О влиянии термоскважин для тепловых насосов на окружающую среду

О влиянии термоскважин для тепловых насосов на окружающую среду

Трушевский С.Н.


Термоскважина, тепловой насос, грунт, грунтовые воды, релаксация, отчуждение земли

В настоящее время проявляется повышенный интерес к использованию тепловых насосов (ТН) для теплоснабжения, в Интернете много предложений, гарантируется 3-х кратная и больше экономия энергии. Считается, что применение ТН не влечёт за собой неблагоприятных экологических последствий. Автору статьи не известны публикации, опровергающие эти положения, кроме [1 – 7]. Отрицательные последствия есть. Рассмотрим на частном примере систему теплоснабжения тепловыми насосами одноэтажного, одноквартирного дома в Московской области с отапливаемой площадью F = 100 м2 , в котором проживает 5 чел. В качестве низкотемпературных источников теплоты (НТИТ) для ТН проанализируем изменения в течение 40 лет параметров 2-х природных источников: грунтовых вод и собственно грунта (термоскважин).

Наиболее простым кажется использование теплоты природных водных ресурсов, в частности, грунтовых вод. В соответствии с нормативами, годовая тепловая нагрузка рассматриваемого дома, включающая отопление и горячее водоснабжение, составляет Qгод= 28 МВт·ч. Если 75% этой нагрузки осуществить за счёт НТИТ, то QНТИТ =21 МВт·ч и требуемый объём перекачиваемой воды (температура на входе в испаритель tвх =8°С, на выходе tвых =1°С) ≈2 600 м3 /год, что приведёт к недостаче дебита или деградации источника.

При попытке перевести теплоснабжение тепличного хозяйства площадью 60 000 м2 на ТН [4] объём перекачиваемой ежегодно воды составит 1,5 – 2 млн. м 3 , для наглядности это бассейн 1 км на 1км и глубиной 1,5-2 м.

Грунт поверхностных (глубиной до 400 м) слоёв земли рассматривается, например, как НТИТ для тепловых насосов. В связи с тем, что с каждым годом площадь земли над охлаждённым массивом грунта будет увеличиваться и, соответственно, нейтральный слой будет охлаждаться, возникает вопрос о масштабах этого процесса и его влиянии на окружающую среду и растениеводство.

В качестве грунта рассматривалась гомогенная глина с термическими коэффициентами: cp=0.838 кДж/(кг °С), γ=2000 кг/м3. Масса охлаждаемого за год грунта составляет ≈13 000 тонн.

При проектировании теплонасосных установок следует учесть охлаждение нейтрального и корнеобитаемого слоёв земли над охлаждённым массивом грунта, равно как и над охлаждёнными грунтовыми водами. В связи с тем, что при постановке задачи имеется много факторов, связанных с климатическими и теплообменными особенностями, корректное решение задачи на всё разнообразие краевых условий требует большого объёма вычислительных работ. Мы покажем на упрощённом примере, что охлаждение нейтрального слоя происходит достаточно быстро, и это оказывает негативное воздействие на окружающую среду.

Для покрытия тепловой нагрузки одноквартирного дома с применением тепловых насосов требуется охлаждать несоизмеримо большую массу природных источников низкотемпературной теплоты: грунтовой воды 2 600 м 3 /год или грунта 13 000 т/год, что ставит под сомнение экономическую целесообразность такого теплоснабжения.

Охлаждение нейтрального слоя земли над охлаждённым грунтом термоскважины, равно как и над охлаждёнными грунтовыми водами, происходит достаточно быстро по сравнению с временем эксплуатации теплонасосной установки, что приводит к отчуждению земли для растениеводства, нарушает экологическое равновесие, дискомфортно для жителей. Кроме того, по окончании эксплуатации термоскважины в земле останутся ржавые трубы с «начинкой». Нужно также учесть интересы сопредельных пользователей земли т.к. площадь охлаждённого за 40 лет грунта 1100 м2 выходит, например, за пределы «шести соток».

Путем энергосбережения жилого дома в противовес теплового насоса могут быть твердотопливные котлы, представленные на рынке модели имеют очень хорошие показатели.

Influence of use subsoil waters and soil as energy source for heat pumps on the environment is analytically investigated. A well for heating of the one-apartment house within 40 years is calculated. In present paper the following parameters are calculated: heat transfer from ground to heat exchanger, relaxation of ground temperature, neutral and root layer cooling. The relaxation time is approximately equal to the operating time of the well. Cooling of the top layer of the soil is calculated. Depth of drilling is 225 m, the area of cooled ground 1100 m2. 2600 m3 of water or 13 000 tons of soil is supposed to be cooled within a year. It leads to transfer of territory for plant growing and it breaks ecological equilibrium.

Drilling, heat pump, ground, soil, subsoil waters, relaxation, transfer of ground.
Категория: Із будівництва | Добавил: admin (2014-05-21)
Просмотров: 1366 | Теги: тепловой насос, отчуждение земли, релаксация, Термоскважина, грунт, грунтовые воды | Рейтинг: 4.0/1
Всего комментариев: 0
Добавлять комментарии могут только зарегистрированные пользователи.
[ Регистрация | Вход ]
ДБНУ