo temperatūra yra žemesnė. Abu skysčiai praleidžiami per šilumokaitį, kuriame šiluminis vanduo išgarina darbinį skystį, kurio garai suka turbiną.

Ši sistema yra uždara, kuri išsprendžia išmetimo į atmosferą problemą. Be to, darbiniai skysčiai, kurių virimo temperatūra yra gana žema, leidžia naudoti ne labai karštą terminį vandenį kaip pagrindinį energijos šaltinį.

Visose trijose schemose naudojamas hidroterminis šaltinis, tačiau peteroterminė energija taip pat gali būti naudojama elektros energijai gaminti.

Scheminė schema šiuo atveju taip pat yra gana paprasta. Būtina gręžti du sujungtus šulinius - įpurškimo ir gamybos. Vanduo pumpuojamas į įpurškimo šulinį. Gylyje jis įkaista, tada per gamybos šulinį į paviršių tiekiamas šildomas vanduo arba garai, susidarę dėl stipraus kaitinimo. Be to, viskas priklauso nuo to, kaip naudojama naftos energija - šildymui ar elektros energijai gaminti. Uždarytas ciklas yra įmanomas, kai atliekų garas ir vanduo įpurškiami atgal į įpurškimo šulinį arba kitu būdu.

Tokios sistemos trūkumas yra akivaizdus: norint gauti pakankamai aukštą darbinio skysčio temperatūrą, reikia gręžti šulinius iki didelio gylio. Tai yra rimtos išlaidos ir didelių šilumos nuostolių rizika skysčiui judant aukštyn. Todėl petroterminės sistemos vis dar yra retesnės nei hidroterminės, nors petroterminės energijos potencialas yra eilės laipsnių didesnis.

Šiuo metu Australija yra vadinamųjų petroterminės cirkuliacijos sistemų (PCS) kūrimo lyderė. Be to, ši geoterminės energijos kryptis aktyviai vystosi JAV, Šveicarijoje, Didžiojoje Britanijoje ir Japonijoje.

Lordo Kelvino dovana

1852 m. Fiziko Williamo Thompsono (dar žinomo kaip lordas Kelvinas) išrastas šilumos siurblys suteikė žmonijai realią galimybę panaudoti mažo potencialo šilumą viršutiniuose dirvožemio sluoksniuose. Šilumos siurblio sistema, arba, kaip tai vadino Thompsonas, šilumos daugiklis, yra pagrįsta fiziniu šilumos perdavimo iš aplinkos į šaltnešį procesu. Tiesą sakant, jis naudoja tą patį principą, kaip ir petroterminėse sistemose. Skirtumas yra šilumos šaltinyje, dėl kurio gali kilti terminologinis klausimas: kokiu mastu šilumos siurblį galima laikyti geotermine sistema? Faktas yra tas, kad viršutiniuose sluoksniuose iki dešimties ar šimtų metrų gylio uolienas ir juose esančius skysčius kaitina ne gilus žemės karštis, bet saulė. Taigi šiuo atveju saulė yra pagrindinis šilumos šaltinis, nors ji, kaip ir geoterminėse sistemose, yra paimta iš žemės.

Šilumos siurblio darbas pagrįstas dirvožemio kaitinimo ir aušinimo, palyginti su atmosfera, vėlavimu, dėl to tarp paviršiaus ir gilesnių sluoksnių susidaro temperatūros gradientas, kuris sulaiko šilumą net žiemą, panašiai kaip tai vyksta rezervuaruose. Pagrindinis šilumos siurblių tikslas yra patalpų šildymas. Tiesą sakant, tai yra „atvirkštinis šaldytuvas“. Tiek šilumos siurblys, tiek šaldytuvas sąveikauja su trimis komponentais: vidine aplinka (pirmuoju atveju - šildoma patalpa, antruoju - atvėsinta šaldytuvo kamera), išorine aplinka - energijos šaltiniu ir šaltnešiu (aušinimo skysčiu), tai taip pat yra šilumos nešiklis, perduodantis šilumą arba šalta.

Medžiaga, kurios virimo temperatūra yra žema, veikia kaip šaltnešis, kuris leidžia jai paimti šilumą iš šaltinio, kurio temperatūra yra net gana žema.

