Temperatura tla na dubini od 1 metar ljeti. Temperatura Zemljinih dubina. temperature ispod površine zemlje. „Održivost“ sistema za korišćenje niskogradne toplote Zemlje
Za modeliranje temperaturnih polja i za druge proračune potrebno je znati temperaturu tla na datoj dubini.
Temperatura tla na dubini mjeri se pomoću ispušnih termometara za dubinu tla. Riječ je o planiranim studijama koje redovno provode meteorološke stanice. Podaci istraživanja služe kao osnova za klimatske atlase i regulatornu dokumentaciju.
Da biste dobili temperaturu tla na određenoj dubini, možete isprobati, na primjer, dvije jednostavne metode. Obje metode su zasnovane na korištenju referentne literature:
- Za približno određivanje temperature možete koristiti dokument TsPI-22. "Železnički prelazi cevovodima". Ovdje je, u okviru metodologije za toplinsko-tehnički proračun cjevovoda, data tabela 1, gdje su za pojedine klimatske regije date temperature tla u zavisnosti od dubine mjerenja. U nastavku predstavljam ovu tabelu.
Tabela 1
- Tabela temperatura tla na različitim dubinama iz izvora "za pomoć radniku gasne industrije" iz vremena SSSR-a
Normativne dubine smrzavanja za neke gradove:
Dubina smrzavanja tla ovisi o vrsti tla:
Mislim da je najlakša opcija koristiti gore navedene referentne podatke, a zatim interpolirati.
Najpouzdanija opcija za tačne proračune korištenjem temperatura tla je korištenje podataka meteoroloških službi. Na osnovu meteoroloških usluga rade neki online imenici. Na primjer, http://www.atlas-yakutia.ru/.
Ovdje je dovoljno odabrati naselje, vrstu tla i možete dobiti temperaturnu kartu tla ili njegove podatke u tabelarnom obliku. U principu je to zgodno, ali čini se da se ovaj resurs plaća.
Ako znate više načina za određivanje temperature tla na određenoj dubini, napišite komentare.
Možda će vas zanimati sljedeći materijal:
Zamislite dom koji je uvijek na ugodnoj temperaturi, bez sistema grijanja ili hlađenja na vidiku. Ovaj sistem radi efikasno, ali ne zahtijeva složeno održavanje ili posebna znanja vlasnika.
Svjež zrak, čuje se cvrkut ptica i vjetar kako se lijeno igra sa lišćem na drveću. Kuća prima energiju iz zemlje, kao i lišće, koje prima energiju iz korena. Sjajna slika, zar ne?
Geotermalni sistemi grijanja i hlađenja čine ovo stvarnošću. Geotermalni NVK sistemi a (grijanje, ventilacija i klimatizacija) koristi temperaturu tla za grijanje zimi i hlađenje ljeti.
Kako funkcionira geotermalno grijanje i hlađenje
Temperatura okruženje mijenja se s godišnjim dobima, ali se podzemna temperatura ne mijenja toliko zbog izolacijskih svojstava zemlje. Na dubini od 1,5-2 metra temperatura ostaje relativno konstantna tijekom cijele godine. Geotermalni sistem se obično sastoji od opreme za unutrašnju obradu, podzemnog sistema cijevi koji se naziva podzemna petlja i/ili pumpe za cirkulaciju vode. Sistem koristi stalnu temperaturu Zemlje da obezbedi "čistu i besplatnu" energiju.
(Nemojte brkati koncept geotermalnog NHC sistema sa „geotermalnom energijom“ – procesom u kojem se električna energija proizvodi direktno iz topline u zemlji. U potonjem slučaju se koristi drugačija vrsta opreme i drugi procesi, svrha od kojih je obično zagrijavanje vode do tačke ključanja.)
Cijevi koje čine podzemnu petlju obično su izrađene od polietilena i mogu se polagati horizontalno ili vertikalno ispod zemlje, ovisno o terenu. Ako je vodonosnik dostupan, onda inženjeri mogu dizajnirati sistem "otvorene petlje" bušenjem bunara u podzemnoj vodi. Voda se ispumpava, prolazi kroz izmjenjivač topline, a zatim se "ponovnim ubrizgavanjem" ubrizgava u isti vodonosnik.
Zimi voda, prolazeći kroz podzemnu petlju, apsorbira toplinu zemlje. Unutrašnja oprema dodatno podiže temperaturu i distribuira je po cijeloj zgradi. To je kao klima uređaj koji radi u rikverc. Ljeti, geotermalni NVK sistem crpi vodu iz visoke temperature izlazi iz zgrade i prenosi ga kroz podzemnu petlju/pumpu do reinjektnog bunara gdje voda ulazi u hladnije tlo/akvifer.
Za razliku od konvencionalnih sistema grijanja i hlađenja, geotermalni HVAC sistemi ne koriste fosilna goriva za proizvodnju topline. Oni jednostavno uzimaju toplotu iz zemlje. Obično se električna energija koristi samo za rad ventilatora, kompresora i pumpe.
Postoje tri glavne komponente u geotermalnom sistemu hlađenja i grijanja: toplotna pumpa, fluid za izmjenu toplote (otvoreni ili zatvoreni sistem) i sistem za dovod vazduha (cevni sistem).
Za geotermalne toplotne pumpe, kao i za sve druge tipove toplotnih pumpi, meren je omjer njihovog korisnog delovanja i energije utrošene za ovo delovanje (EFIKASNOST). Većina sistema geotermalnih toplotnih pumpi ima efikasnost od 3,0 do 5,0. To znači da sistem pretvara jednu jedinicu energije u 3-5 jedinica toplote.
Geotermalni sistemi ne zahtijevaju složeno održavanje. Pravilno postavljena, što je vrlo važno, podzemna petlja može ispravno služiti nekoliko generacija. Ventilator, kompresor i pumpa su smešteni unutra unutra i zaštićeni od promjena vremenskim uvjetima stoga njihov vijek trajanja može trajati mnogo godina, često decenija. Rutinske periodične provere, pravovremena zamena filtera i godišnje čišćenje spirale su jedino održavanje koje je potrebno.
Korisničko iskustvo geotermalni NEC sistemima
Geotermalni NVC sistemi se koriste više od 60 godina širom svijeta. Oni rade sa prirodom, a ne protiv nje, i ne emituju gasove staklene bašte (kao što je ranije rečeno, troše manje električne energije jer koriste konstantnu temperaturu Zemlje).
Geotermalni NVC sistemi sve više postaju atributi zelenih domova, kao dio rastućeg pokreta zelene gradnje. Zeleni projekti činili su 20 posto svih kuća izgrađenih u SAD-u prošle godine. Članak u Wall Street Journalu kaže da će do 2016. godine budžet zelene zgrade porasti sa 36 milijardi dolara godišnje na 114 milijardi dolara. To će iznositi 30-40 posto cjelokupnog tržišta nekretnina.
Ali večina informacije o geotermalno grijanje a hlađenje je zasnovano na zastarjelim podacima ili neutemeljenim mitovima.
Uništavanje mitova o geotermalnim NWC sistemima
1. Geotermalni NVC sistemi nisu obnovljiva tehnologija jer koriste električnu energiju.
Činjenica: Geotermalni HVAC sistemi koriste samo jednu jedinicu električne energije za proizvodnju do pet jedinica za hlađenje ili grijanje.
2. Sunčeva energija i energija vjetra su povoljnije obnovljive tehnologije u odnosu na geotermalne NVC sisteme.
Činjenica: Geotermalni NVC sistemi za jedan dolar obrađuju četiri puta više kilovata/sati nego što generiraju solarna ili energija vjetra za isti dolar. Ove tehnologije, naravno, mogu igrati važnu ulogu za životnu sredinu, ali geotermalni NHC sistem je često najefikasniji i najisplativiji način za smanjenje uticaja na životnu sredinu.
3. Geotermalni NVC sistem zahtijeva puno prostora za smještaj polietilenskih cijevi podzemne petlje.
Činjenica: U zavisnosti od terena, podzemna petlja može biti locirana okomito, što znači da mala zemljine površine. Ako postoji raspoloživ vodonosnik, tada je potrebno samo nekoliko kvadratnih metara površine. Imajte na umu da se voda vraća u isti vodonosnik iz kojeg je uzeta nakon što je prošla kroz izmjenjivač topline. Dakle, voda ne otiče i ne zagađuje vodonosnik.
4. HVK geotermalne toplotne pumpe su bučne.
Činjenica: Sistemi su veoma tihi i napolju nema opreme da ne ometaju komšije.
5. Geotermalni sistemi se na kraju istroše.
Činjenica: Podzemne petlje mogu trajati generacijama. Oprema za izmjenu topline obično traje decenijama jer je zaštićena u zatvorenom prostoru. Kada dođe vrijeme za potrebnu zamjenu opreme, cijena takve zamjene je mnogo manja od nove. geotermalni sistem, budući da su podzemna petlja i bunar njeni najskuplji dijelovi. Nova tehnička rješenja otklanjaju problem zadržavanja topline u zemlji, pa sistem može razmjenjivati temperature u neograničenim količinama. U prošlosti je bilo slučajeva pogrešno izračunatih sistema koji su zapravo pregrijavali ili pothlađivali tlo do tačke u kojoj više nije postojala temperaturna razlika potrebna za rad sistema.
6. Geotermalni HVAC sistemi rade samo za grijanje.
Činjenica: jednako efikasno rade za hlađenje i mogu biti dizajnirani tako da nema potrebe za dodatnim rezervnim izvorom topline. Iako neki kupci odlučuju da je isplativije imati mali rezervni sistem za najhladnija vremena. To znači da će njihova podzemna petlja biti manja i samim tim jeftinija.
7. Geotermalni HVAC sistemi ne mogu istovremeno grijati vodu za domaćinstvo, vodu u bazenu i grijati kuću.
Činjenica: Sistemi mogu biti dizajnirani da obavljaju više funkcija u isto vrijeme.
8. Geotermalni NHC sistemi zagađuju tlo rashladnim fluidima.
Činjenica: Većina sistema koristi samo vodu u šarkama.
9. Geotermalni NWC sistemi koriste mnogo vode.
Činjenica: Geotermalni sistemi zapravo ne troše vodu. Ako se podzemna voda koristi za izmjenu temperature, tada se sva voda vraća u isti vodonosnik. U prošlosti su se zaista koristili neki sistemi koji su trošili vodu nakon što je prošla kroz izmjenjivač topline, ali se takvi sistemi danas retko koriste. Gledajući na problem sa komercijalnog stanovišta, geotermalni HC sistemi zapravo štede milione litara vode koja bi isparila u tradicionalnim sistemima.
10. Geotermalna NVC tehnologija nije finansijski izvodljiva bez državnih i regionalnih poreskih podsticaja.
Činjenica: Državni i regionalni poticaji obično iznose 30 do 60 posto ukupnih troškova geotermalnog sistema, što često može svesti početnu cijenu blizu cijene konvencionalne opreme. Standardni sistemi za klimatizaciju i klimatizaciju koštaju približno 3.000 dolara po toni toplote ili hladnoće (kuće obično koriste jednu do pet tona). Cijena geotermalnih NVC sistema kreće se od približno 5.000 dolara po toni do 8.000-9.000 dolara. Međutim, nove metode ugradnje značajno smanjuju troškove, sve do cijena konvencionalnih sistema.
Uštede se mogu postići i kroz popuste na opremu za javnu ili komercijalnu upotrebu, ili čak velike narudžbe za dom (posebno od velikih brendova kao što su Bosch, Carrier i Trane). Otvorene petlje, koje koriste pumpu i bunar za ponovno ubrizgavanje, jeftinije su za ugradnju od zatvorenih sistema.
Izvor: energyblog.nationalgeographic.com
Temperatura tla se kontinuirano mijenja s dubinom i vremenom. To zavisi od brojnih faktora, od kojih je mnoge teško objasniti. Potonje, na primjer, uključuju: prirodu vegetacije, izloženost padine kardinalnim tačkama, zasjenjenje, snježni pokrivač, prirodu samog tla, prisustvo suprapermafrost voda, itd. stabilne, i odlučujuće uticaj ovde ostaje sa temperaturom vazduha.
Temperatura tla na različitim dubinama a u različitim periodima godine može se dobiti direktnim mjerenjima u termalnim bunarima, koji se polažu u procesu snimanja. Ali ova metoda zahtijeva dugoročna promatranja i značajne troškove, što nije uvijek opravdano. Podaci dobijeni iz jedne ili dvije bušotine šire se na velike površine i dužine, značajno iskrivljujući stvarnost tako da se izračunati podaci o temperaturi tla u mnogim slučajevima pokazuju pouzdanijima.
Permafrost temperatura tla na bilo kojoj dubini (do 10 m od površine) i za bilo koji period godine može se odrediti po formuli:
tr = mt°, (3.7)
gdje je z dubina mjerena od VGM-a, m;
tr je temperatura tla na dubini z, st.
τr – vrijeme jednako godini (8760 h);
τ je vrijeme koje se računa unaprijed (do 1. januara) od trenutka početka jesenjeg smrzavanja tla do trenutka za koji se mjeri temperatura, u satima;
exp x je eksponent (eksponencijalna funkcija exp je preuzeta iz tabela);
m - koeficijent u zavisnosti od perioda godine (za period oktobar - maj m = 1,5-0,05z, a za period jun-septembar m = 1)
Najviše niske temperature na datoj dubini će biti kada kosinus u formuli (3.7) postane jednak -1, tj. minimalna temperatura tla godišnje na datoj dubini će biti
tr min = (1,5-0,05z) t°, (3,8)
Maksimalna temperatura tla na dubini z bit će kada kosinus poprimi vrijednost jednaku jedan, tj.
tr max = t°, (3.9)
U sve tri formule, vrijednost volumetrijskog toplinskog kapaciteta C m treba izračunati za temperaturu tla t ° koristeći formulu (3.10).
