Издательский Центр Аква-Терм
ish франкфурт
viega

Использование тепловой энергии, аккумулированной в водоносных горизонтах

В. Баторшин, В. Котлер

Аккумулирование тепловой энергии в водоносных горизонтах особенно полезно для обеспечения надежной работы систем централизованного теплоснабжения. В таких системах избыточную теплоту, сбрасываемую круглый год, можно аккумулировать, а затем, по мере надобности, использовать.

Чаще всего аккумулируют воду температурой ниже точки кипения. Плотность воды примерно в 1600 раз больше плотности пара, поэтому для отопления помещений обычно применяют воду, а не пар, хотя поверх­ность теплообменника при использовании воды должна быть увеличена, поскольку для воды коэффициент теплоотдачи при конвекции гораздо меньше коэффициента теплоотдачи при конденсации пара.

Системы годичного аккумулирования тепловой энергии располагают в районах, где необходимо обеспечить отопле­ние. Обычно используют двухтрубную теплоизолированную распределительную сеть совместно с двухскважинной систе­мой аккумулирования. Тепловая энергия, предназначаемая для аккумулирования, поступает из любого источ­ника сбросной теплоты. Тепловую энергию можно получать и от котельных в промежутках между пиками нагрузки.

Использование крупной системы годичного аккумулиро­вания теплоты  в водоносном горизонте дает много преимуществ, к числу которых относятся следующие:

1. Энергия аккумулирована в пределах данного района. Тем самым обеспечено покрытие пиковых тепловых нагру­зок; уменьшаются размеры трубопроводов, проложенных от источника тепловой энергии к ее потребителям. Для не­прерывной подпитки водоносного горизонта можно исполь­зовать теплую воду, поступающую с электростанции (при 10 %-ной пиковой нагрузке). Единственный вид аварии, который мог бы нарушить теплоснабжение, – это местная авария. При аварии отопительные системы, обслуживающие микрорайон, временно обеспечат его теплоснабжение.

2. Аккумулирование осуществляется круглогодично. Это позволяет в течение всего года закачивать воду в гори­зонт, производить его постепенное подпитывание и быструю разгрузку. Топливо для подогрева запасаемой воды, например, природный газ, которое становится дефи­цитным в зимнее время, можно получать в сезон пониженного спроса по льготным ценам. Магистраль нена­долго отключается от электростанции или котельной, поставляющей тепловую энергию, и это не отразится на качестве теплоснабжения. Можно даже использовать солнечную энергию, запасенную в течение лета.

3. Система аккумулирования имеет большие размеры. Благодаря этому, становится излишним дублирующее обо­рудование – водоносный горизонт сам по себе служит ре­зервной системой теплоснабжения.

В экономическом отношении система также обладает некоторыми достоинствами. Можно уменьшить размеры основных (магистральных) и местных трубопроводов, так как тепловые нагрузки являются распределенными. Для теплоснабжения можно воспользоваться источниками сбросной теплоты, доступными в течение круглого года, что помогает сократить потребление топлива. Оборудование магистральной теплосети может иметь уменьшенные разме­ры, поскольку требуется покрывать лишь среднегодовые нагрузки, а не пиковые (следует отметить, что пиковые на­грузки бывают в 10 раз больше среднегодовых). Никакого дублирующего оборудования не нужно. Можно использо­вать топливо в периоды между пиками нагрузки, когда це­на на топливо уменьшается.

Многие районы города, в том числе жилые массивы, не­трудно перевести на использование подобных систем. Может быть предусмотрена небольшая магистральная линия, по которой тепловая энергия круглый год будет поступать в местные жилые комплексы.

Кроме централизованного теплоснабжения для отопления жилых районов аккумулированное в водоносных горизонтах большое количество низкопотенциальной теплоты удобно использовать для обогрева теплиц. Энергию, предназначенную для аккумулирования, также можно получить от источников сбросной теплоты или, например, от гелиоустановок. Рекомендуемый интервал рабочих температур – от 32 до 49 °С. Вода сна­чала проходит через воздухоподогреватель (путем естест­венной или принудительной циркуляции), а затем ее используют для полива растений. Температуру воды, пред­назначаемой для полива, можно снизить до 27 °С. Если орошать растения теплой водой, они быстрее растут.

На рисунке показана простейшая схема солнечной установки для обогрева теплицы, которая может быть смонтирована на месте. Для нагрева воды используется коллектор – рама, выложенная на земле из деревянных брусьев сечением 10×10 см (или сечением 5×10 см со стой­ками). Лист черной полиэтиленовой пленки прикреплен к брусьям так, что он почти касается земли, сверху натя­нут лист прозрачной пленки. С одного конца коллектора подается холодная вода, а с другого выходит теплая, подо­гретая энергией солнечного излучения. В те периоды, когда не требуется обогревать теплицу, холодную воду берут из холодной скважины, а теплая нагнетается в горячую.

Согласно расчетам, за период с июня по август прихо­дящая солнечная радиация составит примерно 11 МДж/м2 в сутки, или около 1,1 ГДж/м2 за сезон. При площади кол­лектора 30×30 м это составит за год примерно 1,0 ТДж. Понятно, что количество солнечной радиации, которая улавливается коллектором за год, зависит от местных условий и может быть в одних случаях в 2 раза больше, а в других несколь­ко меньше указанного значения. Если не принимать во вни­мание трудозатраты, стоимость тепловой энергии может составить менее 0,5 долл./ГДж с амортизацией капиталовложений в течение года.

Можно использовать и другие самодельные коллекторы типа бассейн, а также коллекторы промышленного изго­товления. Необходимо только следить за тем, чтобы вода, предназначенная для последующего нагнетания в горизонт, не контактировала с воздухом.

Теплую воду из водоносного горизонта можно пропу­стить через воздухоподогреватель, который действует по принципу естественной или принудительной конвекции. Остывшей водой после воздухоподогревателя можно поли­вать грядки. Благодаря такой системе, владельцы теплиц получают в свое распоряжение экономически выгодный способ их обогрева, причем большую часть работы фермер-растениевод может выполнить сам.

Рисунок.  Обогрев теплицы:

1 – вода, теплота которой была использована для обогрева теплицы; 2 – теплица; 3 – воздухоподогреватель (калорифер); 4 – прозрачная полиэтиленовая пленка; 5 – черная полиэтиленовая пленка; 6 – нагреваемая вода; 7 – рама из деревян­ных брусьев; 8 – холодная скважина; 9 – насос; 10 – горячая скважина




Поделиться:

Опубликовано: 29 ноября 2018 г.

вернуться назад

impuls
AT19275promo
salus

Вверх