Šaldytuve skystas šaltnešis patenka į garintuvą per droselį (slėgio reguliatorių), kur dėl staigaus slėgio sumažėjimo skystis išgaruoja. Garinimas yra endoterminis procesas, kuriam reikalingas išorinis šilumos absorbavimas. Dėl to iš garintuvo vidinių sienelių paimama šiluma, kuri šaldymo kameroje sukuria vėsinimo efektą. Toliau iš garintuvo šaltnešis įsiurbiamas į kompresorių, kur jis grįžta į skystą agregacijos būseną. Tai atvirkštinis procesas, dėl kurio pašalinta šiluma patenka į išorinę aplinką. Paprastai jis išmetamas į kambarį, o šaldytuvo užpakalinė dalis yra gana šilta.

Šilumos siurblys veikia daugmaž tuo pačiu būdu, tuo skirtumu, kad šiluma yra paimama iš išorinės aplinkos ir per garintuvą patenka į vidinę aplinką - kambario šildymo sistemą.

Tikrame šilumos siurblyje vanduo yra šildomas, einantis per išorinę grandinę, klojamas į žemę ar rezervuarą, po to patenka į garintuvą.

Garintuve šiluma perduodama į vidinę grandinę, užpildytą žemos virimo temperatūros šaltnešiu, kuris, eidamas pro garintuvą, iš skysčio keičiasi į dujinę būseną, pašalindamas šilumą.

Toliau dujinis šaltnešis patenka į kompresorių, kur jis suspaudžiamas iki aukšto slėgio ir temperatūros, ir patenka į kondensatorių, kur vyksta šilumos mainai tarp karštų dujų ir aušinimo skysčio iš šildymo sistemos.

Kompresoriui veikti reikalinga elektra, tačiau šiuolaikinių sistemų transformacijos santykis (sunaudotos ir pagamintos energijos santykis) yra pakankamai didelis, kad būtų užtikrintas jų efektyvumas.

Šiandien šilumos siurbliai yra plačiai naudojami patalpų šildymui, daugiausia ekonomiškai išsivysčiusiose šalyse.

Ekologiškai teisinga energija

Geoterminė energija laikoma ekologiška, o tai yra tiesa. Visų pirma, tam naudojami atsinaujinantys ir praktiškai neišsemiami ištekliai. Geoterminei energijai, priešingai nei didelėms hidroelektrinėms ar vėjo jėgainėms, nereikia didelių plotų ir, priešingai nei angliavandenilių energijai, ji neteršia atmosferos. Vidutiniškai „GeoPP“ užima 400 m 2 1 GW pagamintos elektros energijos. Pvz., Toks pat anglimis kūrenamos elektrinės skaičius yra 3600 m 2. Ekologinius „GeoPP“ pranašumus taip pat sudaro mažos vandens sąnaudos - 20 litrų gėlo vandens už 1 kW, o TPP ir AE reikia apie 1000 litrų. Atminkite, kad tai yra ekologiniai „vidutinio“ GeoPP rodikliai.

Bet neigiama šalutiniai poveikiai vis dar yra. Tarp jų dažniausiai išskiriamas triukšmas, šiluminė atmosferos tarša ir cheminė tarša - vanduo ir dirvožemis, taip pat kietųjų atliekų susidarymas.

Pagrindinis cheminės aplinkos taršos šaltinis yra tikrasis šiluminis vanduo (turintis aukštą temperatūrą ir mineralizaciją), kuriame dažnai yra dideliais kiekiais toksiški junginiai, dėl kurių kyla nuotekų ir pavojingų medžiagų šalinimo problema.

Neigiamą geoterminės energijos poveikį galima atsekti keliais etapais, pradedant nuo gręžinių gręžimo. Čia kyla tie patys pavojai, kaip ir gręžiant bet kurį gręžinį: grunto ir augalijos dangos sunaikinimas, dirvožemio ir požeminio vandens užteršimas.

GeoPP eksploatavimo etape išlieka aplinkos taršos problemos. Šiluminiuose skysčiuose - vandenyje ir garuose - paprastai yra anglies dioksido (CO 2), sieros sulfido (H 2 S), amoniako (NH 3), metano (CH 4), stalo druskos (NaCl), boro (B), arseno (As). ), gyvsidabrio (Hg). Patekę į aplinką, jie tampa jos taršos šaltiniais. Be to, agresyvi cheminė aplinka gali sukelti korozijos žalą GeoTPP struktūroms.

Tuo pačiu metu „GeoPP“ teršalų išmetimas yra vidutiniškai mažesnis nei AE. Pavyzdžiui, kiekvienos pagamintos elektros energijos kilovatvalandės anglies dvideginio išmetimas yra iki 380 g, naudojant GeoPP, 1 042 g - iš akmens anglimi kūrenamų TPP, 906 g - iš mazuto ir 453 g, jei kūrenamos dujomis.

