Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
В этой статье рассказывается об использовании тепловых насосов для обогрева и охлаждения зданий с использованием земли в качестве резервуара тепла. Чтобы получить электричество из настоящей геотермальной энергии из горячих камней, см. Геотермальную энергию . Чтобы узнать об использовании энергии горячих камней для непосредственного нагрева, см. Геотермальное отопление .
Часть серии о
Устойчивая энергия
Ветряные турбины возле Вендсисселя, Дания (2004 г.)
Обзор
Энергосбережение
Возобновляемая энергия
Экологичный транспорт

Геотермальные тепловой насос (GHP) или тепловой насос геотермального (GSHP) представляет собой центральное отопление и / или система охлаждения , которая передает тепло или от земли, часто через холодильный цикл сжатия пара.

Он использует землю постоянно, без перебоев , в качестве источника тепла (зимой) или радиатора (летом). Эта конструкция использует преимущества умеренных температур земли для повышения эффективности и снижения эксплуатационных расходов систем отопления и охлаждения, и может быть объединена с солнечным нагревом для формирования геосолнечной системы с еще большей эффективностью. Они также известны под другими названиями, включая геообмен, земные энергетические системы. Инженерное и научное сообщество предпочитает термины « геообмен » или « геотермальные тепловые насосы », чтобы избежать путаницы с традиционной геотермальной энергией., который использует высокотемпературный источник тепла для выработки электроэнергии. [1] Наземные тепловые насосы собирают тепло, поглощаемое поверхностью Земли из солнечной энергии. Температура земли ниже 6 метров (20 футов) примерно равна местной средней годовой температуре воздуха (MAAT). [2] [3] [4]

В зависимости от широты, температура ниже верхних 6 метров (20 футов) поверхности Земли поддерживает почти постоянную температуру, отражающую среднегодовую температуру воздуха [5] (во многих областях от 10 до 16 ° C / 50 и 60 ° F ), [6], если температура не нарушается из-за теплового насоса. Подобно холодильнику или кондиционеру, эти системы используют тепловой насос для принудительной передачи тепла от земли. Тепловые насосы могут передавать тепло из прохладного помещения в теплое, против естественного направления потока, или они могут усиливать естественный поток тепла из теплого помещения в холодное. Сердцевиной теплового насоса является контур хладагента, прокачиваемого через парокомпрессионное охлаждение.цикл, который перемещает тепло. Тепловые насосы с воздушным источником тепла обычно более эффективны при обогреве, чем чистые электрические нагреватели, даже при отборе тепла из холодного зимнего воздуха, хотя эффективность начинает значительно падать, когда температура наружного воздуха опускается ниже 5 ° C (41 ° F). [ необходима цитата ] Тепловой насос источника тепла обменивается теплом с землей. Это намного более энергоэффективно, потому что температура под землей более стабильна, чем температура воздуха в течение года. Сезонные колебания снижаются с глубиной и исчезают ниже 7 метров (23 футов) [7] до 12 метров (39 футов) [8] из-за тепловой инерции . Как пещера, температура на мелководье зимой теплее, чем воздух наверху, и прохладнее, чем воздух летом. Тепловой насос с грунтовым источником извлекает тепло земли зимой (для обогрева) и передает тепло обратно в землю летом (для охлаждения). Некоторые системы предназначены для работы только в одном режиме - обогрев или охлаждение, в зависимости от климата.

Системы геотермальных насосов достигают довольно высокого коэффициента полезного действия (CoP), от 3 до 6, в самые холодные зимние ночи, по сравнению с 1,75–2,5 для тепловых насосов с воздушным источником тепла в прохладные дни. [9] Наземные тепловые насосы (GSHP) являются одними из самых энергоэффективных технологий для обеспечения отопления, вентиляции и кондиционирования и нагрева воды . [10] [11]

Затраты на установку выше, чем у обычных систем, но разница обычно окупается за счет экономии энергии через 3–10 лет. Системы геотермальных тепловых насосов имеют разумную гарантию от производителей, и их срок службы оценивается в 25 лет для внутренних компонентов и 50+ лет для контура заземления. [12] По состоянию на 2004 год во всем мире установлено более одного миллиона блоков, обеспечивающих тепловую мощность 12 ГВт, с ежегодным темпом роста 10%. [13]

Разные термины и определения [ править ]

Отопление и охлаждение из грунтовых источников

Некоторая путаница существует в отношении терминологии тепловых насосов и использования термина « геотермальный ». « Геотермальный » происходит от греческого языка и означает « тепло Земли », что геологи и многие непрофессионалы понимают как описание горячих горных пород, вулканической активности или тепла, исходящего из глубины земли. Хотя возникает некоторая путаница, когда термин « геотермальная энергия » также используется для обозначения температур в пределах первых 100 метров поверхности, это все равно « земное тепло », хотя на него в значительной степени влияет накопленная энергия солнца.

История [ править ]

Тепловой насос был описан лордом Кельвином в 1853 году и разработан Питером Риттером фон Риттингером в 1855 году. После экспериментов с морозильной камерой Роберт К. Уэббер построил первый наземный тепловой насос с прямым обменом в конце 1940-х годов. [14] Первый успешный коммерческий проект был установлен в Commonwealth Билдинг (Портленд, штат Орегон) в 1948 году, и был назначен Национальный исторический памятник Инженерная механика по ASME . [15] Эта технология стала популярной в Швеции в 1970-х годах, и с тех пор ее признание во всем мире медленно растет. Системы с открытым контуром доминировали на рынке до появления полибутилена.трубы в 1979 году сделали замкнутые системы экономически жизнеспособными. [15] По состоянию на 2004 год во всем мире установлено более миллиона единиц тепловой мощностью 12 ГВт. [13] Каждый год около 80 000 единиц устанавливаются в США [16] и 27 000 в Швеции. [13] В Финляндии геотермальный тепловой насос был наиболее распространенным выбором систем отопления для новых частных домов в период с 2006 по 2011 год с долей рынка, превышающей 40%. [17]

Наземный теплообменник [ править ]

Контурное поле для 12- тонной системы охлаждения / 42 кВт (необычно большое для большинства жилых помещений)

Тепловые насосы обеспечивают отопление в зимний период, забирая тепло из источника и передавая его в здание. Тепло можно извлечь из любого источника, каким бы холодным он ни был, но более теплый источник обеспечивает более высокую эффективность. Тепловой насос с грунтовым источником использует верхний слой земной коры в качестве источника тепла, что позволяет использовать его умеренную по сезонам температуру.

Летом процесс можно обратить вспять, чтобы тепловой насос забирал тепло из здания и передавал его земле. Передача тепла в более прохладное пространство требует меньше энергии, поэтому эффективность охлаждения теплового насоса увеличивается за счет более низкой температуры земли.

В грунтовых тепловых насосах используется грунтовый теплообменник (GHE), контактирующий с землей или грунтовыми водами для извлечения или рассеивания тепла. На этот компонент приходится от пятой до половины общей стоимости системы, и он будет наиболее громоздким для ремонта или замены. Правильный выбор размера этого компонента необходим для обеспечения долгосрочной работы: энергоэффективность системы повышается примерно на 4% на каждый градус Цельсия, который достигается за счет правильного определения размеров, а баланс подземных температур должен поддерживаться за счет правильной конструкции всей системы . Неправильная конструкция может привести к зависанию системы через несколько лет или очень неэффективной работе системы; таким образом, точный дизайн системы имеет решающее значение для успешной системы [18]

Мелкие горизонтальные теплообменники 3–8 футов (0,91–2,44 м) испытывают сезонные температурные циклы из-за солнечной энергии и потерь передачи в окружающий воздух на уровне земли. Эти температурные циклы отстают от времени года из-за тепловой инерции, поэтому теплообменник будет собирать тепло, выделяемое солнцем на несколько месяцев раньше, в то время как в конце зимы и весной он снижается из-за накопленного зимнего холода. Глубокие вертикальные системы на глубине 100–500 футов (30–152 м) полагаются на миграцию тепла из окружающей геологии, если только они не подпитываются ежегодно за счет солнечной подпитки земли или отвода тепла от систем кондиционирования воздуха.

Для них доступно несколько основных вариантов дизайна, которые классифицируются по плавности и компоновке. В системах с прямым обменом хладагент циркулирует под землей, в системах с замкнутым контуром используется смесь незамерзающей воды и воды, а в системах с открытым контуром используются природные грунтовые воды.

Прямой обмен (DX) [ править ]

Основная статья: Геотермальный тепловой насос с прямым обменом

Прямой обмен геотермальных тепловых насосов (DX) является самым старым типом геотермальной технологии теплового насоса. Связь с землей достигается за счет одиночного контура циркуляции хладагента, находящегося в прямом тепловом контакте с землей (в отличие от комбинации контура хладагента и водяного контура). хладагентапокидает шкаф теплового насоса, циркулирует по петле из медной трубы, проложенной под землей, и обменивается теплом с землей, прежде чем вернуться к насосу. Название «прямой обмен» относится к передаче тепла между контуром хладагента и землей без использования промежуточной жидкости. Прямого взаимодействия между жидкостью и землей нет; только передача тепла через стенку трубы. Тепловые насосы с прямым теплообменом не следует путать с «тепловыми насосами с водным источником» или «тепловыми насосами с водяным контуром», поскольку в контуре заземления нет воды. ASHRAE определяет термин «тепловой насос с заземлением» для обозначения систем с замкнутым контуром и с прямым обменом, исключая открытые контуры.

Геотермальная система прямого обмена

Системы прямого обмена более эффективны и потенциально имеют более низкие затраты на установку, чем системы водоснабжения с замкнутым контуром. Высокая теплопроводность меди способствует более высокому КПД системы, но тепловой поток преимущественно ограничивается теплопроводностью земли, а не трубы. Основными причинами более высокого КПД являются отказ от водяного насоса (который использует электричество), отказ от теплообменника вода-хладагент (который является источником тепловых потерь) и, что наиболее важно, фазовое изменение скрытой теплоты. хладагента в самой земле.

Однако в случае утечки практически отсутствует риск загрязнения земли или грунтовых вод. В отличие от геотермальных систем с водным источником, системы прямого обмена не содержат антифриза. Таким образом, в случае утечки хладагента хладагент, используемый в настоящее время в большинстве систем - R-410A - немедленно испарится и устремится в атмосферу. Это связано с низкой температурой кипения R-410A: –51 ° C (–60 ° F). Хладагент R-410A заменяет большие объемы смесей антифризов, используемых в геотермальных системах с водным источником, и не представляет угрозы для водоносных горизонтов или самой земли.

Хотя для них требуется больше хладагента, а их трубки дороже на фут, контур заземления с прямым обменом короче замкнутого водяного контура для данной мощности. Система прямой замены требует от 15 до 40% длины трубы и половины диаметра пробуренных отверстий, поэтому затраты на бурение или выемку грунта ниже. Контуры хладагента менее устойчивы к утечкам, чем водяные контуры, потому что газ может просачиваться через более мелкие дефекты. Это требует использования паяных медных трубок, даже если давления аналогичны водяным контурам. Медный контур необходимо защитить от коррозии в кислой почве с помощью расходуемого анода или другой катодной защиты .

Агентство по охране окружающей среды США провело полевой мониторинг системы водяного отопления с прямым геообменным тепловым насосом в коммерческом применении. Агентство по охране окружающей среды сообщило, что система сэкономила 75% электроэнергии, которая потребовалась бы водонагревателю с электрическим сопротивлением. Согласно EPA, если система эксплуатируется на полную мощность, она может избежать выброса до 7 100 фунтов CO 2 и 15 фунтов NO x ежегодно на тонну мощности компрессора (или 42 600 фунтов CO 2 и 90 фунтов .. NO x для типичной системы охлаждения 6 тонн (~ 21,5 кВт )). [19]

В северном климате, хотя температура земли ниже, температура воды на входе ниже, что позволяет высокоэффективным системам заменять больше энергии, которая в противном случае потребовалась бы для систем, работающих на электрическом или ископаемом топливе. Любой температуры выше -40 ° C (-40 ° F) достаточно для испарения хладагента, а система прямого обмена может собирать энергию через лед.

В очень жарком климате с сухой почвой добавление вспомогательного охлаждающего модуля в качестве второго конденсатора на линии между компрессором и контурами заземления повышает эффективность и может еще больше уменьшить количество устанавливаемых контуров заземления. [ необходима цитата ]

Замкнутый цикл [ править ]

Большинство установленных систем имеют два контура на стороне заземления: первичный контур хладагента находится в шкафу устройства, где он обменивается теплом с вторичным водяным контуром, который находится под землей. Вторичный контур обычно изготавливается из полиэтиленовой трубы высокой плотности и содержит смесь воды и антифриза ( пропиленгликоль , денатурированный спирт или метанол.). Монопропиленгликоль имеет наименьший разрушительный потенциал, когда он может просочиться в землю, и поэтому он является единственным разрешенным антифризом в наземных источниках во все большем числе европейских стран. После выхода из внутреннего теплообменника вода течет через вторичный контур за пределами здания, чтобы обмениваться теплом с землей перед возвращением. Вторичный контур помещают ниже линии замерзания, где температура более стабильна, или, если таковой имеется, желательно погружать в водоем. Системы во влажном грунте или в воде, как правило, более эффективны, чем более сухие контуры заземления, поскольку вода проводит и сохраняет тепло лучше, чем твердые частицы в песке или почве. Если земля естественная сухая, шланги для замачивания можно закопать вместе с контуром заземления, чтобы она оставалась влажной.

Установленный насосный агрегат для жидкости

В системах с замкнутым контуром требуется теплообменник между контуром хладагента и водяным контуром, а также насосы в обоих контурах. Некоторые производители имеют отдельный блок насоса для жидкости контура заземления, в то время как некоторые интегрируют насос и клапаны в тепловой насос. Расширительные баки и предохранительные клапаны могут быть установлены на стороне нагретой жидкости. Системы с замкнутым контуром имеют меньшую эффективность, чем системы с прямым обменом, поэтому для них требуется более длинная и большая труба, которая должна быть помещена в землю, что увеличивает затраты на земляные работы.

НКТ с замкнутым контуром могут быть установлены горизонтально в виде петли в траншеях или вертикально в виде ряда длинных U-образных профилей в колодцах (см. Ниже). Размер области контура зависит от типа почвы и содержания влаги, средней температуры грунта, а также от тепловых потерь и / или характеристик кондиционируемого здания. Грубым приближением начальной температуры почвы является среднесуточная температура для региона.

Вертикальный [ править ]

Бурение скважины для отопления жилых домов

Вертикальное поле замкнутого контура состоит из труб, которые проходят вертикально в земле. В земле просверливается яма, обычно глубиной от 50 до 400 футов (15–122 м), или в фундаментной свае здания, в которой циркулирующая теплоноситель поглощает (или отводит) тепло от (или к) земле. [20] [21] Пары труб в отверстии соединяются с помощью U-образного поперечного соединителя на дне отверстия или состоят из двух трубок из полиэтилена высокой плотности (HDPE) малого диаметра, термически сплавленных с образованием U-образного изгиба на дно. [22] Пространство между стенкой ствола скважины и U-образными трубами обычно полностью залито цементным материалом или, в некоторых случаях, частично заполнено грунтовыми водами. [23] скважинаобычно заполняется бентонитовым раствором, окружающим трубу, для обеспечения теплового соединения с окружающей почвой или скалой для улучшения теплопередачи . Для улучшения теплопередачи доступны термоусиленные растворы. Раствор также защищает грунтовые воды от загрязнения и предотвращает затопление территории артезианскими скважинами . Поля вертикальной петли обычно используются, когда имеется ограниченная площадь доступной земли. Расстояние между скважинами составляет не менее 5–6 м, а глубина зависит от грунта и характеристик здания. Например, для частного дома, которому требуется 10 кВт (3 тонны ) тепловой мощности, может потребоваться три скважины глубиной от 80 до 110 м (от 260 до 360 футов). [24]Во время сезона похолодания на локальное повышение температуры в поле скважины больше всего влияет перемещение влаги в почве. Надежные модели теплопередачи были разработаны посредством отверстий для образцов, а также других испытаний. В фундаментной свае GHE (или энергетической свае) трубы теплопередачи находятся внутри стального каркаса фундаментной сваи. Возможны разные формы. Фундаментные сваи обычно намного мельче скважин и имеют больший радиус. Поскольку энергетические сваи обычно требуют меньшей площади земли, эта технология вызывает растущий интерес в сообществе наземных тепловых насосов.

По горизонтали [ править ]

Трехтонная обтягивающая петля перед засыпанием землей. Три гибких контура проходят горизонтально, при этом три прямые линии возвращают конец гибкого змеевика к тепловому насосу.

