✖


Jump to content

Заземляющий тепловой насос

Эта статья посвящена одному типу теплового насоса. Для получения дополнительной информации см. Тепловой насос . Для прямого нагрева от горячих скал см. Геотермальное отопление . Для получения электроэнергии от горячих скал см. Геотермальную силу .
Тепловой насос в сочетании с теплом и холодным хранением

Тепловой насос из названия (также геотермальный тепловой насос ) представляет собой систему отопления/охлаждения для зданий, которые используют тип теплового насоса для переноса тепла на землю или от земли, используя относительную постоянство температур Земли в течение сезонов. Тепловые насосы из наземного источника (GSHP)-или геотермальные тепловые насосы (GHP), как они обычно называют в Северной Америке-являются одними из наиболее энергоэффективных технологий для обеспечения HVAC и нагрева воды , используя гораздо меньшую энергию, чем может быть достигнуто сжигание топлива в котле/печи или с помощью резистивных электрических обогревателей .

Эффективность определяется как коэффициент производительности (COP), который обычно находится в диапазоне 3 - 6, что означает, что устройства предоставляют 3 - 6 единиц тепла для каждой единицы используемой единицы электроэнергии. Затраты на установку выше, чем для других систем отопления, из -за требования установить циклы заземления на больших площадях или для сверления отверстий с отверстиями, и по этой причине источник заземления часто подходит, когда строятся новые блоки квартир. [ 1 ] В противном случае тепловые насосы с воздуха вместо этого часто используются .

Тепловые свойства земли

[ редактировать ]

Тепловые насосы на земле используют разницу между температурой окружающей среды и температурой на различных глубинах на земле.

Тепловые свойства земли вблизи поверхности [ 2 ] [ 3 ] можно описать следующим образом:

  • В поверхностном слое до глубины около 1 метра температура очень чувствительна к солнечному свету и погоде,
  • В мелком слое до глубины около 8–20 метров в зависимости от типа почвы тепловая масса земли заставляет изменение температуры экспоненциально уменьшаться с глубиной до тех пор, пока она не станет близка к локальной среднегодовой температуре воздуха; Он также отстает от температуры поверхности, так что пиковая температура составляет около 6 месяцев после пиковой температуры поверхности
  • Ниже, в более глубоком слое температура эффективно постоянна, увеличиваясь примерно на 0,025 ° C на метр в соответствии с геотермальным градиентом .

«Глубина проникновения» [ 3 ] определяется как глубина, на которой температурная переменная составляет менее 0,01 от изменения на поверхности, и это зависит от типа почвы:

Глубина проникновения в метрах суточных и годовых температурных циклов
Тип почвы День (м) Год (м)
Камень 1.10 20.5
Влажная глина 0.95 18.0
Влажный песок 0.80 14.5
Сухая глина 0.40 6.5
Сухой песок 0.30 4.5

История

[ редактировать ]

Тепловой насос был описан лордом Кельвином в 1853 году и разработан Питером Риттером фон Риттингером в 1855 году. Генрих Зоели запатентовал идею использования его для того, чтобы вытянуть тепло из земли в 1912 году. [ 4 ]

После экспериментов с морозильной камерой Роберт С. Уэббер построил первый тепловой насос с прямым обменным наземным источником в конце 1940 -х годов; Источники, однако, не согласны с точным графиком его изобретения [ 4 ] [ 5 ] Первый успешный коммерческий проект был установлен в Орегон) в 1948 году, и был назначен национальной исторической машиностроительностью ASME здании Содружества (Портленд, штат . [ 6 ] Профессор Карл Нильсен из Университета штата Огайо построил первую версию Open Preseed Lop в своем доме в 1948 году. [ 7 ]

В результате нефтяного кризиса в 1973 году тепловые насосы из наземного источника стали популярными в Швеции и с тех пор медленно растут в принятии во всем мире. Системы открытых петлей доминировали на рынке до тех пор, пока в 1979 году развитие полибутиленовой трубы не стало экономически жизнеспособным. [ 6 ]

По состоянию на 2004 год в мире установлено более миллиона единиц, обеспечивающих 12 ГВт тепловых мощностей с темпами роста 10% в год. [ 8 ] Каждый год (по состоянию на 2011/2004 год, соответственно), в США установлено около 80 000 единиц. [ 9 ] и 27 000 в Швеции. [ 8 ] В Финляндии геотермальный тепловой насос был наиболее распространенным выбором системы отопления для новых отдельных домов в период с 2006 по 2011 год, и доля рынка превышала 40%. [ 10 ]

Договоренность

[ редактировать ]

Внутренняя договоренность

[ редактировать ]
Жидкий тепловой насос

Тепловой насос - это центральный блок для отопления и охлаждения здания. Обычно это происходит в двух основных вариантах:

с жидкостью до воды Тепловые насосы (также называемые водой )-это гидротонные системы, которые переносят нагрев или охлаждение через здание через трубы до обычных радиаторов , нагрев нижнего полоса , радиаторам основной платы и резервуары с горячими водами . Эти тепловые насосы также предпочтительнее для отопления бассейна. Тепловые насосы обычно эффективно нагревают воду до примерно 55 ° C (131 ° F), тогда как котлы обычно работают при 65–95 ° C (149–203 ° F) [ Цитация необходима ] Полем Размер радиаторов, предназначенных для более высоких температур, достигнутых котлами, может быть слишком мал для использования с тепловыми насосами, что требует замены более крупными радиаторами при модернизации дома от котла до теплового насоса. При использовании для охлаждения температура циркулирующей воды обычно должна храниться над точкой росы, чтобы гарантировать, что влажность атмосферы не конденсируется на радиаторе.