Iškyla klausimas: ką daryti su nuotekomis? Esant mažai druskingumui, po aušinimo jis gali būti išleidžiamas į paviršinius vandenis. Kitas būdas yra įšvirkšti jį atgal į vandeningąjį sluoksnį per injekcinį šulinį, kuris šiandien yra priimtiniausias ir dažniausiai naudojamas.

Terminio vandens gavyba iš vandeningųjų sluoksnių (taip pat ir paprasto vandens išpumpavimas) gali sukelti dirvožemio sustingimą ir judėjimą, kitas geologinių sluoksnių deformacijas, mikro žemės drebėjimus. Paprastai tokių reiškinių tikimybė yra nedidelė, nors buvo užfiksuota atskirų atvejų (pavyzdžiui, GeoPP Staufen im Breisgau mieste, Vokietijoje).

Reikia pabrėžti, kad didžioji dalis „GeoPP“ yra santykinai retai apgyvendintose vietose ir trečiojo pasaulio šalyse, kur aplinkos reikalavimai yra ne tokie griežti kaip išsivysčiusiose šalyse. Be to, šiuo metu „GeoPP“ skaičius ir jų talpa yra palyginti menki. Plačiau plėtojant geoterminę energiją, rizika aplinkai gali padidėti ir išaugti.

Kiek kainuoja Žemės energija?

Investicinės išlaidos geoterminių sistemų statybai skiriasi labai įvairiai - nuo 200 USD iki 5000 USD už 1 kW instaliuotos galios, tai yra, pigiausios galimybės yra palyginamos su šiluminės elektrinės pastatymo kaina. Jie visų pirma priklauso nuo terminių vandenų atsiradimo sąlygų, jų sudėties ir sistemos projekto. Gręžiant į didelį gylį, sukuriant uždarą sistemą su dviem šuliniais, vandens valymo poreikis gali padidinti išlaidas.

Pavyzdžiui, investicijos į naftos cirkuliacijos sistemos (PCS) sukūrimą yra 1,6–4 tūkst. JAV dolerių už 1 kW įrengtos galios, o tai viršija atominės elektrinės statybos sąnaudas ir yra panaši į vėjo ir saulės jėgainių statybos kainą.

Akivaizdus „GeoTPP“ ekonominis pranašumas yra nemokamas energijos nešiklis. Palyginimui, veikiančios AE arba AE sąnaudų struktūroje kuras sudaro 50–80% ar net daugiau, atsižvelgiant į dabartines energijos kainas. Taigi dar vienas pranašumas geoterminė sistema: veiklos sąnaudos yra stabilesnės ir labiau nuspėjamos, nes jos nepriklauso nuo išorinių energijos kainų konjunktūros. Apskritai, GeoTPP eksploatavimo išlaidos yra 2–10 centų (60 kapeikų - 3 rubliai) už 1 kWh generuojamos galios.

Antras pagal dydį (po energijos nešiklio) (ir labai reikšmingas) išlaidų punktas, kaip taisyklė, yra gamyklos darbuotojų atlyginimai, kurie gali radikaliai skirtis įvairiose šalyse ir regionuose.

Vidutiniškai 1 kWh geoterminės energijos kaina yra panaši į TPP kainą (Rusijos sąlygomis - apie 1 RUB / 1 kWh) ir dešimt kartų didesnė nei elektros energijos gamybos jėgainėse kaina (5–10 kapeikų / 1 kWh). ).

Iš dalies brangumo priežastis yra ta, kad, skirtingai nei šiluminės ir hidraulinės jėgainės, „GeoTPP“ talpa yra palyginti maža. Be to, būtina palyginti sistemas, esančias tame pačiame regione ir panašiomis sąlygomis. Pavyzdžiui, Kamčiatkoje, ekspertų teigimu, 1 kWh geoterminės elektros energijos kainuoja 2–3 kartus pigiau nei vietinėse šiluminėse elektrinėse pagaminta elektra.

Geoterminės sistemos ekonominio efektyvumo rodikliai priklauso, pavyzdžiui, nuo to, ar reikia išmesti nuotekas ir kokiais būdais tai daroma, ar įmanoma kartu naudoti išteklius. Taigi, cheminiai elementai ir junginiai, išgaunami iš terminio vandens, gali gauti papildomų pajamų. Prisiminkime Larderello pavyzdį: čia svarbiausia buvo chemijos gamyba, o geoterminės energijos panaudojimas iš pradžių buvo pagalbinis.

