הפוטנציאל של אנרגיה גיאותרמית לתמוך מחוז קירור באקלים חם

בעוד הטמפרטורות הגלובליות ממשיכות לטפס ולהתפתח, הביקוש לפתרונות קירור יעילים ודרגתיים מעולם לא היה דחוף יותר.מערכות מיזוג אוויריות, תוך יעילות, מציבות לחץ עצום על רשתות חשמל ותורמים באופן משמעותי לפליטות גזי החממה.באקלים חם, שבו עומסי קירור שולטים בצריכת אנרגיה, שינוי פרדיגמטי יותר לכיוון חלופות גיאומטריות הוא חיוני.

יסודות האנרגיה הגוותרמית

אנרגיה גיאותרמית מקורה מהחום המאוחסן בתוך הקרום של כדור הארץ.חום זה הוא תוצר של היווצרות כדור הארץ ואת דעיכה של איזוטופים רדיואקטיביים.הטמפרטורה עולה עם עומק - בערך 25-30 מעלות צלזיוס לכל קילומטר ברוב האזורים - יצירת מאגר תרמי עצום, מתמשך.ג'ותרמאל להתחבר למאגר זה כדי לספק חימום, קירור, או ייצור חשמל.

עבור יישומים קירור, משאבים גיאותרמאליים רדודים (מעמיקים של 50-300 מטר) משמשים בדרך כלל באמצעות משאבות חום מקור (GSHPs) למערכות אלה להפיץ נוזל דרך צינורות קבורה, החלפת חום עם הקרקע. בקיץ, חום מבניינים נדחה לתוך תת-קרקעי קריר יותר, מתן משאבים גיאוותרמיים יעיל, אשר יכול לעלות על 150 מעלות צלזיוס, בדרך כלל שמורים כוח עבור הדור הגדול של אנרגיה לא ניתן גם כן, כמו גם לא ניתן לקליטור עם כוח גדול של אנרגיה קירור, ללא קשר עם כוח.

על פי מחלקת האנרגיה של ארה"ב, משאבות חום גיאותרמיות לבד יכולות להפחית את צריכת האנרגיה לקירור ב-30-60 אחוזים בהשוואה למיזוג אוויר קונבנציונלי (ראה FLT:0sourceofFLT:1) יעילות זו נובעת מהעובדה כי הקרקע במעמקים רדודים נשאר בטמפרטורה קבועה יחסית (10-16 מעלות צלזיוס) סביב, הרבה מתחת לשיאים של קיץ סוערים באקלים חם.

מערכות קירור

קירור מחוזי הוא גישה מרכזית להמיזוג אווירי.במקום התקנת יחידות קירור בודדות בכל בניין, צמח מרכזי מייצר מים מצמררים המופץ באמצעות רשת תת-קרקעית של צינורות מבודדים לבניינים מרובים.כל בניין משתמש בחילופי חום כדי לספוג קירור, ואת המים חוזרים חמים זורם בחזרה למפעל כדי לתקן.מודל זה נפוץ באזורים עירוניים, קמפוסים, פארקים עירוניים, עסקים.

היתרונות של קירור מחוזי מבוססים היטב.צמחים מרכזיים פועלים על יעילות גבוהה יותר מאשר מערכות מבוזרות, במיוחד כאשר משתמשים בצמרנים גדולים ומודרניים.הם גם להפחית את הביקוש החשמלי לשיא, למזער דליפות קירור על ידי איחוד ציוד, ועומסי תחזוקה נמוכים יותר על בעלי בניין.באקלים חם, קירור מחוזי יכול לקצץ צריכת אנרגיה עבור מיזוג אוויר עד 20-30% בהשוואה לחלונות קונבנציונליים או יחידות (Falir:0אנרגיה 1).

עם זאת, רוב מתקני הקירור המחוזיים כיום מסתמכים על חשמל, לעתים קרובות מדלקים מאובנים, כדי לכווץ כוח מדכאים של vapor-compression.גם עם יעילות משופרת, טביעת הרגל של הפחמן של צמחים אלה נותרה משמעותית. integrating אנרגיה גיאותרמית מציעה מסלול כדי decarbonizing מחוז קירור נוסף, החלפת או תוספת של צמרות חשמליות עם קוד מקור קרקע או מגורמי ג'רמי ג'רמית גיאורמית.

שילוב של אנרגיה גיאותרמית במחוז Cooling

אנרגיה גיאותרמית יכולה לתמוך בקירור מחוזי בשתי תצורה ראשונית: רשתות משאבת חום רדודות של קוד מקור ומערכות גיאותרמיות עמוקות בשילוב עם מצמרנים ספיגים.

מקור: Ground-Source Heat Pumps

משאבות חום של קוד קרקע הן הטכנולוגיה הגיאורמית הנפוצה ביותר והיקףית עבור קירור מחוזי. בגישה זו, רשת של עפעפיים (לאות חוצות) או תעלות אופקיות מותקנות מתחת לאזור.כל חור עשוי להיות 50-200 מטר עמוק, מלא נוזל העברת חום כי ללכוד או דוחה חום אל הקרקע.

עבור רשתות מחוז גדולות, מערכות הצלחות סגורות מועדפות כי הן אינן לצרוך מים קרקעיים.הקיבולת התרמית של הקרקע היא עצומה; עיצוב זהיר מבטיח כי תת-קרקעי יכול לספוג חום נדחה ללא עלייה משמעותית בטמפרטורות במשך עשרות שנים.באקלים חם, הטמפרטורה הקרקעית היא לעתים קרובות קרירה יותר מאשר האוויר החיצוני, המאפשרת משככי-6- עבור קירור - כלומר עבור כל יחידת חשמל נצרך, 4-6 יחידות קירור זה כמעט.

מערכות גיאוותרמיות עמוקות

באזורים עם משאבים גיאותרמאליים עמוקים (למשל, שדות גיאותרמיים עם טמפרטורות מים מעל 60 מעלות צלזיוס), מצמררים ספיגים יכולים להמיר חום גיאותרמאל ישירות לתוך קירור. Absorption מצמררים להשתמש במחזור תרמי מונע (לעתים קרובות ליתיום bromide-water או ammonia-water) במקום דחוס.נוזל גאות חם מספק את האנרגיה כדי לשחזר את הטמפרטורות, המאפשרות מאוד, במיוחד עבור נוזל קירור נמוך של מים.

בעוד פחות נפוץ מאשר משאבות חום רדודה, קירור מחוזי גיאותרמי עמוק הוכח באיסלנד וחלקים של ארצות הברית.המגבלה העיקרית היא התאמה גיאולוגית: לא כל אקלים חם יש מאגרים גאותרמיים מתקופת גבוהה.עם זאת, ההתקדמות במערכות גיאותרמיות משופרות (EGS) עשויה להרחיב את הכדאיות הגיאוגרפית של גישה זו.

יתרונות אקלים חם

קירור מחוזי תומך בגותרמאל מציע יתרונות ברורים התואמים עם הצרכים של אזורים חמים, צחיחים או טרופיים.

אנרגיה מתחדשת

היתרון המשכנע ביותר הוא יעילות.מערכת משאבת חום של קוד קרקע לקירור מחוזי להשיג ערכים COP שנתי של 4.0-6.5, בהשוואה ל-2.5-3.5 עבור צ'ריפים אוויריים, באקלים חם כמו דובאי או פיניקס, שבו טמפרטורות מתחרות יכולות לעלות על 45 מעלות צלזיוס, צומרני מקור אוויר סובלים מביצועים דלים באנרגיה, כי הם חייבים לדחות חום כבר חם.

השפעה סביבתית Reduction

החלפת מצמררים חשמליים עם משאבות חום גיאותרמיות או מצמררים ספיגים מפחיתה הן פליטות ישירות והן עקיפות עקיפות ישירה, כי אין דליפות באתר או דליפות קירור מיחידות מרובות.הפלות עקיפות עם ביקוש נמוך יותר של חשמל.