Горизонтальное поле замкнутого контура состоит из труб, которые проходят горизонтально в земле. Выкапывается длинная горизонтальная траншея , глубже линии промерзания , и внутри той же траншеи горизонтально размещаются U-образные или обтягивающие катушки. Выемка грунта для мелких полей с горизонтальной петлей обходится примерно в половину стоимости вертикального бурения, поэтому это наиболее распространенная схема, используемая там, где есть подходящая земля. Для иллюстрации, отдельно стоящему дому, которому требуется 10 кВт (3 тонны ) тепловой мощности, может потребоваться три контура длиной от 120 до 180 м (от 390 до 590 футов) из полиэтиленовых трубок NPS 3/4 (DN 20) или NPS 1,25 (DN 32) при глубина от 1 до 2 м (от 3,3 до 6,6 футов). [25]

Глубина, на которой расположены петли, существенно влияет на потребление энергии тепловым насосом двумя противоположными способами: мелкие петли имеют тенденцию косвенно поглощать больше тепла от солнца, что полезно, особенно когда земля все еще остается холодной после долгой зимы. С другой стороны, неглубокие контуры намного легче охлаждаются из-за погодных изменений, особенно во время долгих холодных зим, когда потребности в отоплении достигают пика. Часто второй эффект намного сильнее первого, что приводит к более высоким эксплуатационным расходам для более мелких контуров заземления. Эту проблему можно уменьшить, увеличив как глубину, так и длину трубопровода, тем самым значительно увеличив затраты на установку. Однако такие расходы могут быть сочтены целесообразными, поскольку они могут привести к снижению эксплуатационных расходов.Недавние исследования показывают, что использование неоднородного профиля почвы со слоем материала с низкой проводимостью над грунтовыми трубами может помочь смягчить неблагоприятное воздействие небольшой глубины заглубления труб. Промежуточное одеяло с более низкой проводимостью, чем окружающий профиль почвы, продемонстрировало потенциал увеличения скорости извлечения энергии из земли до 17% для холодного климата и около 5–6% для относительно умеренного климата.[26]

Обтягивающее (также называемое спиральным) поле замкнутого цикла - это тип горизонтального замкнутого контура, в котором трубы перекрывают друг друга (не рекомендуемый метод). Самый простой способ Изображая обтяжку поле можно представить себе проведение обтяжкусверху и снизу руками, а затем двигайте руками в противоположных направлениях. Поле с узкой петлей используется, если для настоящей горизонтальной системы недостаточно места, но оно все же позволяет легко установить. Вместо того, чтобы использовать прямую трубу, в обтяжных змеевиках используются перекрывающиеся петли труб, проложенные горизонтально по дну широкой траншеи. В зависимости от почвы, климата и продолжительности пробега теплового насоса траншеи для гибких змеевиков могут быть на две трети короче традиционных траншей с горизонтальными петлями. Контуры заземления с тонкой катушкой по сути являются более экономичной и компактной версией горизонтального контура заземления. [27]

Радиальное или направленное бурение [ править ]

В качестве альтернативы рытью траншей петли можно прокладывать методом мини- горизонтально-направленного бурения (мини-ГНБ). Этот метод позволяет прокладывать трубопроводы под дворами, проездами, садами или другими строениями, не нарушая их, с затратами между рытьем траншей и вертикальным бурением. Эта система также отличается от горизонтального и вертикального бурения, поскольку петли устанавливаются из одной центральной камеры, что дополнительно уменьшает необходимое пространство на земле. Радиальное бурение часто устанавливается задним числом (после того, как объект был построен) из-за небольшого размера используемого оборудования и возможности бурения под существующими конструкциями.

Пруд [ править ]

12-тонная петельная система пруда опускается на дно пруда

Замкнутый контур пруда встречается нечасто, потому что он зависит от близости к водоему, где система с открытым контуром обычно предпочтительнее. Контур пруда может быть предпочтительным там, где низкое качество воды не позволяет создать открытый контур или где тепловая нагрузка системы мала. Петля для пруда состоит из бухт трубы, похожей на обтягивающую петлю, прикрепленную к раме и расположенную на дне пруда или источника воды соответствующего размера. Искусственные водоемы (стоимостью 30 евро / м 3 ) используются в качестве аккумуляторов тепла (с эффективностью до 90%) в некоторых центральных солнечных отопительных установках, которые позже извлекают тепло (аналогично наземным накопителям) через большой тепловой насос для обеспечения централизованного теплоснабжения . [28] [29]

Анализ теплопередачи GHEs [ править ]

Огромная проблема при прогнозировании теплового отклика GHE заключается в разнообразии вовлеченных временных и пространственных масштабов. Четыре пространственных масштаба и восемь временных масштабов участвуют в теплопередаче GHE. Первым пространственным масштабом, имеющим практическое значение, является диаметр ствола скважины (~ 0,1 м), а соответствующее время составляет порядка 1 часа, в течение которого влияние теплоемкости материала обратной засыпки является значительным. Второе важное пространственное измерение - это половина расстояния между двумя соседними скважинами, которая составляет порядка нескольких метров. Соответствующее время составляет порядка месяца, в течение которого важно тепловое взаимодействие между соседними скважинами. Наибольший пространственный масштаб может составлять десятки метров и более, например, половина длины скважины и горизонтальный масштаб скопления GHE.Используемый временной масштаб равен времени жизни GHE (десятилетия).[30]

Кратковременная почасовая температурная реакция грунта жизненно важна для анализа энергии систем тепловых насосов, работающих на земле, и для их оптимального управления и работы. Напротив, долгосрочное реагирование определяет общую осуществимость системы с точки зрения жизненного цикла. Обращение ко всему спектру временных масштабов требует огромных вычислительных ресурсов.

Основные вопросы, которые инженеры могут задать на ранних этапах проектирования GHE: (а) какова скорость теплопередачи GHE как функция времени, учитывая конкретную разницу температур между циркулирующей жидкостью и землей, и (b ) какова разница температур как функция времени при требуемой скорости теплообмена. На языке теплопередачи эти два вопроса, вероятно, можно выразить как

где T f - средняя температура циркулирующей жидкости, T 0 - эффективная, невозмущенная температура грунта, q l - скорость теплопередачи GHE в единицу времени на единицу длины (Вт / м), а R - общее тепловое сопротивление (м . К / Вт). R ( t ) часто является неизвестной переменной, которую необходимо определить с помощью анализа теплопередачи. Несмотря на то, что R ( t ) является функцией времени, аналитические модели исключительно разлагают его на независимую от времени часть и зависящую от времени часть для упрощения анализа.

Различные модели для независимого от времени и зависящего от времени R можно найти в справочной литературе. [20] [21] Кроме того, часто выполняется тест теплового отклика для детерминированного анализа теплопроводности грунта с целью оптимизации размера кольцевого поля, особенно для крупных коммерческих площадок (например, более 10 скважин).

Открытый цикл [ править ]

В системе с открытым контуром (также называемой тепловым насосом грунтовых вод) вторичный контур перекачивает природную воду из колодца или водоема в теплообменник внутри теплового насоса. ASHRAE называет системы с открытым контуром тепловыми насосами грунтовой воды или тепловыми насосами поверхностной воды , в зависимости от источника. Тепло извлекается или добавляется первичным контуром хладагента, а вода возвращается в отдельную нагнетательную скважину , оросительную траншею , плиточное поле или водоем. Линии подачи и возврата должны быть расположены достаточно далеко друг от друга, чтобы обеспечить тепловую перезарядку источника. Поскольку химический состав воды не контролируется, возможно, потребуется защитить прибор от коррозии, используя различные металлы в теплообменнике и насосе.Накипь со временем может загрязнять систему и требует периодической очистки кислотой. Это гораздо большая проблема для систем охлаждения, чем для систем отопления. [31] Кроме того, поскольку загрязнение снижает поток природной воды, тепловому насосу становится трудно обмениваться теплом здания с грунтовыми водами. Если вода содержит большое количество соли, минералов, железобактерий или сероводорода, обычно предпочтительнее использовать систему с замкнутым контуром.

Для охлаждения глубокой воды в озере используется аналогичный процесс с открытым контуром для кондиционирования и охлаждения. Системы с открытым контуром, использующие грунтовые воды, обычно более эффективны, чем закрытые системы, потому что они лучше связаны с температурой грунта. Для сравнения, системы с замкнутым контуром должны передавать тепло через дополнительные слои стенки трубы и грязь.

