Nhiệt là một trong những dạng năng lượng được tìm kiếm nhiều nhất để duy trì sự sống của con người. Đồng thời, chi phí tài nguyên để sản xuất của nó khá ấn tượng - cho dù đó là điện với các sản phẩm dầu mỏ hay nhiên liệu truyền thống như than và gỗ. Rõ ràng, đối với nền tảng này, cần phải đưa ra một phương pháp sưởi ấm thay thế. Một trong những giải pháp kỹ thuật đang phát triển tích cực và hứa hẹn nhất của loại hình này là máy bơm nhiệt địa nhiệt, khái niệm này đang dần tiếp cận với các điều kiện vận hành trong nước.
Tổng quan về công nghệ
Bất kỳ ý tưởng nào về nguồn nhiệt thay thế đều liên quan đến việc phục vụ một hoặc một vật chất hoặc hiện tượng tự nhiên khác. Trong trường hợp này, lớp đất phụ là nguồn cung cấp năng lượng trung tâm. Căn cứ vào chắc chắnđủ sâu để duy trì nhiệt độ đủ để nhiệt của nó có thể được tích tụ và tiếp tục sử dụng trên bề mặt. Tài nguyên thủy văn cũng có thể được coi là nguồn nhiệt, giúp điều chỉnh thiết kế kỹ thuật của cơ sở hạ tầng lưu trữ.
Để thể hiện hiệu quả của công nghệ này, có thể lưu ý rằng khi đầu tư 1 kW năng lượng để bảo trì máy bơm nhiệt địa nhiệt, bạn có thể nhận được lợi nhuận ở dạng 2-6 kW. Điều gì giải thích một hiệu quả cao như vậy? So với các phương tiện xử lý nguồn năng lượng tự nhiên khác, cơ chế địa nhiệt không cung cấp các bước chuyển đổi trung gian. Ví dụ, lưu trữ năng lượng mặt trời yêu cầu ánh sáng và nhiệt được chuyển đổi thành điện năng, được sử dụng để chạy trong nhà. Trong trường hợp này, nhiệt không được chuyển hóa, nhưng trực tiếp hoặc với các bước chuyển tiếp tối thiểu được chuyển đến người tiêu dùng mục tiêu.
Nguyên lý hoạt động
Để bắt đầu, cần xác định những điểm cụ thể liên quan đến quá trình đốt nóng địa nhiệt. Quá trình bắt đầu trong lòng đất - ở mức nằm dưới điểm đóng băng. Nhiệt độ có thể thay đổi tùy theo độ sâu. Đối với hiệu ứng nhiệt tối thiểu, chỉ cần vượt quá 0 ° C là đủ, nhưng trên thực tế, 35-40 ° C được coi là một chỉ số hợp lý về mặt kinh tế. Người dùng cuối là mạch sưởi.
Một đường ống dẫn đặc biệt có nhiệm vụ truyền năng lượng từ mặt đất đến hệ thống sưởi trong nhà,được bảo dưỡng bởi một máy bơm nhiệt địa nhiệt. Nguyên lý hoạt động dựa trên thực tế là nhiệt được truyền qua đường cấp này bằng bộ trao đổi nhiệt dàn bay hơi dọc theo mạch môi chất lạnh. Như trong máy điều hòa không khí, freon đóng vai trò của chất bay hơi tích cực. Trước khi khởi động máy bơm ở trạng thái lỏng và sau khi khởi động, nó chuyển sang dạng khí. Hơn nữa, chất làm lạnh được cập nhật được chuyển đến máy nén, thông tin liên lạc của chúng được kết nối với mạch sưởi ấm cuối cùng. Freon dư thừa tại thời điểm này được xả qua kênh đầu ra.
Thiết bị địa nhiệt
Phần tử chức năng chính của hệ thống là một máy bơm cơ nhiệt. Cấu trúc của thiết bị được biểu diễn bằng ba mạch:
- Bên ngoài. Lưu hành chất làm mát thông thường dưới dạng chất chống đông hoặc nước muối.
- Nội. Chứa chất làm lạnh trong các buồng kín, nơi diễn ra quá trình làm nóng-bay hơi.
- Vòng lặp ngoài đi thẳng đến hệ thống được phục vụ mục tiêu.
Ngoài ra, danh sách các cơ quan làm việc của một máy bơm nhiệt địa nhiệt để sưởi ấm bao gồm một máy nén, một dàn bay hơi, một kênh xả và các chất mang nhiệt. Điều quan trọng cần lưu ý là thiết kế, bố cục và chức năng bổ sung có thể khác nhau tùy thuộc vào ứng dụng. Có các hệ thống lắp đặt cho đất, cho nước và không khí, cũng như các hệ thống kết hợp có thể hoạt động trong các điều kiện khác nhau.
