Альтернативные источники энергии. Тепловой насос (стр. 2 из 3)
5. 5) В зданиях с многочисленными контролируемыми температурными зонами или при выгодности индивидуальной регулируемой нагрузки, ТН предлагают значительные возможности для индивидуального температурного контроля, т.к. они удачно спроектированы для использования многочисленных унитарных систем.
6. 6) На территориях с невысокими расходами на бурение могут быть особенно привлекательными геотермальные системы с вертикальным грунтовым теплообменником.
7. 7) В местах с высокой влажностью почвы и высоким уровнем грунтовых вод, размер подземной соединенной системы уменьшен, что приводит к общей экономии.
3. ПРЕИМУЩЕСТВА ТЕПЛОВЫХ НАСОСОВ
Около 100,000 ГТН функционируют в частном и общественном секторах в США, большинство из этих систем установлены для индивидуальных потребителей.
Опыт применения доказал следующие преимущества систем ГТН по сравнению с традиционными системами отопления и кондиционирования.
1. Экономичность. Ежегодные расходы на отопление в 4 - 6 раз меньше по сравнению с традиционными котлами и печами. Так, при подводе к тепловому насосу, например, 1 кВт электроэнергии, в зависимости от режима работы и условий эксплуатации, производит до 3 - 4 кВт тепловой энергии. Также они экономичны летом, т.к. сбрасывают тепло в относительно холодную среду (обычно землю). Срок окупаемости оборудования в среднем 2-3 года. Сравнительные экономические расчеты и опыт эксплуатации подтверждают выгодность применения этой технологии
2. Высокий уровень комфорта. В течение всего года создаются желаемые условия в помещении. Управлять и поддерживать работу ГТН также просто, как при воздушном кондиционере. Достаточно включить установку в сеть и установить нужную температуру на термостате. Оборудование компактно, тихо работает; Установка не нарушает целостность интерьера и концепцию фасада здания, т.к. нет внутреннего и внешнего блока и занимает минимум пространства и о ней станет известно Вашим гостям только, если Вы этого захотите.
3. Минимальное обслуживание и высокая степень автономности. Работают полностью в автоматическом режиме. Требования по техническому обслуживанию ясны и не требуется новых навыков по техническому обслуживанию. ГТН действительно требуют меньшего технического обслуживания (ТО), чем обычные воздушные кондиционеры.
4. Надежность. ГТН - технология зрелая и надежная. Тепловые насосы много лет применяются в развитых странах и доказали свою надежность и долговечность на практике. Имеют срок службы до капитального ремонта 10-15 лет.
5. Безопасность. Данные установки даже высокой мощности имеют высокую степень безопасности, т.к. не связаны с горючими/ взрывоопасными материалами, процессами горения, высокими температурами.
6. Экологическая чистота. Тепловые насосы работают с возобновляемыми ресурсами, не выделяют вредных веществ в окружающую среду.
Ограничения технологии.
Применение системы ГТН затрудняют относительно высокие первоначальные расходы на систему ГТН - одни из основных барьеров для ее инсталляции. Системы ГТН не относятся к дешевому оборудованию. Начальные затраты на установку этих систем несколько выше стоимости обычных систем отопления и кондиционирования. Цена системы геотермального теплового насоса рассчитывается из условия 300..400 USD за 1кВт тепловой мощности. Стоимость установки подземного теплообменника достаточна высока (особенно с вертикальной петлей, где требуется бурение) и, составляет примерно половину общей стоимости системы ГТН. Однако, если рассматривать эксплуатационные расходы, то первоначальные вложения в геотермальный обогрев, охлаждение и горячее водоснабжение быстро окупаются за счет энергосбережения. Кроме того, необходимо учитывать, что при работе ГТН не требуется никаких дополнительных коммуникаций, кроме бытовой электрической сети.
Тем не менее, эти затруднения вполне решаемы. Для перехода на новую технологию существуют гибкие финансовые схемы: кредитные линии Экспортно-Импортного Банка США, ипотечное кредитование, лизинг оборудования. Кроме того, целый ряд отечественных банков выразили готовность принять участие в программах финансирования геотермальных технологий. Так что при желании стать владельцем геотермальной тепловой машины может практически любой заказчик.
4. СИСТЕМЫ НА БАЗЕ ТЕПЛОВЫХ НАСОСОВ
Источники энергии для тепловых насосов.