Жидкие тепловые насосы (также называемые принудительным воздухом в воздухе ) и чаще всего используются для замены устаревших воздушных печи и центральных систем кондиционирования воздуха. Существуют вариации, которые позволяют разделить системы, высокоскоростные системы и системы без протоков. Тепловые насосы не могут достигать такой высокой температуры жидкости, как обычная печь, поэтому для компенсации воздуха требуется более высокий объемный расход воздуха. При модернизации резиденции существующая воздуховода, возможно, должна быть увеличена, чтобы уменьшить шум от более высокого потока воздуха.

Наземный теплообменник

[ редактировать ]
Горизонтальная петля из -за того, что его покрыта почвой.

Огромные насосы на земле Используют грузовой теплообменник в контакте с землей или грунтовыми водами для извлечения или рассеяния тепла. Неверный дизайн может привести к заморозке системы после нескольких лет или очень неэффективной производительности системы; Таким образом, точный дизайн системы имеет решающее значение для успешной системы [ 11 ]

Трубопровод для земной петли, как правило, изготовлен из полиэтиленовой трубы высокой плотности и содержит смесь воды и антифриз ( пропиленгликол , денатурированный спирт или метанол ). Монопропиленгликол обладает наименьшим повреждением потенциала, когда он может протекать в землю, и, следовательно, является единственным разрешенным анти-защита в наземных источниках в растущем числе европейских стран.

Горизонтальный

Горизонтальное поле с закрытым петлей состоит из труб, которые расположены в плоскости в земле. Длинная траншея , глубже, чем линия мороза , выкапывает, а U-образная или слизняя катушки распространяются внутри той же траншеи. Мелкие 3–8-футовые (0,91–2,44 м) горизонтальные теплообменники испытывают сезонные температурные циклы из-за солнечного усиления и потерь передачи передачи до окружающего воздуха на уровне земли. Эти температурные циклы отстают за сезонами из -за тепловой инерции, поэтому теплообменник будет собирать тепло, откладываемое солнцем несколькими месяцами ранее, в то время как в конце зимы и весной отягощается, из -за накопленного зимнего холода. Системы на мокрой земле или в воде, как правило, более эффективны, чем более сухие петли земли, поскольку вода проводит и хранит нагревается лучше, чем твердые вещества в песке или почве. Если земля естественным образом сухая, шланги для затирания могут быть похоронены с помощью цикла земли, чтобы она сохранила ее.

Вертикальный
Бурение скважины для жилого отопления

Вертикальная система состоит из ряда скважин примерно от 50 до 400 футов (15–122 м) глубоко, оснащенных U-образными трубами, через которые тепловая жидкость, которая поглощает (или разряжает) нагревание от (или до) земля циркулируется Полем [ 12 ] [ 13 ] Отверстия отверстия находятся на расстоянии не менее 5–6 м друг от друга, и глубина зависит от наземных и зданий. В качестве альтернативы, трубы могут быть интегрированы с фундаментными кучами, используемыми для поддержки здания. Вертикальные системы полагаются на миграцию тепла из окружающей геологии, если только в течение лета и в другое время, когда имеется избыточный тепло. Вертикальные системы обычно используются там, где недостаточно доступной земли для горизонтальной системы.

Пары труб в отверстии соединены с U-образным перекрестным разъемом в нижней части отверстия или включают две трубки с высокой плотностью малого диаметра (HDPE), термически слитые, образуя U-образный изгиб внизу. [ 14 ] Пространство между стеной скважины и U-образными трубками обычно полностью зачищено затиркой материалом или, в некоторых случаях, частично заполнено подземными водами. [ 15 ] Для иллюстрации, отдельному дому, нуждающемуся в 10 кВт (3 тонн ) нагревательной способности, может потребоваться три скважины от 80 до 110 м (от 260 до 360 футов) глубиной. [ 16 ]

Радиальное или направленное бурение

В качестве альтернативы траншеи, петли могут быть заложены мини- горизонтальным направленным бурением (мини-HDD). Этот метод может заложить трубопроводы под ярдами, проезжими путями, садами или другими сооружениями, не беспокоя их, с стоимостью между траншеи и вертикальным бурением. Эта система также отличается от горизонтального и вертикального бурения, когда петли установлены из одной центральной камеры, что еще больше уменьшает необходимое наземное пространство. Радиальное бурение часто устанавливается задним числом (после того, как свойство построено) из -за небольшого характера используемого оборудования и возможности утомлять под существующими конструкциями.

Открытая петля

В системе с открытой петлей (также называемой тепловым насосом подземных вод), вторичные петлевые насосы природная вода из колодца или водоема в теплообменник внутри теплового насоса. Поскольку химия воды не контролируется, прибор, возможно, потребуется защитить от коррозии с помощью различных металлов в теплообменнике и насосе. Лаймессаль может с течением времени наладить систему и требовать периодической очистки кислоты. Это гораздо больше проблема с системами охлаждения, чем системы отопления. [ 17 ] Система скважины с стоячей колонны-это специализированный тип системы открытой петли, где вода вытягивается от нижней части глубокого скального скважины, проходит через тепловой насос и возвращается на вершину скважины. [ 18 ] Растущее число юрисдикций запретило открытые системы, которые сливаются на поверхность, поскольку они могут сливать водоносные горизонты или загрязнять скважины. Это заставляет использовать более экологически обоснованные скважины впрыска или системы с закрытой контуром.

