什么是地热能,空调系统和未来

地热能

您当然知道什么是地热能,但是 您了解这种能量的所有基本知识吗?

笼统地说,地热能是 来自地球内部的热能。

换句话说,地热能是唯一不来自太阳的可再生能源。

另外,我们可以说这种能源本身不是可再生能源,因为 它的更新不是无限的,但是 在人类规模上取之不尽用之不竭,因此出于实用目的被视为可再生。

地球内部的热源

地球内部热量的主要原因是 某些放射性元素的连续衰变 例如铀238,Thor 232和钾40。

另一个 地热能的起源构造板块的碰撞。

然而,在某些地区,地热更集中,如 火山,岩浆流,间歇泉和温泉。

地热能的利用

这种能量已经使用了至少2.000年。

罗马人用温泉来 厕所 最近,这种能量已被用于 建筑物和温室的供暖以及发电。

当前,我们可以从三种类型的矿床中获取地热能:

  • 高温水库
  • 低温水库
  • 干热岩储层

高温水库

我们说有一笔押金 高温 当水库水到达时 温度高于100ºC 由于存在活跃的热源。

为了使地热能产生可用的地热能,地质条件必须使形成地热能成为可能。 地热储层,类似于石油或天然气中所含的那些,由 渗透性岩石,砂岩 或石灰石,例如 防水层,像黏土。

高温方案

被岩石加热的地下水向上流动 到储层,它们仍然被困在不可渗透层的下面。

何时 有裂缝 在所述的不渗透层中,蒸汽或水可能逃逸到表面, 以温泉或间歇泉的形式出现。

这些温泉自古以来就已被使用,可以很容易地用于加热和工业过程。

热水浴

罗马浴场

低温水库

低温水库是那些 水的温度,我们将要使用的位于 60至100ºC之间。

在这些存款中, 热通量的值是地壳的正常值,因此没有必要存在以下两个条件:存在有效的热源和隔离储液器。

低温方案

只有 仓库的存在 在适当的深度,以便在该区域存在现有的地热梯度的情况下,具有一定的温度使其开采变得经济。

干热岩储层

潜力 地热能 es如果从干燥的热岩石中提取热量,热量会更大,天然不含水。

他们在 温度在250至300ºC之间 已经一个 深度在2.000至3.000米之间。

为了开采它,有必要打破干燥的热石, 使它们多孔。

然后 引入冷水 从地表通过管道,使其穿过破裂的热岩石,使其变热,然后, 提取水蒸气 通过另一根管道来利用其压力来驱动涡轮和 产生电能。

热岩轮廓

这种开采方式的问题在于将这种深度的岩石压裂并进行钻探的技术。

尽管使用石油钻探技术在这些领域取得了很大进展。

极低温地热能

我们可以考虑 底土15ºC时的热源,完全可再生且取之不尽用之不竭。

借助于合适的捕获系统和热泵,热量可以在15ºC时从该源传递到达到50ºC的系统,后者用于加热并获得用于家庭的卫生热水。

另外, 同一热泵可以吸收40ºC环境中的热量,并通过相同的捕集系统将其传递到地下土壤中因此,可以解决家庭供暖问题的系统也可以解决制冷问题,也就是说,房屋的整体空调只有一个安装。

这种能源的主要缺点是 需要外部回路非常大的掩埋面但是,它的主要优点是p可以以非常低的成本将其用作加热和冷却系统。

在下图中,您可以看到将热量收集或传递到地板上以供以后用于加热,冷却和获取DHW(卫生热水)的不同方式。 我将在下面解释该过程。

暖通空调系统方案

空调 房屋,公寓楼,医院等可以达到 个别地,因为与高温和中温地热设施不同,该系统不需要大量投资。

利用地球表面吸收的太阳能的系统基于3个主要元素:

  1. 热泵
  2. 与地球交换电路
    1. 与地表水进行热交换
    2. 与地面交流
  3. 与家庭交换电路

热泵

热泵是热力学机器 这是基于气体执行的卡诺循环。

这台机器从一个热源吸收热量,然后将其传递给另一个温度更高的热源。

最典型的例子是冰箱它们具有从内部提取热量并将其排出到温度更高的外部的机器。

热泵的其他示例是空调和用于家庭和汽车的空调。

在此示意图中,您可以看到 冷灯泡通过交换从地面吸收热量,并且循环通过冷灯泡回路的液体吸收热量直到蒸发。

热泵方案

从地面带走水并带走热量的回路冷却并返回地面, 土壤温度恢复非常快。

另一方面,房屋内部的热灯泡会加热空气,使其发热。

热泵将热量从冷灯泡“抽”到热灯泡。

性能表现 (提供的能量/吸收的能量) 这取决于提供蒸发热量的源的温度。

常规空调系统 从大气中吸收热量,在冬天可以达到 温度s以下 -2℃。

在这些温度下,蒸发器几乎无法吸收热量,并且 泵的性能很低。

在夏天高温时,泵必须从可能处于高温的大气中释放热量。 40ºC, 与什么 性能不如您预期的好。

然而, 地热集水系统,通过提供 恒温,性能始终最佳 无论大气温度条件如何。 因此,该系统比传统的热泵效率更高。

与地球交换电路

与地表水进行热交换

该系统基于 使水接触热 根据需要,使用蒸发器/冷凝器从地表来的热量来自于吸收或传递给所述水的热量。

优点:存在的优点是 低成本

退税:  并非总是有可用的水源。

与地面交流

可以直接 当地面和热泵的蒸发器/冷凝器之间的交换是通过埋入的铜管进行的时。

对于房屋,可能需要100至150米之间的管道。

  • 优点:低成本,简单和良好的性能。
  • 缺点:煤气泄漏和土地冻结的可能性。

或者也 可以作为辅助电路 当它具有一组埋管时,水通过该埋管循环,然后依次与蒸发器/冷凝器进行热交换。

对于房屋,可能需要100至200米之间的管道。

  • 优点:回路中的低压,因此避免了大的温差
  • 缺点: 高成本。

与家庭交换电路

这些电路 可以与 直接交换或分配热水和冷水。

直接交换 它是基于使空气流在房屋侧面的蒸发器/冷凝器表面上循环以进行热交换,并通过隔热管道将这种热/冷空气分配到整个房屋中。

通过单一分配系统,可以解决房屋中的冷热分配问题。

  • 优点:它们通常成本低廉并且非常简单。
  • 缺点:低性能,中等舒适度,仅适用于新建或有空气对流供暖系统的房屋。

冷热水分配系统 它是基于使水流在房屋侧面的蒸发器/冷凝器表面上循环以进行热交换。

通常在夏天将水冷却至10ºC,在冬天将其加热至45ºC,以用​​作空调。

地板采暖是性能最佳,最舒适的方法 但是,为了解决加热问题,不能将其用于冷却,因此,如果使用此方法或使用热水散热器的方法,则必须安装另一个系统才能使用冷却。

  • 优点:非常高的舒适度和性能。
  • 缺点: 高成本。

空调系统的性能

能源效率 用作热源的空调系统 15ºC下的底土 至少是 400%加热,500%冷却。

当它变热时 电能仅占所需总电能的25%。 当用于冷却时,其性能是热泵与40度空气交换的性能的两倍以上,因此在这种情况下, 与传统空调相比,节能超过50%。

这意味着从冷极向热极泵送4单位能量(例如4卡路里),仅需要1单位能量。

在制冷中,每抽出5个单位,就需要抽出1个单位。

这是可能的,因为 不会产生所有热量但是 大部分仅从一种来源转移到另一种来源。

我们提供给热泵的能量单位是电能形式,因此,基本上,我们在电能生产工厂中生产二氧化碳,尽管数量要少得多。

然而, 我们可以使用非电动热泵,但它们的能源是太阳热能,但仍处于实验阶段。

Si 我们将此系统与太阳能捕获供热系统进行比较 通过面板,我们可以看到 呈现出很大的优势不需要大型蓄电池 以补偿缺乏太阳辐射的时间。

伟大的蓄积者是地球自身的质量 这使我们拥有一个恒温的能源,在本应用范围内,该能源的作用是无限的。

性能

但是, 使用这种能源的最佳选择是将其与太阳能热能相结合。,而不是如上所述移动热泵(也是),而是 为系统增加热量,考虑到在采暖和生活热水生产中的应用, 可以利用地热将水加热到15ºC 为以后, 用太阳能提高水的温度。

在这种情况下 热泵的效率成倍增加。

地热能分布

地热能遍布整个地球,尤其是干热岩石的形式,但是 在某些区域,它可能延伸超过地球表面的10% 他们有特殊的条件来开发这种能量。

我的意思是 区域 在其中 更能说明地震和火山的影响 通常,这与 构造断裂 重要的。

地热能图

其中包括:

  • 美国大陆的太平洋海岸,从阿拉斯加到智利。
  • 西太平洋,从新西兰到菲律宾和印度尼西亚,再到中国南部和日本。
  • 肯尼亚,乌干达,扎伊尔和埃塞俄比亚的流离失所者山谷。
  • 地中海的环境。

地热能的优缺点

像存在的一切事物一样,这种能量也有其好的部分和坏的部分。

科莫 优点 我们可以这样说:

  • 被发现 分布在整个星球上。
  • 最经济的地热源位于 火山区 大部分位于发展中国家,这可能非常 对改善您的处境很有帮助。
  • 是一个 不竭的能源 在人类规模上。
  • 是能量 最便宜 那是众所周知的。

他们的 缺点 相反,它们是:

  • 地热能的使用带来了一些问题 环境问题,尤其是 释放含硫气体 进入大气层 热水排入河流,其中通常包含高含量的固体。

尽管一般而言,在某些情况下,在提取了商业上可用的钾盐后,废水可以重新注入地球。

  • 在一般情况下, 远距离传输地热是不可行的。 在冷却之前,应在水源附近使用热水或蒸汽。
  • 发现大多数地热水 温度低于150ºC 因此通常来说,它的热量不足以发电。

这些水只能用于沐浴,给建筑物,温室和室外农作物供暖,或用作锅炉的预热水。

  • MGI 干热岩储层寿命短随着破裂的表面迅速冷却,其能量效率迅速下降。
  • MGI 安装费用很高。

地热能的未来

到目前为止,只有穿孔和 将热量提取到约3 km的深度,尽管它有望达到更深的深度,利用它可以更广泛地利用地热能。

可用总能量以热水,蒸汽或热石的方式,深度达10公里, 接近3.1017。 是当前世界能源消耗的三千万倍。 这表明 在短期内,地热能可能是一个有趣的替代方案。

完善的地热资源开发技术与石油部门使用的技术非常相似。 但是,由于 300ºC的水的能量含量比石油低一千倍,经济上可用于勘探和钻探的资金要少得多。

但是,石油短缺可能会加剧地热能的使用。

工业过程

另一方面,总是有可能 利用地热源在中型涡轮发电机中发电 (10-100MW)位于井场附近,但用于发电的最低可用地热温度为150ºC。

最近 已开发出无叶片涡轮机,用于高达100ºC的地热水和蒸汽 仅此,这允许扩展此能量的使用领域。

另外, 可用于工业过程 例如金属加工,各种工业过程的加热,温室的加热等。

但是可能 地热能最大的未来在于利用极低温地热能由于其多功能性,简单性,低廉的经济和环境成本以及 用作加热和冷却系统。


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