Анализ и применение геотермального зонда теплового насоса

Анализ и применение геотермального зонда теплового насоса

Актуальность исследования. На сегодняшний день во всем мире сохраняется тенденция роста потребления всех видов энергии. Более трети количества всей потребляемой в мире энергии приходится на производство тепловой энергии для отопления зданий и нужд горячего водоснабжения (ГВС). Вместе с этим наблюдается стремительный рост цен на энергоносители, связанный с усложнением методов разработки новых месторождений и истощением некоторых видов ископаемого углеводородного топлива. Таким образом, время дешевых видов ископаемого топлива, в качестве основного источника энергии цивилизации, подходит к своему логичному завершению. Их ограниченность и постоянное повышение цен на такие энергоносители требует развития новых технологий, позволяющих снизить эту зависимость и сделать акцент на использовании возобновляемых источников энергии (ВИЭ).

Аннотация статьи
тепловая энергия
геотермальное отопление
тепловые насосы
Ключевые слова

При проектировании и строительстве частных домов можно сэкономить на отоплении, если применять геотермальное отопление.

Геотермальное отопление – это отопление, при котором используются природные источники тепла. Принцип работы системы геотермального отопления очень схож с работой холодильной установки.

Геотермальное отопление имеет очень простой принцип работы: в доме или в другой постройке устанавливается тепловой насос, при помощи которого превращают энергию грунта, воды, воздуха в тепло, необходимое для отопления дома, подогрева воды. Он способен работать даже при низких температурах, но с более низкой производительностью. «80% необходимой тепловой энергии для обогрева дома и подогрева воды получается из окружающей среды. Эта энергия, бесплатна. Затраты на отопление получаются только потому, что надо платить за электроэнергию, необходимую для работы теплового насоса».

На данный момент геотермальный тепловой насос является наиболее эффективной энергосберегающей системой отопления и кондиционирования.

Цель работы: расширить знания в области, тепловых насосов, сбор и анализ характеристик отопления на основе тепловых насосов, выявить преимущества и недостатки применения тепловых насосов.

Задачами исследования являются:

1) изучение и систематизация материалов из разных источников (научные статьи, периодическая печать, Интернет), освещающие вопросы о геотермальном отоплении;

2) сбор сведений, касающиеся истории создания теплового насоса; как устроен (устройство) и работает (принцип работы) тепловой насос; виды тепловых насосов (воздух-воздух, воздух-вода, вода-вода, вода-воздух, грунт-вода.) и их принцип работы; тепловая энергия из воздуха, воды и грунта;

3) сделать вывод об экологической безопасности геотермального отопления и тепловых насосов, достоинства и недостатки тепловых насосов. Актуальность данного исследования обусловлена потребностью современного владельца частного дома или дачных построек в альтернативном отоплении дома т.к. с каждым годом происходит рост цен на различные природные ресурсы и в свою очередь электроэнергию. Любая вариация отопительной системы, которая не входит в категорию стандартных систем, имеет как свои достоинства, так и недостатки.

Геотермальная система отопления и тепловые насосы должны отвечать следующим критериям:

1) быть экологически чистыми (не влиять на природные процессы);

2) быть безопасными в обращении и обладать одной важнейшей характеристикой – неисчерпаемостью;

3) иметь высокий КПД.

Преимуществами геотермального отопления, обусловливающими распространение такой системы, являются:

  • энергия земли для отопления дома не может быть исчерпаемой. В такой системе отсутствует риск возгорания;
  • покупка топлива и его хранение – не требуется;
  • система полностью безопасна и экологична;
  • её автономность работы;
  • для обслуживания отопления не придётся тратиться;
  • тепло-производительность – высокая.

Применение тепла земли (геотермальной энергии) стало распространяться еще в конце 80-х годов в городах США, которые в то время особенно тяжело переживали кризис. Первыми такую систему стали применять – состоятельные люди, которые таким вот образом экономили на отоплении дома, однако скоро система стала дешеветь, и более бедные американцы заинтересовались ею (смогли себе её позволить). И в скором времени использование тепла земли для отопления стало прерогативой большинства американцев, которые владели частными домами.

 Статистические данные 20 лет назад в европейских странах отмечали, что геотермальными системами отопления воспользовались примерно 12 миллионов граждан. И от того момента до настоящего времени эта цифра только увеличивалась.

Применение в отоплении энергии земли:

– это даёт удобно, экономичность и безопасность. Наилучшее сочетание теплового насоса (ТН) с теплым полом, что даёт совсем другой уровень комфорта.

– при использовании данного сочетания этих отопительных систем, то в результате будет получено равномерность распределения температуры по всем помещениям, без зон перегрева.

Геотермальное отопление дома «под ключ» включает в себя один главный элемент – тепловой насос. Это устройство, занимающее совсем немного места.

Тепловые насосы (их разновидности)

По типу используемого вида рассеянного тепла различают тепловые насосы: «Грунт-вода», «Земля-вода», «Почва-вода» – разные названия одной группы обогревательного оборудования. Такие насосы получают энергию из грунта, который, в свою очередь, аккумулирует энергию солнца и земли.

«Вода-вода» – этот тип оборудования перспективен, если используется энергия грунтовых вод, так как температура грунта не опускается ниже нуля.

