Принцип работы отопления теплом земли

Если вы изучаете варианты поддержания микроклимата в новом доме с учетом  уменьшения счетов за энергию, возможно, отопление теплом земли ваш вариант.

 В коммерческих и жилых зданиях большая часть энергии расходуется на охлаждение, отопление и вентиляцию помещений.

В умеренном климате летом температура внутри земли на глубине 15 м значительно ниже, а зимой выше, чем наружного воздуха. Таким образом, имеется большой геотермальный накопитель со значительной теплоемкостью для обмена теплом. Этот принцип поможет извлечь духоту из здания летом, в то время как нагреть здание зимой. Энергия из наземных источников может широко использоваться в домах благодаря своему потенциалу энергосбережения, но в некоторых случаях это становится неприемлемой капитальной стоимостью.

Производительность таких устройств в основном зависит от местных условий, таких как свойства грунта из-за наличия геотермального тепла.

Геотермальная энергия

Тепло, получаемое в недрах земли, которое на самом деле вызвано происходящими внутри уже 4,5 млрд. лет процессами относится к геотермальной энергии. Кроме того, геотермальная энергия сама по себе определяет ресурс внутри земной коры в виде тепла. В зависимости от своих характеристик геотермальная энергия может использоваться для отопления и охлаждения или использоваться для выработки чистой электроэнергии. Однако для выработки электроэнергии необходимы высокие температуры, чтобы получать тепло от пара.

Геотермальная энергия, запасенная внутри нашей планеты, может быть использована для непосредственного обогрева или охлаждения отдельного дома или помещения.

Отопление теплом земли считается одним из наиболее эффективных систем отопления и охлаждения, поскольку оно потребляет меньше первичной энергии и опять же более эффективно в сочетании с возобновляемыми источниками энергии, такими как  геотермальная энергия.

По этим причинам отопление теплом земли будет играть ключевую роль в снижении выбросов CO2 в зданиях, способствуя достижению цели почти нулевого энергопотребления.

 Экономический анализ  отопления теплом земли

Экономический анализ отопления теплом земли зданий  был проведен в сравнении с традиционными источниками тепла: природным газом, сжиженным нефтяным газом, легким мазутом и сетевой электроэнергией.

Он был сделан для хорошо изолированного дома на одну семью (150 м2 жилой площади,  18000 кВт/ч потребления тепла за полугодовой отопительный сезон) с низкотемпературным тепловым насосом (35°C).

Дополнительным фактором, влияющим на срок службы такого оборудования, является количество запусков. Для обеспечения непрерывной работы теплового насоса в течение не менее 20 минут, 200 л рекомендуется использовать тепловой аккумулятор. Это гарантирует от 15 до 20 лет эксплуатации без каких-либо затрат на техническое обслуживание. Полученный срок окупаемости значительно короче срока службы оборудования.

Бурение и прокладка труб стоят так же дорого, как и оборудование отопления теплом земли, но высокие инвестиции могут быть компенсированы низкими затратами энергии, поскольку цена на электроэнергию снижается за счет коэффициента нагрева. Для дома на одну семью обычно достаточно одной скважины глубиной около 100 м.  При расчете в европейской части можно принять тепловой поток 60 Вт/м и коэффициент нагрева 4,2. Коэффициент нагрева определяется  как соотношение отданной тепловой энергии к  потребляемой электрической энергии. Тепловой аккумулятор входит в инвестиционные затраты. Затраты на техническое обслуживание в период окупаемости незначительны.

Согласно прогнозам повышения цен на топливо, тепловые насосы могут стать самым дешевым способом отопления даже для небольших домов.

Тепловой насос может обеспечить круглогодичный климат-контроль в вашем доме, обеспечивая его теплом зимой и охлаждая летом.  Некоторые типы также могут нагревать воду.

В целом, использование только теплового насоса для удовлетворения всех ваших потребностей в отоплении может оказаться неэкономичным. Однако, используемый в соединении с дополнительной формой отопления, такой как масляная, газовая или электрическая печь, тепловой насос может обеспечить  надежное и экономичное отопление зимой и охлаждение летом.

Если у вас уже есть система масляного или электрического отопления, установка теплового насоса может быть эффективным способом снижения затрат на электроэнергию.

Тем не менее, важно учитывать все преимущества и затраты перед покупкой теплового насоса. Хотя тепловые насосы могут иметь более низкие затраты на топливо, чем обычные системы отопления   охлаждения, их покупка обходится дороже.