Geoterminė energija pirmyn

Geoterminė energija vystosi kiek kitaip nei vėjas ir saulė. Šiuo metu tai labai priklauso nuo paties ištekliaus pobūdžio, kuris labai skiriasi pagal regioną, o didžiausia koncentracija yra susijusi su siauromis geoterminių anomalijų zonomis, paprastai susijusiomis su tektoninių gedimų ir vulkanizmo išsivystymo sritimis.

Be to, geoterminė energija yra mažiau technologiškai pajėgi, palyginti su vėjo, o dar labiau saulės energija: geoterminių jėgainių sistemos yra gana paprastos.

Visoje pasaulio elektros energijos gamybos struktūroje geoterminis komponentas sudaro mažiau nei 1%, tačiau kai kuriuose regionuose ir šalyse jo dalis siekia 25–30%. Dėl sąsajų su geologinėmis sąlygomis nemaža geoterminės energijos pajėgumų dalis yra sutelkta trečiojo pasaulio šalyse, kur išskiriamos trys didžiausios pramonės plėtros grupės - Pietryčių Azijos, Centrinės Amerikos ir Rytų Afrikos salos. Pirmieji du regionai yra įtraukti į Ramiojo vandenyno „Žemės ugnies juostą“, trečiasis yra susietas su Rytų Afrikos Riftu. Geoterminė energija greičiausiai toliau vystysis šiuose diržuose. Tolimesnė perspektyva yra petroterminės energijos vystymasis, naudojant žemės sluoksnių, esančių kelių kilometrų gylyje, šilumą. Tai beveik visur esantis išteklius, tačiau jo gavyba reikalauja didelių išlaidų, todėl naftos energija vystosi pirmiausia ekonomiškai ir technologiškai galingiausiose šalyse.

Apskritai, atsižvelgiant į visur taikomą geoterminių išteklių paskirstymą ir priimtiną aplinkos saugos lygį, yra pagrindo manyti, kad geoterminė energija turi geras plėtros perspektyvas. Ypač didėjant tradicinių energijos šaltinių trūkumo ir kylančių jų grėsmei.

Nuo Kamčiatkos iki Kaukazo

Rusijoje geoterminės energijos plėtra turi gana ilgą istoriją ir daugelyje pozicijų esame tarp pasaulio lyderių, nors geoterminės energijos dalis bendrame milžiniškos šalies energijos balanse vis dar nedidelė.

Du regionai - Kamčiatka ir Šiaurės Kaukazas - tapo geoterminės energijos plėtros pradininkais ir centrais Rusijoje, o jei pirmuoju atveju pirmiausia kalbame apie elektros energijos pramonę, tai antruoju - apie šiluminio vandens šiluminės energijos naudojimą.

Šiaurės Kaukaze - Krasnodaro teritorijoje, Čečėnijoje, Dagestane - šiluminių vandenų šiluma energetiniams tikslams buvo naudojama dar prieš Didįjį Tėvynės karas... Dešimtajame ir dešimtajame dešimtmečiuose geoterminės energijos plėtra regione dėl akivaizdžių priežasčių sustojo ir dar neišnyko iš sąstingio. Nepaisant to, geoterminis vandens tiekimas Šiaurės Kaukaze teikia šilumą maždaug 500 tūkst. Žmonių, ir, pavyzdžiui, 60 tūkst. Gyventojų turintis Labinsko miestas Krasnodaro teritorijoje yra visiškai šildomas geoterminių vandenų.

Kamčiatkoje geoterminės energijos istorija visų pirma siejama su geoterminės jėgainės statyba. Pirmoji iš jų, vis dar eksploatuojanti „Pauzhetskaya“ ir „Paratunskaya“ stotis, buvo pastatyta dar 1965–1967 m., O „Paratunskaya GeoPP“, kurios galia buvo 600 kW, tapo pirmąja stotimi pasaulyje su dvejetainiu ciklu. Tai buvo sovietų mokslininkų S.S.Kutateladze ir A. M. Rosenfeldo iš Rusijos mokslų akademijos Sibiro filialo Termofizikos instituto, kurie 1965 m. Gavo autoriaus pažymėjimą už elektros išgavimą iš vandens, kurio temperatūra 70 ° C, raida. Vėliau ši technologija tapo daugiau nei 400 dvejetainių „GeoPP“ prototipu.

1966 m. Pradėto eksploatuoti Pauzhetskaya GeoPP galia iš pradžių buvo 5 MW, vėliau padidinta iki 12 MW. Šiuo metu stotyje statomas dvejetainis blokas, kuris padidins jo galingumą dar 2,5 MW.