Источниками энергии для тепловых насосов являются:
1. Земля - является самым большим аккумулятором энергии из всех доступных человечеству. На глубине от 10 метров температура земли положительна и постоянна в течение года (от +5 0С для г Хабаровск)). Забор тепла земли осуществляется через теплообменники, представляющие собой коллекторы пластиковых труб с циркулирующим раствором воды или антифриза. Гарантийный срок службы такого теплообменника составляет 50 лет! Системы с тепловыми насосами и подземными теплообменниками называются геотермальным тепловым насосом.
2. Вода
- Грунтовая: имеет постоянную температуру (обычно +7-8 С). Если имеются близлежащие источники достаточного объема - инсталляция экономичнее земляных теплообменников. Обычно применяются один или два колодца.
- Стоки: промышленные, канализационные и т.п. Стоки имеют относительно высокую температуру, поэтому тепловые насосы работают с высокой эффективностью.
- Вода из водоемов, рек. Петли труб также могут погружаться на дно. Такая инсталляция одна из самых экономичных.
3. Воздух. Классическими тепловыми насосами, работающими с двумя воздушными средами являются кондиционеры (воздух-воздух). Тепловые насосы (вода-воздух) переносят избыточное тепло из помещения в водяную среду. Таким образом они охлаждают помещения летом или переносят избыточное тепло из одного помещения в другое, осуществляя его обогрев. (Например из цеха пекарни в офисные помещения).
Никогда еще сырье для выработки энергии не было таким дефицитным ресурсом, как в XXI веке. Одна из технологий, позволяющих снизить остроту энергетического кризиса - технология геотермальных тепловых насосов (ГТН). Основана она на использовании энергии Земли, самого большого из доступных человечеству естественных аккумуляторов.
В недрах температура всегда стабильна и составляет около 5-10╟С. Таким образом, в Земле сосредоточено колоссальное количество низкопотенциального тепла.
Геотермальный насос при обогреве примерно на 66 - 75% использует возобновляемую солнечную энергию, аккумулированную в земле и на 25-34% - электрическую энергию. Таким образом, он в 3 - 4 раза эффективнее оборудования на электрическом сопротивлении. ГТН также экономичны при работе в режиме охлаждения, т.к. сбрасывают избыточное тепло в землю (относительно холодную среду).
Геотермальный тепловой насос (ГТН) - это система, включающая тепловой насос, грунтовый теплообменник (обычно регистр из пластиковых труб с циркулирующей незамерзающей жидкостью) и контур распределения внутри здания. Такие системы могут иметь дополнительно водонагреватели, увлажнители и другие устройства, обеспечивающие климатические потребности всего помещения.
Системы ГТН обеспечивают полное кондиционирование - обогревают, охлаждают и регулируют влажность. Они также могут снабжать горячей водой. Одна такая установка успешно заменяет печь, водонагревательный котел и кондиционер. ГТН имеют существенные преимущества по сравнению с традиционными системами микроклимата. Область применения ГТН практически не ограничена. Существуют установки, работающие даже в вечной мерзлоте!
На рынке России ГТН - новинка, однако в развитых странах эти устройства производятся и успешно эксплуатируются уже более 30 лет. Правительства этих стран активно поощряют организации и частных пользователей.
Грунтовые теплообменники.
Вы можете использовать энергию, накопленную в земле для отопления и охлаждения.
Для этого применяются различные варианты грунтовых теплообменников. Они используют естественную способность земли накапливать и возобновлять энергию. Температура под землей довольно постоянна в течение года (на глубине от 5 м изменяется в пределах нескольких градусов), поэтому тепловой насос с грунтовым теплообменником практически не зависит от колебаний температуры окружающего воздуха в отличие от воздушных кондиционеров.
Конкретная конфигурация теплообменника выбирается в зависимости от местного климата, типа почвы, требуемых нагрузок на кондиционирование и отопление.
Рассмотрим основные типы грунтовых теплообменников.
Теплообменники закрытой петли.
Петли состоят из замкнутого контура пластмассовых высокопрочных труб, устроенных горизонтально или вертикально. Жидкость, циркулирующая в петлях, обычно содержит антифриз для предотвращения замораживания. Требуется достаточная длина трубопровода, чтобы гарантировать нужную передачу тепловой энергии из земли.
Вертикальный теплообменник (закрытая петля)
При данной системе вода/антифриз циркулирует в пластиковых трубах, вставленных в скважины, глубиной 50, 100 м (от 10 до 30 м на кВт мощности). Обычно требуется несколько скважин, расположенных в интервале 3 м с установленными трубами для достижения суммарных требований теплового обмена. Вертикальные системы наиболее подходят при ограниченном пространстве земли, при глубоком уровне подземных вод и при каменистой или скалистой почве. Гарантийный срок службы теплообменника 50 лет.