3. Використання геотермальної енергії для теплопостачання житлових і виробничих будівель.
Для опалювання і гарячого водопостачання житлових і виробничих будівель необхідна температура води не нижче 50-60° С. Наїболєє раціональне використання термальних вод може бути досягнуте при послідовній їх експлуатації: спочатку в опалюванні, а потім в гарячому водопостачанні. Але це представляє деякі труднощі, оскільки потреба в гарячій воді за часом роки відносно постійна, тоді як опалювання є сезонним, воно залежить від кліматичних умов району, температури зовнішнього повітря, пори року і доби. В даний час розроблені різні схеми використання термальних вод для опалювання і гарячого водопостачання житлових і промислових будівель.
Теплопостачання високотемпературною сильно мінералізованою термальною водою
Термальна вода має температуру вище 80° З, але сильно мінералізована. У цих умовах виникає необхідність в пристрої проміжних теплообмінників. Принципове вирішення такої схеми показане на Рис. 11.1.1. Тут термальна вода зі свердловин розділяється на дві паралельні гілки: одна прямує в теплообмінник опалювання і потім в теплообмінник 1-го рівня підігрівання води для гарячого водопостачання; друга — в теплообмінник 2-го рівня. Аби уникнути заростання трубопроводу, термальну воду використовують з проміжним теплообмінником. Високомінералізовану воду зі свердловини подають в резервуар із змійовиками, по яких поступає пРисна річкова вода. Нагріта прісна вода йде до споживача, а випадні з термальних вод солі осідають в резервуарі і на зовнішніх поверхнях змійовика. Недоліком схеми з теплообмінником є скорочення потенціалу термальної води, що спрацьовує (на кінцеву різницю температур в теплообміннику)
.
Рис. 11.1.1. Принципова схема геотермального теплопостачання з теплообмінниками: 1 – свердловина; 2 – теплообмінник системи опалювання; 3 – теплообмінник гарячого водопостачання 1-го рівня; 4 – те ж, 2-у рівню; 5 – система опалювання.
Вищеописана схема вельми застосовна для Кабардіно Балкарії. Термальна вода на курорті «Нальчик» використовувалася лише в бальнеологічних цілях. Глибокі свердловини розкрили високотермальну воду, і з'явилася можливість опалювати нею житлові і виробничі будівлі, теплично-парникові господарства. Для цього вода з температурою 78° Із зі свердловин поступає в теплообмінник типа «труба в трубі», який віддає частину тепла прісній воді. Потім прісна вода прямує по трубах в житлові і виробничі будівлі для гарячого водопостачання, технологічних потреб, в теплиці, де вирощують в рік два урожаї овочів. Охолоджена в теплообміннику до температури 37-38° З термальна вода подається у ванни і душі бальнеолечебниці.
Теплопостачання низькотемпературною маломінералізованою термальною водою
Термальна вода маломинерализована, але з низьким тепловим потенціалом (температура нижче 80 °С). Тут потрібне підвищення потенціалу термальної води. Здійснити це можна різними методами, приведемо основні з них: а) подача термальної води паралельно на опалювання і гаряче водопостачання і піковий догріває опалювальної води; б) бессливная система геотермального теплопостачання ; у) вживання теплових насосів; г) поєднане вживання теплових насосів і пікового догрева. За схемою (а) термальна вода зі свердловин поступає в систему гарячого водопостачання і паралельно в пікову котельну. Тут вона догріває до температури, відповідної метеорологічним умовам, і подається в системи опалювання (Рис. 11.2.1). Дана схема особливо доцільна для районів з дорогим бурінням, оскільки пікова котельна дозволяє скоротити число свердловин.
Рис. 11.2.1. Принципова схема геотермального теплопостачання з паралельною подачею геотермальної води на опалювання і гаряче водопостачання і піковим догревом води на опалювання: 1 – свердловина; 2 – піковий догреватель; 3 – система опалювання; 4 – бак-акумулятор.
Схема (б) представляє складніший варіант попередньої схеми. Тут термальна вода, що поступає зі свердловин, нагрівається до температури 160-200 °С, що обумовлюється кліматичними умовами і дозволяє досягти рівності води в теплових мережах і системах гарячого водопостачання. На Рис. 11.2.2 приведена принципова схема такої установки. Зі свердловини 0 термальна вода поступає в котельну 8, потім, пройшовши через дегазатор 7 і химводоочистку 2, подається в нагрівач 5. Перегріта вода прямує в житлові будинки. Абонентське введення кожного будинку обладнане змішувачем 4, в якому мережева вода змішується з відпрацьованою водою з системи опалювання. Суміш необхідної температури послідовно проходит систему опалювання 5, а потім повністю витрачається в системі гарячого водопостачання 6. Передбачена можливість скидання відпрацьованої води з системи опалювання в каналізацію, а також установка бака-акумулятора 7для одного або групи будівель.
Рис. 11.2.2. Принципова схема бессливной системи геотермального теплотеплоснабжения: 0 – свердловина; 1 – дегазатор; 2 – химводоочистка; 3 – водопідігрівач; 4 – змішувач; 5 – система опалювання; 6 – система гарячого водопостачання; 7 – бак-акумулятор; 8 – котельна.
З підвищенням температури зовнішнього повітря витрата води на введенні залишається постійною, частина води поступає в систему гарячого водопостачання, минувши систему опалювання по спеціальній перемичці. При цьому за допомогою терморегулятора підтримується однакова температура води в системі гарячого водопостачання протягом всього опалювального сезону. У літній період термальна вода подається на гаряче водопостачання, минувши підігрівач, по обвідному трубопроводу в котельній. Здійснення такої схеми дозволяє повніше використовувати тепло термальної води, скоротивши до мінімуму число свердловин, зменшити діаметр теплових мереж і їх протяжність, понизити металоємність систем опалювання. Проте в такій системі пікова котельна перетворюється по суті на базисний генератор тепла для опалювання, який працює весь опалювальний сезон. Звідси велика встановлена потужність казанової і велика витрата палива. Існує думка, що температура догрева не повинна перевищувати 100 °С із-за небезпеки виникнення корозії і накипу. В такому разі розподільні мережі рекомендується виконувати двотрубними. Це додатковий чинник, що знижує ефективність системи. Все сказане заставляє критично відноситися до даної схеми і вибір її обгрунтовувати ретельним економічним розрахунком у кожному конкретному випадку. Схема (в) передбачає утилізацію тепла низькотемпературних термальних джерел за допомогою теплового насоса. На Рис. 11.2.3 показана типова схема теплопостачання з компресійним тепловим насосом.
Рис. 11.2.3. Принципова схема геотермального теплопостачання із застосуванням теплового насоса: 1 – свердловина; 2 – випарник; 3 – компресор; 4 – конденсатор; 5 – регулюючий вентиль.
Гаряча вода зі свердловин 1 подається до випарника теплового насоса 2, де відбувається передача її тепла робочій речовині, що швидко випаровується. Пари, що утворюються, стискуються компресором 3 і прямують в конденсатор 4, де конденсуються при вищому тиску, віддаючи тепло воді, циркулюючій в системі опалювання. Охолоджена вода скидається в каналізацію. Ефективність схеми підвищується при роботі теплового насоса літом в режимі холодильної машини. В цілях повнішого спрацьовування тепла термальної води була запропонована складніша модифікація цієї схеми з тепловими насосами. Схема (г) – комплексна система теплопостачання з трансформацією тепла скидної води у поєднанні з піковим її підігріванням і якісним регулюванням (Рис. 11.2.4).
Рис. 11.2.4. Схема комплексного геотермального теплопостачання із застосуванням пікового догрева і теплових насосів: 1 - свердловина; 2 - водоочистка; 3- насосна станція; 4 - транзитний теплопровід; 5 - піковий догреватель; 6 - система опалювання; 7 і 12 - змішувачі; 8 - конденсатори; 9 - випарники; 10 - система гарячого водопостачання; 11 - бак-акумулятор.
Вода з джерела 1, пройдя очищення 2, перекачується насосною станцією 3 в кількості та по однотрубному теплопроводу 4 і поступає до споживачів з температурою га. Один потік води д1 догріває в піковій котельній 5 до температури гп і поступає в змішувач 7, де до нього підмішується відпрацьована вода, заздалегідь підігріта в конденсаторах теплового насоса 8 до температури 1%. Відпрацьована вода з температурою *0 після системи опалювання б розгалужується на три потоки. Одна частина д3 поступає в конденсатори теплового насоса 8 і змішувач 7. Друга частина її прямує у випарники теплового насоса 9, де вона охолоджується до температури хх і скидається. Третя частина прямує в змішувач 12, з якого вода з температурою хг в кількості дг поступає в бак-акумулятор 11 і систему гарячого водопостачання 10. Другий потік води джерела а2 через вентиль В1 поступає в змішувач 12 і мережа гарячого водопостачання. Якщо температура геотермальної води нижча за температуру хг, то вода догріває до 1Г в котельній 5 і черезвентиль В2 поступає в систему гарячого водопостачання в кількості <2Г. З метою підвищення опалювального коефіцієнта і забезпечення гнучкішого регулювання теплонасосные агрегати включаються в систему теплопостачання за последовательно-противоточной схемою так, щоб нагріваючи води в конденсаторі 8 і охолоджування води, що скидається, у випарниках 9осуществлялось в декілька рівнів. Із зміною температури зовнішнього повітря якісне регулювання здійснюється піковій котельній, тоді як тепло продуктивність теплового насоса і вжиток води зі свердловин залишаються незмінними. Після відключення пікової котельної якісне регулювання здійснюється тепловим насосом. Це забезпечує рівномірний річний графік вжитку води зі свердловин. У цій системі доля використання тепла геотермальної води тим більше, чим нижче розрахункова температура в системах опалювання. Тому тут доцільне вживання конвекторної або панельної систем опалювання, де розрахункова температура 40-45° С. Сравненіє цієї системи з бессливной показує, що питома витрата геотермальної води в схемі з термотрансформаторами майже в два рази перевищує такий в бессливной системі, тим часом коефіцієнт ефективності виявляється більше. Сумарна доля паливо використовуючих установок в річному тепловому балансі мінімальна. Ця обставина створює передумови для вживання даної схеми в районах, де витрати на перевезення палива можуть перевищити витрати на буріння великого числа свердловин.