S 1 m = 1/W, (3.10)
Temperatura tla u sloju sezonskog odmrzavanja može se odrediti i proračunom, uzimajući u obzir da je promjena temperature u ovom sloju prilično precizno aproksimirana linearnom ovisnošću za sljedeće temperaturne gradijente (tablica 3.1).
Izračunavši prema jednoj od formula (3.8) - (3.9) temperaturu tla na nivou VGM, tj. stavljajući Z=0 u formule, zatim pomoću tabele 3.1 određujemo temperaturu tla na datoj dubini u sloju sezonskog odmrzavanja. U najvišim slojevima tla, do oko 1 m od površine, priroda temperaturnih fluktuacija je vrlo složena.
Tabela 3.1
Gradijent temperature u sloju sezonskog odmrzavanja na dubini ispod 1 m od površine tla
Bilješka. Znak gradijenta je prikazan prema površini.
Da biste dobili izračunatu temperaturu tla u metarskom sloju od površine, možete postupiti na sljedeći način. Izračunati temperaturu na dubini od 1 m i temperaturu dnevne površine tla, a zatim interpolacijom iz ove dvije vrijednosti odrediti temperaturu na datoj dubini.
Temperatura na površini tla t p in hladnog perioda godine može se uzeti jednaka temperaturi vazduha. AT ljetni period:
t p = 2 + 1,15 t in, (3,11)
gdje je t p temperatura površine u st.
t in - temperatura zraka u st.
Temperatura tla sa nekonfluentnim permafrostom izračunava se drugačije nego kod spajanja. U praksi možemo pretpostaviti da će temperatura na nivou WGM biti 0°C tokom cijele godine. projektovana temperatura Permafrost tlo na datoj dubini može se odrediti interpolacijom, uz pretpostavku da varira po dubini prema linearnom zakonu od t° na dubini od 10 m do 0°C na dubini VGM. Temperatura u otopljenom sloju h t može se uzeti od 0,5 do 1,5°C.
U sloju sezonskog smrzavanja h p temperatura tla se može izračunati na isti način kao i za sloj sezonskog odmrzavanja spojene zone permafrosta, tj. u sloju h p - 1 m duž temperaturnog gradijenta (tabela 3.1), uzimajući u obzir temperaturu na dubini h p jednaku 0°C u hladnoj sezoni i 1°C ljeti. U gornjem metarskom sloju tla temperatura se određuje interpolacijom između temperature na dubini od 1 m i temperature na površini.
U našoj zemlji, bogatoj ugljovodonicima, geotermalna energija je vrsta egzotičnog resursa koji, u sadašnjem stanju, teško da može konkurisati naftom i gasom. Ipak, ovaj alternativni oblik energije može se koristiti gotovo svuda i prilično efikasno.
Geotermalna energija je toplota unutrašnjosti Zemlje. Proizvodi se u dubinama i dolazi na površinu Zemlje različite forme i sa različitim intenzitetom.
Temperatura gornjih slojeva tla ovisi uglavnom o vanjskim (egzogenim) faktorima - sunčevoj svjetlosti i temperaturi zraka. Ljeti i tokom dana tlo se zagrijava do određene dubine, a zimi i noću se hladi prateći promjenu temperature zraka i sa određenim zakašnjenjem, povećavajući se sa dubinom. Utjecaj dnevnih kolebanja temperature zraka završava se na dubinama od nekoliko do nekoliko desetina centimetara. Sezonske fluktuacije zahvaćaju dublje slojeve tla - do desetina metara.
Na određenoj dubini - od desetina do stotina metara - temperatura tla se održava konstantnom, jednakom prosječnoj godišnjoj temperaturi zraka blizu površine Zemlje. To je lako provjeriti spuštanjem u prilično duboku pećinu.
Kada je srednja godišnja temperatura vazduha u datom području ispod nule, to se manifestuje kao permafrost (tačnije, permafrost). U istočnom Sibiru debljina, odnosno debljina smrznutog tla tokom cijele godine dostiže mjestimično 200-300 m.
Sa određene dubine (svoje za svaku tačku na karti) djelovanje Sunca i atmosfere toliko slabi da su endogeni (unutrašnji) faktori na prvom mjestu i unutrašnjost Zemlje se zagrijava iznutra, tako da temperatura počinje porasti sa dubinom.
Zagrijavanje dubokih slojeva Zemlje povezano je uglavnom s raspadom radioaktivnih elemenata koji se tamo nalaze, iako se nazivaju i drugi izvori topline, na primjer, fizičko-hemijski, tektonski procesi u dubokim slojevima zemljine kore i plašta. No, bez obzira na uzrok, temperatura stijena i povezanih tekućih i plinovitih tvari raste s dubinom. Rudari se suočavaju s ovim fenomenom - u dubokim rudnicima je uvijek vruće. Na dubini od 1 km, temperatura od trideset stepeni je normalna, a dublje temperatura je još viša.
Toplotni tok zemljine unutrašnjosti, koji dopire do površine Zemlje, je mali - u prosjeku, njegova snaga je 0,03–0,05 W / m 2, odnosno približno 350 W h / m 2 godišnje. Na pozadini toplotnog toka od Sunca i zraka koji se njime zagrijava, ovo je neprimjetna vrijednost: Sunce daje svakom kvadratnom metru zemljine površine oko 4000 kWh godišnje, odnosno 10 000 puta više (naravno, ovo je u prosjeku, sa ogromnim rasponom između polarnih i ekvatorijalnih širina i ovisno o drugim klimatskim i vremenskim faktorima).
Neznačajnost toplotnog toka iz dubine na površinu u većem dijelu planete povezana je sa niskom toplotnom provodljivošću stijena i osobenostima geološke strukture. Ali postoje izuzeci - mjesta gdje je protok topline visok. To su, prije svega, zone tektonskih rasjeda, pojačane seizmičke aktivnosti i vulkanizma, gdje energija unutrašnjosti zemlje nalazi izlaz. Takve zone karakteriziraju termalne anomalije litosfere, ovdje toplinski tok koji dopire do površine Zemlje može biti višestruko, pa čak i za redove veličine, jači od "uobičajenog". Velika količina toplina se u ovim zonama izvlači na površinu vulkanskim erupcijama i izvorima tople vode.
Upravo su ova područja najpovoljnija za razvoj geotermalne energije. Na teritoriji Rusije, ovo je, pre svega, Kamčatka, Kurilska ostrva i Kavkaz.
