Читайте также:
|
Грунтовые теплообменники связывают теплонасосное оборудование с грунтовым массивом. Кроме извлечения тепла земли, грунтовые теплообменники могут использоваться и для накопления тепла в грунтовом маассиве.
В общем случае можно выделить 2 вида систем использования низкопотенциальной тепловой энергии:
1. Открытая система. В качестве источника низкопотенциальной тепловой энергии используются грунтовые воды, подводимые к ТН.
2. Замкнутая система. Теплообменники расположены в грунтовом массиве. При циркуляции по ним теплоносителя с пониженной относительно грунта температурой происходит «отбор» тепловой энергии от грунта и перенос ее к испарителю теплового насоса (или, при использовании теплоносителя с повышенной относительно грунта температурой, его охлаждение).
Основная часть открытых систем – скважины, позволяющие извлекать грунтовые воды из водоносных слоев грунта и возвращать воду обратно в те же водоносные слои. Схема такой системы приведена на рис. 3.
|
| Рис. 3. Схема открытой системы использования низкопотенциальной тепловой энергии грунтовых вод |
Д остоинством открытых систем является возможность получения большого количества тепловой энергии при относительно низких затратах. Однако скважины требуют обслуживания. Кроме этого, использование таких систем возможно не во всех местностях. Главные требования к грунту и грунтовым водам таковы:
- достаточная водопроницаемость грунта, позволяющая пополняться запасам воды;
- хороший химический состав грунтовых вод (например, низкое железосодержание), позволяющий избежать проблем, связанных с образованием отложений на стенках труб и коррозией.
Самая большая в мире теплонаносная система использует в качестве источника низкопотенциальной тепловой энергии грунтовые воды. Эта система расположена в США; ее мощность составляет примерно 10 МВт.
Иногда к системам, использующим тепло земли, относят и системы использования низкопотенциального тепла открытых водоемов, естественных и искусственных. Такой подход принят, в частности, в США. Системы, использующие низкопотенциальное тепло водоемов, относятся к открытым, как и системы, использующие низкопотенциальное тепло грунтовых вод.
|
| Рис. 4. Виды горизонтальных грунтовых теплообменников: а – теплообменник из последовательно соединенных труб; б– теплообменник из параллельно соединенных труб;в– горизонтальный коллектор, уложенный в траншее; г– теплообменник в форме петли; д – теплообменник в форме спирали, расположенной горизонтально (так называемый «slinky» коллектор); е – теплообменник в форме спирали, расположенной вертикально |
З акрытые системы, в свою очередь, делятся на горизонтальные и вертикальные. Горизонтальный грунтовой теплообменник устраивается, как правило, рядом с домом на небольшой глубине (но ниже уровня промерзания грунта в зимнее время). Использование горизонтальных грунтовых теплообменников ограничено размерами имеющейся площадки.
Горизонтальные грунтовые теплообменники обычно представляют собой отдельные трубы, положенные относительно плотно и соединенные между собой последовательно или параллельно (рис. 4а, 4б). Для экономии площади участка были разработаны усовершенствованные типы теплообменников, например, теплообменники в форме спирали, расположенной горизонтально или вертикально (рис. 4д, 4е). Такая форма теплообменников распространена в США.
Если система с горизонтальными теплообменниками используется только для получения тепла, ее нормальное функционирование возможно только при условии достаточных теплопоступлений с поверхности земли за счет солнечной радиации. По этой причине поверхность выше теплообменников должна быть подвержена воздействию солнечных лучей.
Вертикальные грунтовые теплообменники позволяют использовать низкопотенциальную тепловую энергию грунтового массива, лежащего ниже «нейтральной зоны» (10–20 м от уровня земли). Системы с вертикальными грунтовыми теплообменниками не требуют участков большой площади и не зависят от интенсивности солнечной радиации, падающей на поверхность. Вертикальные грунтовые теплообменники эффективно работают практически во всех видах геологических сред, за исключением грунтов с низкой теплопроводностью, например, сухого песка или сухого гравия.
Схема отопления и горячего водоснабжения одноквартирного жилого дома посредством теплонаносной установки с вертикальным грунтовым теплообменником приведена ниже.
Т еплоноситель циркулирует по трубам (чаще всего полиэтиленовым или полипропиленовым), уложенным в вертикальных скважинах глубиной от 50 до 200 м. Обычно используется два типа вертикальных грунтовых теплообменников (рис. 6):
- U-образный теплообменник, представляющий собой две параллельные трубы, соединенные в нижней части. В одной скважине располагаются одна или две (реже три) пары таких труб. Преимуществом такой схемы является относительно низкая стоимость изготовления. Двойные U-образные теплообменники – наиболее широко используемый в Европе тип вертикальных грунтовых теплообменников.
- Коаксиальный (типа «труба в трубе») теплообменник. Простейший коаксиальный теплообменник представляет собой две трубы различного диаметра. Труба меньшего диаметра располагается внутри другой трубы.
Для увеличения эффективности теплообменников пространство между стенками скважины и трубами заполняется специальными теплопроводящими материалами.
Самое большое в мире число скважин используется в системе тепло- и холодоснабжения в США в штате Нью-Джерси. Вертикальные грунтовые теплообменники располагаются в 400 скважинах глубиной 130 м. В Европе наибольшее число скважин (154 скважины глубиной 70 м) используются в системе тепло- и холодоснабжения центрального офиса Германской службы управления воздушным движением.
Частным случаем вертикальных замкнутых систем является использование в качестве грунтовых теплообменников строительных конструкций, например фундаментных свай с замоноличенными трубопроводами.
Дата добавления: 2014-12-19; просмотров: 57 | Поможем написать вашу работу | Нарушение авторских прав |