חום הוא אחד מסוגי האנרגיה המבוקשים ביותר הנדרשים לקיום חיי אדם. יחד עם זאת, עלויות המשאבים לייצורו מרשימות למדי - בין אם זה חשמל עם מוצרי נפט או דלקים מסורתיים כמו פחם ועץ. ברור שעל רקע זה יש צורך להציע שיטת חימום חלופית. אחד הפתרונות הטכניים המבטיחים והמפתחים ביותר מסוג זה הוא משאבת חום גיאותרמית, שהתפיסה שלה מתקרבת בהדרגה לתנאי הפעלה ביתיים.
סקירת טכנולוגיה
כל רעיון של מקור חום חלופי כרוך בשירות של חומר או תופעה טבעית כזו או אחרת. במקרה זה, תת הקרקע היא ספק האנרגיה המרכזי. קרקע על בטוחעמוק מספיק כדי לשמור על טמפרטורה מספקת כדי שניתן יהיה לצבור את החום שלו ולהשתמש בו על פני השטח. משאבים הידרולוגיים יכולים להיחשב גם כמקור חום, תוך התאמות בתכנון הטכני של תשתית האחסון.
כדי לייצג את האפקטיביות של טכנולוגיה זו, ניתן לציין שכאשר משקיעים 1 קילוואט אנרגיה בתחזוקה של משאבת חום גיאותרמית, ניתן לקבל תמורה בצורה של 2-6 קילוואט. מה מסביר יעילות כה גבוהה? בהשוואה לאמצעים אחרים לעיבוד מקורות אנרגיה טבעיים, מנגנונים גיאותרמיים אינם מספקים שלבי המרה ביניים. למשל, אגירת אנרגיה סולארית מצריכה המרת אור וחום לחשמל, המשמש להפעלת הבית. במקרה זה, החום אינו מומר, אלא מועבר ישירות או עם שלבי מעבר מינימליים לצרכני היעד.
עקרון הפעולה
מלכתחילה, כדאי לזהות את הנקודות הספציפיות הכרוכות בתהליך של חימום גיאותרמי. התהליך מתחיל באדמה - ברמה שנמצאת מתחת לנקודת הקיפאון. הטמפרטורה עשויה להשתנות בהתאם לעומק. להשפעה תרמית מינימלית, מספיק שהוא יעלה על 0 מעלות צלזיוס, אך בפועל 35-40 מעלות צלזיוס נחשב לאינדיקטור מוצדק כלכלית. משתמש הקצה הוא מעגל החימום.
צינור מיוחד אחראי על העברת אנרגיה מהקרקע למערכת החימום הביתית,מטופל על ידי משאבת חום גיאותרמית. עקרון הפעולה מבוסס על העובדה שחום מועבר דרך קו אספקה זה עם מחליף חום מאייד לאורך מעגל הקירור. כמו במזגנים, פריאון ממלא את התפקיד של חומר האידוי הפעיל. לפני תחילת המשאבה, היא במצב נוזלי, ולאחר ההפעלה היא עוברת לצורת גז. יתר על כן, נוזל הקירור המעודכן מועבר למדחס, שהתקשורת שלו מחוברת למעגל החימום הסופי. עודף פריאון בשלב זה מופרש דרך ערוץ היציאה.
ציוד גיאותרמי
האלמנט הפונקציונלי העיקרי של המערכת הוא משאבה מכנית תרמית. מבנה היחידה מיוצג על ידי שלושה מעגלים:
- חיצוני. מזרים נוזל קירור קונבנציונלי בצורה של חומר מונע קפיאה או תמיסת מלח.
- פנימי. מכיל קירור בחדרים אטומים שבהם מתרחשים תהליכי חימום-איוד.
- לולאה חיצונית שעוברת ישירות למערכת המשרתת היעד.
כמו כן, רשימת הגופים הפועלים של משאבת חום גיאותרמית לחימום כוללת מדחס, מאייד, תעלת פריקה ומובילי חום. חשוב לציין שעיצובים, פריסה ופונקציונליות נוספת עשויים להשתנות בהתאם לאפליקציה. ישנן מתקנים לאדמה, למים ולאוויר, וכן מערכות משולבות שיכולות לעבוד בתנאים שונים.
