Jak měřit geotermální energii pro topné systémy: Komplexní průvodce

by

Jak měřit geotermální energii pro topné systémy

Geotermální energie je obnovitelný zdroj energie, který využívá teplo uložené pod povrchem Země k vytápění a chlazení obytných a komerčních budov. Geotermální topné systémy jsou stále populárnější díky své účinnosti a ekologické šetrnosti. V tomto příspěvku na blogu prozkoumáme, jak měřit geotermální energii pro topné systémy, včetně výpočtů, úvah o velikosti, analýzy nákladů a srovnání s jinými zdroji energie.

Geotermální topné systémy

Jak měřit geotermální energii pro topné systémy 1

Jak funguje geotermální vytápění domů

Geotermální systémy vytápění domácností využívají přirozenou tepelnou energii ze zemského jádra a přenášejí ji do interiéru budovy. Řada trubek, známých jako geotermální výměníky tepla, je uložena pod zemí, aby odváděla teplo. Výměníky tepla cirkulují tekutinu, typicky směs vody a nemrznoucí směsi, která absorbuje teplo ze země.

Jak funguje geotermální obnovitelná energie

Geotermální obnovitelná energie funguje tak, že využívá konstantní teplotu zemského podpovrchu. Pod určitou hloubkou, známou jako čára mrazu, si půda udržuje relativně stabilní teplotu po celý rok. Geotermální tepelná čerpadla využívají této konzistence, v zimě odebírají teplo a v letních měsících ho ukládají zpět do země.

Fungování geotermálních topných systémů

V geotermálních topných systémech jsou tepelná čerpadla klíčovými komponentami zodpovědnými za přenos tepla mezi zemí a budovou. Tato tepelná čerpadla využívají chladicí cyklus k odebírání tepla ze země a jeho uvolňování do budovy pro účely vytápění. Obrácením cyklu mohou zajistit chlazení i v letních měsících.

Měření geotermální energie pro topné systémy

Jak měřit geotermální energii pro topné systémy 3

Jak vypočítat geotermální energii

Pro měření geotermální energie můžeme vypočítat rychlost přenosu tepla pomocí vzorce:

Q = mc\Delta T

Kde:
- Q je rychlost přenosu tepla ve wattech (W),
- m je hmotnostní průtok v kilogramech za sekundu (kg/s),
- c je měrná tepelná kapacita tekutiny v joulech na kilogram na stupeň Celsia (J/kg·°C),
- \Delta T je teplotní rozdíl ve stupních Celsia (°C).

Uvažujme například systém geotermálního tepelného čerpadla, které cirkuluje 10 litrů vody za sekundu se zvýšením teploty o 10 °C. Za předpokladu měrné tepelné kapacity vody 4,186 XNUMX J/kg·°C můžeme vypočítat rychlost přenosu tepla:

Q = (10 \krát 10^{-3} \, \text{kg/s}) \times (4,186 10 \, \text{J/kg·°C}) \times (XNUMX \, \text{°C })

Po provedení výpočtu zjistíme, že rychlost přenosu tepla je 418.6 wattů.

Určení velikosti potřebného geotermálního systému

Pro určení velikosti geotermálního systému potřebného pro budovu je třeba vzít v úvahu několik faktorů, jako je klima, velikost budovy, izolace a požadovaná vnitřní teplota. Pro přesný odhad požadavků na vytápění je zásadní provést výpočet tepelné zátěže. Tento výpočet zahrnuje stanovení tepelných ztrát stěnami, okny a jinými povrchy, jakož i zohlednění tepelných zisků od obyvatel a spotřebičů.

Analýza nákladů geotermálních topných systémů

Při zvažování instalace geotermálního topného systému je nezbytné provést analýzu nákladů. Zatímco geotermální systémy mohou mít vyšší počáteční náklady ve srovnání s tradičními topnými systémy, nabízejí významné dlouhodobé úspory ve spotřebě energie a údržbě. Je třeba vzít v úvahu faktory, jako jsou náklady na vrtání, vybavení a instalaci, spolu s potenciálními pobídkami a slevami dostupnými ve vaší oblasti.

Porovnání geotermální energie s jinými zdroji energie

Jak měřit geotermální energii pro topné systémy 2

Vyžaduje geotermální vytápění elektřinu?

Ano, geotermální topné systémy vyžadují elektřinu k napájení tepelných čerpadel a cirkulaci tekutiny přes geotermální tepelné výměníky. Jsou však vysoce účinné, protože předávají několik jednotek tepla na každou jednotku spotřebované elektřiny.

Proč je geotermální energie spolehlivější než solární

Geotermální energie je spolehlivější než solární energie, protože není závislá na povětrnostních podmínkách nebo dostupnosti denního světla. Zatímco solární energie se spoléhá na sluneční záření, geotermální systémy využívají konstantní teplo Země a poskytují spolehlivý zdroj obnovitelné energie po celý rok.

Potenciál úspor z geotermálního vytápění

Geotermální topné systémy nabízejí významné potenciální úspory nákladů na energii. Využitím přirozeného tepla Země mohou tyto systémy dosáhnout vysoké energetické účinnosti a snížit závislost na tradičních systémech vytápění na bázi fosilních paliv. Navíc lze dlouhodobých úspor dosáhnout nižšími náklady na údržbu a provoz.

Numerické úlohy o tom, jak měřit geotermální energii pro topné systémy

1 problém:

Geotermální topný systém má průtok 10 litrů za sekundu. Měrná tepelná kapacita použité kapaliny je 4.2 kJ/kg°C. Teplotní rozdíl mezi kapalinou na vstupu a výstupu ze systému je 20°C. Vypočítejte množství energie přenesené geotermálním systémem za 1 hodinu.

Řešení:

Zadáno:
– Průtok (Q) = 10 litrů/s = 10 kg/s (protože 1 litr vody váží přibližně 1 kg)
– Měrná tepelná kapacita (c) = 4.2 kJ/kg°C
– Teplotní rozdíl (ΔT) = 20°C
– Čas (t) = 1 hodina = 3600 sekund

Množství energie přenesené geotermálním systémem lze vypočítat pomocí vzorce:

Q = mc\Delta T

kde:
– Q je přenesená energie (v kilojoulech)
– m je hmotnost kapaliny (v kilogramech)
– c je měrná tepelná kapacita (v kilojoulech na kilogram na stupeň Celsia)
– ΔT je teplotní rozdíl (ve stupních Celsia)

Dosazením uvedených hodnot do vzorce:

Q = 10 \ krát 4.2 \ krát 20

Q = 840 \text{ kJ}

Proto množství energie přenesené geotermálním systémem za 1 hodinu je 840 kJ.

2 problém:

Systém geotermálního tepelného čerpadla má koeficient výkonu (COP) 4.5. Pokud systém spotřebuje 3.6 kW elektrické energie, určete množství tepelné energie dodávané systémem.

Řešení:

Zadáno:
– Koeficient výkonnosti (COP) = 4.5
– Spotřebovaný elektrický výkon (P) = 3.6 kW

Množství tepelné energie dodávané systémem lze vypočítat pomocí vzorce:

Q = COP \krát P

kde:
– Q je dodaná tepelná energie (v kilowattech)
– COP je koeficient výkonu
– P je spotřebovaná elektrická energie (v kilowattech)

Dosazením uvedených hodnot do vzorce:

Q = 4.5 \ krát 3.6

Q = 16.2 \text{ kW}

Množství tepelné energie dodané geotermálním systémem je tedy 16.2 kW.

3 problém:

Geotermální vrt o hloubce 200 metrů má teplotní gradient 0.02°C/m. Určete teplotní rozdíl mezi povrchem a dnem studny.

Řešení:

Zadáno:
– Hloubka studny (d) = 200 metrů
– Teplotní gradient (ΔT/Δd) = 0.02°C/m

Teplotní rozdíl mezi povrchem a dnem studny lze vypočítat pomocí vzorce:

ΔT = \frac{ΔT}{Δd} \times d

kde:
– ΔT je teplotní rozdíl (ve stupních Celsia)
– Δd je změna hloubky (v metrech)
– d je hloubka studny (v metrech)

Dosazením uvedených hodnot do vzorce:

AT = 0.02 x 200

ΔT = 4 \text{ °C}

Proto je rozdíl teplot mezi povrchem a dnem studny 4°C.

Také čtení: