Wat is aardwarmte, airconditioningsystemen en de toekomst

Je weet zeker wat aardwarmte in algemene termen is, maar Kent u alle basisprincipes van deze energie?

Heel algemeen zeggen we dat aardwarmte dat wel is warmte-energie van binnenuit de aarde.

Met andere woorden, aardwarmte is de enige hernieuwbare energiebron die niet afkomstig is van de zon.

Bovendien kunnen we zeggen dat deze energie sindsdien geen hernieuwbare energie is zijn vernieuwing is niet oneindig, Echter is op menselijke schaal onuitputtelijk, dus het wordt voor praktische doeleinden als hernieuwbaar beschouwd.

Herkomst van warmte in de aarde

De belangrijkste oorzaak van warmte in de aarde is de continu verval van sommige radioactieve elementen zoals Uranium 238, Thorium 232 en Kalium 40.

Een andere van de oorsprong van aardwarmte son los botsingen van tektonische platen.

In bepaalde regio's is aardwarmte echter meer geconcentreerd, zoals in de omgeving van vulkanen, magmastromen, geisers en warmwaterbronnen.

Gebruik van aardwarmte

Deze energie is minimaal 2.000 jaar in gebruik.

De Romeinen gebruikten de warmwaterbronnen toiletten en meer recentelijk is deze energie gebruikt voor de verwarming van gebouwen en kassen en voor het opwekken van elektriciteit.

Momenteel zijn er 3 soorten afzettingen waaruit we aardwarmte kunnen halen:

• Reservoirs op hoge temperatuur
• Lage temperatuur reservoirs
• Droog hete rotsreservoirs

Reservoirs op hoge temperatuur

We zeggen dat er een aanbetaling is van hoge temperatuur wanneer het reservoir water bereikt temperaturen boven 100ºC door de aanwezigheid van een actieve warmtebron.

Om met aardwarmte bruikbare aardwarmte te maken, moeten geologische omstandigheden het mogelijk maken om een geothermisch reservoir, vergelijkbaar met die in olie of aardgas, bestaande uit een doorlatende rots, zandsteen of kalksteen bijvoorbeeld, bekroond door een waterdichte laag, zoals klei.

Het door de rotsen opgewarmde grondwater stroomt in opwaartse richting naar het reservoir, waar ze gevangen blijven onder de ondoordringbare laag.

Wanneer er zijn scheuren in die ondoordringbare laag is het ontsnappen van stoom of water naar het oppervlak mogelijk, verschijnen in de vorm van warmwaterbronnen of geisers.

Deze warmwaterbronnen worden al sinds de oudheid gebruikt en kunnen gemakkelijk worden gebruikt voor verwarming en industriële processen.

Lage temperatuur reservoirs

Lage temperatuur reservoirs zijn die waarin de temperatuur van het water, die we gaan gebruiken, bevindt zich tussen 60 en 100ºC.

In deze deposito's, de waarde van de warmteflux is de normaal van de aardkorst, dus het bestaan ​​van 2 van de voorgaande voorwaarden is niet nodig: aanwezigheid van een actieve warmtebron en isolatie van de vloeistofopslag.

Alleen de aanwezigheid van een magazijn op de juiste diepte zodat, met de bestaande geothermische gradiënt in dat gebied, er temperaturen zijn die de exploitatie ervan economisch maken.

Droog hete rotsreservoirs

Het potentieel van geothermische energie es mucho groter als warmte wordt onttrokken aan droge hete rotsen, die van nature geen water bevatten.

Ze zijn op een temperatuur tussen 250 en 300ºC al een diepte tussen 2.000 en 3.000 meter.

Voor de exploitatie is het noodzakelijk om droge hete rotsen te breken, om maak ze poreus.

dan koud water wordt geïntroduceerd van het oppervlak door een pijp, laat het door de hete gebroken rots gaan, zodat het opwarmt en dan, waterdamp wordt afgezogen door een andere pijpleiding om zijn druk te gebruiken om een ​​turbine aan te drijven en elektrische energie opwekken.

Het probleem met dit type exploitatie zijn de technieken om de rotsen op een dergelijke diepte te breken en te boren.

Hoewel er in deze gebieden veel vooruitgang is geboekt met behulp van olieboortechnieken.

Geothermische energie op zeer lage temperatuur

We kunnen de ondergrond tot kleine diepten zoals een warmtebron bij 15ºC, volledig hernieuwbaar en onuitputtelijk.

Door middel van een geschikt opvangsysteem en een warmtepomp kan vanuit deze bron bij 15ºC warmte worden overgedragen naar een systeem dat 50ºC bereikt, en deze laatste kan worden gebruikt voor verwarming en het verkrijgen van sanitair warm water voor gebruik in de woning.

Bovendien heeft dezelfde warmtepomp kan warmte uit de omgeving van 40 ° C opnemen en met hetzelfde opvangsysteem aan de ondergrond leverenDaarom kan het systeem dat huishoudelijke verwarming kan oplossen ook koeling oplossen, dat wil zeggen dat het huis een enkele installatie heeft voor de ingebouwde airconditioning.

Het belangrijkste nadeel van dit soort energie is de hebben een zeer groot begraafoppervlak van het buitencircuit nodigHet belangrijkste voordeel is echter de pMogelijkheid om het tegen zeer lage kosten te gebruiken als verwarmings- en koelsysteem.

In het volgende diagram ziet u verschillende manieren om warmte op te vangen of over te dragen aan de vloer voor later gebruik bij verwarming, koeling en het verkrijgen van SWW (sanitair warm water). Ik zal de procedure hieronder toelichten.

Airconditioning van een huis, een flatgebouw, een ziekenhuis, enz. kan bereikt worden individueel, aangezien het geen grote investeringen voor het systeem vereist, in tegenstelling tot geothermische installaties met hoge en gemiddelde temperatuur.

Dit systeem om de zonne-energie die wordt geabsorbeerd door het aardoppervlak te benutten, is gebaseerd op 3 hoofdelementen:

1. Warmtepomp
2. Wissel circuit uit met de aarde
   1. Warmte-uitwisseling met oppervlaktewater
   2. Wissel met de grond
3. Wissel circuit uit met het huis

Warmtepomp

De warmtepomp is een thermodynamische machine die is gebaseerd op de Carnot-cyclus uitgevoerd door een gas.

Deze machine absorbeert warmte van de ene bron om deze af te leveren aan een andere met een hogere temperatuur.

Het meest typische voorbeeld zijn koelkastenDeze hebben een machine die warmte aan de binnenkant onttrekt en deze naar buiten afvoert, wat een hogere temperatuur heeft.

Andere voorbeelden van warmtepompen zijn airconditioners en airconditioners voor woningen en auto's.

In dit schema kunt u zien dat de Koude bol absorbeert warmte uit de grond in een uitwisseling en de vloeistof die door het koude bolcircuit circuleert, absorbeert warmte totdat deze verdampt.

Het circuit dat het water met warmte uit de grond transporteert, koelt af en keert terug naar de grond, het herstel van de bodemtemperatuur is erg snel.

Aan de andere kant verwarmt de hete lamp, in het huis, de lucht en geeft deze warmte.

De warmtepomp "pompt" warmte van de koude lamp naar de hete lamp.

Prestaties (geleverde energie / geabsorbeerde energie) het hangt af van de temperatuur van de bron die de verdampte warmte levert.

Conventionele airconditioningsystemen absorberen warmte uit de atmosfeer, die in de winter kan bereiken temperatuurs hieronder -2 ° C.

Bij deze temperaturen kan de verdamper praktisch geen warmte opvangen en de pompprestaties zijn erg laag.

In de zomer als het warmer is, moet de pomp de warmte uit de atmosfeer afgeven die mogelijk aanwezig is 40°C, met wat de de prestaties zijn niet zo goed als je zou verwachten.

Echter het geothermische opvangsysteem, door een bron te hebben voor constante temperatuur, prestatie is altijd optimaal ongeacht de atmosferische temperatuuromstandigheden. Dit systeem is dus veel efficiënter dan een conventionele warmtepomp.

Wissel circuits uit met de aarde

Warmte-uitwisseling met oppervlaktewater

Dit systeem is gebaseerd op breng water in thermisch contact afkomstig van een oppervlaktebron met de verdamper / condensor, al naargelang de behoefte, voor de opname of overdracht van warmte aan de genoemde wateren.

Voordeel: cadeautjes is dat het een lage kosten

Nadeel:  er is niet altijd een waterbron beschikbaar.

Wissel met de grond

Oosten kan direct zijn wanneer de uitwisseling tussen de grond en de verdamper / condensor van de warmtepomp wordt uitgevoerd door middel van een ingegraven koperen leiding.

Voor een huis kan tussen de 100 en 150 meter buis nodig zijn.

• Voordelen: lage kosten, eenvoud en goede prestaties.
• nadelen: mogelijkheid van gaslekkage en bevriezing van delen van het land.

Of ook kan een hulpcircuit zijn wanneer het een reeks ingegraven leidingen heeft, waardoor water wordt gecirculeerd, dat op zijn beurt warmte uitwisselt met de verdamper / condensor.

Voor een huis kan tussen de 100 en 200 meter buis nodig zijn.

• Voordelen: lage druk in het circuit, waardoor grote temperatuurverschillen worden vermeden
• nadelen: hoge kosten.

Wissel circuits uit met het huis

Deze circuits kan zijn met een directe uitwisseling of met een distributie van warm en koud water.

Directe uitwisseling Het is gebaseerd op het circuleren van een luchtstroom over het oppervlak van de verdamper / condensor aan de zijkant van het huis voor warmte-uitwisseling en het verspreiden van deze warme / koude lucht door het huis, via thermisch geïsoleerde leidingen.

Met één enkel distributiesysteem is de distributie van warm en koud in huis opgelost.

• Voordelen: ze hebben meestal lage kosten en veel eenvoud.
• nadelen: laag rendement, matig comfort en alleen toepasbaar voor woningen die nieuw gebouwd zijn of voorzien zijn van een luchtconvectie verwarmingssysteem.

Het distributiesysteem voor warm en koud water Het is gebaseerd op het circuleren van een waterstroom over het oppervlak van de verdamper / condensor aan de zijkant van het huis voor warmte-uitwisseling.

Het water wordt in de zomer meestal afgekoeld tot 10ºC en in de winter verwarmd tot 45ºC om als airconditioning te worden gebruikt.

Vloerverwarming is de methode met de beste prestaties en het grootste comfort om de verwarming op te lossen kan deze echter niet worden gebruikt voor koeling, dus als deze methode of die van warmwaterradiatoren wordt gebruikt, zal een ander systeem moeten worden geïnstalleerd om de koeling te kunnen gebruiken.

• Voordelen: zeer hoog comfort en prestatie.
• nadelen: hoge kosten.

Prestaties van airconditioningsystemen

Energie-efficiëntie van een airconditioningsysteem dat als warmtebron wordt gebruikt de ondergrond op 15ºC is tenminste van 400% bij verwarming en 500% bij koeling.

Als het opwarmt er is slechts een bijdrage van elektrische energie van 25% van de totale benodigde energie. En wanneer het wordt gebruikt om te koelen, is de prestatie meer dan het dubbele van die van een warmtepomp die wisselt met lucht van 40 graden, dus in dit geval is er ook een energiebesparing van meer dan 50% in vergelijking met een conventionele airconditioner.

Dit betekent dat om van de koude pool naar de hete pool 4 eenheden energie (bijvoorbeeld 4 calorieën) te pompen, er slechts 1 eenheid energie nodig is.

In de koeling is voor elke 5 verpompte eenheden 1 eenheid nodig om ze te verpompen.

Dit is mogelijk sinds genereert niet alle warmtemaar het meeste wordt alleen van de ene bron naar de andere overgedragen.

De energie-eenheden die we aan de warmtepomp leveren, zijn in de vorm van elektrische energie, dus in feite produceren we CO2 in de elektrische energieproducerende installatie, hoewel in veel minder hoeveelheden.

Echter, we zouden niet-elektrische warmtepompen kunnen gebruiken, maar hun energiebron was thermische zonne-energie, maar ze bevinden zich nog in de experimentele fase.

Si we vergelijken dit systeem met een verwarmingssysteem voor zonne-energieopvang door panelen kunnen we dat zien biedt een groot voordeelAls vereist geen grote accu's om de uren van gebrek aan zonnestraling te compenseren.

De grote accumulator is de eigen massa van de aarde dat maakt dat we een energiebron hebben met een constante temperatuur, die zich in het kader van deze applicatie als oneindig gedraagt.

Echter, degene die dat wel doet De beste optie om deze energiebron te gebruiken, is om deze te combineren met thermische zonne-energie., niet om de warmtepomp te verplaatsen zoals hierboven vermeld (wat ook) maar om warmte aan het systeem toe te voegen, gezien het feit dat bij toepassingen voor verwarming en de productie van warm water voor huishoudelijk gebruik, water kan met aardwarmte op 15ºC worden gebracht voor later, verhoog de temperatuur van het water met zonne-energie.

In dit geval het rendement van de warmtepomp neemt exponentieel toe.

Geothermische energiedistributie

Geothermische energie is wijdverbreid over de hele planeet, vooral in de vorm van droge hete rotsen, maar er zijn gebieden waarin het zich misschien meer dan 10% van het aardoppervlak uitstrekt en ze hebben speciale voorwaarden om dit soort energie te ontwikkelen.

Ik bedoel de gebieden waarin manifesteren meer de effecten van aardbevingen en vulkanen en dat valt in het algemeen samen met tektonische fouten belangrijk.

Onder hen zijn:

• De Pacifische kust van het Amerikaanse continent, van Alaska tot Chili.
• De westelijke Stille Oceaan, van Nieuw-Zeeland via de Filippijnen en Indonesië tot Zuid-China en Japan.
• De vallei van ontwrichting van Kenia, Oeganda, Zaïre en Ethiopië.
• De omgeving van de Middellandse Zee.

Voor- en nadelen van aardwarmte

Deze energie heeft, net als alles wat bestaat, zowel goede als slechte delen.

Como voordeel we kunnen stellen dat:

• Het is gevonden verspreid over de hele planeet.
• De meest economische geothermische bronnen zijn in de vulkanische gebieden voor het grootste deel gelegen in ontwikkelingslanden, wat erg kan zijn handig om uw situatie te verbeteren.
• Het is een onuitputtelijke energiebron op menselijke schaal.
• Is de energie goedkoopste dat is bekend.

Hun nadelen integendeel, ze zijn:

• Het gebruik van aardwarmte levert wat op milieuproblemen, in het bijzonder de vrijkomen van zwavelhoudende gassen in de atmosfeer, samen met heet water lozingen op rivieren, die vaak een hoog gehalte aan vaste stoffen bevatten.

Hoewel in het algemeen afvalwater opnieuw in de grond kan worden geïnjecteerd, na in sommige gevallen commercieel bruikbare kaliumzouten te hebben gewonnen.

• Algemeen transport van aardwarmte over lange afstanden is niet haalbaar. Heet water of stoom moet worden gebruikt in de buurt van de bron, voordat het afkoelt.
• De meeste geothermische wateren worden gevonden temperaturen onder de 150ºC dus in het algemeen is het niet warm genoeg voor elektriciteitsopwekking.

Dit water kan alleen worden gebruikt voor baden, verwarming van gebouwen en kassen en buitenteelt, of als voorverwarmd water voor boilers.

• De Droge hete rotsreservoirs zijn van korte duurOmdat gebarsten oppervlakken snel afkoelen, daalt hun energie-efficiëntie snel.
• De de installatiekosten zijn erg hoog.

De toekomst van aardwarmte

Tot nu toe alleen perforaties en warmte onttrekken tot een diepte van ongeveer 3 km, hoewel het naar verwachting grotere diepten kan bereiken, waarmee aardwarmte breder zou kunnen worden gebruikt.

De totale beschikbare energiein de weg van heet water, stoom of hete rotsen, tot een diepte van 10 km, benadert 3.10¹⁷ tep. 30 miljoen keer het huidige wereldwijde energieverbruik. Dat geeft aan dat aardwarmte kan op korte termijn een interessant alternatief zijn.

De geperfectioneerde technieken voor de ontwikkeling van geothermische bronnen lijken sterk op die in de oliesector. Echter, sinds de energie-inhoud van water bij 300ºC is duizend keer lager dan die van oliekan het kapitaal economisch worden geïnvesteerd in exploratie en is er veel minder boren.

Olietekorten kunnen echter het toenemende gebruik van geothermische energie aanwakkeren.

Aan de andere kant is de gebruik van geothermische bronnen voor de opwekking van elektriciteit in middelgrote turbogeneratoren (10-100 MW) gelegen nabij de putten, maar de minimaal bruikbare geothermische temperatuur voor elektriciteitsopwekking was 150 ° C.

De laatste tijd bladloze turbines zijn ontwikkeld voor geothermisch water en stoom tot 100ºC alleen, waardoor het toepassingsgebied van deze energie kan worden uitgebreid.

Bovendien heeft kan worden gebruikt in industriële processen zoals de verwerking van metalen, het verwarmen van allerlei industriële processen, het verwarmen van kassen, enz.

Maar waarschijnlijk de grootste toekomst van aardwarmte ligt in het benutten van zeer lage temperatuur aardwarmte, vanwege zijn veelzijdigheid, eenvoud, lage economische en milieukosten en de mogelijkheid van gebruik het als verwarmings- en koelsysteem.