Источником энергии также может выступать водоем или скважина, в которых вода никогда не замерзает. Соблюдение последнего условия – принципиально ввиду прямой зависимости агрегата от температуры. При минусовой температуре источника производительность насоса снижается вдвое (используют открытые скважины для забора и сброса грунтовых вод – внешний контур не закольцованный, внутренняя система отопления – водяная).

«Вода-воздух». В геотермальных насосах «вода-воздух» источником тепла выступают поверхностные водоемы и скважины, сбросы технических вод. Тепло из компрессора передается в воздух напрямую – необходимость в использовании воды как промежуточного носителя отпадает.

Тепловые насосы конструктивно практически не отличаются от насосов, работающих на земляном контуре. Но их эффективность зависит от температуры теплоносителя: чем выше температура, тем эффективнее обогрев. По этой причине специалисты не считают насосы «вода-воздух» идеальным решением для отопления частных домов (использование внешних водяных контуров и системы отопления воздушного типа);

Тепловой насос «воздух-воздух» Этот вид оборудования пользуется наибольшим спросом у потребителей. Мы проанализировали объемы продаж разных типов насосов за период 2006-2016 годов. Удельный вес воздушных насосов в этом сегменте рынка стабильно держится на уровне 95 процентов.

Высокий спрос оправдан выгодами: насосы этого типа аккумулируют тепловую энергию из воздуха и сразу передают ее для обогрева помещения. Тепловые насосы удешевляют затраты на установку и обслуживание системы отопления. Они используются как источник тепла и горячей воды, реже – для охлаждения помещений.

К преимуществам моделей «воздух-воздух» относятся:

1. Универсальность использования –подходят для жилых и коммерческих зданий.

2. Бесшумная работа.

3. Оптимизированная система вентиляции.

4. Бесшумная работа.

5. Возможность объединения насоса с системой вентиляции для улучшения воздухообмена в жилом доме.

Виды тепловых насосов: основным отличием теплового насоса от других теплогенераторов, например, электрических, газовых и дизельных – заключается в том, что при производстве тепла до 80% энергии извлекается из окружающей среды. Главным преимуществом тепловых насосов является высокая экономичность, при генерации в час 1 киловатта тепловой энергии эти установки потребляют до 350 ватт электроэнергии в час. К сведению, КПД электростанции, вырабатывающей электроэнергию в результате сжигания топлива, не превышает 50%. Система (ТН) работает полностью в автоматическом режиме, затраты на эксплуатацию во время её использования крайне низкие – электроэнергия необходима лишь для работы компрессора и насосов. Тепловой насос обладает габаритными размерами бытового холодильника, уровень шума во время работы также совпадает с параметром бытовой холодильной установки. Применение теплового насоса возможно как для получения тепловой энергии, так и для её удаления – путем переключения работы контуров на охлаждение, при этом тепловая энергия из помещений дома будет удаляться через внешний контур в грунт, в воду или на воздух.

Единственным недостатком системы отопления, основанной на тепловом насосе – ее высокая стоимость. В европейских странах, Японии, Швеции и т.д. тепловые насосные установки распространены повсеместно.

Тепловые насосы в этих странах популярны благодаря: поддержкой гос. Программам в виде субсидий и компенсаций домовладельцам, установившим такие установки. В России применение тепловых насосов рассматривается только в качестве альтернативы отопления с газовым котлом, электрическим, твердотопливным и другим видам отопления.

Геотермальное отопление скоро станет нормой, потому как, можно топить свой дом без вреда экологии и с выгодой для себя.

ОБЩИЙ ВЫВОД. В результате работы мы убеждаемся в необходимости эксплуатации тепловых насосов в частных домах по всему миру, что значительно улучшило бы состояние окружающей среды, Выбранный вид отопления поможет экономить денежные средства затрагивая только ¼ часть вашего семейного бюджета, выделенного на отопление. Таким, образом, оставшиеся 3/4 это чистая выгода. Тепловые насосы переносят, а не вырабатывают энергию. Тепловые насосы – это устройство для перевода низкотемпературной энергии в высокотемпературную энергию и обратно. Эти аппараты практически взрыво- и пожаробезопасны. Отсутствие топлива, Отсутствие открытого огня, опасных газов или смесей. Ни один из узлов не нагревается до высоких температур, при которых, возможно, вызвать воспламенение горючих материалов. Остановка агрегата не приводит к его поломкам или замерзанию жидкостей. В ближайшем будущем у них хорошие перспективы.

Текст статьи
  1. Альтернативные источники энергии. Тепловой насос [Электронный ресурс]. URL: https://superbotanik.net/referati/referaty.../referat-alternativnye-istochniki-energii-tepl.
  2. Тепловой насос – Википедия [Электронный ресурс]. URL: https://ru.wikipedia.org/wiki/Тепловой_насос
  3. Принцип действия тепловых насосов. [Электронный ресурс]. URL: http://plusteplo.ru
  4. Альтернативное теплоснабжение. Везде. Области применения тепловых насосов [Электронный ресурс]. URL: http://izbapremium.ru
  5. Геотермальные системы отопления [Электронный ресурс]. URL: https://realproducts.ru/geotermalnoe-otoplenie/
Список литературы
Ведется прием статей
Прием материалов
c 01 декабря по 15 декабря
Осталось 13 дней до окончания
Препринт статьи — после оплаты
Справка о публикации
сразу после оплаты
Размещение электронной версии
19 декабря
Загрузка в elibrary
19 декабря
Рассылка печатных экземпляров
23 декабря