Geoterminės energijos plėtrą SSRS ir Rusijoje kliudė tradiciniai energijos šaltiniai - nafta, dujos, anglis, tačiau niekada nesustojo. Šiuo metu didžiausi geoterminės energijos įrenginiai yra „Verkhne-Mutnovskaya GeoPP“, kurio bendroji galia yra 12 MW galios agregatų, pradėtas eksploatuoti 1999 m., Ir „Mutnovskaya GeoPP“, kurio galia yra 50 MW (2002 m.).

„Mutnovskaya“ ir „Verkhne-Mutnovskaya GeoPP“ yra unikalūs objektai ne tik Rusijai, bet ir pasauliniu mastu. Stotys yra Mutnovskio ugnikalnio papėdėje, 800 metrų aukštyje virš jūros lygio ir veikia ekstremaliomis klimato sąlygomis, kai žiema būna 9–10 mėnesių per metus. „Mutnovsky GeoPP“ įranga, šiuo metu viena moderniausių pasaulyje, yra visiškai sukurta vietinėse energetikos įmonėse.

Šiuo metu Mutnovskie elektrinių dalis bendroje Centrinės Kamčatkos energijos centro energijos suvartojimo struktūroje yra 40%. Ateinančiais metais planuojama padidinti pajėgumus

Atskirai reikėtų pasakyti apie Rusijos petroterminius pokyčius. Didelių DSP dar neturime, tačiau yra pažangios giluminio gręžimo technologijos (apie 10 km), kurios taip pat neturi analogų pasaulyje. Tolesnis jų tobulinimas leis drastiškai sumažinti petroterminių sistemų kūrimo sąnaudas. Šių technologijų ir projektų kūrėjai yra N. A. Gnatus, M. D. Khutorskoy (Rusijos mokslų akademijos geologijos institutas), A. S. Nekrasovas (Rusijos mokslų akademijos Ekonominio prognozavimo institutas) ir Kalugos turbinų gamyklos specialistai. Petroterminės cirkuliacijos sistemos projektas Rusijoje šiuo metu yra eksperimentiniame etape.

Rusijoje yra geoterminės energijos perspektyvų, nors ir gana tolimų: šiuo metu potencialas yra gana didelis, o tradicinės energetikos pozicijos yra stiprios. Tuo pačiu metu daugelyje atokių šalies regionų geoterminė energija yra ekonomiškai naudinga ir šiuo metu yra paklausa. Tai teritorijos, turinčios didelį geoenergetinį potencialą (Čukotka, Kamčiatka, Kurilesas - rusiška Ramiojo vandenyno dalis „Žemės ugnies juosta“, Pietų Sibiro ir Kaukazo kalnai) ir tuo pačiu metu nutolusios ir atskirtos nuo centralizuoto energijos tiekimo.

Tikriausiai per ateinančius dešimtmečius geoterminė energija mūsų šalyje vystysis būtent tokiuose regionuose.

Vertikaliuose kolektoriuose energija imama iš žemės, naudojant geoterminius žemės zondus. Tai yra uždaros sistemos, kurių šuliniai yra 145–150 mm skersmens ir nuo 50 iki 150 m gylio, per kuriuos klojami vamzdžiai. Dujotiekio gale sumontuota grįžtamoji U alkūnė. Paprastai montavimas atliekamas naudojant vieno kontūro zondą su 2x d40 vamzdžiais (Švedijos sistema) arba dvigubos kilpos zondą su 4x d32 vamzdžiais. Dvigubos kilpos zondai turėtų pasiekti 10-15% didesnį šilumos ištraukimą. Šuliniuose, esančiuose giliau nei 150 m, reikia naudoti 4xd40 vamzdžius (siekiant sumažinti slėgio nuostolius).

Šiuo metu dauguma gręžinių, iš kurių išgaunama šiluma iš žemės, yra 150 m gylio. Didesniame gylyje galima gauti daugiau šilumos, tačiau tokių gręžinių kaina bus labai didelė. Todėl svarbu iš anksto apskaičiuoti vertikalaus kolektoriaus įrengimo išlaidas, palyginti su numatomomis sutaupytomis ateityje. Įrengus aktyvią-pasyvią aušinimo sistemą, gilesni šuliniai nėra daromi dėl aukštesnės temperatūros dirvožemyje ir mažesnio potencialo šilumos perdavimo iš tirpalo metu aplinka... Antifrizas (alkoholis, glicerinas, glikolis) cirkuliuoja sistemoje, praskiedžiamas vandeniu iki norimos antifrizo konsistencijos. Šilumos siurblyje jis perduoda šilumą, paimtą iš žemės, į šaltnešį. Grunto temperatūra 20 m gylyje yra apie 10 ° C, o kas 30 m ji padidėja 1 ° C. Jai nedaro jokios įtakos klimato sąlygos, todėl žiemą ir vasarą galite tikėtis aukštos kokybės energijos pasirinkimo. Reikėtų pridurti, kad sezono pradžioje (rugsėjo – spalio mėn.) Temperatūra žemėje šiek tiek skiriasi nuo sezono pabaigos (kovo – balandžio mėn.) Oro temperatūros. Todėl, skaičiuojant vertikalių kolektorių gylį, būtina atsižvelgti į šildymo sezono ilgį montavimo vietoje.

