Геотермални колектори, сонди и подземни води в сравнение
В нови и стари сгради се търсят геотермални отоплителни системи като заместители на конвенционалното изгаряне на нефт и газ. През последните години повърхностните колектори, геотермалните сонди и системите за кладенци се утвърдиха като практични решения за добив на геотермална енергия. Топлината, получена от земята, след това се изпомпва до необходимата температура на отоплителния кръг с помощта на солна или водно-водна термопомпа. Тогава ефективните термопомпи използват три четвърти геотермална енергия и една четвърт електричество, за да произвеждат един киловат час топлина.
Какво означава днес терминът „геотермална енергия“?
Терминът „геотермална енергия“ описва енергията, съхранявана под формата на топлина под твърдата повърхност на земята. Използването на геотермална енергия става все по-важно. Първичната енергия се получава чрез използването на практически неизчерпаем и по този начин квази-регенеративен енергиен източник.
Използването на геотермална енергия има положителни екологични ефекти (напр. Запазване на изкопаеми енергийни източници, намаляване на емисиите на CO2) и следователно е екологично желателно навсякъде, където може да се изключи увреждане на подпочвените води. В зависимост от дълбочината на използване на геотермалната енергия се прави разлика между два вида геотермална енергия:
- Приземна геотермална енергия (до 400 метра дълбочина/за производство на топлина и студ)
- Дълбока геотермална енергия (от дълбочина 400 метра/за отопление или за производство на електроенергия)
„Приземна геотермална енергия“ обикновено се приравнява на термина геотермална енергия, докато геотермалната енергия се използва, когато се говори за технически по-сложни проучвания под дълбочина 400 метра.
Геотермални употреби на геотермална енергия с един поглед (графика: energie-experten.org)
Заявете до 5 предложения за термопомпи от компании за ОВК във вашия район!
Методи за получаване на геотермална енергия
Геотермалната температура на слоевете в близост до повърхността се влияе в значителна степен от слънцето и следователно от сезоните през първите няколко метра. Само от около 15 метра дълбочина температурата се поддържа около 10 ° C. (Графика: energie-experten.org)
В така наречената „близо до повърхността“ геотермална енергия са установени три метода за извличане на топлина от земята с помощта на термопомпа:
Спестяващи място специални разработки като изкопни колектори, спирални тръби, специални полипропиленови рогозки и системи за директно изпаряване, използващи земни абсорбатори, се използват по-рядко.
Докато температурата на първите метри почва винаги се влияе от съответната външна температура, в най-горните почвени слоеве от дълбочина около 10 m има температура около 10 ° C през цялата година. От тази дълбочина температурата на геотермалната енергия се увеличава постепенно. От дълбочина около 100 m има относително постоянно повишаване на температурата от около 3 ° C на 100 m (т.нар. Геотермална дълбочина или геотермален градиент).
Ако не е възможно да се използва геотермална енергия поради регламенти за защита на водите, геоложки или ограничения на земната площ, се препоръчва въздушна термопомпа като едно- или двувалентна отоплителна система като алтернатива на геотермалната енергия.
Експертни познания: Важен набор от правила в техническото развитие на геотермалната енергия е VDI 4640 серия от насоки, особено това страница 2, който се занимава със специално заземени системи с термопомпи. Обхватът на VDI 4640 Част 2 се разпростира до Проектиране и монтаж различни системи с термопомпи: системи, които използват Подземни води през кладенци, Системи, използващи недрата Геотермални колектори и геотермални сонди както и системи с Директно разширяване. Насоките включват също системи за източници на топлина като геотермални кошници, енергийни купчини, бетонни компоненти в контакт със земята и тунелни конструкции. Сондите за съхранение и компактните геотермални колектори също попадат в обхвата на VDI 4640 Част 2.
Използване на геотермални колектори
Плоските колектори са хоризонтално положени PE маркучи, в които циркулира водно-гликолова смес. Капацитетът за студено извличане, произтичащ от геологията и нуждата от топлина на имота ("количество геотермална топлина"), определя размера на повърхностния колектор и може да варира между 1,5 до 2,5 пъти използваемата площ, която трябва да се отоплява, в зависимост от изолацията. Оразмеряването трябва да се извършва при всякакви обстоятелства съгласно VDI 4640 [1].
Повърхностният колектор използва земята на дълбочина от около 1,20 до 1,50 м като слънчево хранилище („геотермална енергия“). Това означава, че тази зона трябва да е достъпна за слънцето и топлоносителите, особено за дъжд и подпочвени води. Следователно използването на имота е ограничено в дългосрочен план по отношение на засаждането и развитието. Поради това се препоръчва използването на по-големи свойства.
Полагане на повърхностен колектор за добив на близо повърхностна геотермална енергия (Снимка: energie-experten.org)
Монтирането на повърхностен колектор на свободни парцели и обновяването на отоплителната система също са трудни, тъй като съществуващите градини са унищожени и транспортирането на земята, която трябва да бъде изкопана до и от сградата, отнема много време, ако няма достатъчно място. Следователно инсталирането в нова сграда с достатъчна площ е най-предопределеното приложение на повърхностния колектор, тъй като полагането може да бъде интегрирано и рентабилно в процеса на строителство на къщата.