Пруд
12-тонная прудная система пруда понижена на дно пруда

Закрытый пруд пруда состоит из катушек трубы, аналогичной Slinky Loop, прикрепленной к раме и расположенной в нижней части пруда подходящего размера или источника воды. Искусственные пруды используются в качестве теплового хранения (до 90% эффективного) на некоторых центральных заводах солнечной нагрева , которые впоследствии извлекают тепло (аналогичное хранению заземления) через большой тепловой насос для поставки районного нагрева . [ 19 ] [ 20 ]

Прямой обмен (DX)

Геотермальный тепловой насос прямого обмена (DX) является самым старым типом технологии геотермального теплового насоса, где сам хладагент проходит через цикл земли. Разработанный в 1980 -х годах, этот подход столкнулся с проблемами с системой хладагента и управления нефтью, особенно после того, как в настоящее время используется запрет хладагентов CFC в 1989 году, и в настоящее время используются DX Systems. [ Цитация необходима ]

Установка

[ редактировать ]

Из -за технических знаний и оборудования, необходимых для правильного проектирования и размера системы (и установите трубопровод, если требуется тепловое слияние), установка системы GSHP требует услуг профессионала. Несколько установщиков опубликовали в режиме реального времени представление о производительности системы в онлайн-сообществе недавних жилых установок. Международная ассоциация теплового насоса земли ( IGSHPA ), [ 21 ] Геотермальная обменная организация (GEO), [ 22 ] Канадская коалиция геоэкспрессии и ассоциация тепловых насосов наземных насосов поддерживают списки квалифицированных инсталляторов в США, Канаде и Великобритании. [ 23 ] Кроме того, подробный анализ теплопроводности почвы для горизонтальных систем и теплопроводности формирования для вертикальных систем, как правило, приведет к более точно разработанным системам с более высокой эффективностью. [ 24 ]

Тепловые характеристики

[ редактировать ]
Основные статьи: коэффициент производительности и энергоэффективности

Производительность охлаждения обычно выражается в единицах BTU/HR/WATT в качестве коэффициента энергоэффективности (EER), в то время как производительность нагрева обычно снижается до безразмерных единиц в качестве коэффициента производительности (COP). Коэффициент преобразования составляет 3,41 BTU/HR/WATT. Поскольку тепловой насос перемещается в три -пять раз больше тепловой энергии, чем электрическая энергия, которую он потребляет, общая выходная мощность намного больше, чем электрический вход. Это приводит к чистой тепловой эффективности превышает 300% по сравнению с тем, что лучистое электрическое тепло является эффективным. Традиционные печи сгорания и электрические обогреватели никогда не могут превышать 100% эффективность. Тепловые насосы на земле могут снизить потребление энергии-и соответствующие выбросы загрязнения воздуха-до 72% по сравнению с нагреванием электрического сопротивления со стандартным оборудованием для кондиционирования воздуха. [ 25 ]

Эффективные компрессоры, компрессоры с переменной скоростью и более крупные теплообменники - все это способствует эффективности теплового насоса. Тепловые насосы на рынке на рынке на рынке имеют стандартные полицейские в диапазоне от 2,4 до 5,0, а EER - от 10,6 до 30. [ 26 ] [ 27 ] Чтобы получить квалификацию на этикетке Energy Star , тепловые насосы должны соответствовать определенным минимальным рейтингам COP и EER, которые зависят от типа теплообменника земли. Для систем с замкнутым контуром, нагревательный полицейский ISO 13256-1 должен составлять 3,3 или более, а охлаждение должно быть 14,1 или более. [ 28 ]

Стандарты ARI 210 и 240 определяют сезонное коэффициент энергоэффективности (SEER) и нагревание сезонных факторов эффективности (HSPF), чтобы учесть влияние сезонных изменений на тепловые насосы источника воздуха. Эти цифры обычно не применимы и не должны сравниваться с рейтингами тепловых насосов на земле. Тем не менее, природные ресурсы Канады адаптировали этот подход для расчета типичных сезонно скорректированных HSPF для тепловых насосов на земле в Канаде. [ 16 ] NRC HSPF варьировался от 8,7 до 12,8 БТУ/час/ватт (от 2,6 до 3,8 в неразмерных факторах или от 255% до 375% средней эффективности использования электроприводов) для наиболее населенных областей Канады.

Ради сравнения приборов тепловых насосов друг с другом независимо от других компонентов системы, Американский институт хладагента (ARI) установил несколько стандартных условий испытаний (ARI), а в последнее время Международной организацией по стандартизации . Стандартные рейтинги ARI 330 предназначались для тепловых насосов с заземленным источником и предполагают, что температура воды вторичной петли 25 ° C (77 ° F) для кондиционирования воздуха и 0 ° C (32 ° F) для нагрева. Эти температуры типичны для установок в северной части США. Стандартные рейтинги ARI 325 предназначались для тепловых насосов заземления с открытым циклом и включали два набора оценок для температуры подземных вод 10 ° C (50 ° F) и 21 ° C (70 ° F). ARI 325 Бюджеты больше электроэнергии для накачки воды, чем ARI 330. Ни один из этих стандартов не пытается объяснить сезонные вариации. Стандартные рейтинги ARI 870 предназначены для тепловых насосов прямого обмена. Ashrae перешел на ISO 13256–1 в 2001 году, что заменяет ARI 320, 325 и 330. Новый стандарт ISO дает немного более высокие оценки, поскольку больше не бюджет на электроэнергию для водяных насосов. [ 26 ]

Почва без искусственного добавления или вычитания и на глубине нескольких метров или более остается при относительно постоянной температуре круглый год. Эта температура примерно соответствует среднегодовой температуре воздуха выбранного места, обычно 7–12 ° C (45–54 ° F) на глубине 6 метров (20 футов) в северной части США. Поскольку эта температура остается более постоянной, чем температура воздуха в течение всего сезона, тепловые насосы на земле работают с гораздо большей эффективностью при температуре экстремального воздуха, чем кондиционеры воздуха и тепловые насосы источника воздуха.

Анализ теплопередачи

[ редактировать ]

Задача в прогнозировании теплового отклика наземного теплообменника (GHE) [ 29 ] это разнообразие временных и космических масштабов. Четыре пространства и восемь временных масштабов участвуют в теплопередаче GHE. Первая шкала пространства, имеющая практическое значение, - это диаметр скважины (~ 0,1 м), и связанное время на порядок 1 час, в течение которого эффект тепловой способности обратного материала является значительным. Вторым важным размером пространства является половина расстояния между двумя соседними скважинами, которые находятся в порядке нескольких метров. Соответствующее время находится в порядке месяца, в течение которого важно тепловое взаимодействие между соседними скважинами. Самая большая космическая шкала может составлять десятки метров или более, такие как половина длины скважины и горизонтальная шкала кластера GHE. Временная масштаба, связанная с жизнью, является дольше жизни GHE (десятилетия). [ 30 ]

Краткосрочная почасовая температурная реакция на землю жизненно важна для анализа энергии систем тепловых насосов из наземного источника, а также для их оптимального управления и работы. Напротив, долгосрочный ответ определяет общую осуществимость системы с точки зрения жизненного цикла. Решение полного спектра временных шкал требует обширных вычислительных ресурсов.

Основные вопросы, которые инженеры могут задать на ранних стадиях проектирования GHE, - это (а) какова скорость теплопередачи GHE в зависимости от времени, учитывая определенную разницу температуры между циркулирующей жидкостью и землей и (B ) какова разница температур в зависимости от времени, учитывая необходимую теплообменную скорость. На языке теплопередачи эти два вопроса, вероятно, могут быть выражены как

Если t f - средняя температура циркулирующей жидкости, t 0 - эффективная, нетронутая температура земли, Q l - это скорость теплопередача GHE на единицу времени на единицу длины (W/M), а R - это общее термическое сопротивление (м . K/W). R ( t ) часто является неизвестной переменной, которая должна быть определена с помощью анализа теплопередачи. Несмотря на то, что r ( t ) является функцией времени, аналитические модели исключительно разлагают его на независимую от времени часть и зависимую от времени часть для упрощения анализа.

Различные модели для независимых от времени и зависимых от времени R можно найти в ссылках. [ 12 ] [ 13 ] Кроме того, часто проводится тест теплового отклика , чтобы сделать детерминированный анализ теплопроводности на земле, чтобы оптимизировать размер петли, особенно для более крупных коммерческих участков (например, более 10 скважин).

Сезонное тепловое хранилище

[ редактировать ]
Тепловой насос в сочетании с теплом и холодным хранением
Основная статья: хранение сезонной тепловой энергии

Эффективность тепловых насосов из наземного источника может быть значительно улучшена с помощью сезонного хранения тепловой энергии и межсезонной теплопередачи. [ 31 ] Тепло, захваченное и хранящиеся в термических берегах летом, может быть эффективно извлечено зимой. Эффективность хранения тепла увеличивается с масштабами, поэтому это преимущество наиболее важно в коммерческих или районных системах отопления.

Геозолярные комбинации использовались для нагрева и охлаждения теплицы с использованием водоносного горизонта для теплового хранения. [ 20 ] [ 32 ] Летом теплица охлаждается холодными подземными водами. Это нагревает воду в водоносном горизонте, который может стать теплым источником нагрева зимой. [ 32 ] [ 33 ] Комбинация холодного и теплового хранения с тепловыми насосами может быть объединена с регулированием воды/влажности. Эти принципы используются для обеспечения возобновляемого тепла и возобновляемого охлаждения [ 34 ] ко всем видам зданий.

Кроме того, эффективность существующих установок небольших тепловых насосов может быть улучшена, добавив больших, дешевых, наполненных водой солнечные коллекционеры. Они могут быть интегрированы в парковочную площадку для обороты, или в стены или конструкции на крыше, установив один дюйм PE в внешний слой.

Воздействие на окружающую среду

[ редактировать ]

Агентство по охране окружающей среды США (EPA) назвало наземные тепловые насосы самыми энергоэффективными, экологически чистыми и экономически эффективными системами кондиционирования пространства. [ 35 ] Тепловые насосы предлагают значительный потенциал сокращения выбросов, особенно там, где они используются как для отопления, так и для охлаждения, и где электричество производится из возобновляемых ресурсов.

GSHP имеют непревзойденную теплоэффективность и производят нулевые выбросы на местном уровне, но их электроснабжение включает в себя компоненты с высокими выбросами парниковых газов, если владелец не выбрал 100% возобновляемый источник энергии . Следовательно, их воздействие на окружающую среду зависит от характеристик электроснабжения и доступных альтернатив.

Ежегодная экономия парниковых газов (ПГ) от использования теплового насоса наземного источника вместо высокоэффективной печи в отдельной резиденции (при условии, что нет особого снабжения возобновляемых источников энергии)
Страна Электричество CO 2
Интенсивность выбросов 		Экономия парниковых газов по сравнению с
природный газ отопление масла Электрическое отопление
Канада 223 тонна/ГВтч [ 36 ] [ 37 ] [ 38 ] 2,7 тонны/год 5.3 волна/год 3.4 волна/год
Россия 351 тонна/ГВтч [ 36 ] [ 37 ] 1,8 волна/год 4.4 волна/год 5.4 волна/год
НАС 676 тонн/ГВт [ 37 ] −0,5 тонны/год 2,2 тонны/год 10.3 волна/год
Китай 839 тонн/ГВт [ 36 ] [ 37 ] −1,6 тонна/год 1,0 волна/год 12,8 волна/год

Экономия выбросов парниковых газов от теплового насоса над обычной печью может быть рассчитана на основе следующей формулы: [ 39 ]

  • HL = сезонная тепловая нагрузка ≈ 80 гДж/год для современного отдельного дома на севере США
  • FI = Интенсивность выбросов топлива = 50 кг (CO 2 )/GJ для природного газа, 73 для нагревательного масла, 0 для 100% возобновляемой энергии, таких как ветер, гидроэлектростанция, фотоэлектрический или солнечный тепло
  • Afue = эффективность печи ≈ 95% для современной конденсационной печи
  • COP = Коэффициент теплового насоса производительности ≈ 3,2 сезонно регулируется для северного теплового насоса США
  • EI = Интенсивность выбросов электроэнергии ≈ 200–800 тонн (CO 2 )/ГВт, в зависимости от смеси электростанций в регионе (уголь против природного газа против ядерного, гидро, ветра и солнечной энергии)

Тепловые насосы из наземного источника всегда производят меньше парниковых газов, чем кондиционеры, нефтяные печи и электрическое отопление, но печи природного газа могут быть конкурентоспособными в зависимости от интенсивности парниковых газов местного электроснабжения. В таких странах, как Канада и Россия с низкой излучающей электроэнергетической инфраструктурой, жилой тепловой насос может сэкономить 5 тонн углекислого газа в год по сравнению с нефтяной печью, или примерно столько же, сколько в среднем пассажирском автомобиле с дороги. Но в таких городах, как Пекин или Питтсбург, которые сильно зависят от угля для производства электроэнергии, тепловой насос может привести к выбросам на 1 или 2 тонн больше выбросов углекислого газа, чем на природном газовом печи. Однако для областей, не обслуживаемых коммунальной инфраструктурой природного газа, нет лучшей альтернативы.

Жидкости, используемые в замкнутых петлях, могут быть разработаны для биоразлагаемых и нетоксичных, но хладагент, используемый в шкафу теплового насоса и в петях прямого обмена, до недавнего времени был хлордифторметаном , который является веществом, нарушающим озон. [ 26 ] Хотя утечки и ненадлежащее утилизация в конце срока годности вносят безвредные, в то время как утечки способствуют увеличению озоновой дыры . Для новой конструкции этот хладагент вытекает в пользу озонового, но мощного, но мощного парникового газа R410A . Системы с открытой петлей (то есть те, которые рисуют подземные воды, в отличие от систем с замкнутым контуром с использованием сердечного теплообменника), должны быть сбалансированы путем внесения отработанной воды. Это предотвращает истощение водоносного горизонта и загрязнение почвы или поверхностных вод с рассолом или другими соединениями из подземных. [ Цитация необходима ]

Перед бурением необходимо понять подземную геологию, и бурильщики должны быть готовы для герметизации скважины, включая предотвращение проникновения воды между слоями. К сожалению, пример - это проект геотермального отопления в Staufen im Breisgau , Германия, который кажется причиной значительного повреждения исторических зданий. В 2008 году центр города, как сообщалось, вырос на 12 см, [ 40 ] После первоначального погружения несколько миллиметров. [ 41 ] Скучная нажала на естественно давление водоносного горизонта, и через скважина эта вода вошла в слой ангидрита, который расширяется при влажном состоянии при образовании гипса. Отек остановится, когда ангидрит полностью отреагируется, а реконструкция центра города «не является целесообразной, пока поднятие не прекратится». К 2010 году запечатывание скважины не было достигнуто. [ 42 ] [ 43 ] [ 44 ] К 2010 году некоторые участки города выросли на 30 см. [ 45 ]

Экономика

[ редактировать ]

Тепловые насосы наземного источника характеризуются высокими капитальными затратами и низкими эксплуатационными затратами по сравнению с другими HVAC системами . Их общая экономическая выгода зависит в первую очередь от относительных затрат на электроэнергию и топливо, которые сильно варьируются со временем и во всем мире. Основываясь на недавних ценах, тепловые насосы на земле в настоящее время имеют более низкие эксплуатационные расходы, чем любой другой обычный источник отопления почти везде в мире. Природный газ является единственным топливом с конкурентными эксплуатационными затратами, и только в нескольких странах, где он исключительно дешев, или где электроэнергию исключительно дорого. [ 39 ] В целом, домовладелец может сэкономить от 20% до 60% ежегодно на коммунальных услугах, переходя от обычной системы на систему наземного источника. [ 46 ] [ 47 ]

Капитальные затраты и срок службы системы до недавнего времени получали гораздо меньше изучения, и возврат инвестиций сильно варьируется. Быстрая эскалация в системной цене сопровождалась быстрым улучшением эффективности и надежности. Известно, что капитальные затраты получают выгоду от экономии масштаба , особенно для систем открытых петли, поэтому они более экономически эффективны для более крупных коммерческих зданий и более жестких климатов. Первоначальная стоимость может быть в два -пять раз больше, чем в обычной системе отопления в большинстве жилых применений, новой строительстве или существующей. В модернизации затраты на установку влияют размер жилой зоны, возраст дома, изоляционные характеристики, геологию области и расположение собственности. Правильная конструкция системы воздуховодов и механический воздушный обмен следует учитывать в начальной стоимости системы.

Период окупаемости за установку теплового насоса земли в отдельной резиденции
Страна Период окупаемости за замену
природный газ отопление масла Электрическое отопление
Канада 13 лет 3 года 6 лет
НАС 12 лет 5 лет 4 года
Германия Чистая потеря 8 лет 2 года
Примечания:
  • Высокая переменная с ценами на энергоносители.
  • Государственные субсидии не включены.
  • Климатические различия не оцениваются.

Капитальные затраты могут быть компенсированы государственными субсидиями; Например, Онтарио предложил 7000 долларов за жилые системы, установленные в 2009 финансовом году. Некоторые электрические компании предлагают специальные тарифы для клиентов, которые устанавливают тепловой насос из наземного источника для нагрева или охлаждения своего здания. [ 48 ] Там, где электрические растения имеют большие нагрузки в течение летних месяцев и простаивались зимой, это увеличивает продажи электричества в зимние месяцы. Тепловые насосы также снижают пик нагрузки в течение лета из -за повышенной эффективности тепловых насосов, тем самым избегая дорогостоящей конструкции новых электростанций. По тем же причинам другие коммунальные компании начали платить за установку тепловых насосов на земле в резиденциях клиентов. Они арендуют системы своим клиентам за ежемесячную плату, при чистой общей экономии клиента.

