Примак А.І.

Європейський університет

ВИКОРИСТАННЯ ПІДГРУНТЯ ЯК АКУМУЛЮЮЧОГО МАСИВУ З ВИКОРИСТАННЯМ НИЗЬКОПОТЕНЦІЙНОЇ ЕНЕРГІЇ ЗЕМЛІ

У недалекому майбутньому одним із постачальників теплової енергії стане ґрунтовий масив як джерело низькопотенційного тепла. Тому є доцільним подальше проведення досліджень температурних полів ґрунту на різній глибині закладання теплових акумуляторів і при різному швидкісному режимі прокачування теплоносія в тих чи інших регіонах України. На більшій глибині закладання акумулятора вища температура ґрунту. Це пов'язано з впливом теплових потоків від більш глибоких шарів землі.

Тепловий акумулятор працює в режимі зарядки у швидкісному режимі. Нагріта вода в нагрівачі (ТН) подається в теплообмінник під тиском. Вона, проходячи через усю систему теплообмінника, на виході має невеликий відсоток тепла. Далі вода знову підігрівається і подається в ґрунтовий теплообмінник. Це дає можливість задіяти в роботу теплообмінник по всій довжині. При вирівнюванні температури на вході й на виході з теплообмінника її необхідно поступово підвищувати.

Такого результату не отримаємо при повільній подачі теплоносія. Тепло в акумуляторі буде розміщене нерівномірно. Більша частина його буде зосереджуватиметься на вході в акумулятор. Поле розсіювання тепла матиме форму перевернутого конуса, тоді як на виході акумулятор буде майже не задіяний. Основна маса тепла, акумульованого на вході, в подальшому розсіюється в ґрунтовому масиві зі швидкістю теплопровідності ґрунту, яка залежить від ряду причин. Насамперед оцінці підлягає енергетичний потенціал ґрунту в місці закладання теплового акумулятора, який багато в чому залежить від геологічної будови місцевості, типу і структури ґрунту, глибини залягання ґрунтових вод, від складу ґрунту, наявності рослинності на поверхні ґрунту, кількості опадів, експозиції схилу, нахилу поверхні ґрунту тощо.

Кількісною характеристикою запасів тепла є залежність розподілу температури в ґрунтовому масиві від глибини закладання ґрунтового акумулятора та періоду року. Динаміка зміни температури ґрунту на різних глибинах, а також максимальні й мінімальні значення температур ґрунту на його поверхні дозволяють у подальшому визначити об’єм акумулятора.

Горизонтальні ґрунтові теплообмінники, як правило, є окремими трубами, встановленими відносно щільно і з’єднані між собою послідовно або паралельно. Для економії площі були розроблені і вдосконалені різні типи теплообмінників, наприклад, теплообмінники у формі спіралі, розташованої горизонтально або вертикально. Теплоносій циркулює по трубах (частіше всього поліетиленових або поліпропіленових), укладених горизонтально в акумулюючому масиві.

Визначення величини зони розрядки в окремих масивах теплової акумуляції дасть можливість встановити відстань між трубами теплообмінника. Це дозволить економно використати земляну площу, зменшити область розсіювання теплоти, направити зустрічний потік теплової енергії в ґрунтовому акумуляторі.

Велика теплопровідність акумулюючого масиву понижує ККД. Під час розрядки велика частка тепла втрачається під час розсіювання. Створюється коридор розрядки між тепловим поясом ґрунтового масиву і теплообмінником. Тепловий пояс поступово віддаляється від теплообмінника. При швидкій розрядці акумулятора утвориться зона розриву між теплообмінником і поясом розрядки. У тепловому поясі зберігається ще достатньо тепла, але через низьку теплопровідність зони розрядки і швидку розрядку це тепло не може використовуватися. Теплообмінник переходить у стадію охолодження . Тепло з теплового поясу продовжує розсіюватись у ґрунтовому масиві в різні боки від теплообмінника і в той же час не може передатися через зону розриву до теплообмінника. Створюючи акумулятор потрібно підібрати оптимальну подачу теплоносія, при якій відбувався б рівномірний розподіл тепла по всій площі акумуляції.

Невелика теплопровідність компенсується більшою довжиною теплообмінника. У випадку рівномірного розподілу тепла вздовж теплообмінника теплоносій зарядиться при розрядці акумулятора і при повільному русі. Процес зарядки проводиться в швидкісному режимі, а розрядки - в залежності від потреби. Чим менша теплопровідність і більша теплоємність акумулюючого масиву, тим більший ККД акумулятора. Варто зауважити, що цей показник залежить і від інших факторів, головним з яких є кількість опадів як в період зарядки, так і в період розрядки в залежності від географії місця розташування.

При роботі теплового акумулятора з повільною подачею теплоносія звертається увага на режим розрядки. Розрядка повинна відбуватися у реверсному напрямку в порівнянні із зарядкою. Якщо цього не врахувати, то частина тепла із вхідної зони зарядки перенесеться в ту частину акумулятора, яка менш заряджена, тобто на виході.

Одним із ефективних підземних акумуляторів теплоти є підземні води, які можуть бути як транспортерами, так і акумуляторами теплоти. Закладку акумулятора доцільно проводити на глибині залягання ґрунтових вод. Це підвищить коефіцієнт роботи акумулятора завдяки теплопровідності води.

Прокладаючи пластикові труби в ґрунтових водах, тим самим захистимо їх від пошкодження тваринами. Пластикові труби, на відміну від металевих, не піддаються корозії.