Откуда берется тепло?
Нетрадиционные методы получения энергии
жүктеу/скачать 130,7 Kb.
|
| 2.3 Нетрадиционные методы получения энергии
Одной из глобальных мировых проблем сегодня является исследование топлевноэнергетических ресурсов. Решение ее, по-видимому, будет иметь определяющее значение не только для дальнейшего развития мирового сообщества, но и для сохранения среды его обитания. Значимым перспективным направлением на пути решения выше обозначенной проблемы должно стать применение новых энергосберегающих технологий, использующих нетрадиционные возобновляемые источники энергии. Истощение запасов традиционного ископаемого топлива и экологические последствия его сжигания обусловили в последние десятилетия значительное повышение интереса к этим технологиям практически во всех развитых странах мира. Преимущества систем теплоснабжения, использующих альтернативные источники энергии, по сравнению с их традиционными аналогами, связаны не только со значительными сокращениями затрат энергии в системах жизнеобеспечения зданий и сооружений, но и с их экологической чистотой, а также с новыми возможностями, которые открываются в области повышения степени автономности этих систем. Данная работа посвящена рассмотрению возможностей использования энергии земли и грунтовых вод для решения задач энергосбережения в топливно-энергетическом секторе строительства. Актуальность затронутых вопросов очевидна. Земля является неисчерпаемым источником энергии, при правильном использовании которой можно решать большое количество серьезных проблем энерго- и ресурсосбережения. В Республике Татарстан, как и в других регионах России, перспективной областью внедрения результатов работы являются системы жизнеобеспечения зданий, а именно применение теплонасосных систем отопления и горячего водоснабжения, строительства геотермических ТЭС. При использовании тепла земли можно выделить два вида тепловой энергии – высокопотенциальную и низкопотенциальную. Источником высокопотенциальной тепловой энергии являются гидротермальные ресурсы – термальные воды, нагретые в результате геологических процессов до высокой температуры, что позволяет их использовать для нужд ЖКХ и пр. Однако, извлечение из недр высокопотенциального тепла земли ограничено и имеет место только в районах с определенными геологическими параметрами. В России – это, например, Камчатка, район Кавказских минеральных вод; в Европе термальные источники есть в Венгрии, Исландии и Франции. Республика Татарстан такими ресурсами, как известно, не обладает. Вместе с тем, в отличие от высокопотенциального тепла использование низкопотенциального тепла земли посредством тепловых насосов возможно практически повсеместно. Для нашего региона его можно по праву считать наиболее перспективным и рентабельным. Низкопотенциальное тепло земли может использоваться в различных типах зданий и сооружений многими способами: для отопления, горячего водоснабжения, кондиционирования воздуха, обогрева дорожек в зимнее время, для предотвращения обледенения карнизов, козырьков, входных ступеней, подогрева полей открытых стадионов, покрытий автостоянок и пр. В качестве источника низкопотенциальной тепловой энергии могут использоваться подземные воды с относительно низкой температурой, либо грунт поверхностных (глубиной до 400 м) слоев земли. Тепловой режим грунта поверхностных слоев земли формируется под действием двух основных факторов: попадающей на поверхность земли солнечной радиации и потоком радиогенного тепла из недр земли. Сезонные и суточные изменения интенсивности радиации и температуры наружного воздуха вызывают колебания температуры верхних слоев грунта. Глубина проникновения суточных колебаний температуры наружного воздуха и интенсивности падающей солнечной радиации в зависимости от конкретных почвенно-климатических условий колеблется в пределах от нескольких десятков сантиметров до полутора метров. Температурный режим слоев грунта, расположенных ниже этой глубины («нейтральной зоны»), формируется под воздействием тепловой энергии, поступающей из недр земли, и практически не зависит от сезонных, а тем более суточных изменений параметров наружного климата. С увеличением глубины температура грунта возрастает в соответствии с геотермическим градиентом равным примерно трем градусам Цельсия на каждые 100 метров [1]. Величина потока радиогенного тепла в разных районах различается. Так для РТ эта величина составляет 0,05-0,12 Вт/м2. В результате работы были классифицированы основные виды систем использования низкопотенциальной тепловой энергии земли. Причем, кроме технологии извлечения