Istovremeno, razvoj geotermalne energije moguć je gotovo posvuda, jer je povećanje temperature sa dubinom sveprisutna pojava, a zadatak je „izvlačenje“ topline iz crijeva, kao što se odatle crpe mineralne sirovine.
U prosjeku, temperatura raste sa dubinom za 2,5–3°C na svakih 100 m. Odnos temperaturne razlike između dvije tačke koje leže na različitim dubinama i razlike u dubini između njih naziva se geotermalni gradijent.
Recipročna vrijednost je geotermalni korak, ili interval dubine na kojem temperatura raste za 1°C.
Što je veći gradijent i, shodno tome, što je niži korak, toplina Zemljinih dubina se više približava površini i ovo područje je perspektivnije za razvoj geotermalne energije.
U različitim područjima, u zavisnosti od geološke strukture i drugih regionalnih i lokalnih uslova, brzina porasta temperature sa dubinom može dramatično varirati. Na skali Zemlje, fluktuacije u vrijednostima geotermalnih gradijenata i stepenica dostižu 25 puta. Na primjer, u državi Oregon (SAD) gradijent je 150°C na 1 km, a u Južna Afrika- 6°C na 1 km.
Pitanje je koja je temperatura na velikim dubinama - 5, 10 km ili više? Ako se trend nastavi, temperature na dubini od 10 km bi u prosjeku trebale biti oko 250-300°C. To je manje-više potvrđeno direktnim zapažanjima u ultradubokim bunarima, iako je slika mnogo složenija od linearnog povećanja temperature.
Na primjer, u Kolu ultra-duboki bunar, izbušenog u Baltičkom kristalnom štitu, temperatura se mijenja brzinom od 10°C/1 km do dubine od 3 km, a zatim geotermalni gradijent postaje 2-2,5 puta veći. Na dubini od 7 km već je zabilježena temperatura od 120°C, na 10 km - 180°C, a na 12 km - 220°C.
Drugi primjer je bunar postavljen u sjevernom Kaspijskom moru, gdje je na dubini od 500 m zabilježena temperatura od 42°C, na 1,5 km - 70°C, na 2 km - 80°C, na 3 km - 108°C.
Pretpostavlja se da se geotermalni gradijent smanjuje počevši od dubine od 20-30 km: na dubini od 100 km procijenjene temperature su oko 1300-1500°C, na dubini od 400 km - 1600°C, u Zemljinoj jezgro (dubine veće od 6000 km) - 4000–5000° C.
Na dubinama do 10–12 km temperatura se mjeri kroz izbušene bušotine; tamo gdje ih nema, određuje se posrednim znakovima na isti način kao i na većim dubinama. Takvi indirektni znakovi mogu biti priroda prolaska seizmičkih valova ili temperatura lave koja eruptira.
Međutim, za potrebe geotermalne energije podaci o temperaturama na dubinama većim od 10 km još nisu od praktičnog interesa.
Na dubinama od nekoliko kilometara ima mnogo topline, ali kako je podići? Ponekad nam sama priroda rješava ovaj problem uz pomoć prirodnog rashladnog sredstva - grijanog termalne vode, koji izlazi na površinu ili leži na nama dostupnoj dubini. U nekim slučajevima, voda u dubini se zagrijava do stanja pare.
Ne postoji stroga definicija pojma "termalne vode". U pravilu se podrazumijevaju vruće podzemne vode u tekućem stanju ili u obliku pare, uključujući i one koje dolaze na površinu Zemlje s temperaturom iznad 20°C, odnosno u pravilu višom od temperature zraka.
Toplina podzemne vode, pare, mješavine pare i vode je hidrotermalna energija. Shodno tome, energija zasnovana na njenoj upotrebi naziva se hidrotermalna.
Situacija je složenija s proizvodnjom topline direktno iz suhih stijena - petrotermalne energije, pogotovo jer dovoljno visoke temperature, u pravilu, počinju sa dubine od nekoliko kilometara.
Na teritoriji Rusije potencijal petrotermalne energije je sto puta veći od hidrotermalne energije - 3.500 i 35 triliona tona standardnog goriva, respektivno. To je sasvim prirodno - toplina Zemljinih dubina je posvuda, a termalne vode se nalaze lokalno. Međutim, zbog očiglednih tehničkih poteškoća, većina termalnih voda se trenutno koristi za proizvodnju toplinske i električne energije.
Temperature vode od 20-30 do 100°C pogodne su za grijanje, temperature od 150°C i više - i za proizvodnju električne energije u geotermalnim elektranama.
Generalno, geotermalni resursi na teritoriji Rusije, u smislu tona referentnog goriva ili bilo koje druge mjerne jedinice energije, približno su 10 puta veći od rezervi fosilnih goriva.
Teoretski, samo geotermalna energija bi mogla u potpunosti zadovoljiti energetske potrebe zemlje. Praktično na ovog trenutka na većem dijelu svoje teritorije to nije izvodljivo iz tehničkih i ekonomskih razloga.
U svijetu se korištenje geotermalne energije najčešće povezuje s Islandom - državom koja se nalazi na sjevernom kraju Srednjoatlantskog grebena, u izuzetno aktivnoj tektonskoj i vulkanskoj zoni. Vjerovatno se svi sjećaju snažne erupcije vulkana Eyyafyatlayokudl ( Eyjafjallajokull) 2010.
Upravo zahvaljujući ovoj geološkoj specifičnosti Island ima ogromne rezerve geotermalne energije, uključujući tople izvore koji dolaze na površinu Zemlje i čak šikljaju u obliku gejzira.
Na Islandu se više od 60% sve potrošene energije trenutno uzima sa Zemlje. Uključujući i geotermalne izvore, obezbjeđeno je 90% grijanja i 30% proizvodnje električne energije. Dodajmo da ostatak električne energije u zemlji proizvode hidroelektrane, odnosno također koristeći obnovljivi izvor energije, zahvaljujući čemu Island izgleda kao svojevrsni globalni ekološki standard.
„Ukroćenje“ geotermalne energije u 20. veku je značajno ekonomski pomoglo Islandu. Do sredine prošlog veka bila je veoma siromašna država, sada je na prvom mestu u svetu po instaliranom kapacitetu i proizvodnji geotermalne energije po glavi stanovnika, a u prvih deset je po apsolutnom instaliranom kapacitetu geotermalne energije. biljke. Međutim, njegova populacija je samo 300 tisuća ljudi, što pojednostavljuje zadatak prelaska na ekološki prihvatljive izvore energije: potreba za tim je općenito mala.
Pored Islanda, visok udio geotermalne energije u ukupnom bilansu proizvodnje električne energije osiguravaju Novi Zeland i ostrvske države Jugoistočna Azija(Filipini i Indonezija), zemlje Centralne Amerike i Istočne Afrike, čiju teritoriju karakteriše i visoka seizmička i vulkanska aktivnost. Za ove zemlje, na njihovom sadašnjem nivou razvoja i potreba, geotermalna energija daje značajan doprinos društveno-ekonomskom razvoju.