Во все большем числе юрисдикций запрещены системы разомкнутого цикла, дренирующие воду на поверхность, поскольку они могут осушать водоносные горизонты или загрязнять скважины. Это вынуждает использовать более экологически безопасные нагнетательные скважины или замкнутую систему.

Стоячая колонна хорошо [ править ]

Система стоячих колонн - это специализированный тип разомкнутой системы. Вода забирается со дна глубокого каменного колодца, проходит через тепловой насос и возвращается в верхнюю часть колодца, где, двигаясь вниз, обменивается теплом с окружающей коренной породой. [32] Выбор системы скважин со стоячими колоннами часто диктуется при наличии приповерхностной коренной породы и ограниченной площади поверхности. Стоячая колонна обычно не подходит для мест, где геология состоит в основном из глины, ила или песка. Если коренная порода находится на глубине более 200 футов (61 м) от поверхности, стоимость обсадной трубы для герметизации перекрывающих пород может стать непомерно высокой.

Система колодцев с несколькими стоячими колоннами может поддерживать большую конструкцию в городской или сельской местности. Метод стоячей колонны также популярен в жилых и небольших коммерческих помещениях. Существует множество успешных применений различных размеров и количества колодцев во многих районах Нью-Йорка, и это также наиболее распространенное применение в штатах Новой Англии. Этот тип грунтовой системы обладает некоторыми преимуществами аккумулирования тепла, когда тепло отводится из здания, а температура колодца повышается в разумные сроки в течение летних месяцев охлаждения, которые затем могут использоваться для обогрева в зимние месяцы, тем самым увеличивая КПД системы теплового насоса. Как и в случае систем с замкнутым контуром, определение размеров системы стоячих колонн имеет решающее значение с точки зрения теплопотерь и усиления существующего здания.Поскольку теплообмен фактически происходит с коренной породой, с использованием воды в качестве теплоносителя, для работы системы стоячих колонн не требуется большой объем добычи (поток воды из скважины). Однако, если имеется достаточный дебит воды, то тепловая мощность системы скважин может быть увеличена за счет сброса небольшого процента потока системы в пиковые летние и зимние месяцы.

Поскольку это, по сути, система перекачки воды, при проектировании скважины со стоячими колоннами необходимо учитывать критические соображения для достижения максимальной эффективности работы. Если конструкция скважины со стоячей колонной будет неправильно применена, например, без учета критических запорных клапанов, результатом может быть крайняя потеря эффективности и, как следствие, более высокие эксплуатационные расходы, чем предполагалось.

Распределение зданий [ править ]

Тепловой насос типа жидкость-воздух

Тепловой насос - это центральный блок, который становится системой отопления и охлаждения здания. Некоторые модели могут охватывать отопление помещения, охлаждение помещения (обогрев помещения с помощью кондиционированного воздуха, гидравлических систем и / или систем лучистого отопления ), подогрев воды для бытового потребления или воды в бассейне (с помощью функции пароохладителя ), потребность в горячей воде и таяние льда на проезжей части - все в одном устройство с множеством опций в отношении управления, ступенчатого и зонального управления. Тепло может быть передано до его конечного использования за счет циркуляции воды или нагнетаемого воздуха. Практически все типы тепловых насосов производятся для коммерческого и бытового применения.

Тепловые насосы типа " жидкость-воздух" (также называемые " вода-воздух" ) выдают нагнетаемый воздух и чаще всего используются для замены устаревших печей с принудительной подачей воздуха и центральных систем кондиционирования воздуха. Существуют варианты, которые позволяют использовать сплит-системы, высокоскоростные системы и бесканальные системы. Тепловые насосы не могут достичь такой высокой температуры жидкости, как обычная печь, поэтому для компенсации им требуется более высокий объемный расход воздуха. При модернизации жилого помещения, возможно, придется увеличить существующий воздуховод, чтобы уменьшить шум от более высокого воздушного потока.

Тепловой насос жидкость-вода

Тепловые насосы типа " жидкость-вода" (также называемые " вода-вода" ) - это гидравлические системы, в которых вода используется для обогрева или охлаждения здания. Такие системы, как теплые полы с подогревом , радиаторы плинтуса , обычные чугунные радиаторыбудет использовать тепловой насос жидкость-вода. Эти тепловые насосы предпочтительны для подогрева бассейна или предварительного нагрева воды для бытового потребления. Тепловые насосы могут эффективно нагревать воду только до 50 ° C (122 ° F), тогда как котел обычно достигает 65–95 ° C (149–203 ° F). Устаревшие радиаторы, предназначенные для этих более высоких температур, возможно, придется увеличить вдвое при модернизации дома. Резервуар с горячей водой по-прежнему будет необходим для повышения температуры воды выше максимальной температуры теплового насоса, но предварительный нагрев сэкономит 25–50% затрат на горячую воду.

Тепловые насосы с грунтовым источником особенно хорошо подходят для систем обогрева полов и радиаторов плинтуса, которым для нормальной работы требуется только теплая температура 40 ° C (104 ° F). Таким образом, они идеально подходят для офисов открытой планировки. Использование больших поверхностей, таких как полы, в отличие от радиаторов, распределяет тепло более равномерно и позволяет снизить температуру воды. Деревянные или ковровые покрытия смягчают этот эффект, поскольку эффективность теплопередачи этих материалов ниже, чем у кирпичных полов (плитка, бетон). Подпольные трубопроводы, потолочные или настенные радиаторы также могут использоваться для охлаждения в сухом климате, хотя температура циркулирующей воды должна быть выше точки росы, чтобы атмосферная влажность не конденсировалась на радиаторе.

Доступны комбинированные тепловые насосы, которые могут производить принудительный воздух и циркуляцию воды одновременно и по отдельности. Эти системы в основном используются в домах, где требуется сочетание кондиционирования воздуха и жидкости, например, центральное кондиционирование воздуха и обогрев бассейна.

Сезонное хранение тепла [ править ]

Тепловой насос в сочетании с накопителем тепла и холода
Основная статья: Сезонное хранение тепловой энергии

Эффективность геотермальных тепловых насосов можно значительно повысить за счет использования сезонного накопления тепловой энергии и межсезонной передачи тепла. [33] Тепло, улавливаемое и сохраняемое в термальных банках летом, может быть эффективно извлечено зимой. Эффективность аккумулирования тепла увеличивается с увеличением масштаба, поэтому это преимущество наиболее существенно в коммерческих или централизованных системах отопления .

Комбисистемы Geosolar использовались для обогрева и охлаждения теплицы с использованием водоносного горизонта для хранения тепла. [29] [34] Летом теплицу охлаждают холодной грунтовой водой. Это нагревает воду в водоносном горизонте, которая может стать источником тепла для обогрева зимой. [34] [35] Комбинацию аккумулирования холода и тепла с тепловыми насосами можно комбинировать с регулированием воды / влажности. Эти принципы используются для обеспечения возобновляемым теплом и возобновляемым охлаждением [36] для всех типов зданий.

Кроме того, эффективность существующих небольших тепловых насосов можно повысить, добавив большие, дешевые солнечные коллекторы, заполненные водой. Они могут быть встроены в ремонтируемую автостоянку или в стены или конструкции крыши путем установки однодюймовых полиэтиленовых труб во внешний слой.

Тепловая эффективность [ править ]

Основная статья: Тепловая эффективность

Чистая тепловая эффективность теплового насоса должна учитывать эффективность производства и передачи электроэнергии, обычно около 30%. [13] Поскольку тепловой насос перемещает в три-пять раз больше тепловой энергии, чем потребляемая им электрическая энергия, общая выходная энергия намного больше, чем входная электрическая. Это приводит к чистому тепловому КПД более 300% по сравнению со 100% эффективностью лучистого электрического тепла. Традиционные печи сжигания и электрические нагреватели никогда не могут превышать 100% эффективности.

Геотермальные тепловые насосы могут снизить потребление энергии - и соответствующие выбросы загрязняющих веществ - до 44% по сравнению с тепловыми насосами, использующими воздух, и до 72% по сравнению с электрическим нагревом сопротивлением со стандартным оборудованием для кондиционирования воздуха. [37]

Зависимость чистого теплового КПД от инфраструктуры электроснабжения, как правило, является ненужным осложнением для потребителей и неприменима к гидроэнергетике, поэтому производительность тепловых насосов обычно выражается как отношение тепловой мощности или отвода тепла к подводимой электроэнергии. Эффективность охлаждения обычно выражается в единицах БТЕ / час / ватт как коэффициент энергоэффективности (EER), в то время как мощность нагрева обычно сводится к безразмерным единицам как коэффициент производительности.(КС). Коэффициент преобразования составляет 3,41 БТЕ / ч / ватт. На производительность влияют все компоненты установленной системы, включая почвенные условия, заземленный теплообменник, устройство с тепловым насосом и распределение в здании, но в значительной степени определяется «подъемом» между температурой на входе и температурой на выходе. .

