Геотермаль дулааны насосны гүйцэтгэлийн үнэлгээ
Геотермаль дулааны насос (GSHP) нь газрын тогтвортой температурыг дулааны эх үүсвэр болон/эсвэл угаалтуур болгон ашигладаг барилгын халаалт, хөргөлтийн технологи юм. Уламжлалт шаталтад суурилсан систем эсвэл уламжлалт агааржуулагчтай харьцуулахад геотермаль дулааны насос нь ерөнхийдөө илүү өндөр эрчим хүчний үр ашиг, ашиглалтын зардал бага, хүлэмжийн хийн ялгарлыг бууруулдаг. Гэсэн хэдий ч эдгээр ашиг тус нь зураг төсөл, суурилуулалтын чанар, орон нутгийн геологийн нөхцөл байдал, ашиглалтын аргаас ихээхэн хамаардаг. Тиймээс геотермаль дулааны насосны гүйцэтгэлийг үнэлэх нь системийг хүлээгдэж буй ёсоор ажиллуулах, асуудлыг эрт илрүүлэх, ашиглалтын хугацаанд үр ашгийг оновчтой болгоход чухал үүрэгтэй.
Үйл ажиллагааны зарчим ба үндсэн бүрэлдэхүүн хэсгүүд
Ерөнхийдөө GSHP нь хөргөлтийн цикл ашиглан дулааныг нэг байршлаас нөгөө байршилд дамжуулдаг. Халаалтын горимд дулааныг шингэн (ус эсвэл ус-хөлдөлтийн эсрэг хольц) агуулсан газардуулгын гогцоогоор дамжуулан газраас гаргаж авдаг. Дараа нь температурыг компрессороор нэмэгдүүлж, барилгын дулаан түгээлтийн системд хуваарилдаг. Хөргөлтийн горимд энэ үйл явц эсрэгээрээ явагддаг: дотор талаас дулааныг газар руу дамжуулдаг.
Гүйцэтгэлийг тодорхойлдог гол бүрэлдэхүүн хэсгүүдэд дараахь зүйлс орно: (1) дулааны насосны төхөөрөмж (компрессор, ууршуулагч, конденсатор, тэлэлтийн хавхлага), (2) хэвтээ гогцоо, босоо (цооног) эсвэл нээлттэй систем (газрын доорх усыг аваад буцааж өгөх) байж болох газрын дулаан солилцуур (GHE), (3) газрын гогцооны шингэний эргэлтийн насос, (4) барилга доторх түгээлтийн систем (жишээлбэл, цацрагийн шал, сэнсний ороомог эсвэл агааржуулагч), болон (5) удирдлага ба мэдрэгч систем.
Гүйцэтгэлийн үнэлгээ яагаад зайлшгүй шаардлагатай вэ?
Онолын хувьд үр дүнтэй боловч практик дээр гүйцэтгэлийг бууруулж болох олон хүчин зүйл байдаг: цооногийн хэмжээ хангалтгүй, зуурмагийн чанар муу, дулаан дамжуулалт оновчтой бус, шингэний урсгалын хурд зохисгүй, хоолойд агаар байгаа, дулаан солилцуурт бохирдол үүсэх, эсвэл хяналтын стратеги зохисгүй байх. Гүйцэтгэлийн үнэлгээг гол асуултуудад хариулахын тулд хийдэг: тодорхой халаалт/хөргөлтийн хүчин чадлыг бий болгоход хэр их цахилгаан энерги ашигладаг, хөрсний температур удаан хугацаанд буурч/өсдөг (дулааны шилжилт) байгаа эсэх, систем улирлын турш тогтвортой ажилладаг эсэх.
Гүйцэтгэлийн гол үзүүлэлтүүд: COP болон EER
Хамгийн түгээмэл параметрүүд нь халаалтын Гүйцэтгэлийн Коэффициент (COP) болон хөргөлтийн Эрчим Хүчний Үр ашгийн Харьцаа (EER) юм. COP нь ачаалалд хүргэгдсэн дулааны энергийн (kW_th) системийн зарцуулсан цахилгаан эрчим хүчний харьцаа (kW_e) гэж тодорхойлогддог. COP өндөр байх тусам систем илүү үр ашигтай байдаг. EER нь хөргөлтийн ижил төстэй ойлголт бөгөөд ихэвчлэн Btu/Wh-ээр илэрхийлэгддэг боловч харьцаа болгон хөрвүүлж болно.
Үнэлгээ хийхдээ COP нэгж (зөвхөн компрессор болон дулааны насосны дотоод бүрэлдэхүүн хэсгүүд) болон системийн COP (газрын гогцооны эргэлтийн насос, агааржуулагч сэнс болон нэмэлт бүрэлдэхүүн хэсгүүдийг оруулаад)-ыг ялгах нь чухал юм. Ихэнх тохиолдолд төхөөрөмжийн COP өндөр мэт санагддаг боловч эргэлтийн насос хэт ачаалалтай эсвэл түүний удирдлага үр ашиггүй бол системийн COP мэдэгдэхүйц буурдаг.
Хэмжилтийн аргууд ба шаардлагатай өгөгдөл
Гүйцэтгэлийн үнэлгээ нь төөрөгдүүлсэн үр дүнгээс зайлсхийхийн тулд хангалттай цогц хэмжилт шаарддаг. Хамгийн тохиромжтой хамгийн бага өгөгдөлд дараахь зүйлс орно.
1. Цахилгаан эрчим хүч: компрессор, эргэлтийн насос, сэнс болон системийн нийт кВт.ц хэмжилт. Тусдаа тоолуур (дэд хэмжилт) ашиглах нь хаягдал эд ангиудыг тодорхойлоход тусалдаг.
2. Дулаан дамжуулалтыг тооцоолохын тулд газрын гогцооны тал болон ачааллын тал (халаалт/хөргөлтийн ус эсвэл агаар) дээрх оролт/гаралтын температур (T_in/T_out).
3. Газардуулгын гогцоо болон ачааллын хэлхээний шингэний урсгалын хурд. Урсгалын хэмжилтийн алдаа нь хүчин чадлын тооцоог буруу хийхэд хүргэж болзошгүй.
4. Ашиглалтын нөхцөл: термостатын тохируулгын цэг, ажиллах горим, ажиллах хугацаа, асаах-унтраах мөчлөг, цаг агаарын мэдээлэл (гадаах агаарын температур, чийгшил).
5. Хөрсний параметрүүд (боломжтой бол): дулаан дамжуулалт, эзэлхүүний дулаан багтаамж, гүний усны гүн, цооногийн тохиргоо.
Гогцоонд дулаан багтаамжийг тооцоолохдоо ерөнхийдөө үндсэн тэгшитгэлийг ашигладаг:
Q = ṁ × c_p × (T_out − T_in) ,
энд Q нь дулаан дамжуулах хурд (кВт), ṁ шингэний массын урсгалын хурд, c_p нь шингэний хувийн дулаан юм. Эндээс системийн COP-ийг Q-г нийт цахилгаан чадлаар хувааж тооцоолж болно.
Дулааны хариу урвалын тест
Босоо гогцоотой системийн хувьд хөрс болон цооногийн дулаан дамжуулах чадварыг үнэлэхийн тулд суурилуулахаас өмнө эсвэл дараа Дулааны хариу урвалын туршилтыг (TRT) ихэвчлэн ашигладаг. TRT нь цооногт тодорхой хэмжээгээр дулааныг шахаж, шингэний температурын өөрчлөлтийг цаг хугацааны явцад ажигладаг. Үр дүн нь хөрсний үр дүнтэй дулаан дамжуулалт болон цооногийн дулааны эсэргүүцлийн тооцооллыг өгдөг. Хэрэв цооногийн эсэргүүцэл өндөр байвал энэ нь зуурмаг муу хийгдсэн, хоолойн оновчтой суурилуулалт хангалтгүй эсвэл хоосон зайтай холбоотой байж болно. Энэ мэдээлэл нь цооногийн уртын загварыг баталгаажуулах, оргил үеийн үед гүйцэтгэл буурахад хүргэж болзошгүй хэмжээнээс зайлсхийхэд чухал ач холбогдолтой.
Улирлын чанартай үнэлгээ ба урт хугацааны гүйцэтгэл
Геотермийн дулааны насосны гүйцэтгэлийг зөвхөн ганцхан агшин зургаар хэмждэггүй. Ачаалал болон хөрсний нөхцөл байдлын хэлбэлзлийг тодорхойлохын тулд системийг хангалттай хугацаанд үнэлэх ёстой. Өвлийн халаалт (дөрвөн улирлын бүс нутагт) эсвэл хөргөлт (халуун орны/хотын бүс нутагт) давамгайлах үед тэнцвэргүй дулаан солилцоо үүсдэг. Энэхүү тэнцвэргүй байдал нь хөрсний температурын өөрчлөлтийг өдөөж болно; жишээлбэл, давамгайлсан хөргөлт нь хөрсөнд дулаан хуримтлуулж, ирж буй газрын гогцооны температурыг нэмэгдүүлж, цаг хугацааны явцад EER-ийг бууруулдаг.
Урт хугацааны чухал үзүүлэлт бол дулааны насосны орох усны температурын (EWT) хандлага юм. Хөргөлт давамгайлсан системд EWT тогтвортой нэмэгдэх эсвэл халаалт давамгайлсан системд EWT буурах нь газрын гогцоонд хүчин чадал хангалтгүй эсвэл тэнцвэргүй ачаалал байгааг илтгэнэ. Шийдлүүдэд нэмэлт цооног, эрлийз систем (жишээлбэл, хөргөлтийн цамхаг эсвэл жижиг бойлер) ашиглах, эсвэл оргил ачааллыг бууруулах хяналтын стратеги багтаж болно.