Срок службы системы длиннее обычных систем отопления и охлаждения. Хорошие данные о продолжительности жизни системы еще не доступны, потому что технология слишком недавно, но многие ранние системы все еще работают сегодня после 25–30 лет с обычным обслуживанием. Большинство полей петли имеют гарантии в течение 25-50 лет и, как ожидается, продлятся не менее 50-200 лет. [ 46 ] [ 49 ] Тепловые насосы на земле используют электричество для нагрева дома. Более высокие инвестиции выше обычной нефти, пропана или электрических систем могут быть возвращены в экономию энергии через 2–10 лет для жилых систем в США. [ 50 ] [ 47 ] [ 49 ] Период окупаемости для более крупных коммерческих систем в США составляет 1–5 лет, даже по сравнению с природным газом. [ 47 ] Кроме того, поскольку геотермальные тепловые насосы обычно не имеют наружных компрессоров или охлаждающих башен, риск вандализма уменьшается или устранен, что потенциально продлит срок службы системы. [ 51 ]

Тепловые насосы наземного источника распознаются как одна из наиболее эффективных систем отопления и охлаждения на рынке. Они часто являются вторым наиболее экономически эффективным решением в экстремальном климате (после со-генерации ), несмотря на снижение тепловой эффективности из-за температуры грунта. (Наземный источник теплее в климате, который нуждается в сильном кондиционере, и охладите в климате, который нуждается в сильном нагревании.) Финансовая жизнеспособность этих систем зависит от адекватного размера наземных теплообменников (GHE), которые обычно вносят наибольший вклад в Общие капитальные затраты систем GSHP. [ 52 ]

Затраты на техническое обслуживание коммерческих систем в США исторически составляли от 0,11 до 0,22 долл. США за м. 2 в год в 1996 году, намного меньше, чем в среднем 0,54 долл. США за м 2 в год для обычных систем HVAC. [ 6 ]

Правительства, которые способствуют возобновляемым источникам энергии, вероятно, будут предлагать стимулы для потребителя (жилых) или промышленных рынков. Например, в Соединенных Штатах стимулы предлагаются как на государственном, так и на федеральном уровнях правительства. [ 53 ]

Смотрите также

[ редактировать ]

Ссылки

[ редактировать ]
  1. ^ «Тепловые насосы - это горячие предметы. Но для людей, живущих в квартирах, получают некоторые проблемы» .
  2. ^ Kalogirou, Soteris & Florides, Georgios. (2004). Измерения температуры земли на различных глубинах, Конференц -документ 3 -я Международная конференция по устойчивым энергетическим технологиям, Ноттингем, Великобритания, https://www.researchgate.net/publication/30500372_measurenties_of_ground_temperature_at_various_depths https://ktisis.cut.ac.cy/bitstream/10488/870/3/c55-prt020-set3.pdf Архив 2022-10-05 на машине Wayback
  3. ^ Jump up to: а беременный Уильямс Г. и Голд Л. Канадское здание Digest 180m 1976. Национальный исследовательский совет Канады, Институт исследований в области строительства. https://nrc-publications.canada.ca/eng/view/ft/?id=386ddf88-fe8d-45dd-aabb-0a55be826f3f ,
  4. ^ Jump up to: а беременный Zogg, M. (20–22 мая 2008 г.), История тепловых насосов Швейцарские взносы и международные вехи (PDF) , 9 -я Международная конференция по тепло насосу IEA, Цюрих, Швейцария {{citation}}: CS1 Maint: местоположение отсутствует издатель ( ссылка )
  5. ^ «История» . О нас . Международная ассоциация теплового насоса наземного источника. Архивировано из оригинала на 2009-04-04 . Получено 2009-03-24 .
  6. ^ Jump up to: а беременный в Bloomquist, R. Gordon (декабрь 1999 г.). «Геотермальные тепловые насосы, четыре плюс десятилетия опыта» (PDF) . Гео-хит-центр ежеквартальный бюллетень . Тол. 20, нет. 4. Клмат Фолс, Орегон: Орегонский технологический институт. С. 13–18. ISSN   0276-1084 . Архивировано из оригинала (PDF) 2012-10-31 . Получено 2009-03-21 .
  7. ^ Гэннон, Роберт (февраль 1978 г.), «Тепловые насосы грунтовых вод-Home Heating and Oling от вашего собственного колодца» , Popular Science , Vol. 212, нет. 2, Bonnier Corporation, с. 78–82 , извлечен 2009-11-01
  8. ^ Jump up to: а беременный Lund, J.; Саннер, Б.; Rybach, L.; Кертис, Р.; Hellström, G. (сентябрь 2004 г.). «Геотермальные (наземные) тепловые насосы, обзор мира» (PDF) . Гео-хит-центр ежеквартальный бюллетень . Тол. 25, нет. 3. Клмат Фолс, Орегон: Орегонский технологический институт. С. 1–10. ISSN   0276-1084 . Архивировано из оригинала (PDF) 2014-02-01 . Получено 2009-03-21 .
  9. ^ «Геотермальная - энергия под нашими ногами: оценки геотермальных ресурсов для Соединенных Штатов» (PDF) . Получено 2011-03-30 .
  10. ^ «Выбор системы отопления» .
  11. ^ «Жизнеспособность и дизайн GSHC - Carbon Zero Consulting» . Carbonzeroco.com . Архивировано с оригинала 27 марта 2015 года . Получено 19 марта 2018 года .
  12. ^ Jump up to: а беременный Li M, Lai Ack. Обзор аналитических моделей для теплопередачи с помощью вертикальных теплообменников на земле (GHE): перспектива временных и пространственных шкал, Applied Energy 2015; 151: 178-191.
  13. ^ Jump up to: а беременный Hellstrom G. Земля нагрева - тепловой анализ систем хранения воздуховодов I. Теория. Лунд: Университет Лунда; 1991.
  14. ^ Ашра. Ashrae Studbook: Приложения HVAC. Атланта: Ashrae, Inc; 2011 год
  15. ^ Kavanaugh SK, Rafferty K. Тепловые насосы из наземного источника: проектирование геотермальных систем для коммерческих и институциональных зданий. Атланта, Джорджия: Американское общество отопления, охлаждения и инженеров по кондиционеру, вкл.; 1997.
  16. ^ Jump up to: а беременный «Наземные тепловые насосы (системы Earth Energy Systems)» . Нагрев и охлаждение с помощью теплового насоса . Природные ресурсы Канады, Управление энергоэффективности. Архивировано из оригинала на 2009-04-03 . Получено 2009-03-24 . Примечание. В отличие от конвенций с воздушным источником, номера NRC HSPF находятся в единицах BTU/HR/WATT. Разделите эти числа на 3,41 BTU/HR/WATT, чтобы прибыть в недимерные единицы, сопоставимые с полицейскими из наземного источника и воздушным источником HSPF.
  17. ^ Индексы жесткой воды#
  18. ^ Орио, Карл Д.; Джонсон, Карл Н.; Рис, Саймон Дж.; Chiasson, A.; Дэн, Чжэн; Спитлер, Джеффри Д. (2004). «Обзор установки колоночной колоночной колонны в Северной Америке» (PDF) . Ашраэ транзакции . Тол. 11, нет. 4. Ашра. С. 637–655. Архивировано из оригинала (PDF) 2010-06-26 . Получено 2009-03-25 .
  19. ^ EPP, Baerbel (17 мая 2019 г.). "Сезонное хранилище жары: эталон стоимости 30 евро/м 3 " . Solarthermalworld . Архивировано из оригинала 2 февраля 2020 года.
  20. ^ Jump up to: а беременный Kallesøe, AJ; Vangkilde-Pedersen, T. (Eds.). «Подземное хранение тепловой энергии (UTES)» (PDF) . Heatstore.eu . раздел 4 PTE (хранение тепловой энергии PIT), с. 99
  21. ^ "Игшпа" . www.igshpa.okstate.edu. Архивировано из оригинала 3 мая 2015 года . Получено 17 мая 2015 года .
  22. ^ «Исполнительный приказ Белого дома на устойчивость включает геотермальные тепловые насосы» . www.geoexchange.org . Получено 17 мая 2015 года .
  23. ^ «Энергетические вкладчики: выбор и установка системы геотермального теплового насоса» . Apps1.eere.energy.gov. 2008-12-30 . Получено 2009-06-08 .
  24. ^ «Горизонтальная и вертикальная теплопроводность» . Carbonzeroco.com. 2016-03-23. Архивировано из оригинала 2015-03-27 . Получено 2016-03-23 .
  25. ^ Геотермальные тепловые насосы . Национальная лаборатория возобновляемой энергии.
  26. ^ Jump up to: а беременный в Рафферти, Кевин (апрель 1997 г.). «Информационный комплект для выживания для потенциального владельца геотермального теплового насоса» (PDF) . Гео-хит-центр ежеквартальный бюллетень . Тол. 18, нет. 2. Клмат Фолс, штат Орегон: Орегонский технологический институт. С. 1–11. ISSN   0276-1084 . Архивировано из оригинала (PDF) 17 февраля 2012 года . Получено 2009-03-21 . Автор выпустил обновленную версию , архивную 2013-02-17 на машине Wayback этой статьи в феврале 2001 года.
  27. ^ «Справочник AHRI Геотермальных тепловых насосов воды-воздух» .
  28. ^ «Требования к программе Energy Star для геотермальных тепловых насосов» (PDF) . Партнерские обязательства . Энергетическая звезда . Получено 2009-03-24 .
  29. ^ Определение GHE GHE
  30. ^ Li M, Li P, Chan V, Lai Ack. Полномасштабная температурная функция отклика (G-функция) для теплопередачи с помощью скважины заземляющих теплообменников (GHES) от субсада до десятилетий. Appl Energy 2014; 136: 197-205.
  31. ^ «Межсезонья теплопередача» . Icax.co.uk. ​Получено 2011-09-16 .
  32. ^ Jump up to: а беременный Ван Пассел, Вилли; Sourbron, Maarten; Уход, Филип; Лерой, Люк; Сомерс, Иван; Верхейден, Йохан; Купе, Коэн. Организация для устойчивой энергии Фландрия (ред.). Тепловые насосы для дома нагрева (PDF) . п. 28. Архивировано из оригинала (PDF) на 2009-03-18 . Получено 2009-03-23 .
  33. ^ «Схема аналогичной системы водоносных горизонтов с регуляцией фанатов» . Zonneterp.nl. 2005-11-11 . Получено 2011-03-30 .
  34. ^ «Захват, хранение и выпуск возобновляемого охлаждения» . Icax.co.uk. ​Получено 2011-03-30 .
  35. ^ Агентство по охране окружающей среды (1993). «Кондиционирование пространства: следующая граница-отчет 430-R-93-004». Эпэ {{cite journal}}: CITE Journal требует |journal= ( помощь )
  36. ^ Jump up to: а беременный в Европейское агентство по охране окружающей среды (2008). Энергетический отчет 2008 . EEA Report. Тол. 6/2008. Люксембург: офис для официальных публикаций европейских общин. п. 83. doi : 10.2800/10548 . ISBN  978-92-9167-980-5 Полем ISSN   1725-9177 . Получено 2009-03-22 .
  37. ^ Jump up to: а беременный в дюймовый Администрация энергетической информации, Министерство энергетики США (2007). «Добровольная отчетность по парниковым газам, коэффициентам выброса электроэнергии» (PDF) . Получено 2009-03-22 .
  38. ^ «Приложение 9» . Национальный отчет о инвентаре 1990–2006 гг.: Источники и раковины парниковых газов в Канаде . Правительство Канады. Май 2008. ISBN  978-1-100-11176-6 Полем ISSN   1706-3353 . {{cite book}}: |journal= игнорируется ( помощь )
  39. ^ Jump up to: а беременный Ханова, J; Dowlatabadi, H (9 ноября 2007 г.). «Стратегическое сокращение парниковых газов за счет использования технологии теплового насоса наземного источника» . Экологические исследования . Тол. 2, нет. 4. Великобритания: IOP Publishing. С. 044001 8pp. Bibcode : 2007erl ..... 2d4001h . doi : 10.1088/1748-9326/2/4/044001 . ISSN   1748-9326 . Архивировано из оригинала (PDF) 2016-04-06 . Получено 2009-03-22 .
  40. ^ Spiegel.de Отчет о недавних геологических изменениях (на немецком, частичный перевод )
  41. ^ Пансвски, Боян (30 марта 2008 г.). «Геотермальный зонд погружает немецкий город» . Telegraph.co.uk . Получено 19 марта 2018 года .
  42. ^ Formacije, A (2010). «Ущерб историческому городу Стауфен (Германия), вызванный геотермальным бурением через ангидриторские образования» (PDF) . Acta Carsologica . 39 (2): 233. Архивировано из оригинала (PDF) 2012-08-13.
  43. ^ Бушер, Кристоф; Хаггенбергер, Питер; Auckenthaler, Adrian; Bänninger, Dominik (2010). «Ориентированное на риск одобрение геотермальных зондов» (PDF) . Подземные воды . 16 (1): 13–24. Bibcode : 2011 Причина ... 16 ... 13b . Doi : 10.1007/s00767-010-0154-5 . S2CID   129598890 .
  44. ^ Goldscheider, Нико; Bechtel, Timothy D. (2009). «Послание редакторов: жилищный кризис от подполья - добыча в исторический город с помощью геотермальных буровых пробуков через ангидрит, Штауфен, Германия» . Гидрогеологический журнал . 17 (3): 491–493. Bibcode : 2009Hydj ... 17..491g . doi : 10.1007/s10040-009-0458-7 .
  45. ^ Badische-zeitung.de, Locales, Breisgau , 15 октября 2010 г., HCW: нет полностью чистого в Fauststadt Cracks в Staufen: насос, ремонт и надежда (17 октября 2010 г.)
  46. ^ Jump up to: а беременный «Геотермальный консорциум теплового насоса, Inc» . Получено 2007-10-19 .
  47. ^ Jump up to: а беременный в Лиенау, Пол Дж.; Бойд, Тоня Л.; Роджерс, Роберт Л. (апрель 1995 г.). «Тематические исследования и программы по коммунальным предприятиям из наземного источника» (PDF) . Кламат Фолс, Орегон: Гео-хит-центр, Орегонский технологический институт. Архивировано из оригинала (PDF) на 2009-10-07 . Получено 2009-03-26 . {{cite journal}}: CITE Journal требует |journal= ( помощь )
  48. ^ «Геотермальные тепловые насосы» . Capital Electric Coperative . Архивировано из оригинала 2008-12-06 . Получено 2008-10-05 .
  49. ^ Jump up to: а беременный «Геотермальные тепловые насосы: альтернативные энергетические нагрев и часто задаваемые вопросы» . Архивировано из оригинала 2007-09-03 . Получено 2007-10-19 .
  50. ^ «Энергетические вкладчики: геотермальные тепловые насосы» . Apps1.eere.energy.gov. 2009-02-24. Архивировано из оригинала на 2009-04-01 . Получено 2009-06-08 .
  51. ^ «Преимущества системы геотермального теплового насоса» . Получено 2011-11-21 .
  52. ^ Крейг, Уильям; Гэвин, Кеннет (2018). Геотермальная энергия, системы теплообмена и энергии . Лондон: Ice Publishing. п. 79. ISBN  9780727763983 .
  53. ^ База данных государственных стимулов для возобновляемых источников энергии и эффективности архивирована 2008-02-22 на машине Wayback . Министерство энергетики США.
[ редактировать ]
Часть серии на
Возобновляемая энергия
Retrieved from "https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Ground_source_heat_pump&oldid=1231002310"
Arc.Ask3.Ru: конец переведенного документа.
Arc.Ask3.Ru
Номер скриншота №: 11926ec4229fb62ae505fae61f7031dc__1719342840
URL1:https://arc.ask3.ru/arc/aa/11/dc/11926ec4229fb62ae505fae61f7031dc.html
Заголовок, (Title) документа по адресу, URL1:
Ground source heat pump - Wikipedia
Данный printscreen веб страницы (снимок веб страницы, скриншот веб страницы), визуально-программная копия документа расположенного по адресу URL1 и сохраненная в файл, имеет: квалифицированную, усовершенствованную (подтверждены: метки времени, валидность сертификата), открепленную ЭЦП (приложена к данному файлу), что может быть использовано для подтверждения содержания и факта существования документа в этот момент времени. Права на данный скриншот принадлежат администрации Ask3.ru, использование в качестве доказательства только с письменного разрешения правообладателя скриншота. Администрация Ask3.ru не несет ответственности за информацию размещенную на данном скриншоте. Права на прочие зарегистрированные элементы любого права, изображенные на снимках принадлежат их владельцам. Качество перевода предоставляется как есть. Любые претензии, иски не могут быть предъявлены. Если вы не согласны с любым пунктом перечисленным выше, вы не можете использовать данный сайт и информация размещенную на нем (сайте/странице), немедленно покиньте данный сайт. В случае нарушения любого пункта перечисленного выше, штраф 55! (Пятьдесят пять факториал, Денежную единицу (имеющую самостоятельную стоимость) можете выбрать самостоятельно, выплаичвается товарами в течение 7 дней с момента нарушения.)