Использование низкопотенциального подземного тепла для обогрева жилых и уличных сооружений
Е.
И. ДолгополовБиблиографическое описание статьи для цитирования:
Долгополов
Е.
И. Использование низкопотенциального подземного тепла для обогрева жилых и уличных сооружений // Научно-методический электронный журнал «Концепт». –
2014. – Т. 20. – С.
2516–2520. – URL:
http://e-koncept.ru/2014/54767.htm.
Аннотация. Рассмотрены различные системы, позволяющие использовать низкопотенциальное подземное тепло для обогрева различных инфраструктур городов и промышленности. Сделан вывод о возможности использования таких систем в России в целом, а также в Сахалинской области, выбран вариант наиболее оптимальной системы.
Ключевые слова:
геотермальное тепло, низкопотенциальное тепло, возобновляемые источники энергии, нетрадиционная энергетика
Текст статьи
Долгополов Егор ИгоревичСтудент Негосударственного (частного) образовательного учреждения высшего профессионального образования «ЮжноСахалинский институт экономики, права и информатики» (НЧОУ ВПО ЮСИЭПиИ)egor1404@mail.ru
Использование низкопотенциального подземного тепла для обогрева жилых и уличных сооружений
Аннотация. Рассмотрены различные системы, позволяющие использовать низкопотенциальное подземное тепло для обогрева различных инфраструктур городови промышленности. Сделан вывод о возможности использованиятаких систем в Россиив целом, а также вСахалинской области, выбран вариант наиболее оптимальной системы.Ключевые слова: геотермальное тепло, низкопотенциальное тепло, возобновляемые источники энергии, нетрадиционная энергетика.
ВведениеГеотермальная энергия будет играть большую роль в поставках электроэнергии и тепла для мирового спроса на энергоносители в ближайшие годы. Углерод не является основой для геотермальных источников энергии, поэтому энергия Земли является экологически чистым, ине выделяет вредных парниковых газов в атмосферу. Почти все эксперты в области энергетики считают, что геотермальная энергия является очень распространенным возобновляемым ресурсом Земли, она имеет более чем достаточный потенциал, чтобы удовлетворить энергетическую потребность значительной части мира. Первый геотермальная электростанция была построена в Landarello, Италии в 1904 году, а промышленной электростанцией стала в 1911 году(рисунок 1)[1].
Рисунок 1 Геотермальная электростанция в Италии. 1904 г.
Первой геотермальной электростанциейВ СССРстала ПаужетскаяГеоТЭС на Камчатке, которая была введена в работу в 1967 годуи имела мощность 5мегаватт, увеличенную впоследствии до 11 мегаватт (рисунок 2)[2].В 2012 году все мировые геотермальные электростанции вырабатывали лишь 2 % мирового объемаэлектроэнергии. Геотермальные электростанции построены преимущественно на краях тектонических плит, но с недавних порблагодаря улучшениям в технологии бурения и добычи, они могут быть в состоянии покрыть гораздо большую поверхность. Геотермальные электростанции требуют высоких инвестиций, но после того, как они фактически построены,они имеют сравнительнонизкие эксплуатационные расходы.Совместное производство геотермальной электроэнергии в нефтяных и газовых скважинах. Скважины, предназначенные для добычинефти и газа,представляют собой еще один большой потенциальный источник геотермальной энергии. Многиесуществующиескважины кроме нефти и газапозволяют также извлекатьзначительное количество воды с высокими температуройидавлением, что позволяет использоватьее для производства электроэнергии, одновременно с добычейприродных ископаемых. В некоторых случаях использование высокопотенциальной геотермальной водыспособно увеличить объемыдобычи нефти и газа.
Рисунок 2 –Паужетская ГеоТЭС.
Изза высокого спроса на природные ресурсы, возрастает вероятность их истощения, что в свою очередь может привести к энергетическому кризису, если человечество не найдет альтернативные варианты. Одним из перспективных решений этих проблем являетсяиспользованиевозобновляемыхресурсов Земли и энергосберегающие технологии. Истощение запасов Земли и многовековое сжигание их, представляет серьезную задачу для экологовво всем мире.Основное преимущество технологии теплоснабжения геотермальными ресурсами, использующими высокопотенциальный источник энергии в сравнении с традиционными аналогами, связанос сокращением затрат энергии в сфере
жизнеобеспечения зданий и сооружений, и с экологическим преимуществом, а также с разработками в сфере автономности жизнеобеспечения. Вероятнее всего,эти факторы будут основными в конкуренции в сфере теплогенерирующего оборудования.Тепловую энергию Земли делят на два вида –высокопотенциальную и низкопотенциальную. Источникомвысокопотенциальной энергии является нагретая до высокой температуры в результате геологических процессов вода.Наиболее высокопотенциальная энергия находится вдоль основных границ плит, гдечасто происходятземлетрясения инаходятся действующиевулканы. К примеру, гидротермальные ресурсы и термальные воды относительно легко использовать для теплоснабжения зданий. Относительно простое использование высокопотенциального тепла Земли возможно лишь в немногих районах. В России это, например:Камчатка, Курильские острова, Кавказ, Чукотка, Сахалин.
В отличие от высокопотенциальной, низкопотенциальная геотермальная энергия находится буквально у нас под ногами независимо от региона. Рассмотрим возможность использованиянизкопотенциальнойэнергии земли дляобогреважилых зданий и промышленных сооружений.
Отопление от Земли«Забрать» энергиюуЗемли ииспользовать ее для отопления возможно с помощью теплового насоса. С помощью теплового насоса осуществляется процесс переноса тепла из недр массива грунта внутрь здания, возвращая при этом холод из помещения обратно в землю. В этом случае энергия затрачивается только на перемещение теплоносителя, а не на выработку тепланепосредственно. Отопление за счет энергии земли применяется не только для эффективного обогрева помещения, с помощью него вполне возможно организовать также и горячее водоснабжение. Основными источниками тепла для теплового насоса является воздух, артезианские и грунтовые воды, а также тепло почвы. Грунтовые теплообменники связывают теплонасосное оборудование с грунтовым массивом. Кроме «извлечения» тепла Земли, грунтовые теплообменники могут использоваться и для нагрева или охлаждения грунтового массива, например, для подогрева дорожного покрытия зимой и охлаждения летом.В общем случае можновыделить два вида систем использования низкопотенциальной тепловой энергии Земли:Замкнутые системы(рисунок 3).Этот тип, как правило, экономически целесообразен, с точки зрения обслуживания. Их трубырасположены в грунтовом массиве, по которым циркулирует теплоноситель стемпературой ниже, чем в грунте. Происходит процесс обмена тепла, которое дальше поступает в испаритель, а из него охлажденная вода поступает обратно в грунт. Закрытые установки практически не требуют обслуживания, они не подвергаются воздействиям окружающий их среды, так как теплоноситель не имеет прямого контакта с грунтовым массивом.Открытые системы (рисунок 4) в качестве источника тепловой энергии используется вода поверхностных или грунтовых слоев, таких как пруд, озеро. Вода закачивается в тепловой насос, где извлеченное тепло поступает обратно в грунтовый массив. Установки с открытыми системами дешевле чем система с закрытой циркуляцией, так как требуется меньше труб и расходов на их прокладку под землей. Минеральные отложения могут откладываться внутри теплообменника, железо и другие примеси могут засорить проходы для движения воды, органическое вещество из прудов и озер может быстро привести к повреждению геотермальной системы. Водадолжна быть проверена на кислотность и содержание минеральных веществ. Системы с разомкнутым контуром, как правило, запрещается использовать в некоторых районах из экологических соображений.
Вертикальные игоризонтальные грунтовые теплообменникипредставляют собой разновидность замкнутых систем (рисунок 5)это отдельно стоящие трубы, расположенные вертикально или горизонтально, для их эффективного теплообмена нужно около 100 метров труб, которые располагают относительно плотно друг к другу.
Рисунок 3–Замкнутая (закрытая) система
Рисунок 3 Открытая система
Начальные затраты на постройку замкнутой системыотносительновеликии включают в себябурение скважин, прокладку труб а также затраты натеплонаносное оборудование. Затраты также зависят от географии местности и глубины расположения термостабильного слоя. Если глубина расположения грунтовых вод невелика или имеется близкорасположенный не промерзающий до днаводоем, напримерпруд или озеро, то затраты становятся меньше.
Рисунок 5 –Разновидности теплообменников
Закрытые системы в настоящий момент являются самым массовым способом отборанизкопотенциальноготепла. МногиестраныЕвропы и Северной Америки давно используют их для обогрева зданий и сооружений, так как они не требуют большой площади грунта, а могут располагаться прямо в фундаменте здания и не требуютобслуживания
как такового. При глубине около 50 метров нужен оченьмощный насос, мощность которого, в замкнутой системы зависит не от объемов воды и перепадов давления, а от гидравлического сопротивления самой установки. Современные тепловыенасосыимеюттепловойКДД 600700%(отношение мощности вырабатываемого к потребляемойиз сети электрической мощности). Совершенствование технологий и увеличение энергоэффективности систем электропривода позволяет в будущемувеличить этот показатель.
Борьба с обледенением крыш городских зданийБольшой проблемой также остается опасность схода снега и наледи с крыш домов, которая может привести вред здоровью людей и имуществу.Низкопотенциальное тепло позволяет решить так же и эту проблему. Прекрасным вариантомбудет расположение горизонтальных теплообменников под покровом крыши либо на её козырьке (рисунок 6), чтобы исключить возможность образования сосулек и накопления снега на крышах.Такие теплообменники также могут служить эффективным экраномот внешних температур. Температура теплообменников на
крышах может быть не очень высокой, главное, чтобы она была выше нуля градусов.
Рисунок 6 –Расположение теплообменников на крышах зданий
Обеспечение теплом уличных сооруженийБольшая часть России расположенав суровых климатических условиях, где изза больших перепадов температур и большого количества осадков дорожным службам очень часто приходиться менять асфальт на автодорогахи тротуарах. Снегоуборочные машины не успевают очищать дорогу, а тротуары зачастую чистятся в последнюю очередь. Это осложняет жизнь людей и наносит значительные прямые и косвенные убытки экономике.Город Сочи может быть примером инновационных подходов в современных строительныхтехнологиях. Например, в Сочи применена система естественного обогрева и охлаждения дорожного покрытия, ранее успешно применённая в Австрии и Нидерландах.Эта технология с успехом использована на спортивных объектах Сочи и в дальнейшем её можно применять и в других регионах.Суть технологиитакова. На глубине 12 см под дорожным полотном на расстоянии 15 см друг от друга уложены полиэтиленовые трубки сечением 25 мм (рисунки 7и 8). На этой глубине среднегодовая температура почвы составляет около 12°С, а в летнее время почва может прогреваться до 25°С. Нидерландский Холдинг «OomsAvenhorn Холдинг», «Tipspit» и «WTH Vloerverwarming» совместно разработали систему «Дорожная энергия», которая использует технологию нагрева иохлаждения зданий и дорог. Эта система состоит из слоя асфальтобетона, нанесенного на жесткое основание водопроводных трубок внутри. Темный цвет асфальтобетона позволяет превосходно нагреваться. Циркулирующая внутри него среда в состоянии охлаждать асфальт летом и нагревать его зимой.
Рисунки 7 –Монтаж (сверху) и расположение (снизу) теплообменников в дорожном покрытии
Асфальт является неплохим поглотителем солнечной энергии. Зимой температура асфальта будет поддерживаться выше точки замерзания, тем самым
предотвращая гололед на дороге. Время высыхания дороги после дождя также будет уменьшаться. Летом система позволит охладить поверхность асфальта ниже температуры, размягчения тем самым препятствуя деформации покрытия. Асфальтовое покрытие с системой нагрева также будет препятствовать растрескиванию асфальта зимой. Дорожное покрытие с системой нагрева и охлаждения будет иметь больший срок службы. В итоге, снизятся затраты на обслуживание и ремонт дорожных покрытий. Охлаждение и нагрев асфальта также уменьшают износ поверхности, поскольку такие дорожные покрытия менее склонны к вздутию и разрушению.Нормальное функционирование дорог снизит вероятность образованияпробок, и, следовательно, улучшит транспортнуюподвижность и безопасность. Система подогрева асфальта также улучшит экологическую обстановку.Нагрев дороги в зимний период позволяет отказаться от использования соли, что в свою очередь продлит жизнь автомобилей и устранит вредное влияние соли на окружающую среду.
Рисунок 8 –Укладка асфальта поверх теплообменников
Другие способы применения низкопотенциального тепла ЗемлиСамым распространенным способамиспользования низкопотенциального теплаявляютсяобогрев зданий и дорог, но возможны и другие варианты, которые пока не нашли широкого применения, такие как:• Обогрев грузовых и пассажирские платформ (в аэропортах, гаванях и вокзалах);• Поверхности специального назначения (например, взлетнопосадочные полосы аэропорта);
• Обогрев иликондиционированиеавтобусных остановок;
• Нагрев и охлаждение открытых спортивных площадок, а также почвы в оранжереях.
Из всего вышеизложенного можно сделать выводы, что применение системиспользования низкопотенциального тепла Землиобеспечит:
экономию энергии при обогреве зданий;
увеличение срока эксплуатации дорожного покрытия;
уменьшение стоимости противообледенительных работ;
улучшение экологической обстановки;сокращениерасходауглеводородного топлива и выбросов углекислого газа.Сочетание использования низкопотенциального и высокопотенциального геотермального тепла позволяет обеспечить теплом и электрической энергией Камчатку, Чукотку и Сахалин. Яркимпримером на Сахалине служит геостанция «Менделеевская», которая обеспечивает до 80% тепла и электроэнергии всего населения о.Кунашир и 50%населения ЮжноКурильска. ВСахалинской области характерно близкое расположение грунтовых вод, что определяет неглубокое залегание термостабильного слоя. Многие населенные пункты расположены непосредственно около морского побережья. Эти обстоятельства позволяют достаточно просто создавать замкнутые системы теплообменников и широко использовать низкопотенциальное тепло Земли. В ЮжноСахалинске необходимо массово применять тепловые насосы для обеспечения теплом тепличных хозяйств, домов и офисов. Это сократит выбросы ТЭЦ ЮжноСахалинска и уменьшитзависимость от угля и природного газа. На Чукотке низкопотенциальное тепло не самый лучший вариант изза вечной мерзлоты,которая достигает глубины до 500 м, но по всему региону расположены, по последним исследованиям около сотни очагов термальных источников. В восточной части Чукотки известно более 10 высокотемпературных источников –до 98 °С. Большинство населенных пунктов расположенных недалеко от них. Это позволяет широко внедрять системы, описанные в данной работе. Камчатка является примером грамотного использования теплового потенциала Земли, но до отопления домов дело ещё не дошло. Использование низкопотенциального тепла Земли —это новое будущее в сохранении и накоплении энергии. Естественно, их применение потребует больших затрат на начальных этапах, но со временем технологии совершенствуются и дешевеют, поэтому можно предположить, что системы, использующие низкопотенциальное тепло Земли, ждет большоебудущее.
Ссылки на источники1. Абдулагатов И.М., Алхасов А.Б. Преобразование геотермальной энергии в электрическую с использованием во вторичном контуре сверхкритического цикла // Теплоэнергетика.1988. №4.С. 5356.2. Саламов А.А. Геотермические электростанции в энергетике мира // Теплоэнергетика. 2000. №1.С. 7980.3. Григорьева Е.Г. Использование низкопотенциальной тепловой энергии земли в теплонасосных системах / Автореферат выпускной квалификационной работы магистра. Украина, Донецк: Донецкий национальный технический университет.
Dolgopolov Egor IgorevichStudent ofYuzhnoSakhalinsk Institute of Economics, Law and Computer Science Higher Educational Institutiongegor1404@mail.ruThe use of lowpotential heat for heating of residential street and constructionsAbstract. We discussed the different systems, allowing the use of lowgrade underground heat for heating of various infrastructures of cities and industry. The conclusion is made about the use of such systems in Russia in General and in the Sakhalin area chosen the most optimal variant of the system.Keywords: geothermal heat of lowpotential heat, renewable energy, alternative energy
Использование низкопотенциального подземного тепла для обогрева жилых и уличных сооружений
Аннотация. Рассмотрены различные системы, позволяющие использовать низкопотенциальное подземное тепло для обогрева различных инфраструктур городови промышленности. Сделан вывод о возможности использованиятаких систем в Россиив целом, а также вСахалинской области, выбран вариант наиболее оптимальной системы.Ключевые слова: геотермальное тепло, низкопотенциальное тепло, возобновляемые источники энергии, нетрадиционная энергетика.
ВведениеГеотермальная энергия будет играть большую роль в поставках электроэнергии и тепла для мирового спроса на энергоносители в ближайшие годы. Углерод не является основой для геотермальных источников энергии, поэтому энергия Земли является экологически чистым, ине выделяет вредных парниковых газов в атмосферу. Почти все эксперты в области энергетики считают, что геотермальная энергия является очень распространенным возобновляемым ресурсом Земли, она имеет более чем достаточный потенциал, чтобы удовлетворить энергетическую потребность значительной части мира. Первый геотермальная электростанция была построена в Landarello, Италии в 1904 году, а промышленной электростанцией стала в 1911 году(рисунок 1)[1].
Рисунок 1 Геотермальная электростанция в Италии. 1904 г.
Первой геотермальной электростанциейВ СССРстала ПаужетскаяГеоТЭС на Камчатке, которая была введена в работу в 1967 годуи имела мощность 5мегаватт, увеличенную впоследствии до 11 мегаватт (рисунок 2)[2].В 2012 году все мировые геотермальные электростанции вырабатывали лишь 2 % мирового объемаэлектроэнергии. Геотермальные электростанции построены преимущественно на краях тектонических плит, но с недавних порблагодаря улучшениям в технологии бурения и добычи, они могут быть в состоянии покрыть гораздо большую поверхность. Геотермальные электростанции требуют высоких инвестиций, но после того, как они фактически построены,они имеют сравнительнонизкие эксплуатационные расходы.Совместное производство геотермальной электроэнергии в нефтяных и газовых скважинах. Скважины, предназначенные для добычинефти и газа,представляют собой еще один большой потенциальный источник геотермальной энергии. Многиесуществующиескважины кроме нефти и газапозволяют также извлекатьзначительное количество воды с высокими температуройидавлением, что позволяет использоватьее для производства электроэнергии, одновременно с добычейприродных ископаемых. В некоторых случаях использование высокопотенциальной геотермальной водыспособно увеличить объемыдобычи нефти и газа.
Рисунок 2 –Паужетская ГеоТЭС.
Изза высокого спроса на природные ресурсы, возрастает вероятность их истощения, что в свою очередь может привести к энергетическому кризису, если человечество не найдет альтернативные варианты. Одним из перспективных решений этих проблем являетсяиспользованиевозобновляемыхресурсов Земли и энергосберегающие технологии. Истощение запасов Земли и многовековое сжигание их, представляет серьезную задачу для экологовво всем мире.Основное преимущество технологии теплоснабжения геотермальными ресурсами, использующими высокопотенциальный источник энергии в сравнении с традиционными аналогами, связанос сокращением затрат энергии в сфере
жизнеобеспечения зданий и сооружений, и с экологическим преимуществом, а также с разработками в сфере автономности жизнеобеспечения. Вероятнее всего,эти факторы будут основными в конкуренции в сфере теплогенерирующего оборудования.Тепловую энергию Земли делят на два вида –высокопотенциальную и низкопотенциальную. Источникомвысокопотенциальной энергии является нагретая до высокой температуры в результате геологических процессов вода.Наиболее высокопотенциальная энергия находится вдоль основных границ плит, гдечасто происходятземлетрясения инаходятся действующиевулканы. К примеру, гидротермальные ресурсы и термальные воды относительно легко использовать для теплоснабжения зданий. Относительно простое использование высокопотенциального тепла Земли возможно лишь в немногих районах. В России это, например:Камчатка, Курильские острова, Кавказ, Чукотка, Сахалин.
В отличие от высокопотенциальной, низкопотенциальная геотермальная энергия находится буквально у нас под ногами независимо от региона. Рассмотрим возможность использованиянизкопотенциальнойэнергии земли дляобогреважилых зданий и промышленных сооружений.
Отопление от Земли«Забрать» энергиюуЗемли ииспользовать ее для отопления возможно с помощью теплового насоса. С помощью теплового насоса осуществляется процесс переноса тепла из недр массива грунта внутрь здания, возвращая при этом холод из помещения обратно в землю. В этом случае энергия затрачивается только на перемещение теплоносителя, а не на выработку тепланепосредственно. Отопление за счет энергии земли применяется не только для эффективного обогрева помещения, с помощью него вполне возможно организовать также и горячее водоснабжение. Основными источниками тепла для теплового насоса является воздух, артезианские и грунтовые воды, а также тепло почвы. Грунтовые теплообменники связывают теплонасосное оборудование с грунтовым массивом. Кроме «извлечения» тепла Земли, грунтовые теплообменники могут использоваться и для нагрева или охлаждения грунтового массива, например, для подогрева дорожного покрытия зимой и охлаждения летом.В общем случае можновыделить два вида систем использования низкопотенциальной тепловой энергии Земли:Замкнутые системы(рисунок 3).Этот тип, как правило, экономически целесообразен, с точки зрения обслуживания. Их трубырасположены в грунтовом массиве, по которым циркулирует теплоноситель стемпературой ниже, чем в грунте. Происходит процесс обмена тепла, которое дальше поступает в испаритель, а из него охлажденная вода поступает обратно в грунт. Закрытые установки практически не требуют обслуживания, они не подвергаются воздействиям окружающий их среды, так как теплоноситель не имеет прямого контакта с грунтовым массивом.Открытые системы (рисунок 4) в качестве источника тепловой энергии используется вода поверхностных или грунтовых слоев, таких как пруд, озеро. Вода закачивается в тепловой насос, где извлеченное тепло поступает обратно в грунтовый массив. Установки с открытыми системами дешевле чем система с закрытой циркуляцией, так как требуется меньше труб и расходов на их прокладку под землей. Минеральные отложения могут откладываться внутри теплообменника, железо и другие примеси могут засорить проходы для движения воды, органическое вещество из прудов и озер может быстро привести к повреждению геотермальной системы. Водадолжна быть проверена на кислотность и содержание минеральных веществ. Системы с разомкнутым контуром, как правило, запрещается использовать в некоторых районах из экологических соображений.
Вертикальные игоризонтальные грунтовые теплообменникипредставляют собой разновидность замкнутых систем (рисунок 5)это отдельно стоящие трубы, расположенные вертикально или горизонтально, для их эффективного теплообмена нужно около 100 метров труб, которые располагают относительно плотно друг к другу.
Рисунок 3–Замкнутая (закрытая) система
Рисунок 3 Открытая система
Начальные затраты на постройку замкнутой системыотносительновеликии включают в себябурение скважин, прокладку труб а также затраты натеплонаносное оборудование. Затраты также зависят от географии местности и глубины расположения термостабильного слоя. Если глубина расположения грунтовых вод невелика или имеется близкорасположенный не промерзающий до днаводоем, напримерпруд или озеро, то затраты становятся меньше.
Рисунок 5 –Разновидности теплообменников
Закрытые системы в настоящий момент являются самым массовым способом отборанизкопотенциальноготепла. МногиестраныЕвропы и Северной Америки давно используют их для обогрева зданий и сооружений, так как они не требуют большой площади грунта, а могут располагаться прямо в фундаменте здания и не требуютобслуживания
как такового. При глубине около 50 метров нужен оченьмощный насос, мощность которого, в замкнутой системы зависит не от объемов воды и перепадов давления, а от гидравлического сопротивления самой установки. Современные тепловыенасосыимеюттепловойКДД 600700%(отношение мощности вырабатываемого к потребляемойиз сети электрической мощности). Совершенствование технологий и увеличение энергоэффективности систем электропривода позволяет в будущемувеличить этот показатель.
Борьба с обледенением крыш городских зданийБольшой проблемой также остается опасность схода снега и наледи с крыш домов, которая может привести вред здоровью людей и имуществу.Низкопотенциальное тепло позволяет решить так же и эту проблему. Прекрасным вариантомбудет расположение горизонтальных теплообменников под покровом крыши либо на её козырьке (рисунок 6), чтобы исключить возможность образования сосулек и накопления снега на крышах.Такие теплообменники также могут служить эффективным экраномот внешних температур. Температура теплообменников на
крышах может быть не очень высокой, главное, чтобы она была выше нуля градусов.
Рисунок 6 –Расположение теплообменников на крышах зданий
Обеспечение теплом уличных сооруженийБольшая часть России расположенав суровых климатических условиях, где изза больших перепадов температур и большого количества осадков дорожным службам очень часто приходиться менять асфальт на автодорогахи тротуарах. Снегоуборочные машины не успевают очищать дорогу, а тротуары зачастую чистятся в последнюю очередь. Это осложняет жизнь людей и наносит значительные прямые и косвенные убытки экономике.Город Сочи может быть примером инновационных подходов в современных строительныхтехнологиях. Например, в Сочи применена система естественного обогрева и охлаждения дорожного покрытия, ранее успешно применённая в Австрии и Нидерландах.Эта технология с успехом использована на спортивных объектах Сочи и в дальнейшем её можно применять и в других регионах.Суть технологиитакова. На глубине 12 см под дорожным полотном на расстоянии 15 см друг от друга уложены полиэтиленовые трубки сечением 25 мм (рисунки 7и 8). На этой глубине среднегодовая температура почвы составляет около 12°С, а в летнее время почва может прогреваться до 25°С. Нидерландский Холдинг «OomsAvenhorn Холдинг», «Tipspit» и «WTH Vloerverwarming» совместно разработали систему «Дорожная энергия», которая использует технологию нагрева иохлаждения зданий и дорог. Эта система состоит из слоя асфальтобетона, нанесенного на жесткое основание водопроводных трубок внутри. Темный цвет асфальтобетона позволяет превосходно нагреваться. Циркулирующая внутри него среда в состоянии охлаждать асфальт летом и нагревать его зимой.
Рисунки 7 –Монтаж (сверху) и расположение (снизу) теплообменников в дорожном покрытии
Асфальт является неплохим поглотителем солнечной энергии. Зимой температура асфальта будет поддерживаться выше точки замерзания, тем самым
предотвращая гололед на дороге. Время высыхания дороги после дождя также будет уменьшаться. Летом система позволит охладить поверхность асфальта ниже температуры, размягчения тем самым препятствуя деформации покрытия. Асфальтовое покрытие с системой нагрева также будет препятствовать растрескиванию асфальта зимой. Дорожное покрытие с системой нагрева и охлаждения будет иметь больший срок службы. В итоге, снизятся затраты на обслуживание и ремонт дорожных покрытий. Охлаждение и нагрев асфальта также уменьшают износ поверхности, поскольку такие дорожные покрытия менее склонны к вздутию и разрушению.Нормальное функционирование дорог снизит вероятность образованияпробок, и, следовательно, улучшит транспортнуюподвижность и безопасность. Система подогрева асфальта также улучшит экологическую обстановку.Нагрев дороги в зимний период позволяет отказаться от использования соли, что в свою очередь продлит жизнь автомобилей и устранит вредное влияние соли на окружающую среду.
Рисунок 8 –Укладка асфальта поверх теплообменников
Другие способы применения низкопотенциального тепла ЗемлиСамым распространенным способамиспользования низкопотенциального теплаявляютсяобогрев зданий и дорог, но возможны и другие варианты, которые пока не нашли широкого применения, такие как:• Обогрев грузовых и пассажирские платформ (в аэропортах, гаванях и вокзалах);• Поверхности специального назначения (например, взлетнопосадочные полосы аэропорта);
• Обогрев иликондиционированиеавтобусных остановок;
• Нагрев и охлаждение открытых спортивных площадок, а также почвы в оранжереях.
Из всего вышеизложенного можно сделать выводы, что применение системиспользования низкопотенциального тепла Землиобеспечит:
экономию энергии при обогреве зданий;
увеличение срока эксплуатации дорожного покрытия;
уменьшение стоимости противообледенительных работ;
улучшение экологической обстановки;сокращениерасходауглеводородного топлива и выбросов углекислого газа.Сочетание использования низкопотенциального и высокопотенциального геотермального тепла позволяет обеспечить теплом и электрической энергией Камчатку, Чукотку и Сахалин. Яркимпримером на Сахалине служит геостанция «Менделеевская», которая обеспечивает до 80% тепла и электроэнергии всего населения о.Кунашир и 50%населения ЮжноКурильска. ВСахалинской области характерно близкое расположение грунтовых вод, что определяет неглубокое залегание термостабильного слоя. Многие населенные пункты расположены непосредственно около морского побережья. Эти обстоятельства позволяют достаточно просто создавать замкнутые системы теплообменников и широко использовать низкопотенциальное тепло Земли. В ЮжноСахалинске необходимо массово применять тепловые насосы для обеспечения теплом тепличных хозяйств, домов и офисов. Это сократит выбросы ТЭЦ ЮжноСахалинска и уменьшитзависимость от угля и природного газа. На Чукотке низкопотенциальное тепло не самый лучший вариант изза вечной мерзлоты,которая достигает глубины до 500 м, но по всему региону расположены, по последним исследованиям около сотни очагов термальных источников. В восточной части Чукотки известно более 10 высокотемпературных источников –до 98 °С. Большинство населенных пунктов расположенных недалеко от них. Это позволяет широко внедрять системы, описанные в данной работе. Камчатка является примером грамотного использования теплового потенциала Земли, но до отопления домов дело ещё не дошло. Использование низкопотенциального тепла Земли —это новое будущее в сохранении и накоплении энергии. Естественно, их применение потребует больших затрат на начальных этапах, но со временем технологии совершенствуются и дешевеют, поэтому можно предположить, что системы, использующие низкопотенциальное тепло Земли, ждет большоебудущее.
Ссылки на источники1. Абдулагатов И.М., Алхасов А.Б. Преобразование геотермальной энергии в электрическую с использованием во вторичном контуре сверхкритического цикла // Теплоэнергетика.1988. №4.С. 5356.2. Саламов А.А. Геотермические электростанции в энергетике мира // Теплоэнергетика. 2000. №1.С. 7980.3. Григорьева Е.Г. Использование низкопотенциальной тепловой энергии земли в теплонасосных системах / Автореферат выпускной квалификационной работы магистра. Украина, Донецк: Донецкий национальный технический университет.
Dolgopolov Egor IgorevichStudent ofYuzhnoSakhalinsk Institute of Economics, Law and Computer Science Higher Educational Institutiongegor1404@mail.ruThe use of lowpotential heat for heating of residential street and constructionsAbstract. We discussed the different systems, allowing the use of lowgrade underground heat for heating of various infrastructures of cities and industry. The conclusion is made about the use of such systems in Russia in General and in the Sakhalin area chosen the most optimal variant of the system.Keywords: geothermal heat of lowpotential heat, renewable energy, alternative energy