Важно тщательно взвесить ожидаемую экономию топлива по сравнению с первоначальной стоимостью. Также важно понимать, что тепловые насосы будут наиболее экономичными при использовании круглый год. Инвестирование в отопление теплом земли будет иметь больше смысла, если вы заинтересованы как в летнем охлаждении, так и в зимнем отоплении.

В дополнение к оценке стоимости вы должны учитывать и другие факторы.  Сколько места потребуется для оборудования при отоплении теплом земли? Будет ли ваш запас энергии время от времени прерываться? Если да, то как часто? Понадобятся ли вам изменения или улучшения в системе воздуховодов? Сколько потребуется обслуживания системы и сколько это будет стоить?

Получение полной информации обо всех аспектах отопления дома и охлаждения перед принятием окончательного решения-это ключ к правильному выбору.

Принцип отопления дома теплом земли

Устройства использующие теплоэнергию земли называются тепловыми насосами и  являются достаточно эффективными системами отопления и охлаждения. Они могут значительно снизить затраты на электроэнергию. Однако,  нет особого смысла инвестировать в эффективную систему отопления, если дом теряет тепло из-за плохо изолированных стен, потолков, окон и дверей, а также из-за утечки воздуха через трещины и отверстия. Во многих случаях имеет смысл уменьшить утечку воздуха и повысить уровень теплоизоляции перед покупкой или модернизацией системы отопления.

Тепловые насосы подают тепло в дом зимой и охлаждают дом летом. Для их работы требуется электричество.

Тепловой насос-это электрическое устройство, которое извлекает тепло из одного места и передает его в другое.

Тепловой насос не является новой технологией; он используется во всем мире на протяжении десятилетий. Холодильники и кондиционеры являются распространенными примерами этой технологии.

Суть отопления теплом земли с применением тепловых насосов в передаче тепла путем циркуляции вещества, называемого хладагентом, через цикл испарения и конденсации.

Компрессор перекачивает хладагент между двумя змеевиками теплообменника. В одном змеевике хладагент испаряется при низком давлении и поглощает тепло из окружающей среды. Затем хладагент сжимается по пути в другой змеевик, где он конденсируется под высоким давлением. В этот момент он выделяет тепло, которое он поглотил ранее в цикле.

Холодильники и кондиционеры являются примерами теплового насоса который работает только в режиме охлаждения. Холодильник по сути представляет собой изолированную коробку с подключенной к ней системой теплового насоса. Змеевик испарителя расположен внутри коробки, обычно в морозильной камере. Тепло поглощается из этого места и передается наружу, обычно за или под блоком, где расположен змеевик конденсатора. Аналогично, кондиционер передает тепло изнутри дома на улицу.

Цикл теплового насоса полностью реверсивен, и системы отопления теплом земли могут обеспечивать круглогодичный климат-контроль в доме – отопление зимой и охлаждение и осушение воздуха в целом.

Поскольку земля и воздух снаружи всегда содержат некоторое количество тепла, тепловой насос может подавать тепло в дом даже в холодные зимние дни.

Геотермальные тепловые насосы черпают тепло из земли или грунтовых вод, становятся все более широко используемыми.

Коэффициент полезного действия (КПД) является показателем эффективности системы отопления теплом земли.  Он определяется путем деления выходной энергии теплового насоса на электрическую энергию, необходимую для работы теплового насоса при определенной температуре.

Чем выше КПД, тем эффективнее система отопления теплом земли.

КПД системы отопления теплом земли

Это число сопоставимо с установившейся эффективностью печей, работающих на нефти и газе. Коэффициент сезонной производительности отопления  – это показатель общей тепловой мощности теплового насоса за весь отопительный сезон, деленный на общую энергию в ватт-часах, которую он использует в течение этого времени. Это число аналогично сезонной эффективности системы отопления, работающей на топливе, и включает энергию для дополнительного отопления. Погодные данные, характеризующие долгосрочные климатические условия, используются для представления отопительного сезона при расчете.

Коэффициент энергоэффективности  измеряет стационарную эффективность охлаждения теплового насоса. Он определяется путем деления холодопроизводительности системы отопления теплом земли на потребляемую электрическую энергию в ваттах при определенной температуре. Чем выше КПД, тем эффективнее устройство.

Коэффициент сезонной энергоэффективности измеряет эффективность системы отопления теплом земли. Он определяется путем деления общего объема, обеспечиваемого в течение сезона на общую энергию, потребляемую системой отопления теплом земли за это время в ватт/часах.

Точка теплового баланса-это температура, при которой количество тепла, обеспечиваемого тепловым насосом, равно количеству тепла, теряемого из дома.

Точкой экономического баланса является температура, при которой стоимость тепловой энергии, подаваемой  равна стоимости тепла.