Extras din laborator

1. Introducere

Se consideră că sistemul geotermal are potențial termic redus atunci când temperatura fluidului este sub 1500C. Energia geotermală cu potențial termic redus se utilizează pentru încălzirea spațiilor de locuit cu ajutorul unui agent intermediar, fie direct, fie indirect, cu ajutorul pompelor de căldură.

Pompele de căldură nu necesită temperaturi mari, funcționarea acestora bazându-se pe temperatura relativ constantă a solului (fig. 1):

- la o adâncime de 1 m temperatura pamantului variaza intre 50C în luna februarie și 150C în luna august;

- la adâncimea de 1,5 m temperatura variază intre 70C în luna februarie și 130C în luna august;

- la 10 m adâncime temperatura este cuprinsă între 90C în luna februarie și 110C în luna august;

- la peste 18 m temperatura Pamantului este de aproximativ 100C;

- peste 18 m adâncime temperatura pamantului crește cu 10C la fiecare 33 metri adancime, ajungând la aproximativ 120C la 200 m și 150C la 200 m.

Fig. 1 - Evoluția temperaturii în sol

Pompele de căldură funcționează asemănător unei instalații frigorifice, preluând cu ajutorul vaporizatorului căldura cu nivel termic redus și cedând-o la un nivel de temperatură ridicat, prin intermediul unui schimbător de căldură (desupraîncălzitor) și a condensatorului.

Pentru a se limita cantitatea de agent frigorific utilizat, pe circuitul de temperatură scăzută se utilizează un agent intermediar (de exemplu soluție apă-propilen glicol, pentru a se evita înghețarea acestuia pe timp de iarnă în conductele amplasate în exterior).

Fig. 2 prezintă schema de principiu a unui sistem geotermal de încălzire de tip pompă de căldură. Agentul frigorific din instalație se evaporă la temperatură scăzută (procesul 4-1, fig. 3), în schimbătorul de căldură S1, preluând căldură de la agentul intermediar; de obicei există și o oarecare supraîncălzire a vaporilor în schimbător (procesul 1-1’, fig. 3; t1’-t0 = 4...70C). Temperatura de vaporizare a agentului frigorific trebuie să fie cu 6...100C mai mică decât temperatura agentului intermediar la intrarea în schimbătorul de căldură. Agentul intermediar este vehiculat de către pompa (P) către schimbătorul de căldură (în care se răcește) și apoi în captator, unde este încălzit din nou.

Presiunea și temperatura agentului frigorific cresc prin comprimare în compresor (procesul 1’-2); în schimbătorul de căldură (S2, fig. 2) agentul frigorific (în stare de vapori, cu o temperatură t2 = 60...1000C, în funcție de tipul agentului frigorific și de raportul volumetric de comprimare al compresorului) cedează căldură (procesul de desupraîncălzire 2-2’, fig. 3) apei utilizate pentru încălzire sau ca apă caldă menajeră, după care se condensează în condensator (procesul 2’-3, fig. 3), trecând în stare lichidă. Condensatorul (K, fig. 2) este răcit cu aer, care se încălzește la trecerea prin condensator, preluând căldura latentă de condensare de la agentul frigorific. Aerul cald se folosește pentru încălzirea spațiilor de locuit. Temperatura de condensare agentului frigorific, tk (fig. 3), trebuie să fie cu 10...200 mai mare decât temperatura aerului la intrarea în condensator. Există și posibilitatea ca desupraîncălzirea și condensarea să aibă loc în același schimbător de căldură, apa caldă obținută fiind folosită pentru încălzire.

În ventilul de laminare presiunea agentului frigorific se reduce (procesul 3-4), acesta intrând în schimbătorul de căldură S1 la presiune redusă, sub formă lichidă.