Upotreba geotermalne energije ima veoma dugu istoriju. Jedan od prvih poznatih primjera je Italija, mjesto u provinciji Toskana, koje se danas zove Larderello, gdje početkom XIX stoljeća, lokalne tople termalne vode, koje su tekle prirodno ili izvađene iz plitkih bunara, korištene su u energetske svrhe.
Voda iz podzemnih izvora, bogata borom, korištena je ovdje za dobijanje borne kiseline. U početku se ova kiselina dobivala isparavanjem u željeznim kotlovima, a obična drva za ogrjev uzimana su kao gorivo iz obližnjih šuma, ali je 1827. godine Francesco Larderel stvorio sistem koji je radio na toplini same vode. Istovremeno je energija prirodne vodene pare počela da se koristi za rad bušaćih uređaja, a početkom 20. veka i za grejanje lokalnih kuća i plastenika. Na istom mjestu, u Larderellu, 1904. godine termalna vodena para postala je izvor energije za proizvodnju električne energije.
Primjer Italije krajem 19. i početkom 20. stoljeća slijedile su i neke druge zemlje. Na primjer, 1892. godine termalna voda je prvi put korištena za lokalno grijanje u Sjedinjenim Državama (Boise, Idaho), 1919. - u Japanu, 1928. - na Islandu.
U Sjedinjenim Državama prva hidrotermalna elektrana pojavila se u Kaliforniji ranih 1930-ih, na Novom Zelandu - 1958., u Meksiku - 1959., u Rusiji (prvi binarni GeoPP) - 1965. godine.
Stari princip na novom izvoru
Proizvodnja električne energije zahtijeva višu temperaturu izvora vode od grijanja, preko 150°C. Princip rada geotermalne elektrane (GeoES) sličan je principu rada konvencionalne termoelektrane (TE). Zapravo, geotermalna elektrana je vrsta termoelektrane.
U termoelektranama, u pravilu, ugalj, plin ili lož ulje djeluju kao primarni izvor energije, a vodena para služi kao radni fluid. Gorivo, sagorevajući, zagrijava vodu do stanja pare, koja rotira parnu turbinu, a ona proizvodi električnu energiju.
Razlika između GeoPP-a je u tome što je primarni izvor energije ovdje toplina unutrašnjosti zemlje i radni fluid u obliku pare ulazi u lopatice turbine elektrogeneratora u "spremnom" obliku direktno iz proizvodne bušotine.
Postoje tri glavne sheme rada GeoPP-a: direktan, korištenjem suhe (geotermalne) pare; indirektni, bazirani na hidrotermalnoj vodi, i mješoviti, ili binarni.
Upotreba jedne ili druge sheme ovisi o stanju agregacije i temperaturi energetskog nosača.
Najjednostavnija i stoga prva od savladanih shema je direktna, u kojoj se para koja dolazi iz bunara prolazi direktno kroz turbinu. Prvi GeoPP na svijetu u Larderellu 1904. godine također je radio na suhoj pari.
GeoPP sa indirektna šema poslovi su danas najčešći. Koriste toplu podzemnu vodu koja se pod visokim pritiskom upumpava u isparivač, gdje se dio isparava, a nastala para okreće turbinu. U nekim slučajevima potrebni su dodatni uređaji i krugovi za pročišćavanje geotermalne vode i pare od agresivnih spojeva.
Izduvna para ulazi u injektorsku bušotinu ili se koristi za grijanje prostora - u ovom slučaju princip je isti kao kod rada CHP-a.
Na binarnim GeoPP-ovima, vruća termalna voda stupa u interakciju s drugom tekućinom koja djeluje kao radni fluid s nižom tačkom ključanja. Obje tečnosti prolaze kroz izmjenjivač topline, gdje termalna voda isparava radnu tečnost, čije pare rotiraju turbinu.
Ovaj sistem je zatvoren, čime se rješava problem emisija u atmosferu. Osim toga, radni fluidi s relativno niskom tačkom ključanja omogućavaju korištenje ne baš vruće termalne vode kao primarnog izvora energije.
Sve tri sheme koriste hidrotermalni izvor, ali petrotermalna energija se također može koristiti za proizvodnju električne energije.
Dijagram strujnog kola u ovom slučaju je također prilično jednostavan. Potrebno je izbušiti dvije međusobno povezane bušotine – injekcionu i proizvodnu. Voda se pumpa u injekcioni bunar. Na dubini se zagrijava, a zatim se zagrijana voda ili para nastala kao rezultat jakog zagrijavanja dovodi na površinu kroz proizvodni bunar. Nadalje, sve ovisi o tome kako se petrotermalna energija koristi - za grijanje ili za proizvodnju električne energije. Zatvoreni ciklus je moguć uz pumpanje ispušne pare i vode nazad u injekcionu bušotinu ili na drugi način odlaganja.
Nedostatak takvog sistema je očigledan: da bi se postigla dovoljno visoka temperatura radnog fluida, potrebno je bušiti bunare do velike dubine. A to je ozbiljan trošak i rizik od značajnog gubitka topline kada se tekućina pomakne prema gore. Stoga su petrotermalni sistemi još uvijek rjeđi od hidrotermalnih, iako je potencijal petrotermalne energije za redove veličine veći.
Trenutno, lider u stvaranju takozvanih petrotermalnih cirkulacionih sistema (PCS) je Australija. Osim toga, ovaj smjer geotermalne energije se aktivno razvija u SAD-u, Švicarskoj, Velikoj Britaniji i Japanu.
Poklon od Lorda Kelvina
Pronalazak toplotne pumpe 1852. godine od strane fizičara Williama Thompsona (poznatog kao Lord Kelvin) pružio je čovječanstvu stvarnu priliku da koristi nisku toplinu gornjih slojeva tla. Sistem toplotne pumpe, ili toplotni multiplikator kako ga je nazvao Thompson, zasniva se na fizički proces prijenos topline iz okoline na rashladno sredstvo. U stvari, koristi isti princip kao u petrotermalnim sistemima. Razlika je u izvoru topline, u vezi s čime se može postaviti terminološko pitanje: u kojoj mjeri se toplotna pumpa može smatrati geotermalnim sistemom? Činjenica je da se u gornjim slojevima, do dubine od desetine ili stotine metara, stijene i tekućine sadržane u njima zagrijavaju ne dubokom toplinom zemlje, već suncem. Dakle, sunce je u ovom slučaju primarni izvor toplote, iako se uzima, kao iu geotermalnim sistemima, iz zemlje.
Rad toplotne pumpe zasniva se na kašnjenju u zagrevanju i hlađenju tla u odnosu na atmosferu, usled čega se formira temperaturni gradijent između površinskih i dubljih slojeva, koji zadržavaju toplotu čak i zimi, slično kako se to dešava u rezervoarima. Osnovna namjena toplotnih pumpi je grijanje prostora. U stvari, to je „frižider unatrag“. I toplotna pumpa i frižider su u interakciji sa tri komponente: unutrašnjim okruženjem (u prvom slučaju - zagrejana prostorija, u drugom - hlađenom rashladnom komorom), spoljašnjim okruženjem - izvorom energije i rashladnim sredstvom (rashladnim sredstvom), koje je takođe rashladna tečnost koja obezbeđuje prenos toplote ili hladnoće.
Supstanca sa niskom tačkom ključanja deluje kao rashladno sredstvo, što joj omogućava da uzima toplotu iz izvora koji ima čak i relativno nisku temperaturu.
U hladnjaku tečno rashladno sredstvo ulazi u isparivač kroz prigušnicu (regulator tlaka), gdje, uslijed naglog smanjenja tlaka, tekućina isparava. Isparavanje je endotermni proces koji zahtijeva da se toplina apsorbira izvana. Kao rezultat, toplina se uzima iz unutrašnjih zidova isparivača, što osigurava rashladni efekat u komori hladnjaka. Dalje od isparivača, rashladno sredstvo se usisava u kompresor, gdje se vraća u tečno agregacijsko stanje. Ovo je obrnut proces, koji dovodi do oslobađanja ekstrahirane toplote tokom spoljašnje okruženje. U pravilu se baca u sobu, i zadnji zid frižider je relativno topao.
Toplotna pumpa radi na gotovo isti način, s tom razlikom što se toplina uzima iz vanjskog okruženja i ulazi kroz isparivač u unutrašnje okruženje- sistem grijanja prostorija.
U pravoj toplotnoj pumpi voda se zagrijava, prolazeći kroz vanjski krug položen u zemlju ili rezervoar, a zatim ulazi u isparivač.
U isparivaču se toplina prenosi na unutrašnji krug ispunjen rashladnim sredstvom s niskom tačkom ključanja, koje, prolazeći kroz isparivač, prelazi iz tekućeg u plinovito stanje, uzimajući toplinu.
Nadalje, rashladno sredstvo u plinu ulazi u kompresor, gdje se komprimira do visokog tlaka i temperature, te ulazi u kondenzator, gdje se odvija izmjena topline između vrućeg plina i nosača topline iz sistema grijanja.
Za rad kompresora je potrebna električna energija, međutim, omjer transformacije (omjer potrošene i proizvedene energije) u modernim sistemima je dovoljno visok da osigura njihovu efikasnost.
Trenutno se toplotne pumpe dosta koriste za grijanje prostora, uglavnom u ekonomskom smislu razvijene države.
Eko-ispravna energija
Geotermalna energija se smatra ekološki prihvatljivom, što je općenito istina. Prije svega, koristi obnovljiv i praktično neiscrpan resurs. Geotermalna energija ne zahtijeva velike površine, za razliku od velikih hidroelektrana ili vjetroelektrana, i ne zagađuje atmosferu, za razliku od ugljikovodične energije. GeoPP u prosjeku zauzima 400 m 2 u smislu 1 GW proizvedene električne energije. Ista brojka za termoelektranu na ugalj, na primjer, iznosi 3600 m 2. Ekološke prednosti GeoPP-a uključuju i nisku potrošnju vode - 20 litara svježe vode na 1 kW, dok termoelektrane i nuklearne elektrane zahtijevaju oko 1000 litara. Imajte na umu da su ovo ekološki indikatori "prosječnog" GeoPP-a.
Ali negativno nuspojave ipak postoje. Među njima se najčešće izdvajaju buka, toplotno zagađenje atmosfere i hemijsko zagađenje vode i tla, kao i stvaranje čvrstog otpada.
Glavni izvor hemijskog zagađenja životne sredine je sama termalna voda (visoke temperature i mineralizacije), često sadrži velike količine toksičnih spojeva, u vezi s kojima se javlja problem odlaganja otpadnih voda i opasnih materija.
Negativni efekti geotermalne energije mogu se pratiti u nekoliko faza, počevši od bušenja bušotina. Ovdje nastaju iste opasnosti kao i kod bušenja bilo kojeg bunara: uništavanje tla i vegetacije, zagađenje tla i podzemnih voda.
U fazi rada GeoPP-a i dalje postoje problemi zagađenja životne sredine. Termalni fluidi - voda i para - obično sadrže ugljen dioksid (CO 2), sumpor sulfid (H 2 S), amonijak (NH 3), metan (CH 4), so (NaCl), bor (B), arsen (As ), živa (Hg). Kada se ispuste u životnu sredinu, postaju izvori zagađenja. Osim toga, agresivno kemijsko okruženje može uzrokovati koroziono oštećenje GeoTPP struktura.
Istovremeno, emisije zagađujućih materija na GeoPP su u prosjeku niže nego na TE. Na primjer, emisije ugljen-dioksid za svaki proizvedeni kilovat-sat električne energije iznose 380 g u GeoPP, 1042 g - u termoelektranama na ugalj, 906 g - u lož-ulju i 453 g - u termoelektranama na plin.
Postavlja se pitanje: šta učiniti sa otpadnim vodama? Sa niskom mineralizacijom, nakon hlađenja, može se odlagati površinske vode. Drugi način je da se pumpa nazad u vodonosnik kroz injekcionu bušotinu, što je trenutno poželjna i preovlađujuća praksa.
Ekstrakcija termalne vode iz akvifera (kao i pumpanje obična voda) može uzrokovati slijeganje i pomjeranje tla, druge deformacije geoloških slojeva, mikro-potrese. Vjerovatnoća takvih pojava je obično mala, iako su zabilježeni pojedinačni slučajevi (na primjer, na GeoPP-u u Staufen im Breisgau u Njemačkoj).
Treba naglasiti da se većina GeoPP-ova nalazi u relativno slabo naseljenim područjima iu zemljama trećeg svijeta, gdje su ekološki zahtjevi manje strogi nego u razvijenim zemljama. Osim toga, u ovom trenutku broj GeoPP-ova i njihovi kapaciteti su relativno mali. Sa većim razvojem geotermalne energije, ekološki rizici se mogu povećati i umnožiti.
Kolika je energija Zemlje?
Investicioni troškovi izgradnje geotermalnih sistema variraju u veoma širokom rasponu - od 200 do 5000 dolara po 1 kW instalirane snage, odnosno najjeftinije opcije su uporedive sa troškovima izgradnje termoelektrane. One zavise, prije svega, od uslova nastanka termalnih voda, njihovog sastava i dizajna sistema. Bušenje na velike dubine, stvaranje zatvorenog sistema sa dva bunara, potreba za tretmanom vode može višestruko povećati troškove.
Na primjer, ulaganja u stvaranje petrotermalnog cirkulacijskog sistema (PTS) procjenjuju se na 1,6-4 hiljade dolara po 1 kW instalirane snage, što premašuje troškove izgradnje. nuklearna elektrana i uporedivi sa troškovima izgradnje vjetroelektrana i solarnih elektrana.
