Методические рекомендации по использованию теплоты грунтового массива для теплохладоснабжения здания

Мим и с re рс г во с т ро ит ел ьст ва и жилищно-коммунальною хозяйства Российской Федерации

Федеральное автономное учреждение «Федеральный центр нормирования, стандартизации и технической оценки соответствия в строительстве»

М Е ГОДИ Ч ЕСКИ Е РЕКОМ El I ДА ЦП И

ПО ИСПОЛЬЗОВАНИЮ ТЕПЛОТЫ ГРУНТОВОГО МАССИВА ДЛЯ ТЕП Л ОХЛ АДОС И А БЖЕИ ИЯ ЗДАНИЯ

Москва 2019

('одержание

1    Область применения.......................................................................................................................1

2    Нормативные ссылки......................................................................................................................I

3    Термины и определения.................................................................................................................2

4    Общие положения...........................................................................................................................5

5    Основные методы извлечения теплоты грунтового массива......................................................5

5.1    Геотермальная теплота и основы термогеологин................................................................5

5.2    Грунтовый источник тепла и геотермальная энергия.......................................................6

5.3    Основные методы извлечения тепловой энергии грунтового массива..............................8

5.4    Типы грунтовых теплообменников.....................................................................................12

5.5    Прямое использование теплоты и холода грунта в системе вентиляции зданий...........16

6    Предпроектные работы.................................................................................................................17

6.1    Исполнители работ................................................................................................................17

6.2    Общие положения.................................................................................................................18

6.3    Структура и основные компоненты ГТСТ..........................................................................19

6.4    Определение необходимой тепловой мощности грунтовых теплообменников.............21

6.5    Оценка объема и эффективности инвестиций....................................................................23

7    Инженерные изыскания по устройству грунтовых теплообменников.................................26

7.1    Общие положения.................................................................................................................26

7.2    Обследование площадки строительства и геологические условия..................................26

7.3    Пробная скважина и испытания на теплотехнические характеристики..........................27

8    Оценка экологических последствий использования теплоты грунтового массива................40

8.1    Общие положения.................................................................................................................40

8.2    Экологический эффект от применения ГТСТ....................................................................41

8.3    Экологические риски устройства грунтовых теплообменников......................................41

9    Проектирование ГТСТ..................................................................................................................43

9.1    Общие положения.................................................................................................................43

9.2    Особенности теплового расчета.....................................................................44

9.3    Проектирование грунтового теплообменника....................................................................45

9.4    Технико-экономический расчет...........................................................................................61

10    Монтажные работы.....................................................................................................................63

10.1    Общие положения...............................................................................................................63

10.2    Особенности устройства грунтовых теплообменников..................................................63

10.3    Монтаж оборудования теплонасосного теплового пункта.............................................70

поступающей солнечной энергии и потока тепла из земных недр. Падающая на земную поверхность солнечная энергия и сезонные изменения ее интенсивности оказывают влияние на температурный режим грунта, находящегося на глубинах, не превышающих, как правило, 10-15 м. Ниже этого уровня находятся слои, не подверженные сезонным колебаниям температуры.

Полезная низкопотенциальная геотермальная энергия имеет несколько истоков:

-    геотермальный глубинный поток из недр, дающий среднее повышение температуры (геотермический градиент) 3 °С на 100 м глубины, а плотность потока тепла на поверхности Земли колеблется от 30 до 100 мВт/м²;

-    поглощенное солнечное излучение и тепловой поток с поверхности;

-    перемещение грунтовой воды;

-    теплоемкость породы - средняя теплоемкость скальной породы составляет примерно 0,65 кВт ч/(м^{Я о}С);

-    искусственная перезарядка (регенерация) грунтового массива сбросной теплотой процессов кондиционирования, охлаждения, излишков солнечной энергии и т. д.

Глубина проникновения погодно-климатического влияния колеблется в пределах от нескольких десятков сантиметров до 1,5-2,0 м.

Теплопередача в грунтовом теплообменнике может быть разделена на две стадии:

-    передача в грунте вокруг ствола скважины, зависящая главным образом от теплопроводности грунта;

-    передача от стенки ствола скважины теплоносителю внутри труб, определяемая типом тампонажного материала, материалом трубы, геометрией ствола скважины и трубы и т. п., заданная суммарным параметром - тепловым сопротивлением термоскважины п>, К м/Вт.

Совершенствование конструкции термоскважины влияет только на параметры внутри скважины (геометрию, скорость потока и т. л.), приводя к более низкому значению теплового сопротивления г\>. В идеальном случае, когда

осуществляется непосредственный теплообмен между стенкой скважины и жидкостью, гъ = О К м/Вт. Данное значение может быть достигнуто только теоретически и служит эталоном для определения эффективности реальной конструкции скважинного теплообменника.

5.3 Основные методы извлечения тепловой энергии грунтовою массива

Теплота грунтового массива может быть использована посредством нескольких различных способов. Перечень возможных устройств для организации теплообмена с грунтом включает:

-    горизонтальные грунтовые теплообменники на глубине 1,2-2,0 м;

-    скважинные теплообменники глубиной от 10 до 250 м (вертикальные и наклонные);

-    энергетические сваи глубиной от 5 до 45 м;

-    водозаборные скважины глубиной от 4 до 50 м и более;

-    воды из шахт и туннелей.

Системы, использующие теплообменник в грунте и предусматривающие извлечение из грунта только тепла, называются закрытыми, а системы, предусматривающие извлечение воды из земли, называются открытыми.

Закрытые системы в целом применимы для всех типов пород. Однако тепловые свойства грунта и проблемы, связанные с проведением бурения в некоторых геологических условиях, могут быть ограничивающим фактором.

Открытые системы (основанные на перекачивании грунтовых вод) требуют наличия одного или нескольких водоносных горизонтов, при этом геометрические параметры водоносного горизонта, гидравлические свойства и химический состав воды могут быть ограничивающими факторами на любом участке.

В настоящих методических рекомендациях рассмотрены только закрытые системы, поскольку сооружение открытых систем во многом аналогично устройству водозаборных скважин, а закрытые во многом специфичны и при этом в меньшей степени зависят от параметров грунтовых вод.

Закрытые системы сбора теплоты грунта характеризуются размещением в грунте теплообменников той или иной конструкции, извлекающих из грунта только теплоту.

Температура грунта обычно является постоянной на глубине 10-15 м. Например, для Москвы и Московской области она составляет 6 °С - 8 °С. Температура грунта в данном регионе на меньших глубинах приведена в таблицах 5.1 и 5.2, а также на рисунке 5.1. Данные таблиц показывают, что по мере углубления температура грунта претерпевает меньшие сезонные колебания, т. е. в меньшей степени зависит от климатических и погодных условий.

Приведенные на рисунке 5.1 результаты измерения температу ры грунта по годам показывают явную тенденцию к ее повышению.

-о- грунт-оголенный участок    воздух    на 2м ^-грунт-естественный участок

Рисунок 5.1 - Изменение температуры грунта в Москве н Московской области на глубине 160 см под участками с естественной н оголенной поверхностью и температуры воздуха за период с 1955 по 2012 г.

Табл и ца 5.1 -Среднедекадная температура грунта на различных глубинах та период 1982-2011 гг. на оголенном участке (бет дерна в теплый период и бет снега в холодный), г. Москва_

Месяц Номер декады Глубина, см 80 120 160 240 320 400 Январь 1 -0,1 2,2 3,9 6,8 8.4 9,2 2 -0,6 1,6 3,3 6,3 8,0 8,7 3 -1,0 1.1 2.8 5.8 7,5 8,4 Февраль 1 -1,7 0,7 2,4 5.3 7,1 8,2 2 -2,2 0,1 1,9 4,9 6,8 8,0 3 -2,0 -0,1 1.6 4,6 6.4 7,7 Март 1 -1,7 -0,2 1.4 4,3 6,1 7,4 2 -1,0 0,0 1.3 4,0 5,9 7,2 3 -0,5 0,2 1,3 3.8 5,6 7,0 Апрель 1 0,0 0,4 1,3 3,7 5,4 6,9 2 0,9 0,9 1,6 3,6 5,3 6,8 3 2,8 1,9 2,2 3.8 5,2 6,9 Май 1 5,8 3,8 3,4 4,2 5,3 7,1 2 8,7 6,5 5,4 5.0 5.6 7,6 3 П,1 8.8 7,4 6,1 6,3 8,1 Июнь 1 13,5 11.1 9,4 7,4 7.1 8.6 2 14,8 12,6 10,9 8.6 8,0 9,1 3 15,7 13.7 12.1 9.7 8.9 9,6 Июль 1 16,9 14,8 13.1 10,7 9,7 10,1 2 18,0 15,9 14,1 11.6 10,4 10.8 3 18,6 16,7 15,1 12,5 11,2 11,3 Август 1 18,6 17,1 15,7 13,2 11.9 П,7 2 18,0 17,0 15,9 13,7 12,5 12,1 3 17,1 16,5 15.7 14,0 12,9 12,4 Сентябрь 1 15,8 15,7 15,3 14.1 13,2 12,5 2 14,1 14,6 14,6 14,0 13,3 12,5 3 12,6 13,3 13,7 13,6 13,2 12,4 Октябрь 1 10,9 12,0 12,7 13,2 13,0 12,3 2 9,4 10,7 11,6 12,6 12,7 12,0 3 7,5 9,2 10,4 11,9 12,3 П,7 Ноябрь 1 5,8 7,7 9.2 11.1 11.8 11,4 2 4,5 6.4 8.0 10,3 11,2 П,1 3 3,4 5,4 7,0 9,5 10,7 10,7 Декабрь 1 2,4 4,5 6.1 8.8 10.1 10,3 2 1,7 3,7 5,4 8.1 9.5 9.9 3 0,7 2,9 4,6 7,4 9,0 9,5

Табл и ца 5.2-Срелпелекалная температура грунта на ратлнчнмх глубинах та периол 1982-2011 гг. на участке с травяным покровом (лерн не выше 5

см), г. Москва

Месяц	Номер декады	Глубина, см
		80	120	160	240	320	400	480
Январь	1	2,3	3,3	4,6	6,0	7,0	7,7	8,0
	2	2,1	3,1	4,2	5,6	6,7	7,4	7,7
	3	1,9	2,8	3,9	5,2	6,3	7,0	7,5
Февраль	1	1,8	2,6	3,7	4,9	6,0	6,8	7,4
	2	1,7	2,5	3,5	4,7	5,7	6,6	7,2
	3	1,6	2,3	3,3	4,5	5,5	6,4	7,0
Март	1	1,6	2,3	3,2	4,3	5,3	6,2	6,8
	2	1,5	2,2	3,1	4,1	5,1	5,9	6,5
	3	1,7	2,2	3,0	4,0	4,9	5,7	6,4
Апрель	1	2,2	2,5	3,0	3,9	4,8	5,6	6,3
	2	3,5	3,3	3,5	3,9	4,7	5,5	6,3
	3	5,3	4,6	4,3	4,3	4,8	5,5	6,2
Май	1	7,2	6,1	5,4	4,9	5,0	5,5	6,2
	2	8,6	7,5	6,6	5,7	5,4	5,7	6,3
	3	9,9	8,7	7,6	6,5	5,9	6,0	6,4
Июнь	1	11,4	10,0	8,7	7,3	6,5	6,3	6,6
	2	12,6	11,1	9,7	8,1	7,1	6,7	6,8
	3	13,5	12,0	10,6	8,8	7,7	7,2	7,1
Июль	1	14,3	12,9	11,4	9,6	8,3	7,7	7,5
	2	15,2	13,7	12,1	10,2	8,9	8,1	7,8
	3	15,8	14,4	12,9	10,9	9,5	8,6	8,1
Август	1	15,9	14,7	13,4	11,5	10,0	9,0	8,4
	2	15,7	14,7	13,6	11,9	10,5	9,4	8,7
	3	15,2	14,5	13,6	12,2	10,8	9,8	9,0
Сентябрь	1	14,4	14,0	13,4	12,3	11,1	10,0	9,2
	2	13,3	13,3	13,0	12,2	11,2	10,2	9,3
	3	12,1	12,3	12,4	11,9	11,2	10,3	9,5
Октябрь	1	10,9	11,3	11,7	11,5	п,о	10,3	9,5
	2	9,7	10,3	10,9	11,0	10,8	10,3	9,5
	3	8,2	9,1	10,0	10,4	10,5	10,1	9,5
Ноябрь	1	6,8	7,8	9,0	9,7	10,1	9,9	9,4
	2	5,5	6,6	7,9	9,0	9,6	9,6	9,3

	3	4,5	5,7	7,1	8,3	9,0	9,2	9,1
Декабрь	1	3,7	4,9	6,3	7,6	8,5	8,9	8,8
	2	3,1	4,3	5,7	7,0	8,0	8,5	8,5
	3	2,7	3,8	5,1	6,5	7,5	8,1	8,3

5.4 Типы грунтовых теплообменников

Как правило, в любом виде геологических условий могут быть выполнены несколько типов грунтовых теплообменников. При этом геологические требования различаются в зависимости от того, какой тип должен быть установлен.

На рисунке 5.2 представлены возможные схемы внутреннего устройства закрытых геотермальных систем. Они различаются типом теплоносителя и тем, как эта схема соединена с тепловым насосом.

теплообменник, и при этом возникает проблема возврата масла в компрессор. На практике непосредственное испарение успешно применяется в ГТСТ с горизонтальным грунтовым теплообменником.

Системы с непосредственным испарением в виде тепловых труб используют двухфазную среду внутри каждой вертикальной трубы. Рабочая среда с низкой температурой кипения испаряется под действием тепла Земли в нижней части трубы. Образующийся пар из-за его меньшей плотности поднимается вверх по трубе и передает тепло в контур охлаждения через теплообменник. Пар охлаждается, конденсируется, стекая в жидкой форме по стенке к нижней части трубы, и вновь испаряется. В то время как системы с жидким теплоносителем и системы с непосредственным испарением могут использоваться как для отопления, так и для охлаждения, тепловая труба пригодна только для обогрева, так как движение рабочей среды внутри тепловой трубы происходит только водном направлении под действием силы гравитации.

Для сравнения различных типов грунтовых теплообменников используют удельный теплосъем - максимальную тепловую мощность на испарителе теплового насоса (холодопроизводительность), деленную на общую длину грунтового теплообменника, измеряемую в ваттах на метр (Вт/м). Для предварительной оценки рекомендуется принимать значение 50 Вт/м. Однако фактический удельный теплосъем в определенном проекте сильно зависит от состояния грунта (теплопроводности), системных требований (часы работы), размера системы (число грунтовых теплообменников и расстояния между ними), наличия разного рода помех и т. д. Поэтому крупную систему термоскважин следует проектировать на основе тщательного расчета с использованием данных, полученных при тепловых испытаниях пробной скважины.

Удельная величина тепловой нагрузки на единицу длины грунтового теплообменника растет с увеличением теплопроводности и объемной теплоемкости грунта.

Наиболее распространенным вариантом является использование жидкости в качестве промежуточного теплоносителя (обычно воды с добавлением

антифриза), которая циркулирует через грунтовые теплообменники за счет работы циркуляционных насосов.

5.5 Прямое использование теплоты и холода грунта в системе вентиляции зданий

Грунтовый массив на глубине 1-2 м от поверхности земли обладает значительным потенциалом с точки зрения пассивного использования его теплоты для частичного подогрева наружного вентиляционного воздуха в холодный период года и его охлаждающей способности для снижения температуры приточного воздуха в летнее время (см. таблицы 5.1,5.2).

В [20] рассмотрено техническое решение по использованию энергетического потенциала грунта на нужды вентиляционных систем путем включения в их схемы грунтового теплообменника в виде воздуховодов, выполненных из пластиковых труб диаметром 50 мм и более и проложенных на глубине 1-1,5 м от земной поверхности (рисунок 5.3)..

/ - пиковым догреватель; 2 - утилизатор теплоты; 3 - фильтр; 4 - грунтовый теплообменник; 5 - воздухозаборный оголовок tyx.l — температура вытяжного (уходящего) воздуха до рекуперации, tyx.2 - температура вытяжного воздуха после рекуперации, tnp- температура приточного воздуха, tnp.l ~ температура приточного воздуха после прохождения подземной части воздуховода. tnp.2 ~ температура приточного воздуха после рекуперации, tn - температура наружного воздуха, h, м - глубина прокладки подземной части воздуховода, L, м - протяжённость подземной части воздуховода Рисунок 5.3 - Принципиальная схема вентиляции здания с утилизацией теплоты грунта и вытяжного воздуха

11 Пусконаладочные работы...........................................................................................................72

111 Общие положения...............................................................................................................72

11.2    Индивидуальные испытания оборудования и подсистем...............................................74

11.3    Комплексное опробование и    наладка................................................................................82

11 4 Сдача в эксплуатацию и мониторинг................................................................................83

12 Оценка влияния использования теплоты грунтового массива на снижение удельного годового энергопотребления и на установление класса энергетической эффективности здания ............................................................................................................................................................86

12.1    Общие положения...............................................................................................................86

12.2    Методика расчета удельного годового энергопотребления и определения класса

энергетической эффективности многоквартирного жилого дома, использующего

теплоту грунта...............................................................................................................86

12.3 Оценка влияния использования теплоты грунтового массива............................................89

Приложение А Пример предварительного расчета геотермальной теплонасосной системы ..93 Библиография.................................................................................................................................108

Величина подогрева зависит от перепада температур грунта и воздуха, условий теплообмена в каналах и теплофизических свойств грунта, а также продолжительности периода использования грунта.

Для климатических условий центральной части Российской Федерации при ту рбулентном режиме движения воздуха в трубах коэффициент теплопередачи от грунта к воздуху составляет около 6 Вт/(м²- °С) при продолжительности использования грунта 1000 ч и порядка 4 Вт/(м^2оС) при 3000 ч.

Для эффективного теплообмена с грунтом (при КПД > 50 %) поверхность теплопередачи подземного воздуховода следует принимать исходя из 4-6 м² на каждые 100 м^я/ч наружного приточного воздуха. При диаметре труб 100 мм их требуемая длина составит 13-10 м.

Наряду с энергосберегающим эффектом, при использовании грунтового теплообменника исключаются проблемы с конденсацией водяных паров и обмерзанием теплоутилизаторов по линии вытяжного воздуха при высоких КПД утилизации (более 75 %).

6 11рслпроектные работы

6.1 Исполнители работ

В создании геотермальных теплонасосных систем на различных стадиях участвует несколько различных групп специалистов:

-    проектировщики, выполняющие технико-экономические и проектные исследования, обладающие общими знаниями в области геологии;

-    проектировщики, выполняющие рабочее проектирование;

-    бурильщики, которые бурят скважины и монтируют грунтовые теплообменники;

-    монтажники, выполняющие установку основного оборудования ТТЛ, трубопроводную обвязку, системы электроснабжения и автоматики;

-    специалисты-наладчики, осуществляющие пусконаладочные работы и сдачу объекта заказчику.

Введение

При разработке настоящих методических рекомендаций были использованы материалы научных исследований, в том числе выполненных авторами настоящих методических рекомендаций [1]-[16], а также зарубежный опыт применения теплонасосных систем с использованием теплоты грунтового массива [17]-[19].

Настоящие методические рекомендации адресованы широкому кругу специалистов, чья деятельность связана с проектированием, строительством зданий и сооружений различного назначения, в том числе руководителям и специалистам:

-    проектных и изыскательских организаций;

-    организаций и служб заказчиков (застройщиков);

-    государственных и иных органов экспертизы и согласования;

-    надзорных служб в сфере природопользования, охраны водных ресурсов, защиты прав и интересов потребителей;

-    органов декларирования и оценки соответствия.

Применение настоящих методических рекомендаций позволит повысить качество и сократить сроки выполняемых проектных и строительных работ за счет использования типовых единых практических подходов к выполнению работ на основе унифицированных методик и технологий, а также станет основой для проведения независимых экспертных оценок выполненных работ, что приведет к повышению качества строительных объектов.

Настоящие методические рекомендации разработаны авторским коллективом ОАО «ИНСОЛАР-ИНВЕСТ» (ИМ. Абуев, д-р техн. наук Г.П. Васильев, В.Ф. Горим, канд. техн. наук А.С. Горшков, М.В. Колесова, В.А. Лесков, И.А. Юрченко).

1    Область применения

Настоящие методические рекомендации представляют практическое руководство по использованию теплоты и хладоресурса грунтового массива, в том числе с помощью тепловых насосов.

Методические рекомендации распространяются на грунтовые теплообменники при их использовании в составе геотермальных теплонасосных систем теплохладоснабжения (ГТСТ) тепловой мощностью свыше 20 кВт и устанавливают рекомендации к их проектированию и устройству.

Настоящие методические рекомендации не распространяются на высокотемпературную геотермальную энергетику, выражаемую терминами «геотермальная энергия» или «геотермия» и подразумевающую только энергию, которая:

-    является производным от теплового потока из глубоких недр земли;

-    находится либо в очень глубоких скважинах, либо в определенных специфических местах земной коры (или оба этих случая).

2    Нормативные ссылки

В настоящих методических рекомендациях использованы нормативные ссылки на следующие документы:

ГОСТ 12.1.019-2017 Система стандартов безопасности труда. Электробезопасность. Общие требования и номенклату ра видов защиты

ГОСТ Р 54865-2011 Теплоснабжение зданий. Методика расчета энергопотребности и эффективности системы теплогенерации с тепловыми насосами

ГОСТ Р 56295-2014 Энергоэффективность зданий. Методика экономической оценки энергетических систем в зданиях

ГОСТ Р 56503-2015 Системы кондиционирования воздуха. Расчет затрат энергии

ГОСТ Р ЕН 15459-2013 Энергоэффективность зданий. Методика экономической оценки энергетических систем в зданиях

СП 25.13330.2012 «СНиП 2.02.04-88 Основания и фундаменты на вечномерзлых грунтах» (с изменениями № 1, № 2, № 3, № 4)

СП 30.13330.2016 «СНиП 2.04.01-85* Внутренний водопровод и канализация зданий» (с изменением № 1)

СП 60.13330.2016 «СНиП 41-01-2003 Отопление, вентиляция и кондиционирование воздуха» (с изменением № 1)

СП 73.13330.2016 «СНиП 3.05.01-85 Внутренние санитарно-технические системы зданий» (с изменением № 1)