Renkant šilumą naudojant geoterminius vertikalius zondus, labai svarbu atlikti teisingus kolektorių skaičiavimus ir dizainą. Norint atlikti kompetentingus skaičiavimus, būtina žinoti, ar montavimo vietoje galima gręžti iki norimo gylio.

10 kW galios šilumos siurbliui reikia maždaug 120–180 m gręžinio. Šuliniai turėtų būti išdėstyti ne mažiau kaip 8 m atstumu. Šulinių skaičius ir gylis priklauso nuo geologinės sąlygos, požeminio vandens buvimas, dirvožemio sugebėjimas išlaikyti šilumą ir gręžimo technologijos. Gręžiant kelis šulinius, bendras norimas šulinio ilgis bus padalytas iš šulinių skaičiaus.

Vertikalaus kolektoriaus pranašumas prieš horizontalų kolektorių yra mažesnis naudojamas žemės plotas, stabilesnis šilumos šaltinis ir šilumos šaltinio nepriklausomumas oro sąlygos... Vertikalių kolektorių neigiama pusė yra brangios žemės kasimo ir laipsniško žemės aušinimo šalia kolektoriaus išlaidos (projektavimo metu reikalingi kompetentingi reikiamos galios skaičiavimai).

Reikiamo šulinio gylio apskaičiavimas

Informacija, reikalinga preliminariam gręžinių gylio ir skaičiavimui:

Šilumos siurblio galia

Pasirinktas šildymo tipas - „šiltos grindys“, radiatoriai, kombinuotas

Numatomas šilumos siurblio darbo valandų skaičius per metus, energijos poreikio aprėptis

Montavimo vieta

Naudojant geoterminį gręžinį - šildymas, karšto vandens ruošimas, sezoninis baseino šildymas, baseino šildymas ištisus metus

Pasyvaus (aktyvaus) aušinimo naudojimas įrenginyje

Bendras metinis šilumos suvartojimas šilumai (MW / h)

Žemės paviršiaus dirvožemio sluoksnis yra natūralus šilumos akumuliatorius. Pagrindinis šiluminės energijos, patenkančios į viršutinius Žemės sluoksnius, šaltinis yra saulės spinduliuotė. Maždaug 3 m gylyje (žemiau užšalimo lygio) dirvožemio temperatūra per metus praktiškai nesikeičia ir yra maždaug lygi vidutinei metinei lauko oro temperatūrai. 1,5–3,2 m gylyje žiemą temperatūra svyruoja nuo +5 iki + 7 ° C, o vasarą nuo +10 iki + 12 ° C. Esant tokiai šilumai galite užkirsti kelią namui žiemą užšalti, o vasarą - neperkaisti virš 18 metų. -20 ° C

Paprasčiausias būdas naudoti žemės šilumą yra naudoti dirvožemio šilumokaitį (PHE). Po žeme, žemiau dirvožemio užšalimo lygio, klojama oro kanalų sistema, atliekanti šilumokaičio tarp žemės ir oro, praeinančio per šiuos oro kanalus, funkciją. Žiemą gaunamas šaltas oras, kuris patenka ir praeina per vamzdžius, yra šildomas, o vasarą - vėsinamas. Racionaliai išdėstant oro kanalus, iš dirvožemio galima sunaudoti nemažą dalį šiluminės energijos, sunaudojant mažai elektros energijos.

Galima naudoti šilumnešį „vamzdis vamzdyje“. Vidiniai nerūdijančio plieno oro kanalai čia veikia kaip rekuperatoriai.

Vėsinimas vasarą

Šiltuoju metų laiku antžeminis šilumokaitis tiekia tiekiamą orą. Išorinis oras patenka per oro įsiurbimo įtaisą į žemės šilumokaitį, kur jį aušina žemė. Tada atvėsintas oras oro kanalais tiekiamas į vėdinimo įrenginį, kuriame vietoj rekuperatoriaus vasaros laikotarpiui yra sumontuotas vasarinis įdėklas. Dėl šio sprendimo sumažėja temperatūra patalpose, pagerėja namo mikroklimatas, sumažėja energijos sąnaudos oro kondicionavimui.

Darbas ne sezono metu

Kai lauko ir vidaus oro temperatūrų skirtumas yra nedidelis, grynas oras gali būti tiekiamas per tiekimo groteles, esančias ant namo sienos antžeminėje dalyje. Tuo laikotarpiu, kai skirtumas yra didelis, šviežio oro tiekimas gali būti vykdomas per šilumokaitį, tiekiant tiekiamą / aušinamą tiekiamą orą.

Taupymas žiemą

Šaltuoju metų laiku išorinis oras patenka per oro įsiurbimo įrenginį į šilumokaitį, kur jis yra pašildomas, o po to patenka į vėdinimo įrenginį šildymui rekuperatoriuje. Oro pašildymas vėdinimo įrenginyje sumažina apledėjimo tikimybę vėdinimo įrenginio rekuperatoriuje, padidindamas efektyvų rekuperacijos laiką ir sumažindamas papildomo oro šildymo vandens / elektriniame šildytuve išlaidas.

Kaip apskaičiuojamos oro šildymo ir vėsinimo išlaidos

Galite iš anksto apskaičiuoti oro šildymo žiemą kainą patalpoje, kur tiekiamas oras yra 300 m3 / h standartas. Žiemą vidutinė dienos temperatūra per 80 dienų yra -5 ° C - jis turi būti įkaitintas iki + 20 ° C. Norint sušildyti šį oro kiekį, jūs turite praleisti 2,55 kW per valandą (jei nėra šilumos atgavimo sistemos). Naudojant geoterminę sistemą, išorinis oras pašildomas iki +5, o tada 1,02 kW naudojama įeinančiam orui sušildyti iki patogaus. Naudojant rekuperaciją, situacija dar geresnė - jums reikia išleisti tik 0,714 kW. Atitinkamai per 80 dienų bus sunaudota 2 448 kWh šiluminės energijos, o geoterminės sistemos sumažins sąnaudas 1175 arba 685 kWh.

Ne sezono metu per 180 dienų vidutinė dienos temperatūra yra + 5 ° C - ją reikia šildyti iki + 20 ° C. Planuojamos išlaidos yra 3305 kWh, o geoterminės sistemos sumažins išlaidas 1322 arba 1102 kWh.

Vasarą 60 dienų vidutinė dienos temperatūra yra apie + 20 ° C, tačiau 8 valandas ji yra + 26 ° C ribose. Šaldymo išlaidos bus 206 kW * h, o geoterminė sistema sumažins išlaidas 137 kW * h.

Ištisus metus tokios geoterminės sistemos veikimas vertinamas pagal koeficientą - SPF (sezoninis galios koeficientas), kuris apibrėžiamas kaip gaunamos šilumos energijos ir sunaudotos elektros energijos kiekio santykis, atsižvelgiant į sezoninius oro / žemės temperatūros pokyčius.

Norėdami iš dirvožemio gauti 2634 kWh šiluminės galios, vėdinimo įrenginys per metus sunaudoja 635 kWh elektros energijos. SPF \u003d 2634/635 \u003d 4,14.
Remiantis medžiagomis.

Dirvožemio temperatūra nuolat kinta atsižvelgiant į gylį ir laiką. Tai priklauso nuo daugelio veiksnių, iš kurių daugelį sunku įvertinti. Pastariesiems, pavyzdžiui, priskiriama: augmenijos pobūdis, šlaito veikimas kardinaliaisiais taškais, šešėliai, sniego danga, pačių dirvožemių pobūdis, viršvandenių šalčių vandenys ir kt. stabili, o lemiamą įtaką čia išlieka oro temperatūra.

Dirvožemio temperatūra skirtinguose gyliuoseir skirtingais metų laikotarpiais galima gauti atliekant tiesioginius matavimus šiluminiuose šuliniuose, kurie klojami tyrimo metu. Tačiau šis metodas reikalauja ilgalaikių stebėjimų ir didelių išlaidų, o tai ne visada pateisinama. Duomenys, gauti iš vieno ar dviejų šulinių, išsidėstę dideliuose plotuose ir ilgiai, smarkiai iškraipant tikrovę, todėl apskaičiuoti duomenys apie dirvožemio temperatūrą daugeliu atvejų tampa patikimesni.

