CAMru.org
 СДЕЛАЙ_САМ =
= Природа* + Еда + Строительство + Энергетика
* (окружающая среда, "экология")
авторские права: CC ("копилефт лицензия")
оглавление сайта CAMru.orgоглавление вебсайта
фотографии с комментариями на Envirociety.org
 

 
 
 
 

Подземная и подводная тепловая энергия для отопления дома

The underground and submerged thermal energy for house heating

Альтернативная энергетика - энергоснабжению индивидуального дома

Подземная тепловая энергия для отопления дома

 < к началу
следующая статья:
Схема комплексного использования альтернативных источников энергии

Использование для отопления дома зимой температуру теплого (+5 градусов Цельсия) грунта на глубине 5-10 метров при температуре воздуха ниже +5 градусов на первый взгляд выглядит привлекательно. Этот альтернативный источник энергии используется как источник тепла для популярных сейчас тепловых насосов. Но эффективность работы теплового насоса с подземным теплообменником очень сильно зависит от свойств грунта, особенно от влажности грунта.

Часто теплообменники изготавливают в виде подземных бетонных свай (underground concrete pillars), являющихся одновременно элементом фундамента здания (building fundament). Внутри бетонных свай заложены трубы с циркулирующим теплоносителем. Через бетон осуществляется теплообмен (heat exchange) между трубами и грунтом.

Но теплопроводность* (thermal conductivity) бетона есть всего 0,8 - 1,28 Ватт/(метр * Кельвин), теплопроводность грунта еще меньше: 0,17 - 1,13 Ватт/(метр * Кельвин). Для примера: теплопроводность дерева есть 0,04 – 0,4 Ватт/(метр * Кельвин)! А дерево считается материалом для теплоизоляции.

Если тепловой насос излишне интенсивно отбирает тепло у грунта, то вокруг бетонных свай-теплообменников (колонн-теплообменников) может образоваться оболочка замерзшего грунта. Для фундамента здания замерзание грунта около него - очень плохо. Грунт при замерзании расширяется и дробится, при оттаивании объем грунта уменьшается, грунт разрыхляется. Фундамент при замерзании грунта выталкивается наверх, при таянии грунта фундамент проваливается в "болото".

Чтобы не происходило замораживание грунта вокруг бетонных колонн, их площадь должна быть достаточно большой, соразмерна мощности теплового насоса. Точнее, должен быть достаточен объем грунта, из которого тепловой насос берет термальную энергию.

Таким образом, для увеличения эффективности теплообмена теплового насосас грунтом нельзя уменьшать температуру теплоносителя в трубах, заложенных в фундамент, а чтобы тепловой насос работал эффективно, нужен хороший теплообмен. Иными словами, для хорошего теплообмена нужно большое количество и длина фундаментных свай-теплообменников.

Для семейного сельского дома, построенного из легких и эффективных материалов, излишние фундаментные колонны принесут только дополнительные расходы на строительство. У нас довольно крепкий камень-известняк вперемежку с глиной и известняково-песчаным грунтом начинается с глубины 1,5 метра. (Экскаватором копать трудно, бурильная машина - медленно, но бурит.) В результате геотермальный тепловой насос принесет не экономию, а убыток.

Информация для размышления:
теплопроводность водяного льда* 1.6 - 2.2 Ватт/(метр * Кельвин). То есть, не многим хуже, чем у тяжелого бетона со стальными теплопроводящими элементами.

Поэтому не проще ли вместо дорогих и ненужных для легкого дома бетонных свай не использовать просто скважину трубой-теплообменником, заполненную замороженной водой?

Мы не планируем использовать указанный здесь способ теплообмена теплового насоса и грунта, потому что у нас есть возможность устройства маленького искусственного водоема достаточной глубины, из которого можно черпать термальную энергию для теплового насоса. Конвекционный теплообмен с жидкой водой намного эффективнее, чем с твердой.

* см. Список теплопроводностей в Википидия - List of thermal conductivities

 

Преобразование термальной энергии воды в открытом искусственном озере для отопления дома

Принцип действия водяного теплового насоса точно такой же, как и воздушного теплового насоса. Различны только теплообменники-радиаторы. Обычно теплообменник для воды представляет собой просто трубу длиной в несколько метров, обычно не больше 20 метров.

Опасность намерзания льда на трубчатом теплообменнике - минимальная, так как холодная вода (холоднее +3...+4 degrees C) не опускается на дно, а наоборот, поднимается к поверхности. А от дна соответственно нагнетается более теплая вода, нагретая от грунта. Существует возможность заморозить искусственное озеро до дна, целиком.

Масса воды в нашем маленьком искусственном озере планируется около 50 тонн - диаметр около 5 метров, глубина чуть больше 2 метров. Если мощность теплового потока от грунта к жидкой воде в нашем озере будет недостаточной, то для увеличения теплообмена придется на дне озера рыть (to excavate) колодец. Но самым большим поставщиком тепла у нас будет проточная вода из колодца, в который вода попадает из-под крутого склона плато высотой около 30 метров.

Для уменьшения теплообмена искусственного озера-бассейна с холодным зимним воздухом и уменьшения радиационного охлаждения можно натянуть прозрачный или полупрозрачный тент - как на теплице (green-house). Или включить это озеро-бассейн в зимний сад-теплицу. Таким образом, для нагрева воды в бассейне может быть использована и солнечная энергия.

Для увеличения потока солнечного излучения, падающего на бассейн, с северной стороны бассейна можно устроить отражатель из ткани для тентов с алюминиевой фольгой. Для площади искусственного озера-бассейна и прилегающей земли в 50 кв.метров, зимой в солнечный полдень поток солнечной энергии может имет мощность 25 киловатт.

Механическая энергия, необходимая для работы теплового насоса может быть взята из энергии ветра - см. статью Проблемы использования энергии ветра, проблемы ветротурбин.

Таким образом, уютный зимний сад с декоративным мини-озером, баром (закуска - свежая зелень, корнеплоды и рыба), может является мощным поставщиком горячей воды для автономного сельского дома.

2006-2007

следующая статья:
Схема комплексного использования альтернативных источников энергии

 

постоянный интернет-адрес этой статьи
"Подземная и подводная тепловая энергия для отопления дома"
http://camru.org/articles/underground_thermal_energy_for_house_heating.html

 

 
 
 
 

 
фотографии с комментариями на Envirociety.org
 
оглавление сайтаоглавление сайта
CAMru.org
 
 


 
 
| о CAMru.org | | единомышленникам | | созидательные (креативные) мнения и идеи | | cвя3b |
 
Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution-Share Alike 3.0 License.
CAMru.org, 2008