Očigledna ekonomska prednost GeoTPP-a je besplatan nosilac energije. Poređenja radi, u strukturi troškova tekuće termoelektrane ili nuklearne elektrane gorivo čini 50-80% ili čak više, ovisno o trenutnim cijenama energije. Otuda još jedna prednost geotermalnog sistema: operativni troškovi su stabilniji i predvidljiviji, jer ne zavise od eksterne konjunkture cijena energije. Općenito, operativni troškovi GeoTPP-a procjenjuju se na 2–10 centi (60 kopejki–3 rublje) po 1 kWh proizvedenog kapaciteta.
Druga najveća (i vrlo značajna) stavka rashoda nakon energenta je, po pravilu, nadnica osoblje fabrike, koje se može dramatično razlikovati u različitim zemljama i regionima.
U prosjeku, trošak 1 kWh geotermalne energije je uporediv sa onim za termoelektrane (in ruski uslovi- oko 1 rublja/1 kWh) i deset puta veći od troškova proizvodnje električne energije u HE (5–10 kopejki/1 kWh).
Dio razloga za visoku cijenu je taj što, za razliku od termo i hidrauličnih elektrana, GeoTPP ima relativno mali kapacitet. Pored toga, potrebno je uporediti sisteme koji se nalaze u istom regionu iu sličnim uslovima. Tako, na primjer, na Kamčatki, prema stručnjacima, 1 kWh geotermalne električne energije košta 2-3 puta jeftinije od struje proizvedene u lokalnim termoelektranama.
Indikatori ekonomska efikasnost Rad geotermalnog sistema zavisi, na primjer, od toga da li je potrebno odložiti otpadne vode i na koji način se to radi, da li je moguće kombinirano korištenje resursa. dakle, hemijski elementi a jedinjenja ekstrahovana iz termalne vode mogu pružiti dodatni prihod. Prisjetimo se primjera Larderella: primarni hemijska proizvodnja, a korištenje geotermalne energije je prvobitno bilo pomoćne prirode.
Geotermalna energija Forwards
Geotermalna energija se razvija nešto drugačije od vjetra i sunca. Trenutno, to u velikoj mjeri ovisi o prirodi samog resursa, koji se oštro razlikuje po regijama, a najveće koncentracije vezane su za uske zone geotermalnih anomalija, obično povezane s područjima tektonskih rasjeda i vulkanizma.
Osim toga, geotermalna energija je tehnološki manje kapaciteta u odnosu na vjetar, a još više u odnosu na solarnu energiju: sistemi geotermalnih stanica su prilično jednostavni.
U ukupnoj strukturi svjetske proizvodnje električne energije geotermalna komponenta čini manje od 1%, ali u nekim regijama i zemljama njen udio dostiže 25-30%. Zbog povezanosti sa geološkim uslovima, značajan dio geotermalnih energetskih kapaciteta koncentrisan je u zemljama trećeg svijeta, gdje postoje tri najrazvijenija klastera industrije - ostrva jugoistočne Azije, Centralne Amerike i Istočna Afrika. Prve dvije regije dio su pacifičkog "vatrenog pojasa Zemlje", a treća je vezana za istočnoafrički rascjep. Sa najvećom vjerovatnoćom, geotermalna energija će se nastaviti razvijati u ovim pojasevima. Daleka perspektiva je razvoj petrotermalne energije, koristeći toplinu zemljinih slojeva koji leže na dubini od nekoliko kilometara. Ovo je gotovo sveprisutan resurs, ali njegovo vađenje zahtijeva visoke troškove, pa se petrotermalna energija razvija prvenstveno u ekonomski i tehnološki najmoćnijim zemljama.
Općenito, s obzirom na sveprisutnost geotermalnih resursa i prihvatljiv nivo ekološka sigurnost, postoji razlog za vjerovanje da geotermalna energija ima dobre izglede za razvoj. Pogotovo sa sve većom prijetnjom nestašice tradicionalnih energenata i porastom cijena za njih.
Od Kamčatke do Kavkaza
U Rusiji razvoj geotermalne energije ima prilično dugu istoriju, a po brojnim pozicijama smo među svjetskim liderima, iako je udio geotermalne energije u ukupnom energetskom bilansu jedne ogromne zemlje još uvijek zanemarljiv.
Dva regiona, Kamčatka i Severni Kavkaz, i ako je u prvom slučaju prije svega riječ o elektroprivredi, onda u drugom - o korištenju toplinske energije termalne vode.
Na Sjevernom Kavkazu - na Krasnodarskoj teritoriji, Čečeniji, Dagestanu - toplina termalnih voda u energetske svrhe korištena je još prije Velikog Otadžbinski rat. Tokom 1980-1990-ih, razvoj geotermalne energije u regionu je, iz očiglednih razloga, zastao i još se nije oporavio od stanja stagnacije. Ipak, geotermalna voda na Sjevernom Kavkazu osigurava toplinu za oko 500 hiljada ljudi, a, na primjer, grad Labinsk na Krasnodarskom teritoriju sa populacijom od 60 hiljada ljudi u potpunosti se zagrijava geotermalnim vodama.
Na Kamčatki je istorija geotermalne energije povezana prvenstveno sa izgradnjom GeoPP. Prve od njih, koje još uvijek rade stanice Pauzhetskaya i Paratunskaya, izgrađene su još 1965–1967, dok je Paratunska GeoPP kapaciteta 600 kW postala prva stanica na svijetu sa binarnim ciklusom. Bio je to razvoj sovjetskih naučnika S. S. Kutateladzea i A. M. Rosenfelda sa Instituta za toplinsku fiziku Sibirskog ogranka Ruske akademije nauka, koji su 1965. godine dobili certifikat o autorskim pravima za vađenje električne energije iz vode s temperaturom od 70 ° C. Ova tehnologija je kasnije postala prototip za više od 400 binarnih GeoPP-a u svijetu.
Kapacitet Paužetske GeoPP, puštene u rad 1966. godine, u početku je bio 5 MW, a zatim je povećan na 12 MW. Trenutno je stanica u izgradnji binarnog bloka, koji će povećati njen kapacitet za još 2,5 MW.
Razvoj geotermalne energije u SSSR-u i Rusiji bio je sputan dostupnošću tradicionalnih izvora energije - nafte, gasa, uglja, ali nikada nije prestao. Najveći geotermalni energetski objekti u ovom trenutku su Verkhne-Mutnovskaya GeoPP ukupne snage 12 MW elektrane, puštene u rad 1999. godine, i Mutnovskaya GeoPP snage 50 MW (2002).
