Геоенергетика

Автономний дім: Енергія тепла землі

Серія статей, присвячених автономному існуванню вашого котеджу, розповість про  можливості застосування відновлювальних і нетрадиційних джерел енергії (ВНДЕ), переваги та недоліки різних рішень, терміни окупності та багато іншого.

Енергія тепла землі в теорії

Якщо порівнювати принципи роботи геотермальної енергетики з іншими способами генерування електричної чи теплової енергії, то слід зауважити, що вітроенергетика, сонячна енергетика і енергія біопалива займаються саме генеруванням енергії від зовнішніх джерел. У випадку з геотермальною енергетикою тепло чи електрична енергія не генерується а «переноситься» у вигляді тепла з однієї системи в іншу. У цьому її унікальність. Навіщо витрачати на видобування енергоресурсів, їх відвантаження, транспортування…? Все що необхідно для створення тепла ‒ у нас під носом, а якщо бути цілком точним, то ‒ під ногами. Ґрунт на певній глибині (зазвичай від 2-х метрів) завжди має позитивну температуру і найчастіше ця температура вища, ніж температура на поверхні. Певен, що багато з нас не раз спостерігали вранці за ремонтом дороги чи водопроводу, коли з виритої ями піднімається пара. Усього-на-всього якихось кілька метрів і вже відносно значний перепад температур. Послуговуючись технологічними рішеннями, це тепло надр землі можна перенести в свою оселю для опалення підлоги, стін чи… нагріву води або охолодження повітря. Таке технологічне рішення назвали тепловим насосом, і принцип його роботи збіжний з принципом роботи улюбленого кухонного апарата – холодильника.

Як і тепловий насос, холодильник забирає тепло з однієї системи (холодильна камера) і переносить його в іншу систему (приміщення), нагріваючи радіатори на тильному боці свого корпусу. Відмінність лише в тому, що холодильник забирає тепло з камери і віддає це тепло в довкілля. У випадку з тепловим насосом все навпаки ‒ він забирає тепло з оточуючого середовища і переносить в приміщення (до об’єкта).

Технологія відбору тепла

У землю заривають контур (зовнішній контур), він являє собою замкнуту систему поліетиленових труб, якими циркулює теплоносій. Для ефективної роботи теплового насоса необхідно, щоб точка замерзання теплового носія була нижчою від нуля, тому теплоносієм служитиме суміш води з антифризом. Теплоносій, який перекачується насосом по трубах, нагрівається на кілька градусів за рахунок тепла ґрунту і нагрітим потрапляє у теплообмінник, у нашому випадку теплообмінник є випаровувачем. По внутрішньому контуру циркулює хладагент з низькою температурою кипіння. Температури теплоносія повністю вистачить для того, щоб хладагент закипів і перетворився в пару, забравши при цьому тепло від теплоносія. Опісля газоподібний хладагент закачується компресором, де він стискається і його температура підвищується. Далі стиснутий хладагент потрапляє в конденсатор, де й відбувається віддача тепла теплоносію, який циркулює по контуру опалюваного об’єкта. Відтак остуджений хладагент в рідкому стані повертається назад у випаровувач, де його нагріває теплоносій з зовнішнього контуру.

Ефективність теплового насоса

Якщо вести мову про ефективність такого альтернативного рішення як тепловий насос, варто з’ясувати його коефіцієнт корисності. На сторінках Інтернету буває трапляються статті, у яких автор стверджує, що тепловий насос має ККД більший ніж 100%, а саме 300-400%, себто, тепловий насос – вічний двигун. Але, як відомо з шкільного курсу фізики, це неможливо. По-перше, тому що тепловий насос не бере енергію нізвідки, він бере її з об’єкта, маса і розміри якого набагато більші, ніж опалюваний об’єкт. По-друге, для цілої системи, якою є тепловий насос, правильним буде використовувати поняття Коефіцієнта Передачі Тепла (КПТ), а не ККД. Справді, витративши одну кількість електроенергії з мережі на особисті потреби, насос у вигляді тепла принесе в 3-6 разів більше з зовнішнього джерела (ґрунт, вода, повітря), але ця енергія взята з об’єкта, який знаходиться в одній системі з опалюваним об’єктом, що не дозволяє таке відношення назвати ККД.

Декілька фактів про тепловий насос:

  1. У США щорічно виробляється близько 1 млн. теплових насосів.
  2. В Японії щорічно виробляється близько 3 млн. теплових насосів.
  3. У Швеції 50% усього опалення забезпечується тепловими насосами. 12% усього опалення Стокгольма забезпечують ТН загальною потужністю 320 МВт, які використовують як джерело тепла Балтійське море за середньорічної температури вісім градусів Цельсія.
  4. 2001 року в Швейцарії в кожній третій новозбудованій будівлі встановлювалися ТН (відомостей за інші роки немає). На кожних два квадратних кілометри території Швейцарії (охоплюючи ліси, гори і водоймища) встановлено один ТН.
  5. У помешканні Президента США Джорджа Буша в Техасі з 2001 році встановлено геотермальний тепловий насос, що дозволяє зменшити витрати на опалення і кондиціювання на 75%.
  6. “Королева бурить свердловину для опалення палацу,” ‒ повідомила лондонська газета Таймс 21.08.2005 про плани будівництва ТН для опалення Букінгемського палацу.
  7. Сер Елтон Джон у листопаді 2003 року встановив ТН для опалення особистого особняка (Віндзор, Велика Британія).
  8. За прогнозами Світового Енергетичного Комітету у 2020 році в світі доля ТН у теплопостачанні складе 75%.


Віктор Удінцов Друкувати сторінку Відіслати на E-mail