Amžino įšalo dirvožemio temperatūrabet kuriame gylyje (iki 10 m nuo paviršiaus) ir bet kuriuo metų laikotarpiu galima nustatyti pagal formulę:

tr \u003d mt °, (3.7)

kur z yra gylis, matuojamas nuo VGM, m;

tr - dirvožemio temperatūra z gylyje, laipsniais.

τr - laikas, lygus metams (8760 h);

τ yra laikas, skaičiuojamas į priekį (po sausio 1 d.) nuo dirvožemio rudens užšalimo pradžios iki momento, kuriam matuojama temperatūra, valandomis;

exp x - eksponentinis (eksponentinė funkcija exp paimta iš lentelių);

m - koeficientas, priklausomai nuo metų laikotarpio (laikotarpiui nuo spalio iki gegužės m \u003d 1,5–0,05 z, o laikotarpiui nuo birželio iki rugsėjo m \u003d 1)

Labiausiai žema temperatūra tam tikrame gylyje bus tada, kai (3.7) formulės kosinusas bus lygus -1, t.y., minimali dirvožemio temperatūra metams tam tikrame gylyje bus

tr min \u003d (1,5–0,05z) t °, (3,8)

Maksimali dirvožemio temperatūra gylyje z bus tada, kai kosinusas užims reikšmę, lygią vienai, t.

tr max \u003d t °, (3.9)

Visose trijose formulėse tūrinės šilumos talpos C m vertė turėtų būti apskaičiuojama dirvožemio temperatūrai t ° pagal (3.10) formulę.

C 1 m \u003d 1 / W, (3.10)

Dirvožemio temperatūra sezoninio tirpimo sluoksnyjetaip pat gali būti nustatomas apskaičiuojant, atsižvelgiant į tai, kad šio sluoksnio temperatūros pokytis gana tiksliai apytiksliai apskaičiuojamas pagal tiesinę priklausomybę esant šiems temperatūros gradientams (3.1 lentelė).

Apskaičiavę dirvožemio temperatūrą VGM lygyje, naudokite vieną iš formulių (3.8) - (3.9), t. sudėjus formules Z \u003d 0, tada pagal 3.1 lentelę nustatome dirvožemio temperatūrą tam tikrame gylyje sezoninio tirpimo sluoksnyje. Aukščiausiuose dirvožemio sluoksniuose, esančiuose iki maždaug 1 m nuo paviršiaus, temperatūros svyravimai yra labai sudėtingi.

3.1 lentelė

Temperatūros gradientas sezoninio tirpimo sluoksnyje gylyje, esančiame žemiau nei 1 m nuo žemės paviršiaus

Pastaba. Gradiento ženklas parodytas dienos paviršiaus link.

Norėdami gauti apskaičiuotą dirvožemio temperatūrą metro sluoksnyje nuo paviršiaus, galite atlikti šiuos veiksmus. Apskaičiuokite 1 m gylyje esančią temperatūrą ir dienos dirvožemio paviršiaus temperatūrą, o tada, atlikdami šių dviejų verčių vertę, nustatykite temperatūrą tam tikrame gylyje.

Temperatūra dirvožemio paviršiuje t p šaltuoju metų laiku gali būti lygi oro temperatūrai. Vasarą:

t p \u003d 2 + 1,15 t, (3.11)

čia t p yra paviršiaus temperatūra laipsniais.

t in - oro temperatūra laipsniais.

Nepraeinančio kriolitozono dirvožemio temperatūra yra apskaičiuojamas kitaip nei sujungiant. Praktiškai galime manyti, kad temperatūra VGM lygyje bus lygi 0 ° С visus metus. Apskaičiuota amžinojo įšalo sluoksnių dirvožemio temperatūra tam tikrame gylyje gali būti nustatyta atliekant interpoliaciją, darant prielaidą, kad ji kinta gylyje pagal linijinį įstatymą nuo t ° 10 m gylyje iki 0 ° C VGM gylyje. Atšildyto sluoksnio h t temperatūra gali būti nuo 0,5 iki 1,5 ° C.

Sezoninio užšalimo h p sluoksnyje dirvožemio temperatūra gali būti apskaičiuojama taip pat, kaip ir besitęsiančio amžinojo įšalo sezoninio atitirpinimo sluoksnyje, t. sluoksnyje h p - 1 m išilgai temperatūros gradiento (3.1 lentelė), atsižvelgiant į temperatūrą h p gylyje, lygų 0 ° С šaltuoju metų laiku ir 1 ° С vasarą. Viršutiniame 1 m dirvožemio sluoksnyje temperatūra nustatoma interpoliuojant temperatūrą 1 m gylyje ir temperatūrą paviršiuje.