Mutnovskaya i Verkhne-Mutnovskaya GeoPP - jedinstvenih objekata ne samo za Rusiju, već i na globalnom nivou. Stanice se nalaze u podnožju vulkana Mutnovsky, na nadmorskoj visini od 800 metara i rade u ekstremnim uslovima. klimatskim uslovima, gdje je zima 9-10 mjeseci godišnje. Oprema Mutnovsky GeoPP, trenutno jedne od najmodernijih u svijetu, u potpunosti je kreirana u domaćim elektroenergetskim preduzećima.
Trenutno, udio stanica Mutnovsky u ukupnoj strukturi potrošnje energije energetskog čvorišta Centralne Kamčatke iznosi 40%. U narednim godinama planirano je povećanje kapaciteta.
Odvojeno, treba reći o ruskom petrotermalnom razvoju. Još nemamo veliki PDS, međutim, postoje napredne tehnologije za bušenje na velike dubine (oko 10 km), koje takođe nemaju analoga u svijetu. Njihov dalji razvoj će omogućiti drastično smanjenje troškova stvaranja petrotermalnih sistema. Programeri ovih tehnologija i projekata su N. A. Gnatus, M. D. Khutorskoy (Geološki institut Ruske akademije nauka), A. S. Nekrasov (Institut za ekonomsko predviđanje Ruske akademije nauka) i stručnjaci iz Kaluške turbine. Trenutno je projekat petrotermalnog cirkulacijskog sistema u Rusiji u pilot fazi.
Izgledi za geotermalnu energiju u Rusiji postoje, iako su relativno udaljeni: u ovom trenutku potencijal je prilično velik, a pozicija tradicionalne energije je jaka. Istovremeno, u brojnim udaljenim regijama zemlje korištenje geotermalne energije je ekonomski isplativo i traženo je i sada. To su teritorije sa visokim geoenergetskim potencijalom (Čukotka, Kamčatka, Kurili - ruski deo pacifičkog "Vatrenog pojasa Zemlje", planine Južni Sibir i Kavkaz) i istovremeno udaljeni i odsječeni od centraliziranog snabdijevanja energijom.
Vjerovatno će se u narednim decenijama geotermalna energija u našoj zemlji razvijati upravo u takvim regijama.
Površinski sloj Zemljinog tla je prirodni akumulator toplote. Glavni izvor toplotne energije koja ulazi u gornje slojeve Zemlje je sunčevo zračenje. Na dubini od oko 3 m ili više (ispod nivoa smrzavanja), temperatura tla se praktično ne mijenja tokom godine i približno je jednaka prosječnoj godišnjoj temperaturi vanjskog zraka. Na dubini od 1,5-3,2 m zimi je temperatura od +5 do +7°C, a ljeti od +10 do +12°C. Ova toplina može spriječiti smrzavanje kuće zimi, a ljeti je može spriječiti pregrijavanje iznad 18 -20°C
Najjednostavniji način korištenja topline zemlje je korištenje izmjenjivača topline tla (SHE). Ispod zemlje, ispod nivoa smrzavanja tla, polaže se sistem vazdušnih kanala koji služe kao izmjenjivač topline između tla i zraka koji prolazi kroz te zračne kanale. Zimi se nadolazeći hladni zrak koji ulazi i prolazi kroz cijevi zagrijava, a ljeti se hladi. Uz racionalno postavljanje zračnih kanala, značajna količina toplinske energije može se uzeti iz tla uz niske troškove energije.
Može se koristiti izmjenjivač topline cijevi u cijevi. Unutrašnji vazdušni kanali od nerđajućeg čelika ovde deluju kao rekuperatori.
Hlađenje ljeti
U toploj sezoni, izmjenjivač topline tla osigurava hlađenje dovodnog zraka. Vanjski zrak ulazi kroz uređaj za usis zraka u izmjenjivač topline zemlje, gdje se hladi zemljom. Zatim se ohlađeni zrak dovodi zračnim kanalima do dovodno-ispušne jedinice, u koju se umjesto izmjenjivača topline za ljetni period ugrađuje ljetni umetak. Zahvaljujući ovom rješenju smanjuje se temperatura u prostorijama, poboljšava se mikroklima u kući, a trošak električne energije za klimatizaciju smanjuje. Rad van sezone
Kada je razlika između vanjske i unutrašnje temperature mala, dovod svježi zrak može se izvesti kroz dovodnu rešetku postavljenu na zid kuće u nadzemnom dijelu. U periodu kada je razlika značajna, dovod svježeg zraka može se vršiti preko PHE, obezbjeđujući grijanje/hlađenje dovodnog zraka. Ušteda zimi
U hladnoj sezoni vanjski zrak ulazi u PHE kroz dovod zraka, gdje se zagrijava, a zatim ulazi u dovodno-ispušnu jedinicu za grijanje u izmjenjivaču topline. Predgrijavanje zraka u PHE smanjuje mogućnost zaleđivanja na izmjenjivaču topline jedinice za obradu zraka, povećavajući efektivnu upotrebu izmjenjivača topline i minimizirajući troškove dodatnog zagrijavanja zraka u bojleru za vodu/elektro. Kako se obračunavaju troškovi grijanja i hlađenja?
Možete unaprijed izračunati cijenu grijanja zraka zimi za prostoriju u koju ulazi zrak po standardu od 300 m3 / sat. Zimi, prosječna dnevna temperatura za 80 dana je -5 °C - potrebno je zagrijati na +20 °C. Za zagrijavanje ove količine zraka potrebno je 2,55 kW na sat (u nedostatku sistema za povrat topline) . Kada se koristi geotermalni sistem, spoljni vazduh se zagreva do +5, a zatim je potrebno 1,02 kW da bi se ulazni vazduh zagrejao na ugodan nivo. Situacija je još bolja kada se koristi rekuperacija - potrebno je potrošiti samo 0,714 kW. U periodu od 80 dana potrošiće se 2448 kWh toplotne energije, a geotermalni sistemi će smanjiti troškove za 1175 odnosno 685 kWh.
U vansezoni u trajanju od 180 dana prosječna dnevna temperatura je +5°C - potrebno je zagrijati na +20°C. Planirani troškovi su 3305 kWh, a geotermalni sistemi će smanjiti troškove za 1322 ili 1102 kWh.
Tokom letnjeg perioda, tokom 60 dana, prosečna dnevna temperatura je oko +20°C, ali za 8 sati je u granicama od +26°C.Troškovi hlađenja biće 206 kWh, a geotermalni sistem će smanjiti troškove za 137 kWh.
Tokom cijele godine rad ovakvog geotermalnog sistema ocjenjuje se pomoću koeficijenta - SPF (sezonski faktor snage), koji je definiran kao omjer primljene količine topline i količine potrošene električne energije, uzimajući u obzir sezonske promjene u zraku. / temperatura tla.
Za dobijanje 2634 kWh toplotne energije iz zemlje godišnje, ventilaciona jedinica troši 635 kWh električne energije. SPF = 2634/635 = 4,14.
Po materijalima.