Гүйцэтгэлийг ихэвчлэн бууруулдаг үйл ажиллагааны хүчин зүйлс
Үнэлгээний явцад олдсон гүйцэтгэл муу байгаагийн зарим нийтлэг шалтгаанууд нь:
– Урсгалын хурд тохиромжгүй: хэт бага урсгал нь дулаан дамжуулалтыг бууруулж, температурын зөрүүг нэмэгдүүлдэг бол хэт их урсгал нь эргэлтийн насосыг цахилгаан эрчим хүчийг үрэлгэн зарцуулдаг.
– Гогцоонд агаар гацах: хонхорхой үүсэх, дуу чимээ гарах, урсгалын хэлбэлзэл үүсэх, гүйцэтгэл буурахад хүргэдэг.
– Буруу тохируулгын цэг болон удирдлага: богино хугацааны мөчлөг (хэт олон удаа асааж, унтраах) нь үр ашгийг бууруулж, компрессорын элэгдлийг хурдасгадаг.
– Хөлдөөх шингэнийг буруу холих: хэт өндөр концентраци нь зуурамтгай чанар болон шахуургын хүчийг нэмэгдүүлдэг; хэт бага концентраци нь өвлийн улиралд хөлдөх эрсдэлтэй.
– Барилга доторх түгээлтийн гүйцэтгэл: хэрэв түгээлтийн систем (жишээ нь бохир сэнсний ороомог, бөглөрсөн шүүлтүүр, эсвэл тэнцвэргүй гидроник) муу байвал дулааны насос нь хамгийн тохиромжтой нөхцөлд ажиллахаас өөр аргагүй болдог.
Үнэлгээний аргууд: Аудитаас оновчлол хүртэл
Сайн гүйцэтгэлийн үнэлгээ нь ихэвчлэн хэд хэдэн үе шатыг хамардаг. Нэгдүгээрт, баримт бичиг болон дизайны аудит: дизайны хүчин чадал, цооногийн урт, насосны техникийн үзүүлэлтүүд болон хяналтын стратегиудыг шалгах. Хоёрдугаарт, хээрийн үзлэг: физик нөхцөл байдал, гоожилт, хоолойн дулаалга, угсралтын чанарыг шалгах. Гуравдугаарт, янз бүрийн ачааллын нөхцөлд хэдэн өдрөөс хэдэн долоо хоногийн турш багажийн хэмжилтийг хийдэг. Дөрөвдүгээрт, системийн COP/EER, тодорхой эрчим хүчний хэрэглээ (кВт.ц/м²)-ийг олж авах, жишиг үзүүлэлтээс хазайлтыг тодорхойлохын тулд өгөгдлийн шинжилгээ хийдэг. Эцэст нь, хяналтын өөрчлөлт, урсгалын тохируулга, дулаан солилцуурын засвар үйлчилгээ эсвэл системийн өөрчлөлт зэрэг үйл ажиллагааны төлөвлөгөөг хэрэгжүүлдэг.
Оновчлол нь их хэмжээний хөрөнгө оруулалт шаардахгүйгээр ихээхэн хэмнэлт гаргахад хүргэдэг. Жишээлбэл, уламжлалт эргэлтийн насосыг хувьсах хурдтай хөтлөгчтэй (VFD) насосоор солих, хангамжийн температурт үндэслэн хяналтын муруйг тохируулах, эсвэл гидравлик системд буфер сав нэмэх замаар богино мөчлөгийг багасгах гэх мэт.
Дүгнэлт
Геотермаль дулааны насосны гүйцэтгэлийн үнэлгээ нь эрчим хүчний хэмжилт, дулааны шинжилгээ, хөрсний динамик болон барилгын ачааллыг ойлгохыг хослуулсан техникийн үйл явц юм. COP болон EER зэрэг гүйцэтгэлийн хэмжүүрүүд чухал боловч системийн нийт COP болон газрын гогцооны температурын урт хугацааны тогтвортой байдал нь илүү чухал юм. Зөв хэмжээс тогтоох, дулааны хариу урвалын туршилт (шаардлагатай үед), улирлын чанартай үнэлгээ хийснээр эзэмшигчид болон операторууд уг технологи нь амласан үр ашгийг үнэхээр хангаж байгаа эсэхийг баталгаажуулж чадна. Эцсийн эцэст, зохих ёсоор үнэлэгдэж, оновчтой болсон GSHP нь эрчим хүчний хэрэглээг бууруулах, дулааны тав тухыг сайжруулах, барилгын салбарын нүүрстөрөгчгүйжүүлэх зорилгыг дэмжих найдвартай шийдэл болж чадна.