מקורות חום ומתקני אחסון
למערכות גיאותרמיות יש יתרונות רבים,קשור לאספקת אנרגיה חסכונית, פרקטיות ונגישות טכנולוגית לשימוש ביתי. אבל, כמו מערכות אחרות האוגרות אנרגיה חלופית, היא תלויה במקור. לכן, על מנת להיות בטוח ביציבות אספקת החום, יש צורך לחשוב מראש על אפשרות החיבור לערוץ אספקת אנרגיה גיבוי. מקורות קרקע והידרולוגיים יידונו להלן, אך לעת עתה, עליך להכיר באופן עקרוני את תשתית העבודה שמשמשת משאבת החום הגיאותרמית כמערכת אספקת משאבים. חומרים בתפזורת, צינורות, בדיקות ומבנים, שמבנהם יכול לצבור אנרגיה, פועלים כמקלטי חום. בפרט, אלה יכולים להיות מחצלות חימום המשויכות למשאבה, נוזל קירור ומערכות חימום של צד שלישי.
מקור קרקע לאנרגיה תרמית
מערכות בעלות קיבולת גבוהה האוגרות אנרגיה גיאותרמית ממוקמות בשדות של כ-200 מ"ר2. מהאזור המסומן מתחת לנקודת הקיפאון מסירים שכבת אדמה בעובי 40-50 ס"מ. באופן כללי, מתקבל עובי של 150-200 ס"מ. נתונים אלה ואחרים מצוינים בפרויקט עם חישוב נפחי אנרגיה עבור מעגל חימום מסוים. הרבה יהיה תלוי גם באזור, שכן באזור אחד ניתן לחלץ 30 W מ-1 m2, ובאחר - 70-80 מ-1 m2.
בארות, תעלות או פלטפורמות מוצקות נוצרות באתר כדי להכיל אלמנטים מצטברים. הנגיש ביותר ביישום נחשבמתקן אנכי למטה בו ממוקמים צינורות או מחצלות לצבירה ספירלית. בתצורה אופקית של תשתית היניקה, משאבת חום מקור קרקע לחימום יכולה לייצר כמויות גדולות של אנרגיה, אך יש לה חסרונות. הם מתייחסים למורכבות של עבודות עפר (דורש ציוד מיוחד לפיתוח שטחים גדולים), אי הכללה של כל גינון וטמפרטורות נמוכות עד סוף עונת החימום.
מקור מים של אנרגיה תרמית
מטרות השירות העיקריות במקרה זה הן אגמים, מאגרי מים ובריכות. באשר לאלמנטים המצטברים, תפקידם מבוצע על ידי צינורות פולימרים עם מילוי אנטיפריז. נפח האנרגיה המופקת בממוצע יכול להיות מיוצג כ-30 W לכל 1 מ' של צינור. לתחזוקה מורכבת של בית פרטי גדול נדרשים 12 קילוואט - בהתאם, יש צורך לארגן מערכת צנרת באורך 400 מ'.
ישנה גישה נוספת לאגירת חום ממשאבים הידרולוגיים. אם אין אגמים ומאגרים בקרבת מקום, אז באתר שלך אתה יכול לצייד 2-3 בארות עם בארות בעומק של כ 20 מ'. למים ברמה זו תהיה טמפרטורה של כ -10 מעלות צלזיוס, אבל זה מספיק עבור פונקציית חימום העזר. השורה התחתונה היא שמשאבת חום גיאותרמית מבצעת את המשימה של זרימת מים חמים או חמים כל הזמן. בצד אחד של המעגל, המשאב מחומם כל הזמן בבארות ללא העלות הקלה ביותר, והבית צובר אנרגיה ממנת המים החדשה שהתקבלה.
התקנת מערכת גיאותרמית
לפני קבלת החלטה לרכוש ציוד, יש להעריך האם השימוש בטכנולוגיה זו מוצדק בעיקרו באזור מסוים. לשם כך מתבצעים מספר מחקרי חקירה גיאולוגיים עם קביעת עומק הקפאת הקרקע.
בהתקנה, צינורות או אלמנטים מצטברים אחרים מעורבים משאבה ואביזרים להתקנה. תשתית החימום הפנימית יכולה להיווצר על ידי רדיאטורים, מצננים מאווררים או רצפת מים חמים וכו'. זו תהיה המערכת לצריכת המשאב שסופק.
לכן, משאבות חום גיאותרמיות מותקנות לבית בבארות - כפי שכבר צוין, לא רק אדמה, אלא גם מים. אפשר לצייד בארות, תעלות ושדות בשכבת אדמה מחוסלת, אך אפשרות זו משמשת לעתים קרובות יותר לאספקת חום תעשייתית. בנישה שנוצרה מונחות סוללות ברחבי האתר - בתצורת קו ישר או ספירלה. המעגלים מחוברים למשאבה הממוקמת על פני השטח, אשר, בתורה, מחוברת למעגלי חימום ביתיים.
יצרני משאבות גיאותרמיות
הקטע מפותח באופן פעיל על ידי המאמצים של המפתחים הגדולים ביותר של ציוד HVAC. בייחוד, יצרנית הדוודים Viessmann מציגה יחידות אמינות לאחסון מים וחום קרקע בטמפרטורת פעולה של סביב +65 מעלות צלזיוס. עבור מבני תעשייה וציבור בשטח של 300-350 מ'2 משאבת חום מקור קרקעית NIBE F1145 זמינה. אליוהמאפיינים כוללים את היכולת להתחבר לרשת תלת פאזית ב-380 V, ורשת חד-פאזית ב-220 V. החברה היפנית מיצובישי מציעה דגמים אוניברסליים של משאבות גיאותרמיות מבחינת יישומים. המפתחים של חברה זו מפתחים את הרעיון של הפרדת חימום רב אזורי עם מערכת בקרה פשוטה מאז 2007.
אל תתעלם מפלח כל כך מבטיח ומחברות מקומיות. לדוגמה, משאבת חום גיאותרמית של BROSK Mark II 100 מתוצרת רוסית מיועדת במיוחד לצרכן פרטי - הבעלים של בית כפרי קטן. אבל, למרות הביצועים הצנועים, ציוד זה מאופיין כאמין, חסכוני באנרגיה ורב תכליתי.
משוב חיובי על טכנולוגיה
שיטת חימום זו מושכת אנשים רבים עם נוחות התחזוקה, התחזוקה וכמובן, עלויות כספיות מינימליות במהלך ההפעלה. הציוד כמעט אינו דורש חומרי דלק מתכלים. יש צורך במשאבים חשמליים כדי להבטיח את תפקודם של אותה משאבה וציוד בקרה, אך הם חסרי משמעות על רקע כמות האנרגיה המוחזרת. הידידותיות הסביבתית של משאבות חום גיאותרמיות מודגשת גם היא. ביקורות ובכלל אחד המקומות הראשונים בין הפלוסים מציבים את העובדה שתשתית העבודה אינה תופסת מקום בבית. רק תקשורת מובאת, ושאר היחידות הפונקציונליות והצמתים נשארים ברחוב.
ביקורות שליליות
עם ביצועים תרמית גיאותרמית לחדר דוודים מן המנייןמערכות אינן בר השוואה. והנקודה היא אפילו לא במחווני כוח ספציפיים, אלא באספקת חום עווית. רבים מתלוננים על תקופות ארוכות של קצבי אספקת אנרגיה נמוכים, ולכן מומלץ לארגן מערכות אספקת גיבוי. אבל יש כאן חיסרון נוסף. למרות שמוציאים מעט כסף על תחזוקת הציוד, ההשקעה הראשונית דומה לרכישת דוד תעשייתי חזק. אפילו משאבת חום גיאותרמית ממוצא רוסי BROSK Mark II 100 זמינה בשוק עבור 250-300 אלף רובל. בהתאם לתצורה. עלויות ההתקנה יעלו גם 50-70 אלף רובל.
מסקנה
יש די הרבה אפשרויות לארגון אספקת חום בבית פרטי. כל אחד מהם יקר בדרכו שלו במהלך הפעולה - מלוחות חשמל יקרים ועד דודי גז חסכוניים. אבל, ציוד מסורתי בעיצוב מודרני הוא מערכת מותאמת בעיצוב וקלה לניהול. מה יכול למשוך משאבת חום גיאותרמית לחימום הבית? כמובן שהגורם הכלכלי יבוא לידי ביטוי, אבל מה עוד? ניתן לפנות למתקנים כאלה אם יש מספיק מקום באתר לארגון המתחם. במקרה זה, אתה יכול לסמוך על חימום חלל עזר פסיבי לפחות ללא ניטור ותחזוקה מתמידים. ועוד דבר - זוהי אוטונומיה מוחלטת, המאפשרת שימוש בציוד גיאותרמי כמקור גיבוי לחום.