Примечание - При пользовании настоящими методическими рекомендациями целесообразно проверить действие ссылочных документов в информационной системе общего пользования - на официальном сайте федерального органа исполнительной власти в сфере стандартизации в сети Интернет или по ежегодному информационному указателю «Национальные стандарты», который опубликован по состоянию на 1 января текущего года, и по выпускам ежемесячного информационного указателя «Национальные стандарты» за текущий год. Если заменен ссылочный документ, на который дана недатированная ссылка, то рекомендуется использовать действующую версию этого документа с учетом всех внесенных в данную версию изменений. Если заменен ссылочный документ, на который дана датированная ссылка, то рекомендуется использовать версию этого документа с указанным выше годом утверждения (принятия). Если после утверждения настоящих методических рекомендаций в ссылочный документ, на который дана датированная ссылка, внесено изменение, затрагивающее положение, на которое дана ссылка, то это положение рекомендуется применять без учета данного изменения. Если ссылочный документ отменен без замены, то положение, в котором дана ссылка на него, рекомендуется применять в части, не затрагивающей эту ссылку. Сведения о действии сводов правил целесообразно проверить в Федеральном информационном центре стандартов

3 Термины и определения

В настоящих методических рекомендациях применены следующие термины с соответствующими определениями:

3.1    бак-аккумулятор: Резервуар для накопления и хранения нагретого или охлажденного теплоносителя.

3.2    вторичные энергетические ресурсы; В'ЭР: Тепловые выбросы

коммунальных, бытовых, жилых и других объектов, а также технологических производств.

Примечание - Носителями ВЭР являются вытяжной воздух вентиляции, сточные воды и т. п.

3.3    грунтовый источник теплоты: Приповерхностные слои грунтового массива, используемые для извлечения низкопотенциальной теплоты при помощи теплообменных устройств.

3.4    грунтовый теплообменник: Техническое устройство, расположенное в грунтовом массиве горизонтально, вертикально или наклонно и обеспечивающее теплообмен между грунтом и циркулирующим через данное техническое устройство теплоносителем.

3.5    геотермальная тенлонасоснан система теплохлалоснабжения; ГТСТ: Теплонасосная система, использующая в качестве низкопотенциального источника преимущественно теплоту грунтового массива.

3.6    возобновляемые источники энергии; BIT): Источники энергии, образующиеся на основе постоянно существующих или периодически возникающих процессов в природе, используемые как альтернатива энергии, получаемой от традиционного ископаемого топлива.

Примечание - К ВИЗ относятся солнечная, ветровая энергия, энергия водных потоков, теплота атмосферного воздуха и грунта, энергия биомассы и т. п.

3.7    коэффициент    преобразования    (трансформации)

парокомирессионного теплового насоса:    Соотношение    количества

выработанной тепловой энергии к количеству потребленной электрической энергии.

3.8    низкопотенциальная теплота: Теплота на температурном уровне, недостаточном для непосредственного использования в теплоснабжении.

3.9    тампонаж: Заполнение цементом, глиной или биту мом скважин для изоляции от водоносных горизонтов.

3.10

тепловой насос; ТН: Устройство для переноса тепловой энергии от источника низкопотенциальной тепловой энергии (с низкой температурой) к

з

потребителю (теплоносителю) с более высокой температурой. Гермодинамический цикл теплового насоса представляет собой обратный цикл холодильной машины, в которой конденсатором является теплообменный аппарат, выделяющий теплоту для потребителя, а испарителем - теплообменный аппарат, утилизирующий низкопотенциальную теплоту:    вторичные

энергетические ресурсы и (или) нетрадиционные возобновляемые источники энергии.

[СП 60.13330.2016, пункт 3.39]

3.11    теплонасосная система теплохладоснабження; ТОТ: Система, обеспечивающая снабжение зданий и сооружений теплотой (тепловой энергией) и холодом, основанная на применении тепловых насосов.

3.12    геплонасосный тепловой пункт; ТТП: Комплекс оборудования, расположенный в обособленном помещении, включающий тепловой насос, вспомогательные технические устройства и системы, предназначенный для преобразования низкопотенциальной теплоты в теплоту потребительского температурного потенциала.

3.13    теплоноситель: Жидкость, циркулирующая в ТСТ и переносящая теплоту от источника теплоты к потребителям.

Примечание - В качестве теплоносителя в ТСТ может применяться вода или антифриз на водяной основе

3.14    теплопроизводительность теплового насоса (тепловая или холодильная мощность): Теплота, отдаваемая или отбираемая тепловым насосом теплоносителю (от теплоносителя) в единицу времени.