тепла земли, рассматривались виды теплообменников, предназначенных для накопления тепла или холода в грунтовом массиве. В общем случае следует выделить три вида систем использования низкопотенциальной тепловой энергии земли, это: - открытые системы, в которых в качестве источника энергии используются грунтовые воды, подводимые непосредственно к тепловым насосам, размещенным внутри здания. Вода отдает (забирает) тепло у теплового насоса и возвращается в подземный поток на определенном расстоянии от места забора. Высокая эффективность открытых систем получается за счет того, что температура подземной воды является относительно высокой и круглогодично стабильной. Важно, что использование воды из скважины не наносит ущерба грунтовым водам, не изменяет их уровень в водном горизонте, поскольку открытую систему можно рассматривать как соединительные сосуды, где вода, забираемая из одного «колодца», направляется обратно под землю через второй «колодец». Таким образом, в соответствии с нормативами обеспечивается безопасная для окружающей среды стабильная работа системы отопления. - замкнутые системы, в которых теплообменники расположены в грунтовом массиве; здесь происходит отбор тепловой энергии от грунта и перенос ее к испарителю теплового насоса. При использовании теплоносителя с повышенной относительно грунта температурой происходит его охлаждение. Замкнутые системы в свою очередь следует разделить на горизонтальные и вертикальные. Горизонтальные накопители (коллекторы) заглубляют в землю на 80- 160 см (рис.). Их изготавливают из полиэтилена или меди и заполняют жидким хладагентом (водный раствор этиленгликоля). Площадь покрытия накопителя по отношению к площади отапливаемого здания рассчитывается как 2 к 1. Недостатком горизонтальных грунтовых накопителей является то, что нормальное функционирование системы возможно лишь при условии достаточных теплопоступлений с поверхности земли за счет солнечной радиации. Слой земли, расположенный над теплообменниками, должен быть подвержен воздействию солнечных лучей, а это не всегда или не в полной мере возможно организовать. Кроме того требуется отводить достаточно больше территории на генплане и производить большой объем земляных работ. Для ориентировки подсчитано, что для современного одноэтажного дома площадью в 200 м под основание поверхностного коллектора требуется около 500 м 2 оверхности грунта. Во втором случае, при использовании вертикальных накопителей, можно ограничиться малым участком земли, т.к. при этом бурятся всего лишь две скважины на 100 м, в них опускают накопители (двойные трубы из полиэтилена), где циркулирует специальная жидкость. При этом отсутствует зависимость от интенсивности солнечной радиации. Вертикальные накопители эффективно работают во всех геологических средах, кроме грунтов с низкой теплопроводностью таких, как сухие песок или гравий [3]. Кроме открытой и закрытой систем, в классификации следует выделить комбинированную систему использования низкопотенциальной тепловой энергии земли. В этом случае одна и та же глубокая (от 100 м и более) скважина, заполненная водой, может быть как эксплуатационной, так и нагнетательной. Рекомендуемый диаметр скважины равен 15 см. В нижнюю часть скважины помещается насос, посредством которого вода из скважины подается к испарителям теплового насоса. Обратная вода возвращается в верхнюю часть водяного столба в ту же скважину. Таким образом, можно обеспечить постоянную подпитку скважины грунтовыми водами, а открытая система работает подобно замкнутой. К недостаткам комбинированной системы следует отнести некоторую ограниченность ее применения в связи с тем, что она эффективна только в почвах, обеспечивающих постоянную подпитку скважины водой для предотвращения ее замерзания. Исследование особенностей каждой их трех систем, обозначенных в выше предложенной классификации, позволяет дать рекомендации по использованию каждой из них в конкретных условиях: - открытая система оправдана на свободной территории максимально -подверженной воздействию солнечных лучей; - разновидности замкнутых систем, помимо требований к наличию свободной от строений территории расположенной в непосредственной близости от здания (при горизонтальном расположении), допускают возможность застройки (при использовании вертикальных накопителей); - при выполнении вышеуказанных требований к грунтам, наиболее универсальной следует считать третью, комбинированную схему, тем более что скважины в этой схеме могут быть использованы одновременно и для снабжения здание питьевой водой. жүктеу/скачать 130,7 Kb. Достарыңызбен бөлісу:
|