Отопление дома при помощи геотермального теплового насоса

Размещено на http://www.allbest.ru/

«Строительный» Томский архитектурно строительный университет

Отопление дома при помощи геотермального теплового насоса

Петров П.А., студент

Научный руководитель: Рекунов В.С.

Россия, г. Томск

Аннотация

Статья посвящена более современным и экологичным способам добычи тепловой энергии. В статье рассматриваются способы отопления помещений при помощи отбирания тепла из окружающей среды.

Ключевые слова: тепловой насос; геотермальное тепло; солнечный коллектор; хладагент; теплообменник; зонд.

Annotation

The article is devoted to a more modern and environmentally friendly way of extracting thermal energy. The article discusses ways of heating rooms by taking heat from the environment.

Key words: heat pump; geothermal heat; solar collector; refrigerant; heat exchanger; probe.

Запасы тепловой, молекулярной энергии в окружающей среде неисчерпаемы, однако использовать её для целей нагрева невозможно без искусственного повышения температуры. Для этого и нужен тепловой насос.

Тепловой насос - это устройство, предназначенное для отопления и горячего водоснабжения жилых домов. Отопление тепловым насосом происходит путем переноса тепла из одной среды (воздух, скважинная вода или грунт) в жилое помещение. Это происходит при помощи хладагента (аммиак, фреон и т.д.). Тепловой насос не переводит энергию горения (газ, дизель, дрова, уголь) в тепловую, а он переносит тепло из одной среды в другую. Этим он и отличается от других видов отопления. Для запуска теплового насоса требуется около 20% от добытой им энергии (работает он от электричества). тепловой энергия насос помещение

Его принцип работы ничем не отличатся от прицепа работы обычного холодильника, который стоит у вас дома. На рисунке 1 показана схема работы теплового насоса.

Рисунок 1. Принципиальная схема теплового насоса

По указанному в середине кольцу циркулирует хладагент. Он под низким давлением заходит в первый теплообменник - испаритель (1), который забирает тепло из окружающей среды (6) путем закипания хладагента. Как все знаю, хладагенты кипят при низких температурах. Далее уже в испаренном состоянии он заходит в компрессор (2) и происходит его сжатие. Уравнение Менделеева-Клапейрона гласит - что при сжатии, в замкнутом пространстве, происходит, увеличивается давление, уменьшается объём и увеличивается температура. То есть в компрессор заходит хладагент с температурой + 5 -- 10оС, а выходит уже + 70оС. Затем он заходит во второй теплообменник - конденсатор (3), который уже, в свою очередь, отдает тепло системе отопления (4). После чего он конденсируется, проходит через дроссельный клапан и на этом цикл замыкается.

Особенность теплового насоса заключается в том, что ему для выдачи такой энергии необходимо только потреблять электроэнергию для работы компрессора. Остальная энергия берется из окружающей среды. Именно поэтому его можно отнести к одному из энергоэффективных и сберегающих видов отопительного оборудования.

Геотермальные тепловые насосы, по типу подключения, бывают двух видов:

Вода-вода. Для подключения бурится две скважины и в одну из них ставится скважинный насос. Когда этот насос начинает свою работу, появляется непрерывный поток скважинной воды, с которой происходит съём тепла тепловым насосом. Охлаждённая вода сливается во вторую скважину, и этот цикл продолжается до бесконечности.

Грунт-вода. Для подключения так же бурятся вертикальные скважины или копается, горизонтальные траншеи и устанавливается необходимой длины трубы (зонды) в которых будет циркулировать изопропиловый спирт с водой. Аналогично подключению вода-вода с этого спирта будет происходить съём тепла тепловым насосом. Но в этой схеме есть риск заморозить почку и недостатком этой системы является дороговизна её исполнения. Это связано с большим объёмом земляных работ.

Мощность теплового насоса складывается из двух мощностей: Мощность, взятая из окружающей среды (скважинная вода или грунт) Мощность, выделенная компрессором в процессе потребления электрической энергии.

Как токовое КПД у теплового насоса не рассчитывается, т.к. его КПД будет равняться КПД компрессора (КПД компрессора 95%). Но для выявления продуктивности изобретения был придуман коэффициент эффективности теплового насоса, который вычисляется как:

Ег - вся тепловая энергия выданная компрессором

Е2 -- вся тепловая энергия выданная окружающей средой

Еэ - потребленная электрическая энергия

Соответственно чем больше этот коэффициент, тем выше продуктивность этого способа отопления. Рассмотрим ниже все возможные способы повышения этого коэффициента.

На юго-западе Канаде был создан грунтовый аккумулятор. Он успешно проработал целые 10 лет. Тепловая энергия поступает в него при помощи солнечных коллекторов, которые нагревают грунт через теплообменники летом. Всё это тепло сохраняется до зимы, и отбирается уже знакомым тепло насосом. Такой способ устраняет риски замораживания грунтов до критических значений и многократно увеличивает коэффициент СОР.

Конечно, установка такого отопления требует огромных средств и окупаемость этого проекта возможна только через лет 5-7. Но в экологичности этой конструкции нет сомнения, в отличие от классических видов отопления.

Используемые источники

1. Велькин, В.И. Возобновляемая энергия и энергосбережение: учебник / В.И. Велькин, Я.М. Щелоков, С.Е. Щеклеин; под общ. ред. проф., д- ра техн. наук В.И. Велькина; Мин-во науки и высш. образования РФ. - Екатеринбург: Изд-во Урал. ун-та, 2020. - 312с. - (Учебник УрФУ)

2. Мартыновский В.С. Тепловые насосы: ред. Д.С. Рассказов; техн. ред. А.М. Фридкин; Изд-во Москва, 1955 - 190с.

Размещено на Allbest.ru