Топлоснабдяване от земята
В близко бъдеще една от обещаващите области на енергийното снабдяване в Русия може да бъде използването на системи за топлоснабдяване с термопомпи (TST), използващи повсеместния източник на топлина - почвата на повърхностните слоеве на земята.
Възможно е да се разграничат два вида топлинна енергия на земята - високопотенциална и нископотенциална. Източникът на първата са хидротермалните ресурси - тоест води, загряти до високи температури в резултат на геоложки процеси. Използването на високата потенциална топлина на земята обаче е ограничено до определени геоложки райони. В Русия това е например Камчатка и района на кавказките минерални води. В Европа има горещи извори в Унгария, Исландия и Франция.
За разлика от хидротермалните ресурси, използването на нискокачествена топлина на земята е възможно почти навсякъде - чрез термопомпи.
Нископотенциалната топлина на земята може да се използва в различни видове сгради и конструкции за отопление, водоснабдяване, климатизация (охлаждане), отоплителни пътеки през зимния сезон, предотвратяване на заледяване, отоплителни полета на открити стадиони и др.
Термопомпите в европейските страни работят предимно в режим на отопление (в САЩ термопомпите се използват по-често във въздушни отоплителни системи, комбинирани с вентилация, която позволява както за отопление, така и за охлаждане на външния въздух). Термопомпите обикновено се използват в отоплителни системи с топла вода. Тъй като ефективността на термопомпите се увеличава с намаляването на температурната разлика между изпарителя и кондензатора, често системи за подово отопление се използват за отопление на сгради, в които отоплителна среда циркулира при относително ниска температура (35-40 ° C).
Отопляема къща
През последните десет години броят на системите, които използват нискокачествена земна топлина за отопление и охлаждане на сгради, се е увеличил значително. Най-голям брой такива системи се използват в САЩ. Освен това те работят в Канада, Австрия, Германия, Швеция и Швейцария. В Русия са построени само няколко обекта.
Например в Москва, в микрорайон Никулино-2, за първи път е построена система с термопомпа за водоснабдяване на многоетажна жилищна сграда. Този проект е реализиран през 1998-2002 г. от Министерството на отбраната на Руската федерация съвместно с правителството на Москва, Министерството на промишлеността и науката на Русия, НП "AVOK" и OJSC "Insolar-Invest" в рамките на " Дългосрочна програма за енергоспестяване в Москва ".
Като източник на топлинна енергия с нисък потенциал за изпарителите на термопомпи тук се използва топлината на почвата на повърхностните слоеве на земята, както и топлината на отстранения вентилационен въздух. Пречиствателната станция за топла вода се намира в сутерена на сградата. Той включва следните основни елементи:
- термопомпени агрегати за компресия на пара (HPU);
- резервоари за съхранение на топла вода;
- системи за събиране на нискокачествена топлинна енергия на почвата и нискокачествена топлина на отстранения въздух за вентилация;
- циркулационни помпи, апаратура.
Основният елемент на топлообмен на нискостепенната система за събиране на топлина са вертикалните наземни коаксиални топлообменници, разположени отвън по периметъра на сградата. Тези топлообменници представляват 8 кладенци с дълбочина от 32 до 35 метра, разположени близо до къщата. Тъй като режимът на работа на термопомпите, използващи топлината на земята и топлината на отстранения въздух, е постоянен, а разходът на топла вода е променлив, системата за подаване на топла вода е снабдена с резервоари за съхранение.
Как земята се затопля?
Температурният режим на почвените слоеве, разположени под тази дълбочина ("неутрална зона"), се формира под въздействието на топлинна енергия, идваща от недрата на земята, и практически не зависи от сезонните и още повече ежедневните промени в параметрите на външния климат. С увеличаване на дълбочината температурата на земята се повишава в съответствие с геотермалния градиент (около 3 ° C на всеки 100 m). Мащабът на потока от радиогенна топлина, идваща от земните недра, се различава за различните райони. За Централна Европа тази стойност е 0,05-0,12 W/m2.
Системи за използване на топлинна енергия
Наземните топлообменници свързват оборудването на термопомпата със земната маса. В допълнение към „извличането“ на топлината на земята, земните топлообменници могат да се използват и за акумулиране на топлина (или студ) в земната маса. Като цяло могат да се разграничат два вида системи за използване на нископотенциална топлинна енергия на земята: