Геотермийн дулааны насосны системийн зураг төсөл ба үр ашиг
Геотермаль дулааны насос (GSHP) нь газрын тогтвортой температурыг дулааны эх үүсвэр эсвэл угаалтуур болгон ашигладаг барилгын халаалт, хөргөлтийн технологи юм. Олон бүс нутагт тодорхой гүнд газрын температур нь гаднах агаартай харьцуулахад жилийн турш харьцангуй тогтмол хэвээр байдаг. Энэ нь геотермаль дулааны насосыг уламжлалт HVAC системээс илүү үр ашигтай ажиллуулах боломжийг олгодог, ялангуяа улирлын огцом ялгаатай уур амьсгалд. Энэхүү нийтлэлд үнэхээр эрчим хүчний хэмнэлттэй, найдвартай системийг хангахын тулд үйл ажиллагааны зарчим, дизайны сонголтууд, үр ашгийн хүчин зүйлс, практик асуудлуудыг авч үзэх болно.
Геотермаль дулааны насосны ажиллах зарчим
Үндсэндээ дулааны насос нь "бүтээгч" биш, харин дулаан "шилжүүлэгч" юм. Систем нь компрессор болон хөргөлтийн бодис ашиглан дулааныг бага температуртай эх үүсвэрээс өндөр температуртай эх үүсвэр рүү дамжуулдаг. Халаалтын горимд дулааныг газраас (газрын гогцоонд эргэлддэг шингэнээр дамжуулан) татаж аваад дараа нь түүний температурыг нэмэгдүүлж, барилга даяар тараадаг. Хөргөлтийн горимд дулаан дамжуулалт эсрэгээрээ явагддаг: дотор талаас дулааныг зайлуулж, газарт тархдаг.
GSHP-ийн үр ашгийн үндэс нь хөрсний температурыг илүү тогтвортой байлгахад оршино. Гаднах агаарын температур маш хүйтэн үед агаар-агаар систем (агаарын эх үүсвэр) нь хүйтэн агаараас дулааныг гаргаж авах ёстой бөгөөд ингэснээр компрессор илүү шаргуу ажиллахад хүргэдэг. Үүний эсрэгээр, хэдэн метрийн гүнд хөрс харьцангуй дулаан хэвээр байгаа нь ажлын температурын өргөлтийг багасгаж, компрессорын цахилгааны хэрэглээг бууруулдаг.
Системийн дизайны тохиргоо: газрын гогцоо
GSHP-ийн хамгийн чухал дизайны элемент бол газрын дулаан солилцуур бөгөөд энэ нь ихэвчлэн хаалттай хэлхээ эсвэл нээлттэй системийг үүсгэдэг өндөр нягтралтай полиэтилен (HDPE) хоолой юм. Тохиргооны сонголтод газрын талбай, геологийн нөхцөл байдал, газрын доорх усны хүртээмж, шаардлагатай халаалт, хөргөлтийн хүчин чадал нөлөөлдөг.
1) Хаалттай гогцооны систем
а. Хэвтээ гогцоо
Хоолойг ойролцоогоор 1-2 метрийн гүнд хэвтээ байдлаар булдаг (уур амьсгал болон дүрэм журмаас хамаарна). Давуу талууд нь өрөмдлөгийн зардал бага, том талбайд тохиромжтой, харьцангуй хялбар ажиллагаа орно. Сул талууд нь том талбай шаардлагатай бөгөөд хөрсний гадаргын температурын улирлын хэлбэлзлээс шалтгаалан гүйцэтгэлд илүү их нөлөө үзүүлдэг. Хуурай эсвэл чулуурхаг хөрс нь дулаан тархах/шингээх чадварыг бууруулдаг.
б. Босоо гогцоо
Хоолойг босоо цооногт (жишээлбэл, хэдэн арван метрээс хэдэн зуун метр хүртэл) оруулдаг бөгөөд ихэвчлэн U хэлбэрийн нугалах хэлбэртэй байдаг. Энэ нь хот суурин газрын хязгаарлагдмал газарт түгээмэл тохиолддог бөгөөд хөрсний температурыг илүү тогтвортой болгодог. Сул тал нь өрөмдлөг болон зуурмаг хийх (хөрс/чулуулгийн формацтай сайн дулааны холбоо барихын тулд дамжуулагч материалаар дүүргэх) шаардлагатай тул анхны өртөг өндөр байдаг. Гэсэн хэдий ч гүйцэтгэл нь тогтвортой байх хандлагатай бөгөөд газрын ул мөр хамгийн бага байдаг.
в. Цөөрөм/нуурын гогцоо
Хэрэв хангалттай гүнтэй цөөрөм эсвэл нуур байгаа бол хоолойн ороомгийг живүүлж болно. Өрөмдлөгөөс бага өртөгтэй байж болох бөгөөд усны маш сайн дулаан дамжуулалт нь гүйцэтгэлийг сайжруулдаг. Хязгаарлалтуудад тохиромжтой усан сан, байгаль орчны зөвшөөрөл, механик гэмтэл эсвэл усны чанарын өөрчлөлтөөс хамгаалах шаардлага орно.
2) Нээлттэй гогцооны систем
Энэ систем нь гүний ус эсвэл гадаргын усыг шахаж, дулаан солилцуураар дамжуулан дулааныг гаргаж/нэмээд дараа нь усыг цэнэглэх худаг эсвэл усан сан руу буцааж хаядаг. Устай шууд дулаан солилцдог тул үр ашиг өндөр байж болох ч зөвшөөрөгдөх шаардлага, болзошгүй өнгөр/зэврэлт, бохирдлын эрсдэл, тогтвортой усны урсгалын боломж зэргээс шалтгаалан загвар нь илүү төвөгтэй байдаг. Бүх байршил энэ сонголтод тохиромжтой биш.
Гол бүрэлдэхүүн хэсгүүд болон дизайны шийдвэрүүд
Газардуулгын гогцооноос гадна GSHP нь дулааны насосны нэгж (компрессор, ууршуулагч-конденсатор, тэлэлтийн хавхлага), газардуулгын гогцооны шингэний эргэлтийн насос, барилга доторх түгээлтийн систем, удирдлагаас бүрдэнэ.
1. Газрын гогцооны шингэн
Хөлдөлтийн эрсдэлтэй хэсэгт ус болон хөлдөлтийн эсрэг шингэн (пропилен гликол эсвэл этанол)-ийг ерөнхийдөө хольдог. Хөлдөлтийн эсрэг шингэнийг сонгох нь зуурамтгай чанар, насосны хүчин чадлын шаардлага, дулаан дамжуулах чадварт нөлөөлдөг.
2. Эргэлтийн насос ба гидравлик загвар
Шугам хоолой болон коллекторын загвар нь даралтын алдагдлыг тодорхойлдог. Хэрэв хоолой хэтэрхий жижиг эсвэл чиглүүлэлт нь мушгирсан бол насосны чадал өндөр байх бөгөөд энэ нь системийн нийт үр ашгийг бууруулна. Тиймээс дизайнерууд хоолойн өртгийг насосны ашиглалтын хугацаанд зарцуулсан эрчим хүчний зарцуулалттай тэнцвэржүүлэх ёстой.
3. Барилга доторх дулаан/хүйтэн түгээлтийн систем
GSHP нь цацраг туяатай шал эсвэл дунд зэргийн хангамжийн температуртай сэнсний ороомог гэх мэт усны температур багатай системд хамгийн сайн ажилладаг. Өндөр температурт ус халаах (жишээлбэл, хуучин радиаторууд) хувьд дулааны насосууд өндөр өргөлтийн температурт ажиллаж, COP-ийг бууруулж болзошгүй. Түгээлтийн загварыг тохируулах нь эрчим хүч хэмнэх гол түлхүүр болдог.
4. Үйл ажиллагааны хяналт ба стратеги
Сайн хяналт нь богино хугацааны мөчлөг (байнга асаах-унтраах)-аас сэргийлж, тохируулгын муруйг оновчтой болгодог. Олон үе шаттай термостат, буфер сав (гидравлик системд зориулсан), компрессор эсвэл насос дээрх хувьсах хурдны тохиргоо нь үр ашиг, тав тухыг нэмэгдүүлдэг.
Үр ашгийг ойлгох нь: COP, EER, болон SPF
Дулааны насосны үр ашгийг ихэвчлэн дараах байдлаар илэрхийлдэг.
– Халаалтын горимын COP (Гүйцэтгэлийн коэффициент): үйлдвэрлэсэн дулааны энерги ба хэрэглэсэн цахилгааны харьцаа. COP нь 4 гэдэг нь 1 кВт.ц цахилгаан тутамд 4 кВт.ц дулаан үйлдвэрлэдэг гэсэн үг юм.
– Хөргөлтийн горимд зориулсан EER (Эрчим хүчний үр ашгийн харьцаа).
– SPF/SCOP (Улирлын чанартай гүйцэтгэлийн хүчин зүйл): ачаалал, температур болон бодит ажиллагааны хэлбэлзлийг харгалзан үздэг улирлын чанартай үр ашиг. Энэ үзүүлэлт нь лабораторийн COP-оос илүү хамааралтай байдаг.
GSHP-д COP нь ихэвчлэн өндөр байдаг, учир нь эх үүсвэрийн (хөрсний) температур тогтвортой байдаг. Гэсэн хэдий ч эцсийн хэрэглэгчийн туршлага нь гогцооны загвар, суурилуулалтын чанар, барилгын ачаалалтай нийцэх байдлаас ихээхэн хамаардаг.
Үр ашгийг хамгийн их тодорхойлдог хүчин зүйл
1. Хөрсний дулааны нөхцөл ба геологи
Хөрс/чулуулгийн дулаан дамжуулалт, чийгшил, газрын доорх усны агууламж нь дулаан дамжуулалтад ихээхэн нөлөөлдөг. Чийглэг хөрс нь ерөнхийдөө хуурай хөрснөөс илүү сайн байдаг. Зарим чулуулгийн формаци нь өндөр дамжуулалттай байж болох бөгөөд энэ нь босоо байгууламжид ашиг тустай байдаг.
2. Газардуулгын гогцооны хэмжээг зөв тохируулах (хэмжээг тохируулах)
Хэт жижиг гогцоо нь шингэний температурын хэт хэлбэлзэл, COP бууралт, систем оргил хүчин чадалдаа хүрэхгүй байх эрсдэлд хүргэж болзошгүй. Хэт том гогцоо нь анхны зардлыг нэмэгдүүлдэг. Хэмжээг ойролцоогоор тооцоолол биш, харин жилийн оргил ачаалал болон эрчим хүчний тооцоололд үндэслэх ёстой.
3. Барилгын ачаалалтай нэгжийн багтаамжийг тохируулах
Хэт том төхөөрөмжүүд нь богино хугацааны ашиглалтын хугацаатай байдаг тул үр ашгийг бууруулж, элэгдлийг хурдасгадаг. Жижиг төхөөрөмжүүд нь ихэвчлэн өндөр ачаалалтай ажилладаг эсвэл нэмэлт халаалт шаарддаг тул ашиглалтын зардлыг нэмэгдүүлдэг.
4. Эргэлтийн насосны хүч (паразит хүч)
Шингэн шахуурга болон үлээгч төхөөрөмжийн цахилгааны хэрэглээг ихэвчлэн үл тоомсорлодог нь системийн нийт үр ашгийг бууруулдаг. Сайн гидравлик дизайн, зөв хоолой, өндөр үр ашигтай шахуурга нь SPF-ийг хадгалахад чухал үүрэгтэй.
5. Суурилуулалт болон зуурмагийн чанар (босоо шугамын хувьд)
Хоолой болон газрын хооронд сайн дулааны холбоо барих нь чухал юм. Цахилгаан дамжуулах зуурмаг нь дулааны эсэргүүцлийг бууруулдаг. Буруу суурилуулалт, гоожилт эсвэл муу холболт нь гүйцэтгэлийг бууруулж, эвдрэлийн эрсдэлийг нэмэгдүүлдэг.
6. Ахуйн халуун усны (DHW) системтэй нэгтгэх
Зарим GSHP нь ахуйн усыг халаах төхөөрөмж эсвэл тусгай горимоор халааж чаддаг. Энэ нь эрчим хүчний хэрэглээг сайжруулдаг, ялангуяа хөргөлтийн систем нь халуун усанд "цуглуулж" болох дулааныг үрдэг үед.
Эдийн засаг болон тогтвортой байдлын асуудлууд
Газар шорооны ажил/өрөмдлөгийн улмаас GSHP-ийн анхны өртөг нь ердийн агааржуулагч эсвэл бойлероос ерөнхийдөө өндөр байдаг. Гэсэн хэдий ч ашиглалтын зардал бага, илүү тогтвортой байж болно. Сайн боломжийн шинжилгээнд дараахь зүйлийг авч үзнэ.
- цахилгаан болон өөр түлшний үнэ,
– жилийн ажиллах цаг (ачаалал),
- татварын хөнгөлөлт эсвэл хөнгөлөлт (хэрэв байгаа бол),
- засвар үйлчилгээний зардал болон тоног төхөөрөмжийн ашиглалтын хугацаа;
– тав тухтай байдлын үнэ цэнэ болон ялгаруулалтын бууралт.
Байгаль орчны хувьд GSHP нь ялгарлыг мэдэгдэхүйц бууруулж чадна, ялангуяа цахилгаан эрчим хүчийг бага нүүрстөрөгчийн эх үүсвэрээс авдаг бол. Цаашилбал, байран дээр шаталт байхгүй тул орон нутгийн агаарын бохирдол болон хийтэй холбоотой аюулгүй байдлын эрсдлийг бууруулдаг.
Дизайны шилдэг туршлагууд
Системийг үр дүнтэй ажиллуулахын тулд дараах нийтлэг аргуудыг санал болгож байна:
1. хүчин чадлыг тодорхойлохоос өмнө барилгын эрчим хүчний аудит хийж, барилгын бүрхүүлийг (дулаалга, агаарын алдагдал) сайжруулах,
2. Зөвхөн барилгын талбайг төдийгүй халаалт-хөргөлтийн ачааллын зөв тооцооллыг ашиглана уу.
3. Газар нутаг болон геологийн онцлогоос хамааран гогцооны тохиргоог сонгож, дулааны хариу урвалын туршилтыг (том төслүүдийн хувьд) хийх,
4. бага температурын тархалтыг эрэмбэлэх (тохирох цацраг/ороомгийн шал),
5. насосны хүчийг багасгахын тулд гидравликийг оновчтой болгох,
6. Богино мөчлөгөөс сэргийлж, хувьсах ажиллагааг дэмждэг удирдлагыг ашиглах.
Хаах
Геотермаль дулааны насосны системийн зураг төсөл, үр ашгийг хөрсний шинж чанар, барилгын ачааллын шаардлага, барилга доторх гогцоо болон түгээлтийн инженерчлэлийн чанар гэсэн гурван хүчин зүйлийн тохиромжтой байдлаас ихээхэн хамаардаг. Зөв зохион бүтээгдсэн үед GSHP нь өндөр үр ашигтай, тогтвортой тав тухтай байдал, урт хугацааны эрчим хүчний зардлыг хэмнэх боломжийг олгодог. Утааг бууруулах, халаалтыг цахилгаанжуулах хэрэгцээ шаардлага байгаа энэ үед геотермаль дулааны насос нь орчин үеийн барилгуудын - орон сууц, арилжааны эсвэл байгууллагын аль алиных нь - дизайн нь нарийн чанд бөгөөд өгөгдөлд суурилсан тохиолдолд хамгийн сонирхол татахуйц сонголтуудын нэг болж байна.