Nguồn nhiệt và phương tiện bảo quản
Hệ thống địa nhiệt có nhiều ưu điểm,gắn với cung cấp năng lượng tiết kiệm, thiết thực và khả năng tiếp cận công nghệ để sử dụng trong nước. Tuy nhiên, giống như các hệ thống lưu trữ năng lượng thay thế khác, nó phụ thuộc vào nguồn. Vì vậy, để chắc chắn về sự ổn định của việc cung cấp nhiệt, cần phải suy nghĩ trước về khả năng kết nối với một kênh cung cấp năng lượng dự phòng. Các nguồn trên mặt đất và thủy văn sẽ được thảo luận dưới đây, nhưng hiện tại, bạn nên tự làm quen về nguyên tắc với cơ sở hạ tầng làm việc mà máy bơm nhiệt địa nhiệt đóng vai trò như một hệ thống cung cấp tài nguyên. Vật liệu rời, đường ống, đầu dò và cấu trúc, cấu trúc có thể tích lũy năng lượng, hoạt động như bộ thu nhiệt. Đặc biệt, đây có thể là thảm sưởi kết hợp với máy bơm, chất làm mát và hệ thống sưởi của bên thứ ba.
Nguồn năng lượng nhiệt trên mặt đất
Hệ thống lưu trữ năng lượng địa nhiệt công suất lớn được đặt trong các cánh đồng có diện tích khoảng 200 m22. Một lớp đất dày 40-50 cm được loại bỏ khỏi vùng được đánh dấu bên dưới điểm đóng băng. Nói chung, độ dày 150-200 cm thu được. Các dữ liệu này và các dữ liệu khác được chỉ ra trong dự án với việc tính toán khối lượng năng lượng cho một mạch sưởi cụ thể. Phần lớn cũng sẽ phụ thuộc vào khu vực, vì trong một khu vực, bạn có thể trích xuất 30 W từ 1 m2, và trong một khu vực khác - 70-80 từ 1 m2.
Giếng, hào hoặc nền vững chắc được hình thành trên trang web để chứa các phần tử tích tụ. Dễ tiếp cận nhất trong việc triển khai được coi làmột hệ thống lắp đặt hố xuống thẳng đứng, trong đó đặt các ống hoặc thảm tích tụ xoắn ốc. Trong cấu hình ngang của cơ sở hạ tầng lấy nước, một máy bơm nhiệt nguồn mặt đất để sưởi ấm có thể tạo ra một lượng lớn năng lượng, nhưng nó có nhược điểm. Chúng liên quan đến sự phức tạp của công việc đào đắp (yêu cầu thiết bị đặc biệt để phát triển các khu vực rộng lớn), việc loại trừ bất kỳ cảnh quan nào và nhiệt độ thấp hơn vào cuối mùa nóng.
Nước nguồn nhiệt năng
Đối tượng phục vụ chính trong trường hợp này là hồ, hồ chứa và ao. Đối với các phần tử tích tụ, chức năng của chúng được thực hiện bởi các ống polyme có chất chống đông. Thể tích năng lượng chiết xuất trung bình có thể được biểu thị bằng 30 W trên 1 m đường ống. Để bảo trì phức tạp cho một ngôi nhà riêng lớn, cần 12 kW - theo đó, cần tổ chức một hệ thống đường ống dài 400 m.
Có một cách tiếp cận khác để lưu trữ nhiệt từ các nguồn tài nguyên thủy văn. Nếu gần đó không có hồ và hồ chứa nước thì trên trang web của mình bạn có thể trang bị 2-3 giếng khoan với độ sâu khoảng 20 m, nước ở mức này sẽ có nhiệt độ khoảng 10 ° C, nhưng như vậy là đủ. cho chức năng sưởi ấm phụ. Điểm mấu chốt là một máy bơm nhiệt địa nhiệt thực hiện nhiệm vụ luân chuyển liên tục nước ấm hoặc nước nóng. Ở một phía của mạch điện, nguồn tài nguyên được làm nóng liên tục trong các giếng mà không tốn một chút chi phí nào và ngôi nhà tích lũy năng lượng từ phần nước mới nhận được.
Cài đặt hệ thống địa nhiệt
Trước khi quyết định mua thiết bị, người ta nên đánh giá xem việc sử dụng công nghệ này có hợp lý về cơ bản ở một khu vực cụ thể hay không. Để làm được điều này, một số nghiên cứu thăm dò địa chất được thực hiện với việc xác định độ sâu đóng băng của đất.
Trong quá trình lắp đặt, đường ống hoặc các phần tử tích tụ khác, máy bơm và phụ kiện lắp đặt đều có liên quan. Cơ sở hạ tầng sưởi ấm bên trong có thể được hình thành bằng bộ tản nhiệt, bộ làm mát bằng quạt hoặc sàn nước ấm, v.v. Đây sẽ là hệ thống sử dụng tài nguyên được cung cấp.
Vì vậy, máy bơm nhiệt địa nhiệt đang được lắp đặt cho ngôi nhà trong giếng - như đã lưu ý, không chỉ trên đất, mà còn cả nước. Có thể trang bị cho giếng, rãnh và ruộng bằng một lớp đất thanh lý, nhưng tùy chọn này thường được sử dụng hơn để cấp nhiệt công nghiệp. Trong thị trường ngách đã tạo, pin được bố trí khắp nơi - theo cấu hình đường thẳng hoặc hình xoắn ốc. Các mạch được kết nối với một máy bơm đặt trên bề mặt, đến lượt nó, được kết nối với các mạch sưởi ấm trong nhà.
Nhà sản xuất máy bơm địa nhiệt
Phân khúc này đang được phát triển tích cực nhờ nỗ lực của các nhà phát triển thiết bị HVAC lớn nhất. Đặc biệt, nhà sản xuất lò hơi Viessmann giới thiệu các thiết bị đáng tin cậy để lưu trữ nhiệt nước và mặt đất ở nhiệt độ hoạt động khoảng +65 ° C. Đối với các tòa nhà công nghiệp và công cộng có diện tích 300-350 m2máy bơm nhiệt nguồn mặt đất NIBE F1145 có sẵn. Cho anh ấycác tính năng bao gồm khả năng kết nối với mạng ba pha ở 380 V và mạng một pha ở 220 V. Công ty Nhật Bản Mitsubishi cung cấp các mẫu máy bơm địa nhiệt phổ biến về ứng dụng. Các nhà phát triển của công ty này đã phát triển khái niệm tách nhiệt đa vùng với hệ thống điều khiển đơn giản hóa từ năm 2007.
Đừng bỏ qua một phân khúc đầy hứa hẹn như vậy và các công ty trong nước. Ví dụ, một máy bơm nhiệt địa nhiệt BROSK Mark II 100 do Nga sản xuất được thiết kế đặc biệt cho người tiêu dùng tư nhân - chủ sở hữu của một ngôi nhà nhỏ ở nông thôn. Tuy nhiên, mặc dù hiệu suất khiêm tốn, thiết bị này được đặc trưng là đáng tin cậy, tiết kiệm năng lượng và đa chức năng.
Phản hồi tích cực về công nghệ
Phương pháp sưởi ấm này thu hút nhiều người bởi sự tiện lợi trong việc bảo trì, bảo dưỡng và tất nhiên là chi phí tài chính tối thiểu trong quá trình vận hành. Thực tế, thiết bị không yêu cầu nguyên liệu nhiên liệu tiêu hao. Nguồn điện là cần thiết để đảm bảo chức năng của cùng một máy bơm và thiết bị điều khiển, nhưng chúng không đáng kể so với nền của lượng năng lượng trả về. Tính thân thiện với môi trường của máy bơm nhiệt địa nhiệt cũng được chú trọng. Các đánh giá và ở tất cả những nơi đầu tiên trong số các điểm cộng cho thấy thực tế là cơ sở hạ tầng làm việc không chiếm không gian trong nhà. Chỉ có thông tin liên lạc được đưa vào, phần còn lại của các đơn vị chức năng và các nút vẫn nằm trên đường phố.
Đánh giá tiêu cực
Với hiệu suất nhiệt địa nhiệt trong phòng nồi hơi chính thứchệ thống không thể so sánh được. Và vấn đề không nằm ở các chỉ số công suất cụ thể, mà là ở việc cung cấp nhiệt theo cơ chế co thắt. Nhiều người phàn nàn về tỷ lệ phân phối năng lượng thấp trong thời gian dài, đó là lý do tại sao nên tổ chức các hệ thống cung cấp dự phòng. Nhưng có một bất cập khác ở đây. Mặc dù một ít tiền được chi cho việc bảo trì thiết bị, nhưng khoản đầu tư ban đầu có thể so sánh với việc mua một lò hơi công nghiệp mạnh mẽ. Thậm chí, một máy bơm nhiệt địa nhiệt có xuất xứ từ Nga BROSK Mark II 100 cũng được bán trên thị trường với giá 250-300 nghìn rúp. tùy thuộc vào cấu hình. Chi phí lắp đặt cũng sẽ tốn 50-70 nghìn rúp.
Kết
Có khá nhiều lựa chọn để tổ chức cung cấp nhiệt trong nhà riêng. Mỗi cái đều đắt theo cách riêng của nó trong quá trình vận hành - từ bảng điện đắt tiền đến nồi hơi tiết kiệm gas. Nhưng, thiết bị truyền thống trong thiết kế hiện đại là hệ thống được tối ưu hóa trong thiết kế và dễ quản lý. Điều gì có thể thu hút một máy bơm nhiệt địa nhiệt để sưởi ấm gia đình? Tất nhiên, yếu tố kinh tế sẽ được đặt lên hàng đầu, còn điều gì nữa? Bạn có thể chuyển sang lắp đặt như vậy nếu có đủ không gian trên trang web để tổ chức khu phức hợp. Trong trường hợp này, bạn có thể tin tưởng vào việc sưởi ấm không gian phụ thụ động ít nhất mà không cần theo dõi và bảo trì liên tục. Và một điều nữa - đây là quyền tự chủ hoàn toàn, cho phép sử dụng thiết bị địa nhiệt làm nguồn nhiệt dự phòng.