Следователно опростената инсталация и евтините инсталационни разходи са ограничени от площта на имота и неговото използване и могат да бъдат сравнени с инсталирането на геотермални сонди. Друга характеристика на повърхностния колектор е сезонната променливост на способността за студено извличане. Тъй като приповерхностният температурен профил на почвата е независим от сезона само от 15 м нататък, температурата на саламурата, протичаща през повърхностния колектор, намалява непрекъснато от началото до края на отоплителния сезон и изисква летните месеци да напълнят слънчевия резервоар за съхранение и да регенерират почвата около колектора. Ако са проектирани твърде малки, летните месеци не са достатъчни, за да достигнат същото температурно ниво като предходната година. Резултатът е дългосрочен спад в нивата на добив, които постепенно се появяват и често стават очевидни едва след няколко отоплителни сезона, особено в новите сгради поради липсата на референтни стойности.
Разпределителната шахта е важен елемент в работата на геотермалното отопление. Тук потокът и връщането на геотермалните колектори и/или геотермалните сонди са събрани заедно. (Снимка: energie-experten.org)
Поискайте безплатни предложения за сравнение на геотермални отоплителни системи
Използване на геотермални сонди
Ако зоната за хоризонтален геотермален колектор за топлина не е налична или е изключена поради използването му, има възможност за вертикално или наклонено разположение. Този тип колектор е известен като геотермална сонда. Геотермалните сонди достигат дълбочина от 10 до 100 m. Извличането на геотермална енергия с помощта на сонда е по-малко податливо на сезонни температурни колебания. Използването им се основава на същия принцип като повърхностните колектори. Различава ги само вертикалната инсталация в земята.
За да се извлече геотермална енергия от по-дълбоки почвени слоеве, обикновено се пробиват геотермални сонди. (Снимка: energie-experten.org)
Предпоставки за планиране и инсталиране на геотермални сонди са точното познаване на почвените свойства, последователността на слоевете, устойчивостта на почвата, както и съществуването на подпочвени води и пластови води и определяне на посоката на нейния поток. Тъй като при сондажи обикновено се срещат слоеве, пренасящи подпочвени води, трябва да се получи разрешение съгласно водния закон за експлоатация на геотермалната сонда. Геотермалните сонди са особено подходящи за съществуващи сгради и за нови сгради в столични райони с ограничено открито пространство.
За да се извършат по-дълбоки геотермални сондажи, свредлите се завинтват и регулират по време на процеса на сондиране. (Снимка: energie-experten.org)
Използване на геотермална енергия чрез система от кладенци
Подземните води с целогодишната си температура от 8 до 12 ° C, като геотермален източник, предлагат най-добрите условия за работа на термопомпа. В този случай подземните води се вземат от кладенеца за доставка чрез потопяема помпа, преминават през изпарителя на термопомпата или междинен топлообменник, охлаждат се в процеса и след това се връщат през инжекционния кладенец. Дори на дълбочина от 20 m или повече, това е до голяма степен без суспендирани частици и следователно обикновено е подходящо за извеждане в топлообменника на термопомпата.
Използването на геотермална енергия чрез подпочвените води се характеризира с факта, че тази среда може да се изпомпва непрекъснато при около 10 ° C, докато температурата на саламурата във веригата на геотермалните сонди или повърхностния колектор е само 0 ° C до 4 ° C през зимните месеци суми. Тогава термопомпата трябва само да "изпомпа" това "високо" ниво на температурата до това на потока на отоплителната вода, което означава по-ниски разходи за електроенергия за тази работа.
Използването изисква инсталирането на минимум два кладенеца: кладенец за доставка и абсорбционен кладенец за подаване на водата обратно към водоносния хоризонт. Тъй като тази система не може да работи изцяло при липса на въздух, ямката често се запушва поради високото съдържание на желязо и манган в подпочвените води. Разстоянието между кладенеца за подаване и смукателния кладенец трябва да бъде най-малко 10 m, за да се избегнат термични къси съединения. Посоката на потока, производителността и качеството на водата трябва да бъдат определени предварително чрез изпомпващи тестове, за да се осигури дългосрочно извличане на геотермална енергия.
За генериране на геотермална енергия е необходимо определено количество подземни води. По принцип количеството вода се определя от следната основна термодинамична формула:
E = m * cv * ΔT
Където E означава необходимия капацитет за студено извличане, m за потока на студената вода в kg/s, cv за специфичния топлинен капацитет в kJ/(kg x K) и ΔT за температурната разлика между потока и връщането на кладенечната вода.
От тази формула следва, че ефективността на системата за кладенец с вода зависи в решаваща степен от топлообменника, който трябва да бъде проектиран за обема и калорийния поток, които могат да бъдат изпомпвани в дългосрочен план в приложението. Ако геотермалният топлообменник не отговаря на термодинамичните изисквания, общата ефективност на системата спада и в най-лошия случай може да доведе до заледяване на повърхностите на обменника. Следователно определянето на системната технология трябва да бъде в ръцете на опитен офис за планиране.
Поради местните сезонни колебания в качеството на подпочвените води е необходим анализ на водата преди планирането на системата. Ако това не бъде направено, съществува риск от запушване на входящия кладенец и корозия от желязо и манган. Ако количеството и качеството на водата са недостатъчни, трябва да се избягва използването на кладенческа вода. Всяко пробно сондиране, което може да е било направено, все още може да се използва като геотермална сонда.
Експертни познания: Представянето на възможните употреби на геотермална енергия може да бъде разширено, за да включва системи за директно изпаряване, сонди за CO2, "супер" поглъщащи повърхности, кошници за сонди, енергийни огради, инфилтрационни басейни, използване на езера и канализация, енергийни купчини, активиране на бетонна сърцевина и др. Внедряването на тези геотермални технологии обаче изисква най-разнообразните условия на проекта при внимателно обмисляне.
Тук можете да намерите компании за геотермална енергия във вашия район