3.15    термогеология: Отрасль геологии, изучающая тепловые процессы в грунтовом массиве.

3.16    термоскважина:    Единичный грунтовый теплообменник,

расположенный вертикально или наклонно, устанавливаемый в буровую скважину.

3.17    устройство теплонасосной системы теплохладоснабження:

Комплекс работ по созданию теплонасосной системы теплохладоснабження от

этапа проектирования до сдачи техническому заказчику.

Примечание - Комплекс работ включает, в том числе, монтаж, испытания, пусконаладочные работы и контроль выполнения работ.

3.18 эвапориты: Общее название хемогенных горных пород, возникших в аридных условиях в результате выпадения в осадок минеральных солей при выпаривании растворителя.

Примечание - Склонны к пучению при водонасыщении.

4    Общие положении

Настоящие методические рекомендации представляют собой пособие по реализации требований к энергетической эффективности зданий и сооружений за счет вовлечения в их энергетический баланс низкопотенциальной тепловой энергии грунта и предназначены для участников процесса строительства на всех этапах в целях обеспечения их методическими материалами, которые позволяют разрабатывать и применять энергоэффективные технологии, обеспечивающие снижение потребления традиционных видов энергии путем внедрения ГТСТ.

Методические рекомендации разработаны в развитие положений раздела 11 СП 60.13330.2016 в части использования теплоты грунта, в том числе с применением геотермальных теплонасосных систем, для теплохладоснабжения зданий и раздела 10 СП 30.13330.2016 в части экономии энергии ГВС, для реализации требований по повышению энергетической эффективности зданий и сооружений и снижению удельного годового расхода энергетических ресурсов.

5    Основные методы извлечения теплоты грунтового массива

5.1 Геотермальная теплота и основы термогеологи и

В настоящих методических рекомендациях при описании низкопотенциальной теплоты грунтового массива будут использованы, в отличие от термина «геотермия», относящегося к высокотемпературной глубинной теплоте, термины «грунтовый источник теплоты» (3.3) и «термогеология» (3.15).

Термогеология имеет дело с двумя параметрами, достаточно хорошо описывающими грунтовый массив с точки зрения сохранения и проводимости

тепла. Это объемная теплоемкость Svc и теплопроводность X. Первый параметр описывает, сколько тепла выделяется из единичного объема породы в результате снижения температу ры на 1 К, а второй определяется законом Фурье:

Q = -kA( (Ю/dx),    (5.1)

где Q - поток тепла, Вт;

X - теплопроводность материала, Вт/(м К);

А - площадь поперечного сечения рассматриваемого блока материала, м²;

0 - температу ра °С (К);

х - координата в сторону уменьшения температуры (следует обратить внимание, что теплота течет в сторону уменьшения температуры: следовательно, в уравнении отрицательный знак);

d0/dv - температурный градиент, К/м.

Для оценки геологической ситуации требуются следующие данные:

-    тип грунта, его твердость (для бурения), тепловые характеристики грунта (для работы ГГСГ);

-    данные о грунтовых водах (для бурения и эксплуатации ГТСТ).

Для изысканий следует использовать информацию из геологических карг, данные по пробуренным ранее в этой местности скважинам, данные региональных геологических служб. Необходимо иметь данные по литологии и гидрогеологии. На основе литологической информации предварительно оценивают предпочтительную технологию бурения и теплофизические параметры грунта. Теплофизические параметры для разных типов пород приведены в таблице Б.8 приложения Б СП 25.13330.2012.

5.2 Грунтовый источник тепла и геотермальная энергия

В геоклиматических условиях Российской Федерации наиболее стабильными и эффективными являются ГТСТ, использующие в качестве источника низкопотенциальной теплоты повсеместно доступный источник -грунт.

Фактически грунт представляет собой тепловой аккумулятор, тепловой режим которого определяется воздействием двух основных факторов: