التدفئة الحرارية الأرضية: مبدأ التشغيل ، والإيجابيات والسلبيات ، وخواص البناء

هناك العديد من الخيارات المختلفة لتدفئة المنازل. يركز اهتمام الناس بشكل طبيعي على إيجاد طرق تستهلك أقل طاقة. تنجم النزاعات العنيفة عن هذه الطريقة التدريجية في الحصول على الحرارة ، مثل استخدام المصادر الجوفية.

مبدأ التدفئة الحرارية الأرضية ينطوي على استخدام المضخات الحرارية. وهي تعمل وفقا لدورة كارنوت الكلاسيكية ، مع أخذ سائل التبريد البارد في الأعماق وتلقي مقابل تدفق السائل إلى 50 درجة داخل نظام التدفئة. تعمل المعدات بكفاءة من 350 إلى 450٪ (وهذا لا يتعارض مع القوانين الفيزيائية الأساسية ، لماذا - سيقال لاحقا).مضخة حرارة قياسية تسخن منزلاً أو مبنى آخر بسبب حرارة الأرض على مدار 100 ألف ساعة (وهذا هو متوسط ​​الفاصل الزمني بين عمليات الصيانة الوقائية).

التدفئة حتى 50 درجة ليست من قبيل الصدفة. وفقًا لنتائج الحسابات الخاصة وفي دراسة الأنظمة المنفذة عمليًا ، تم التعرف على هذا المؤشر باعتباره الأكثر فاعلية. ولذلك ، فإن التسخين الأرضي ، الذي يستخدم تدفق الطاقة من الأعماق ، يستكمل بشكل رئيسي ليس بواسطة مشعات ، ولكن بواسطة أرضية دافئة أو دائرة هوائية. في المتوسط ​​، لكل 1000 واط من الطاقة ، التي تقود المضخة ، يمكن رفع حوالي 3500 واط من الطاقة الحرارية. على خلفية الارتفاع الهائل في تكلفة المبرد في الشبكة الرئيسية وأساليب التسخين الأخرى ، يعد هذا مؤشراً لطيفاً للغاية.

يتشكل التسخين الحراري الأرضي من ثلاث دوائر:

• جامع الأرض
• مضخة حرارية
• في الواقع ، مجمع التدفئة في المنزل.

والسبب بسيط - الماء الذي يتم العثور عليه في طبقة تسخين كافية بما يكفي يؤدي إلى تآكل المعدات بسرعة. وحتى هذا السائل لا يمكن العثور عليه في أي مكان يتم بشكل تعسفي. يتم تحديد اختيار المبرد المحدد من خلال قرارات تصميم المهندسين. يتم اختيار المضخة اعتمادا على الجهاز الأجزاء المتبقية من النظام. وبما أن عمق البئر (مستوى المعدات) يتم تحديده بالظروف الطبيعية ، فإن الاختلافات الحاسمة بين أنواع أنظمة الطاقة الحرارية الأرضية مرتبطة بجهاز الخزان الموجود في الأرض.

يشير الهيكل الأفقي إلى موقع المجمع تحت خط تجمد التربة. اعتمادا على الموقع المحدد ، فإن هذا يعني تعميق من 150 إلى 200 سم ، ويمكن تجهيز هذه المجمعات بأنابيب مختلفة ، مثل النحاس (بطبقة خارجية من PVC) ومصنوعة من البلاستيك المعدني. للحصول على الحرارة من 7 إلى 9 كيلو واط ، سيكون عليك وضع 300 متر مربع على الأقل. م جامع. لا تسمح هذه التقنية الاقتراب من الأشجار بأكثر من 150 سم ، وعند اكتمال التثبيت ، من الضروري تحسين المنطقة.

ينطوي المستودع المكشوف رأسيًا على حفر عدة آبار ، ويتم توجيهه بالضرورة في اتجاهات مختلفة ، ويؤدي كل منها من زاوية خاصة به. داخل الآبار هي تحقيقات الطاقة الحرارية الأرضية ، والعودة الحرارية من 1 على التوالي. م يصل إلى حوالي 50 واط. من السهل حساب أنه مقابل كمية مماثلة من الحرارة (7-9 كيلو واط) ، يجب توفير 150-200 متر من الآبار. الميزة في هذه الحالة ليست فقط في الاقتصاد ، ولكن أيضا في حقيقة أن بنية المناظر الطبيعية في الإقليم لا تتغير. سيكون من الضروري فقط تخصيص مساحة صغيرة لتركيب وحدة caisson ووضع جامع تركيز.

إن الكفاف الساخن من الماء عملي إذا كان من الممكن إحضار وحدة خارجية للتبادل الحراري في بحيرة أو بركة بعمق 200 إلى 300 سم. ولكن سيكون الشرط الأساسي هو موقع الخزان داخل دائرة نصف قطرها 0.1 كم من المبنى المدفأ ومساحة سطح الماء على الأقل 200 متر مربع. م وهناك أيضا مبادلات حرارية الهواء عندما يتم توليد الحرارة بواسطة دائرة خارجية من الغلاف الجوي. مثل هذا القرار يتجلى تماما في المناطق الجنوبية من البلاد ، ولا يتطلب أي أعمال الحفر. نقاط الضعف في النظام هي كفاءة منخفضة مع الصقيع من 15 درجة ووقف كامل إذا انخفضت درجة الحرارة إلى 20 درجة.

إن التسخين الجيوحراري للمنزل الريفي ، أولاً وقبل كل شيء ، لا يستهلك الوقود المعدني الهائل الملوث للبيئة. بالفعل يتم تسخين 7 من 10 منازل جديدة بنيت في السويد بهذه الطريقة. في الأيام الحارة ، تصبح معدات الطاقة الحرارية الأرضية من السخان وسيلة للتكييف السلبي. خلافا للاعتقاد الشائع ، مثل نظام التدفئة لا يحتاج البراكين أو السخانات. في أكثر التضاريس شقة عادية ، لا يعمل أسوأ من ذلك.

الشرط الوحيد هو الوصول إلى نقطة تحت خط التجميد بواسطة الكفاف الحراري.حيث تكون درجة حرارة التربة دائمًا من 3 إلى 15 درجة. لا يبدو أن الكفاءة الفائقة تتناقض مع قوانين الطبيعة. تشبع مضخة الحرارة بالفريون ، الذي يتبخر تحت تأثير الماء "الجليدي" الذي يبدو للناس. البخار يدفئ الدائرة الثالثة. مثل هذا المخطط هو الثلاجة تحولت إلى الداخل. لذلك ، لا تشير كفاءة المضخة إلا إلى النسبة الكمية للطاقة الكهربائية والموارد الحرارية. في حد ذاته ، محرك الأقراص "كما ينبغي أن يكون" ، مع فقدان الطاقة لا مفر منه.

يمكن النظر في المزايا الموضوعية للتسخين الحراري الأرضي:

• كفاءة ممتازة
• فترة تشغيل متينة (تم تشغيل المضخة الحرارية لمدة 2-3 عقود ، وتصل المسابير الجيولوجية إلى 100 عام) ؛
• استقرار العمل تحت أي ظرف من الظروف تقريبا ؛
• عدم الربط لحاملي الطاقة ؛
• الاستقلال الكامل.

هناك مشكلة واحدة خطيرة تمنع التسخين الحراري الأرضي من كونه حلاً شائعاً حقاً. هذا ، كما هو مبين في استعراض أصحابها ، وارتفاع سعر التصميم الذي تم إنشاؤه. لتدفئة المنزل المعتاد من 200 متر مربع. م (ليس من النادر جدا) ، سيكون من الضروري بناء نظام تسليم المفتاح لمدة 1 مليون روبل ، ما يصل إلى 1/3 من هذا المبلغ هو مضخة الحرارة. إن التركيبات الآلية مريحة للغاية ، وإذا تم إعداد كل شيء بشكل صحيح ، يمكن أن تعمل لسنوات دون تدخل الأشخاص. كل شيء يعتمد فقط على توافر الأموال. عيب آخر هو الاعتماد على التيار الكهربائي لوحدة الضخ.