אחריות תפעולית

מערכות קירור גותרמיות הן אמינות מטבען.טמפרטורת הקרקע אינה משתנה עם מזג אוויר, כך יכולת קירור נשארת יציבה במהלך גלי חום כאשר מערכות קונבנציונליות הן לחוצים ביותר.רשתות קירור מחוזיות עם גיבוי גיאותרמי יכול גם לפעול באופן עצמאי לרשת החשמל במהלך שעות הביקוש שיא אם בשילוב עם אחסון אנרגיה תרמית. חוסן זה קריטי עבור בתי חולים, מרכזי נתונים, מתקנים אחרים הדורשים קירור מתמשך באקלים חם.

שיקולים טכניים ואתגרים

למרות הבטחתו, קירור מחוז גיאותרמאל אינו ללא אתגרים.יישום מוצלח דורש הערכה של אתר זהירה, השקעה מקדימה ומומחיות תחזוקה מתמשכת.

עלויות הון ותשתיות

העלות הראשונית של קידוחים ו התקנת לולאות קרקע היא משמעותית.עבור רשת קירור מחוז בינוני המשרתת 100,000 מטרים רבועים, מערכת משאבת חום גיאותרמית עשויה לעלות 30–50% יותר מצמח צונן קונבנציונלי.עם זאת, ניתוח עלות מחזור חיים מראה באופן עקבי כי עלויות הפעלה נמוכות יותר - בשל צריכת חשמל מופחתת - יכול להניב תקופות של 5-10 שנים.

דרישות גיאולוגיות

מערכות גיאותרמאליות דורשות תנאים הידרוגולוגיים מתאימים. מוליכות תרמית גבוהה של תת-קרקעית (למשל, חול לחות או סלע) משפרות את העברת החום.קשה, סלע יבש עשוי לדרוש חרמות עמוקות או יותר כדי להשיג את אותה יכולת. סקר גיאולוגי מעמיק, כולל בדיקות תגובה תרמיות, הוא חיוני לפני עיצוב. באזורים עירוניים, קרקע זמינה עבור שדות נחור יכול להיות מעצורים, אם כי עקפים, או קומות מתחת לפארקים, או עבודות חניה, או עבודות חניה, או בנייה, או קומות.

עיצוב מערכת ותחזוקה

מערכות קירור מחוזי גותרמל חייבות להיות מתוכננות עם איזון עומס תקין.באקלים חם, דחיית החום השנתית נטו לתוך הקרקע גדולה כי הביקוש הקירור הוא כל השנה.ללא עיצוב זהיר, טמפרטורת הקרקע סביב הבועות יכול בהדרגה לעלות, צמצום היעילות לאורך זמן. פתרונות כוללים מערכות היברידיות המשתמשות מגדל קירור עבור דחייה חום, או אחסון תרמי עונתי המאפשר את הקרקע להתאושש במהלך תקופות קרירות של ניטור רגיל של טמפרטורות זרימה הוא הכרחי כדי לשמור על רמות.

יישומים אמיתיים ומקריות

פרויקטים רבים ברחבי העולם מפגינים את יכולת קירור מחוזי גיאותרמאל באקלים חם.

יוזמת איחוד האמירויות הערביות

איחוד האמירויות הערביות, אזור עם חום קיץ קיצוני, השקיעה במחקר גיאותרמאלי עבור קירור מחוזי.פרויקט העיר Masdar באבו דאבי כולל מערכת משאבת חום גיאותרמית בקנה מידה קטן משולבת עם רשת קירור מחוזית. בעוד הקירור הראשי של Masdar City מגיע מקרנים חשמליים, המרכיב הגיאוגרפי משמש הוכחה של מושג, מראה כי טמפרטורות בגובה של 100 מטרים נשאר סביב 3 ° C - באופן משמעותי יותר מאשר 50 מעלות צלזיוס - 000 C - 000 יכול להפחית את צריכת חשמל מבוזרת שטח זה יכול להיות מ - 000 C - 000 000 000 000 000 קיבולת גבוהה יותר מכחול יעיל של ציוד קירור (מחץ).

דוגמאות אחרות

בארצות הברית, אוניברסיטת טקסס באוסטין מפעילה מערכת משאבת חום גיאותרמית גדולה הקשורה לרשת הקירור המחוזית שלה עבור כמה בניינים.המערכת כוללת 240 נבות, כל 120 מטר עמוק, ומספקת 3,500 טון של יכולת קירור.דיווח מציין כי המערכת פועלת עם COP מעל 5.0, חיתוך אנרגיה על ידי 40% בהשוואה לצמרנים קונבנציונליים.