Для сравнения тепловых насосов друг с другом, независимо от других компонентов системы, Американским институтом хладагентов (ARI), а недавно и Международной организацией по стандартизации было установлено несколько стандартных условий испытаний.. Стандартные характеристики ARI 330 предназначены для замкнутых тепловых насосов с заземлением и предполагают температуру воды во вторичном контуре 25 ° C (77 ° F) для кондиционирования воздуха и 0 ° C (32 ° F) для отопления. Эти температуры типичны для установок на севере США. Стандартные рейтинги ARI 325 были предназначены для тепловых насосов с открытым контуром и заземлением и включают два набора рейтингов для температур грунтовых вод: 10 ° C (50 ° F) и 21 ° C (70 ° F). ARI 325 выделяет больше электроэнергии на перекачку воды, чем ARI 330. Ни один из этих стандартов не пытается учесть сезонные колебания. Стандартные характеристики ARI 870 предназначены для теплонасосов с прямым обменом на грунт. ASHRAEперешел на ISO 13256-1 в 2001 году, который заменяет ARI 320, 325 и 330. Новый стандарт ISO дает несколько более высокие рейтинги, поскольку он больше не требует электричества для водяных насосов. [1]

Эффективные компрессоры, компрессоры с регулируемой скоростью и более крупные теплообменники способствуют повышению эффективности теплового насоса. Тепловые насосы для бытовых наземных источников, представленные сегодня на рынке, имеют стандартные значения COP от 2,4 до 5,0 и EER от 10,6 до 30. [1] [38] Чтобы получить сертификат Energy Star , тепловые насосы должны соответствовать определенным минимальным рейтингам COP и EER, которые зависят от типа грунтового теплообменника. Для систем с замкнутым контуром КПД нагрева по ISO 13256-1 должен быть 3,3 или больше, а EER охлаждения должен быть 14,1 или больше. [39]

Фактические условия установки могут дать лучшую или худшую эффективность, чем стандартные условия испытаний. COP улучшается при более низкой разнице температур на входе и выходе теплового насоса, поэтому важна стабильность температуры почвы. Если размер поля контура или водяного насоса меньше размера, добавление или отвод тепла может привести к выходу температуры грунта за пределы стандартных условий испытания, что приведет к снижению производительности. Точно так же вентилятор меньшего размера может привести к перегреву змеевика и ухудшению рабочих характеристик.

В почве без искусственного добавления или отвода тепла на глубине несколько метров и более сохраняется относительно постоянная температура круглый год. Эта температура примерно соответствует средней годовой температуре воздуха в выбранном месте, обычно 7–12 ° C (45–54 ° F) на глубине 6 метров (20 футов) на севере США. Поскольку эта температура остается более постоянной, чем температура воздуха в течение всего сезона, геотермальные тепловые насосы работают с гораздо большей эффективностью при экстремальных температурах воздуха, чем кондиционеры и воздушные тепловые насосы.

Стандарты ARI 210 и 240 определяют сезонный коэффициент энергоэффективности (SEER) и сезонные коэффициенты эффективности отопления (HSPF), чтобы учесть влияние сезонных колебаний на тепловые насосы с воздушным источником. Эти числа обычно неприменимы, и их не следует сравнивать с номинальными характеристиками теплового насоса, работающего на земле. Тем не менее, Natural Resources Canada адаптировала этот подход для расчета типичных сезонно скорректированных HSPF для грунтовых тепловых насосов в Канаде. [24]Значения NRC HSPF варьировались от 8,7 до 12,8 БТЕ / час / ватт (от 2,6 до 3,8 в безразмерных факторах, или от 255% до 375% средней сезонной эффективности использования электроэнергии) для наиболее густонаселенных регионов Канады. В сочетании с тепловым КПД электричества это соответствует чистому среднему тепловому КПД от 100% до 150%.

Воздействие на окружающую среду [ править ]

Агентство по охране окружающей среды США (EPA) назвало наземные тепловые насосы наиболее энергоэффективными, экологически чистыми и экономичными системами кондиционирования помещений. [40] Тепловые насосы обладают значительным потенциалом сокращения выбросов, особенно там, где они используются как для отопления, так и для охлаждения и где электроэнергия производится из возобновляемых источников.

GSHP обладают непревзойденной тепловой эффективностью и производят нулевые выбросы на местном уровне, но их электроснабжение включает компоненты с высокими выбросами парниковых газов, если только владелец не выбрал 100% возобновляемые источники энергии . Поэтому их воздействие на окружающую среду зависит от характеристик электроснабжения и имеющихся альтернатив.

Ежегодная экономия парниковых газов (ПГ) от использования геотермального теплового насоса вместо высокоэффективной печи в отдельно стоящем жилом доме (при условии отсутствия конкретных поставок возобновляемой энергии)
СтранаЭлектричество Интенсивность выбросов CO 2
Экономия парниковых газов относительно
натуральный газтопочный мазутэлектрическое отопление
Канада223 тонны / ГВтч [41] [42] [43]2,7 т / год5,3 т / год3,4 т / год
Россия351 тонна / ГВтч [41] [42]1,8 т / год4,4 т / год5,4 т / год
нас676 тонн / ГВтч [42]−0,5 т / год2,2 т / год10,3 т / год
Китай839 тонн / ГВтч [41] [42]−1,6 т / год1,0 т / год12,8 т / год

Сокращение выбросов парниковых газов от теплового насоса по сравнению с обычной печью можно рассчитать по следующей формуле: [7]

  • HL = сезонная тепловая нагрузка ≈ 80 ГДж / год для современного особняка на севере США.
  • FI = интенсивность выбросов топлива = 50 кг (CO 2 ) / ГДж для природного газа, 73 для мазута, 0 для 100% возобновляемых источников энергии, таких как ветер, гидро-, фотоэлектрические или солнечные тепловые.
  • AFUE = КПД печи ≈ 95% для современной конденсационной печи
  • COP = КПД теплового насоса ≈ 3,2 с учетом сезонных колебаний для теплового насоса северной части США.
  • EI = интенсивность выбросов электроэнергии ≈ 200–800 тонн (CO 2 ) / ГВтч, в зависимости от региона

Наземные тепловые насосы всегда производят меньше парниковых газов, чем кондиционеры, масляные печи и электрическое отопление, но печи, работающие на природном газе, могут быть конкурентоспособными в зависимости от интенсивности выбросов парниковых газов в местной электросети. В таких странах, как Канада и Россия, с инфраструктурой электричества с низким уровнем выбросов, бытовой тепловой насос может сэкономить 5 тонн углекислого газа в год по сравнению с масляной печью, или примерно столько же, сколько убрать с дороги средний легковой автомобиль. Но в таких городах, как Пекин или Питтсбург, которые сильно зависят от угля для производства электроэнергии, тепловой насос может привести к выбросу углекислого газа на 1-2 тонны больше, чем печь на природном газе. Однако для районов, не обслуживаемых инфраструктурой коммунального природного газа, лучшей альтернативы не существует.

Жидкости, используемые в замкнутых контурах, могут быть биоразлагаемыми и нетоксичными, но хладагентом, используемым в шкафу теплового насоса и в контурах прямого обмена, до недавнего времени был хлордифторметан , который является озоноразрушающим веществом. [1] Несмотря на то, что они безвредны, когда они содержатся, утечки и неправильная утилизация по окончании срока службы способствуют увеличению озоновой дыры . Для нового строительства этот хладагент постепенно заменяется безопасным для озона, но сильным парниковым газом R410A . EcoCute водонагреватель представляет собой тепловой насос с воздушным источником , который использует углекислый газ в качестве его рабочего текучей среды вместо хлорфторуглеродов . [ цитата необходима] Системы с разомкнутым контуром (то есть те, которые используют грунтовые воды в отличие от систем с замкнутым контуром, использующих скважинный теплообменник) необходимо уравновесить путем повторного закачки отработанной воды. Это предотвращает истощение водоносного горизонта и загрязнение почвы или поверхностных вод рассолом или другими соединениями из-под земли. [ необходима цитата ]

Перед бурением необходимо понять подземную геологию, и бурильщики должны быть подготовлены к герметизации ствола скважины, включая предотвращение проникновения воды между пластами. Прискорбным примером является проект геотермального отопления в Штауфен-им-Брайсгау , Германия, который, по-видимому, стал причиной значительного ущерба историческим зданиям там. В 2008 году сообщалось, что центр города поднялся на 12 см [44] после первоначального опускания на несколько миллиметров. [45] Бурение проходило через водоносный горизонт с естественным давлением, и через скважину эта вода попадала в слой ангидрита, который расширяется во влажном состоянии, образуя гипс. Набухание прекратится, когда ангидрит полностью прореагирует, и реконструкция центра города «нецелесообразна, пока не прекратится поднятие». К 2010 году герметизация скважины не была завершена. [46] [47] [48] К 2010 году некоторые районы города поднялись на 30 см. [49]

Технология наземного теплового насоса, как и ориентация здания, является естественной строительной техникой ( биоклиматическим зданием ).

Экономика [ править ]

Геотермальные тепловые насосы характеризуются высокими капитальными затратами и низкими эксплуатационными расходами по сравнению с другими системами отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха . Их общая экономическая выгода зависит в первую очередь от относительных затрат на электроэнергию и топливо, которые сильно меняются во времени и по всему миру. Судя по последним ценам, геотермальные тепловые насосы в настоящее время имеют более низкие эксплуатационные расходы, чем любые другие традиционные источники тепла почти во всем мире. Природный газ - единственное топливо с конкурентоспособными эксплуатационными затратами, и только в нескольких странах, где он исключительно дешев или где электричество чрезвычайно дорого. [7] В целом домовладелец может сэкономить от 20% до 60% в год на коммунальных услугах, переключившись с обычной системы на систему с наземным источником. [50][51]

До недавнего времени капитальные затраты и срок службы системы изучались гораздо реже, а окупаемость инвестиций сильно варьируется. Самые последние данные анализа стимулирующих выплат за 2011–2012 гг. В штате Мэриленд показали, что средняя стоимость бытовых систем составляет 1,90 долл. США за ватт, или около 26 700 долл. США для типичной домашней системы (4 тонны / 14 кВт). [52] Более раннее исследование показало, что общая стоимость установки системы с тепловой мощностью 10 кВт (3 тонны) для отдельного сельского дома в США в среднем составляла 8000–9000 долларов в долларах США 1995 года. [53] Более поздние исследования показали, что средняя стоимость системы такого же размера в 2008 году составила 14 000 долларов США. [54] [55] Министерство энергетики США оценивает цену в 7500 долларов на своем веб-сайте, последнее обновление было сделано в 2008 году.[56] Один источник в Канаде назвал цены в диапазоне от 30 000 до 34 000 канадских долларов. [57]Быстрый рост цен на систему сопровождался быстрым повышением эффективности и надежности. Известно, что капитальные затраты увеличиваются за счет экономии на масштабе, особенно для систем с открытым контуром, поэтому они более рентабельны для больших коммерческих зданий и более сурового климата. Первоначальная стоимость может быть в два-пять раз выше, чем у обычной системы отопления в большинстве жилых домов, новых или существующих. При модернизации стоимость установки зависит от размера жилой площади, возраста дома, характеристик изоляции, геологии местности и местоположения собственности. Правильная конструкция системы воздуховодов и механический воздухообмен должны учитываться при первоначальной стоимости системы.

Срок окупаемости установки геотермального теплового насоса в особняке
СтранаСрок окупаемости замены
натуральный газтопочный мазутэлектрическое отопление
Канада13 лет3 года6 лет
нас12 лет5 лет4 года
Германияпотеря сети8 лет2 года

Примечания:

  • Сильно варьируется в зависимости от цен на энергоносители.
  • Государственные субсидии не включены.
  • Различия климата не оцениваются.

Капитальные затраты могут быть компенсированы за счет государственных субсидий; например, Онтарио предложил 7000 долларов за бытовые системы, установленные в 2009 финансовом году. Некоторые электрические компании предлагают специальные тарифы для клиентов, которые устанавливают геотермальный тепловой насос для отопления или охлаждения своего здания. [58]Там, где электрические станции имеют большие нагрузки в летние месяцы и простаивают зимой, это увеличивает продажи электроэнергии в зимние месяцы. Тепловые насосы также снижают пиковую нагрузку летом из-за повышения эффективности тепловых насосов, что позволяет избежать дорогостоящего строительства новых электростанций. По тем же причинам другие коммунальные компании начали оплачивать установку геотермальных тепловых насосов в домах потребителей. Они сдают системы своим клиентам за ежемесячную плату, что дает покупателю общую чистую экономию.

Срок службы системы больше, чем у обычных систем отопления и охлаждения. Хорошие данные о сроке службы систем еще не доступны, потому что технология слишком недавняя, но многие ранние системы все еще работают сегодня после 25–30 лет с регулярным обслуживанием. Гарантия на большинство кольцевых полей составляет от 25 до 50 лет, и предполагается, что срок ее службы составляет не менее 50–200 лет. [50] [59] Земельные тепловые насосы используют электричество для отопления дома. Более высокие инвестиции по сравнению с обычными масляными, пропановыми или электрическими системами могут окупиться за счет экономии энергии через 2–10 лет для жилых систем в США. [12] [51] [59]По сравнению с системами, работающими на природном газе, срок окупаемости может быть намного дольше или вообще отсутствовать. Срок окупаемости более крупных коммерческих систем в США составляет 1–5 лет, даже по сравнению с природным газом. [51] Кроме того, поскольку геотермальные тепловые насосы обычно не имеют наружных компрессоров или градирен, риск вандализма снижается или устраняется, что потенциально увеличивает срок службы системы. [60]

Земельные тепловые насосы признаны одной из самых эффективных систем отопления и охлаждения на рынке. Они часто являются вторым по рентабельности решением в экстремальных климатических условиях (после когенерации ), несмотря на снижение теплового КПД из-за температуры грунта. (Подземный источник более теплый в климате, который требует сильного кондиционирования воздуха, и более прохладный в климате, который требует сильного отопления.) Финансовая жизнеспособность этих систем зависит от надлежащего размера грунтовых теплообменников (GHE), которые обычно вносят наибольший вклад в общие капитальные затраты на системы GSHP. [61]

Затраты на обслуживание коммерческих систем в США исторически составляли от 0,11 до 0,22 доллара США за м 2 в год в долларах 1996 года, что намного меньше, чем в среднем 0,54 доллара США за м 2 в год для обычных систем HVAC. [15]

Правительства, продвигающие возобновляемые источники энергии, скорее всего, предложат стимулы для потребительских (жилых) или промышленных рынков. Например, в США льготы предлагаются как на уровне штата, так и на федеральном уровне. [62] В Соединенном Королевстве программа поощрения за возобновляемое тепло обеспечивает финансовый стимул для производства возобновляемого тепла на основе показаний счетчиков на ежегодной основе в течение 20 лет для коммерческих зданий. Внутренняя программа стимулирования использования возобновляемых источников тепла должна быть введена весной 2014 года [63] на семь лет и будет основана на условном тепле.

Установка [ править ]

Из-за технических знаний и оборудования, необходимых для правильного проектирования и определения размеров системы (и установки трубопроводов, если требуется плавление тепла), установка системы GSHP требует услуг профессионала. Некоторые установщики опубликовали в онлайн-сообществе недавние установки в жилых помещениях обзоры производительности системы в реальном времени. International Pump Association Ground Источник тепло ( IGSHPA ), [64] Геотермальные организации Exchange (GEO), [65] канадская GeoExchange коалиция и Геотермальная тепловой насос ассоциация поддерживать списки квалифицированных монтажников в США, Канаде и Великобритании. [66]Более того, подробный анализ теплопроводности грунта для горизонтальных систем и теплопроводности пласта для вертикальных систем обычно приводит к более точно спроектированным системам с более высокой эффективностью. [67]

См. Также [ править ]

  • Абсорбционный тепловой насос
  • Теплообменник с заземлением
  • Холодное центральное отопление
  • Солнечное тепловое охлаждение
  • Термосифон
  • Возобновляемое тепло
  • Международная ассоциация наземных тепловых насосов
  • Глоссарий геотермального отопления и охлаждения
  • Единый механический код
  • Спиральные грунтовые теплообменники для тепловых насосов

Ссылки [ править ]

  1. ^ a b c d Рафферти, Кевин (апрель 1997 г.). «Информационный комплект для выживания предполагаемого владельца геотермального теплового насоса в жилых помещениях» (PDF) . Ежеквартальный вестник Гео-Теплового центра . 18 (2). Клмат-Фолс, Орегон: Технологический институт Орегона. С. 1–11. ISSN  0276-1084 . Архивировано из оригинального (PDF) 17 февраля 2012 года . Проверено 21 марта 2009 .В феврале 2001 г. автор опубликовал обновленную версию этой статьи.
  2. ^ «Средняя годовая температура воздуха - MATT - Температура земли - Возобновляемые источники энергии - Межсезонная передача тепла - Солнечные тепловые коллекторы - Тепловые насосы наземного источника - Возобновляемое охлаждение» . www.icax.co.uk . Проверено 19 марта 2018 .
  3. ^ «Средняя годовая температура воздуха - МАТОВЫЙ» . www.icax.co.uk .
  4. ^ «Температура земли как функция местоположения, сезона и глубины» . builditsolar.com .
  5. ^ «Измерение и значение температуры подземных вод - Национальная ассоциация подземных вод» . Национальная ассоциация подземных вод. 23 августа 2015.
  6. ^ "Программа геотермальных технологий: геотермальные основы" . Министерство энергетики США. Архивировано из оригинала на 2008-10-04 . Проверено 30 марта 2011 .
  7. ^ a b c Ханова, Дж; Dowlatabadi, H (9 ноября 2007 г.). «Стратегическое сокращение выбросов парниковых газов за счет использования технологии тепловых насосов из грунтовых источников» (PDF) . Письма об экологических исследованиях . 2 . Великобритания: Издательство IOP. С. 044001 8 стр. Bibcode : 2007ERL ..... 2d4001H . DOI : 10.1088 / 1748-9326 / 2/4/044001 . ISSN 1748-9326 . Проверено 22 марта 2009 .  
  8. ^ Томислав Kurevija, Domagoj Vulin, Vedrana Крапец. « Влияние невозмущенной температуры грунта и геотермического градиента на определение размеров скважинных теплообменников » стр. 1262 Факультет горного дела, геологии и нефтяной инженерии, Университет Загреба , май 2011 г. Доступ: октябрь 2013 г.
  9. ^ «Энергосберегающие: геотермальные тепловые насосы» . Energysavers.gov. Архивировано из оригинала на 2011-01-01 . Проверено 30 марта 2011 .
  10. ^ "Программа геотермальных технологий: Тепловые насосы с тепловым источником энергии для школ штата Теннесси" . Apps1.eere.energy.gov. 2010-03-29. Архивировано из оригинала на 2010-05-28 . Проверено 30 марта 2011 .
  11. ^ "КОЛОРАДО ОБЩЕСТВО ВОЗОБНОВЛЯЕМОЙ ЭНЕРГИИ - Геотермальная энергия" . Cres-energy.org. 2001-10-25. Архивировано из оригинала на 2011-07-16 . Проверено 30 марта 2011 .
  12. ^ a b «Энергосберегающие: геотермальные тепловые насосы» . Apps1.eere.energy.gov. 2009-02-24 . Проверено 8 июня 2009 .
  13. ^ a b c d Lund, J .; Sanner, B .; Рыбач, Л .; Curtis, R .; Хеллстрем, Г. (сентябрь 2004 г.). «Геотермальные (наземные) тепловые насосы, мировой обзор» (PDF) . Ежеквартальный вестник Гео-Теплового центра . 25 (3). Клмат-Фолс, Орегон: Технологический институт Орегона. С. 1–10. ISSN 0276-1084 . Проверено 21 марта 2009 .  
  14. ^ «История» . О нас . Международная ассоциация наземных тепловых насосов. Архивировано из оригинала на 2009-04-04 . Проверено 24 марта 2009 .
  15. ^ a b c Блумквист, Р. Гордон (декабрь 1999 г.). «Геотермальные тепловые насосы, плюс четыре десятилетия опыта» (PDF) . Ежеквартальный вестник Гео-Теплового центра . 20 (4). Клмат-Фолс, Орегон: Технологический институт Орегона. С. 13–18. ISSN 0276-1084 . Проверено 21 марта 2009 .  
  16. ^ «Геотермальная энергия - энергия под нашими ногами: оценка геотермальных ресурсов для Соединенных Штатов» (PDF) . Проверено 30 марта 2011 .
  17. ^ «Выбор системы отопления» .
  18. ^ "Жизнеспособность и дизайн GSHC - Консультации по углеродному нулю" . carbonzeroco.com . Проверено 19 марта 2018 .
  19. ^ «Отчет о проверке экологических технологий» (PDF) . Агентство по охране окружающей среды США. Архивировано из оригинального (PDF) 27 февраля 2008 года . Проверено 3 декабря 2015 года .
  20. ^ а б Ли М., Лай ACK. Обзор аналитических моделей теплопередачи с помощью вертикальных грунтовых теплообменников (GHE): перспектива во времени и пространстве, Applied Energy 2015; 151: 178-191.
  21. ^ a b Hellstrom G. Накопление тепла на земле - термический анализ канальных накопителей I. Теория. Лунд: Лундский университет; 1991 г.
  22. ^ ASHRAE. Справочник ASHRAE: приложения HVAC. Атланта: ASHRAE, Inc; 2011 г.
  23. ^ Кавано С.К., Рафферти К. Земные тепловые насосы: Проектирование геотермальных систем для коммерческих и институциональных зданий. Атланта, Джорджия: Американское общество инженеров по отоплению, охлаждению и кондиционированию воздуха, Inc.; 1997 г.
  24. ^ a b "Тепловые насосы с наземным источником (энергетические системы Земли)" . Отопление и охлаждение с помощью теплового насоса . Министерство природных ресурсов Канады, Управление энергоэффективности. Архивировано из оригинала на 2009-04-03 . Проверено 24 марта 2009 .Примечание: вопреки соглашениям об источниках воздуха, номера HSPF NRC выражаются в единицах БТЕ / час / ватт. Разделите эти числа на 3,41 БТЕ / ч / ватт, чтобы получить безразмерные единицы, сопоставимые с COP для наземных источников и HSPF для воздушных источников.
  25. ^ Чиассон, AD (1999). «Достижения в моделировании систем тепловых насосов из грунтовых источников» (PDF) . Государственный университет Оклахомы . Проверено 23 апреля 2009 . Цитировать журнал требует |journal=( помощь )
  26. ^ Rezaei, B .; Амир, Колахдуз; Даргуш Г.Ф .; Вебер, А.С. (2012a). «Характеристики трубопровода теплового насоса с грунтовым источником с агрегатом, полученным из шин». Международный журнал тепломассообмена . 55 (11–12): 2844–2853. DOI : 10.1016 / j.ijheatmasstransfer.2012.02.004 .
  27. ^ "Геотермальные контуры заземления" . Информированное здание . Проверено 8 июня 2009 .
  28. ^ Эпп, Baerbel (17 мая 2019). «Сезонное ямовое хранение тепла: ориентир стоимости 30 евро / м 3 » . Solarthermalworld . Архивировано 2 февраля 2020 года.
  29. ^ a b Kallesøe, AJ & Vangkilde-Pedersen, T. «Подземный накопитель тепловой энергии (UTES) - 4 PTES (накопитель тепловой энергии в шахте), 10 МБ» (PDF) . www.heatstore.eu . п. 99. CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )
  30. ^ Ли М, Ли П, Чан В, Лай ACK. Полномасштабная функция температурного отклика (G-функция) для передачи тепла скважинными грунтовыми теплообменниками (GHE) от менее часа до нескольких десятилетий. Appl Energy 2014; 136: 197-205.
  31. ^ Жесткая вода # Показатели
  32. ^ Орио, Карл Д .; Джонсон, Карл Н .; Рис, Саймон Дж .; Chiasson, A .; Дэн, Чжэн; Спитлер, Джеффри Д. (2004). «Обзор установок скважин с стоячими колоннами в Северной Америке» (PDF) . Транзакции ASHRAE . 11 (4). ASHRAE. С. 637–655. Архивировано из оригинального (PDF) 26 июня 2010 года . Проверено 25 марта 2009 .
  33. ^ «Межсезонная передача тепла» . Icax.co.uk . Проверено 16 сентября 2011 .
  34. ^ а б Ван Пассель, Вилли; Сурброн, Маартен; Verplaetsen, Filip; Лерой, Люк; Сомерс, Иван; Верхейден, Йохан; Купе, Коэн. Organisatie voor Duurzame Energie Vlaanderen (ред.). Теплый компресс для согревания (PDF) . п. 28. Архивировано из оригинального (PDF) 18 марта 2009 года . Проверено 23 марта 2009 .
  35. ^ «Схема подобной системы водоносных горизонтов с вентиляторным регулированием» . Zonneterp.nl. 2005-11-11 . Проверено 30 марта 2011 .
  36. ^ «Захват, хранение и выпуск возобновляемого охлаждения» . Icax.co.uk . Проверено 30 марта 2011 .
  37. ^ Геотермальные тепловые насосы . Национальная лаборатория возобновляемых источников энергии.
  38. ^ "Справочник AHRI геотермальных тепловых насосов вода-воздух" .
  39. ^ «Требования программы Energy Star для геотермальных тепловых насосов» (PDF) . Обязательства партнеров . Energy Star . Проверено 24 марта 2009 .
  40. ^ Агентство по охране окружающей среды (1993). «Кондиционирование пространства: следующий рубеж - отчет 430-R-93-004». EPA. Цитировать журнал требует |journal=( помощь )
  41. ^ a b c Европейское агентство по окружающей среде (2008). Отчет об энергетике и окружающей среде 2008 . Отчет ЕАОС. № 6/2008. Люксембург: Офис официальных публикаций Европейских сообществ. п. 83. DOI : 10,2800 / 10548 . ISBN 978-92-9167-980-5. ISSN  1725-9177 . Проверено 22 марта 2009 .
  42. ^ a b c d Управление энергетической информации Министерства энергетики США (2007). «Добровольная отчетность о парниковых газах и коэффициентах выбросов электроэнергии» (PDF) . Проверено 22 марта 2009 .
  43. ^ «Приложение 9» . Национальный отчет о кадастрах 1990–2006: Источники и стоки парниковых газов в Канаде . Кадастр парниковых газов Канады . Правительство Канады. Май 2008 г. ISBN 978-1-100-11176-6. ISSN  1706-3353 .
  44. ^ Отчет Spiegel.de о последних геологических изменениях (на немецком языке, частичный перевод )
  45. ^ Pancevski, Боян (30 марта 2008). «Геотермальный зонд тонет в немецком городе» . Проверено 19 марта 2018 г. - через www.telegraph.co.uk.
  46. ^ FORMACIJE, A (2010). «ПОВРЕЖДЕНИЕ ИСТОРИЧЕСКОГО ГОРОДА ШТАУФЕН (ГЕРМАНИЯ), ВЫЗВАННОЕ ГЕОТЕРМИЧЕСКИМ БУРЕНИЕМ ЧЕРЕЗ АНГИДРИТОВЫЕ ОБОРУДОВАНИЯ» (PDF) . Acta Carsologica . 39 (2): 233. Архивировано из оригинального (PDF) 13 августа 2012 года.
  47. ^ Бутшер, Кристоф; Хуггенбергер, Питер; Окенталер, Адриан; Беннингер, Доминик (2010). "Risikoorientierte Bewilligung von Erdwärmesonden" (PDF) . Грундвассер . 16 : 13–24. Bibcode : 2011Grund..16 ... 13B . DOI : 10.1007 / s00767-010-0154-5 .
  48. ^ Голдшайдер, Нико; Бехтель, Тимоти Д. (2009). «Сообщение редакции: жилищный кризис из-под земли - повреждение исторического города из-за геотермальных бурений через ангидрит, Штауфен, Германия» . Гидрогеологический журнал . 17 (3): 491–493. Bibcode : 2009HydJ ... 17..491G . DOI : 10.1007 / s10040-009-0458-7 .
  49. ^ badische-zeitung.de, Lokales, Breisgau , 15. Октябрь 2010, hcw: Keine Entwarnung in der Fauststadt - Рисе в Штауфене: Pumpen, reparieren und hoffen (17 октября 2010 г.)
  50. ^ a b «Консорциум геотермальных тепловых насосов, Inc.» . Проверено 19 октября 2007 .
  51. ^ a b c Лиенау, Пол Дж .; Бойд, Тоня Л .; Роджерс, Роберт Л. (апрель 1995 г.). «Примеры использования наземных тепловых насосов и коммунальные программы» (PDF) . Кламат-Фолс, штат Орегон: Центр геотермального тепла, Технологический институт Орегона . Проверено 26 марта 2009 . Цитировать журнал требует |journal=( помощь )
  52. ^ "OpenThermal.org анализ геотермальных стимулирующих платежей в штате Мэриленд" . OpenThermal.org . Дата обращения 17 мая 2015 .
  53. ^ Кавано, Стив; Гилбрит, Кристофер (декабрь 1995 г.). Джозеф Килпатрик (ред.). Сдерживание затрат на тепловые насосы с грунтовым источником (PDF) (под ред. Заключительного отчета) . Проверено 24 марта 2009 .
  54. ^ Каммингс, Пол (июнь 2008 г.). «Скидка на геотермальные тепловые насосы для жилых помещений в Индиане, обзор программы» (PDF) . Управление развития энергетики и обороны штата Индиана . Проверено 24 марта 2009 . Цитировать журнал требует |journal=( помощь )
  55. ^ Хьюз, П. (2008). «Геотермальные (наземные) тепловые насосы: состояние рынка, препятствия для внедрения и действия по преодолению препятствий» . Национальная лаборатория Ок-Ридж. DOI : 10.2172 / 948543 . Цитировать журнал требует |journal=( помощь )
  56. ^ «Энергосберегающие: выбор и установка системы геотермального теплового насоса» . Energysavers.gov. 2008-12-30 . Проверено 8 июня 2009 .
  57. ^ RETscreen International, изд. (2005). «Анализ проекта наземного теплового насоса» . Анализ проекта чистой энергии: RETscreen Engineering & Cases учебник . Природные ресурсы Канады. ISBN 978-0-662-39150-0. Каталожный номер: M39-110 / 2005E-PDF . Проверено 20 апреля 2009 .
  58. ^ "Геотермальные тепловые насосы" . Столичный электрический кооператив . Архивировано из оригинала на 2008-12-06 . Проверено 5 октября 2008 .
  59. ^ a b «Геотермальные тепловые насосы: часто задаваемые вопросы по отоплению и охлаждению с использованием альтернативных источников энергии» . Архивировано из оригинала на 2007-09-03 . Проверено 19 октября 2007 .
  60. ^ «Преимущества геотермальной системы теплового насоса» . Проверено 21 ноября 2011 .
  61. ^ Крейг, Уильям; Гэвин, Кеннет (2018). Геотермальная энергия, системы теплообмена и энергетические сваи . Лондон: ICE Publishing. п. 79. ISBN 9780727763983.
  62. ^ База данных государственных стимулов для возобновляемых источников энергии и эффективности, заархивированная 22 февраля 2008 г. на Wayback Machine . Министерство энергетики США.
  63. ^ «Политика правительства с 2010 по 2015 год: низкоуглеродные технологии» . www.gov.uk . Дата обращения 17 мая 2015 .
  64. ^ «ИГШПА» . www.igshpa.okstate.edu. Архивировано из оригинала 3 мая 2015 года . Дата обращения 17 мая 2015 .
  65. ^ "Исполнительный приказ Белого дома об устойчивости включает геотермальные тепловые насосы" . www.geoexchange.org . Дата обращения 17 мая 2015 .
  66. ^ «Энергосберегающие: выбор и установка системы геотермального теплового насоса» . Apps1.eere.energy.gov. 2008-12-30 . Проверено 8 июня 2009 .
  67. ^ "Горизонтальная и вертикальная теплопроводность" . Carbonzeroco.com. 2016-03-23 . Проверено 23 марта 2016 .

Внешние ссылки [ править ]

  • Геотермальные тепловые насосы ( EERE / USDOE ).
  • Расчет стоимости
  • Консорциум геотермальных тепловых насосов
  • Международная ассоциация наземных тепловых насосов
  • Ассоциация наземных тепловых насосов (GSHPA)
Часть серии по
Возобновляемая энергия
  • Биотопливо
  • Биомасса
  • Биогаз
  • Геотермальный
  • Гидроэнергетика
  • Солнечная энергия
  • Приливная сила
  • Мощность волны
  • Ветровая энергия
  • Темы по странам
  • Маркетинговые и политические тенденции
  • v
  • т
  • е