12. Геотермальне теплопостачання, використання теплових насосів

Система теплоснабжения, которая использует теплоту земных недр с помощью теплоносителей — горячей воды или пара. Геотермальное теплоснабжение применяют для отопления, горячего водоснабжения, вентиляции и технологических нужд предприятий, выработки электроэнергии.

В основу геотермальных систем положен физический процесс передачи тепла от окружающей среды к хладагенту, подобный тому, что происходит в обыкновенном холодильнике. Около 80% всей тепловой энергии, выделяемой геотермальной системой — не что иное как энергия окружающей среды, поставляемая и накапливаемая внутри помещений. Она способна самовосстанавливаться, не нанося урон энергетическому и экологическому балансу планеты, а это позволяет судить о геотермальных системах как об абсолютно безопасных для природы.

Виды геотермальных отопительных систем

Трубы геотермальной отопительной системы могут быть проложены под грунтом, по дну водоема и внутри скважины. В связи с этим выделяют геотермальное отопление с горизонтальным, водоемным и вертикальным контурами.

В первом случае магистрали укладываются в землю на глубину ниже промерзания почвы (она зависит от климатических особенностей региона). При этом требуется достаточно большая площадь. Так, для обогрева помещения в 200 квадратных метров, нужен участок размером 500 квадратных метров.

Второй вариант – магистрали, прокладываемые по дну водоема. Считается, что это самый экономически выгодный способ прокладки геотермального отопления, так как меньше первоначальные вложения и больше эффективность. Но озера и реки глубиной более 2 метров есть далеко не везде.

Третий вид геотермальных отопительных систем, напротив, очень дорогостоящий. Бурение скважин, для которого необходима специальная техника, стоит недешево. А скважину нужно пробурить минимум на 30 метров (в зависимости от рельефа). Зато не требуется много места, а значит, возможно использование геотермального отепления как для уже построенных домов, так и для зданий, расположенных на небольших участках.

Особенности геотермального теплоснабжения затрудняющие его широкое развитие — относительно низкая энтальпия теплоносителя, снижающая возможность его транспортировки; рассредоточенность и отдаленность геотермальных месторождений от потребителей; снижение дебита скважины при интенсивной эксплуатации и отсутствии закачки отработанной воды в пласт; зарастание скважин и интенсивное накипеобразование в системах при высокой минерализации геотермальных вод; интенсивная коррозия металлических трубопроводов и оборудования вследствие насыщенности геотермальных вод агрессивными газами; вредное воздействие на окружающую среду сбросных термальных вод.

Тепловой насос — устройство для переноса тепловой энергии от источника низкопотенциальной тепловой энергии (с низкой температурой) к потребителю (теплоносителю) с более высокой температурой^[1]. Термодинамически тепловой насос аналогичен холодильной машине. Однако если в холодильной машине основной целью является производство холода путём отбора теплоты из какого-либо объёма испарителем, а конденсатор осуществляет сброс теплоты в окружающую среду, то в тепловом насосе картина обратная. Конденсатор является теплообменным аппаратом, выделяющим теплоту для потребителя, а испаритель — теплообменным аппаратом, утилизирующим низкопотенциальную теплоту: вторичные энергетические ресурсы и (или) нетрадиционные возобновляемые источники энергии.

В зависимости от принципа работы тепловые насосы подразделяются на компрессионные и абсорбционные. Компрессионные тепловые насосы всегда приводятся в действие с помощью механической энергии (электроэнергии), в то время как абсорбционные тепловые насосы могут также использовать тепло в качестве источника энергии (с помощью электроэнергии или топлива). В зависимости от источника отбора тепла тепловые насосы подразделяются на^[6] :

1) Геотермальные (используют тепло земли, наземных либо подземных грунтовых вод а) замкнутого типа

• горизонтальные

Коллектор размещается кольцами или извилисто в горизонтальных траншеях ниже глубины промерзания грунта (обычно от 1,20 м и более)^[7]. Такой способ является наиболее экономически эффективным для жилых объектов при условии отсутствия дефицита земельной площади под контур.

• вертикальные

Коллектор размещается вертикально в скважины глубиной до 200 м^[8]. Этот способ применятся в случаях, когда площадь земельного участка не позволяет разместить контур горизонтально или существует угроза повреждения ландшафта.

• водные

Коллектор размещается извилисто либо кольцами в водоеме (озере, пруду, реке) ниже глубины промерзания. Это наиболее дешевый вариант, но есть требования по минимальной глубине и объёму воды в водоеме для конкретного региона.