التدفئة الحرارية الأرضية بأيديهم في محاولة لخلق ما يكفي من الناس. ولكن لكي يعمل مثل هذا النظام ، يجب إجراء حسابات دقيقة ، كما يلزم تخطيط أنبوبة الأسلاك. من المستحيل تقريب المسافة إلى المنزل بأكثر من 2-3 أمتار ، ويبلغ أقصى عمق للحفر المسموح به 200 متر ، ومع ذلك ، فإن الآبار التي تصل إلى 50 كم جيدة تظهر كفاءة جيدة.

المعلمات الرئيسية التي تؤخذ بعين الاعتبار في أي حسابات هي:

• درجة الحرارة (عمق من 15-20 م وأكثر من درجة حرارة تصل من 8 إلى 100 درجة تبعا للظروف التي تم إنشاؤها) ؛
• قيمة الطاقة القابلة للاسترداد (المتوسط ​​- 0.05 كيلو واط لكل 1 متر) ؛
• تأثير المناخ والرطوبة والاتصال بالمياه الجوفية على نقل الحرارة.

ما هو مثير للاهتمام ، والصخور الجافة تماما لا تزيد عن 25 واط مع 1 متروإذا كانت هناك مياه جوفية ، يرتفع هذا الرقم إلى 100 - 110 واط. يجب ألا ننسى أن وقت التشغيل القياسي لمضخة الحرارة هو 1800 ساعة في السنة.إذا تم تجاوز هذا المؤشر ، فإن النظام لن يصبح أكثر كفاءة ، ولكن سوف تنمو بسرعة. ما هو أسوأ بكثير ، والاستغلال المفرط للموارد الحرارية من باطن الأرض يؤدي إلى تبريدها وحتى تجميد الصخور على عمق العمل. بعد ذلك ، يمكن أن تغرق التربة ، وأحيانا تتلف الأنابيب العاملة والهياكل فوق الأرض.

يجب إنشاء إمدادات الحرارة على حساب مصادر تحت الأرض وفقا لخوارزمية وضعت بدقة. بما أن شبكات المياه والهواء محدودة ، فإن معظم الخيارات العملية تتضمن حفر الآبار.وهذا سبب آخر لعدم قيامك بأي شيء بأيديكم. تسمح المعدات الخاصة فقط بالوصول إلى عمق 20-100 متر ، حيث يتم إنشاء الظروف اللازمة للتدفئة. يسمح استخدام الأنابيب البلاستيكية المصممة لضغط من حوالي 6 بار كما تحقيقات.

لتحسين أداء النظام ، استخدم ربط 3 أو 4 خطوطوترتبط المقاطع الطرفية منها في شكل الحرف U. إن التسخين على طول الكفاف مهم للغاية ، وبفضله ، يتم القضاء على تصدع الأنابيب أثناء الصقيع الشديد. يتم هذا التسخين من خلال سلك ممتد إلى مركز القناة ، والذي يتم من خلاله تطبيق التيار. إذا تعذر تطبيق أكوام الطاقة ، فيجب استخدام أجهزة الاستقبال الأفقية. بالنسبة لهم ، يتم إعداد الأرض بأبعاد 15 × 15 متر ، تتم إزالة التربة منها إلى عمق 0.5 متر.

هذه المنطقة كلها مطلوبة لوضع تحقيقات مماثلة. وغالبا ما تستخدم الحصير الكهربائية أو الأنابيب التي تتبادل الحرارة. لتحسين كفاءة نظام التدفئة ، قم بتطبيق تخطيط الأنبوب في دوامة أو في شكل "ثعبان". من المستحيل أن نقول بالضبط ما هو أفضل - مجمعات جاهزة ، إنتاج كميات كبيرة ، أو تجميع ذاتي.في الحالة الأولى ، يتم حل مشكلة التوافق تلقائيًا ، ولكن في الثانية ، تزداد المرونة ، تزداد إمكانية التحديث (على الرغم من أنه ينبغي إيلاء المزيد من الاهتمام للتصميم).

يمكن لبناة الهواة أن يبتعدوا عن تراكم الحرارة المعتاد ، ليحلوا محل ذراع التسوية الملموسة. إن التسخين الجيوحراري في مثل هذا النظام يلغي الحاجة إلى الهزات ذات درجة الحرارة الكبيرة. من الممكن إجراء تجارب مع سوائل نقل حرارة مختلفة ، بالإضافة إلى تركيب ضواغط ذات قدرة متفاوتة. بحساب الحمل بشكل صحيح وتوزيع صحيح للحرارة على طول الدوائر المستهلكة ، يمكنك جعل النظام أكثر كفاءة بنسبة 15-20٪. في موازاة ذلك ، يتم تخفيض تكلفة الطاقة بشكل كبير.

يتم وضع الأنابيب الموضوعة بشكل أفقي على عمق 50-300 سم ، أما بالنسبة للطرق السريعة فكانت الأصغر ، وهي مصنوعة على شكل لفات. لكن يجب أن يكون بين الطريقين الفرديين على الأقل 200 ملم. يجب أن يسبق أي أعمال بناء تحديد العائد الحراري للتربة. إذا كان أقل من 20 وات لكل 1 مربع. م ، ليس هناك نقطة في محيط الطاقة الحرارية الأرضية. لضمان تصريف المياه الجوفية ، يتم تغطية الجزء السفلي من الحفر بطبقة من الرمل.الأنابيب التي تعتمد على البولي إيثيلين المتصلب تعمل بشكل جيد.

يتم توفير التشغيل الأكثر كفاءة لمضخة الحرارة في الغرف حيث تكون درجة حرارة الهواء بين 14 درجة مئوية. كلما كان ذلك ممكناً ، يجب عليك تفضيل المحاذاة العمودية للخطوط الأفقية ، لأنها الأكثر فعاليةً. إذا حكمنا من خلال المراجعات ، في شكلها النقي ، فإن تسخين الطاقة الحرارية الأرضية غير عقلاني ، فهو يدفئ الماء لفترة طويلة ، لأنه في كثير من الحالات يقوم هذا النظام بدور مساعد محض. لتحقيق أعلى أداء ، يجب التركيز على الحد الأقصى المسموح به من مشاركة المورد الحراري ومعدلات التدفق المقدرة للبئر.

إذا لم يكن الجزء السفلي من الصخور الجافة والماء الساخن ، فهذا هو الوضع الأمثل تقريبًا. ثم من الممكن توفير المال والحصول على أقصى فائدة. ولكن يجب أن نتذكر أنه إذا كان من المقرر استخدام مصادر المياه الجوفية الساخنة لإمدادات المياه في نفس الوقت ، فإن المياه الموجودة فيها يجب أن تفي بالمتطلبات الصحية القياسية. عندما يبين التحليل الكيميائي وجود مكونات عدوانية ، فمن المستحسن تنظيم دائرتين مستقلتين ، لا يختلط فيهما السائل ، ولكن يحدث فقط تبادل الحرارة.يتم تثبيت الضواغط على الجدران إما من الثلاجات أو مكيفات الهواء.

إذا كانت أسلاك المنزل ضعيفة نوعًا ما ، فيجب استخدام زوج من الضاغطات لتقليل تيار البدء بسبب اتصال السلسلة. عند تركيب المكثفات ، من الضروري العناية بحركة الفريون فيها من أعلى نقطة إلى أسفل ، وليس العكس. لكي يعمل الجامع بثبات وتسخين الغرفة ، يجب أن تكون مساحته (لمنزل خاص مساحته 100 متر مربع) 200-250 م 2. لا يجب استخدام نظام التسخين الأفقي إذا كنت تخطط لاحقًا لتقسيم الحديقة أو الحديقة النباتية. حتى مضخة البئر التقليدية يمكن استخدامها لإكمال النظام.

حول ما هي التدفئة الحرارية الأرضية وكيفية تثبيتها ، انظر الفيديو التالي.