באירופה, מערכת הקירור המחוזית בלוזאן, שוויץ, משתמשת במשאבת חום מים קרקעיים המחוברת לקוויפרים תת-קרקעיים שנותרו בסביבות 12-14 מעלות צלזיוס, למרות שלא מדובר באקלים חם, אותה טכנולוגיה מועברת ישירות לאזורים עם ביקוש קירור גבוה וממים קרקעיים מתאימים.

תחזית עתיד ופוטנציאל

עתידה של קירור מחוזי גיאותרמאל באקלים חם מבטיח אך תלוי במספר גורמים נוספים.העלויות הנופלות של קידוח וטכנולוגיית משאבת חום, יחד עם לחץ גובר על ייצור אנרגיה, יזרזו את אימוץ.הסוכנות הבינלאומית לאנרגיה מתחדשת (IRENA) פרויקטים כי יכולת קירור גיאותרמית יכולה לגדול עד 8-10% בשנה עד 2030, בעיקר על ידי התרחבות עירונית באסיה ובמזרח התיכון.

תמיכה במדיניות היא קריטית.ממשלות באקלים חם יכולות להגביר את הקירור האזורי הגיאוגרפי באמצעות זיכויים מס, צמצום זמניים, או הכללה בקודי בנייה ירוקה.לדוגמה, חוק קירור מחוז דובאי דורש את כל ההתפתחויות החדשות לשקול קירור מחוזי כאשר ניתן. pairing זה עם המנדטים של שילוב גיאותרמאל יכול להיות פריסה.

התקדמות טכנולוגית, כגון טכניקות קידוח משופרות (למשל, קידוח , קידוח כיוון) ובדיקות תגובה תרמיות משופרות, תפחיתו עלויות נוספות, שילוב של גיאותרמאל עם מתחדשים אחרים - חום סולארי לקליטורים, או משאבות חום המופעלות על ידי רוח - יכול ליצור מערכות היברידיות הממקסמות את השימוש באנרגיה מתחדשת.

אזור אחר של פיתוח הוא גיאוגרפי רדודה משולבת עם אחסון אנרגיה תרמיים aquifer (ATES) ATES מאחסנת מים קרים באקקוויפר במהלך החורף לשימוש בקירור קיץ, להגדיל באופן דרמטי את היעילות עונתית של מערכות קירור מחוזיות. בעוד ATES נפוץ יותר באקלים מתון, המחקר נמשך ליישום שלה באזורים חמים ויבשים.

מסקנה

אנרגיה גיאותרמית מציעה נתיב חזק, יעיל, בר קיימא עבור קירור מחוזי באקלים חם.על ידי רתום את הטמפרטורות התת-קרקעיות היציבות של כדור הארץ, משאבות חום מקור הקרקע ומערכות גיאותרמיות עמוקות יכול לספק קירור עם הרבה פחות חשמל מאשר מיזוג אוויר קונבנציונלי.היתרונות - יעילות גבוהה יותר, פליטות נמוכות יותר ואמינות גבוהה יותר - תואמים באופן מושלם עם הצרכים המקיפים של אזורים עירוניים במזרח התיכון, צפון אפריקה, צפון-דרום-מערב אסיה, דרום-מערבית, דרום-מערב אסיה.

אתגרים כגון עלויות הון גבוהות ודרישות גיאולוגיות ספציפיות באתר נשארים, אבל הטבות מחזור חיים ועלויות טכנולוגיות נופלות הופכות את קירור מחוזי גיאותרמל אטרקטיבי יותר ויותר. פרויקטים בעולם האמיתי באיחוד האמירויות, סעודיה, ובמקומות אחרים מוכיחים את הרעיון בקנה מידה.כפי מדיניות מתדקת על פליטות פחמן וערים מחפשות עמידות נגד גלי חום, קירור מחוז גיאוגרפי יהיה כלי חיוני בכלי בת קיימא מתחת לרציף שלנו.