چه ساختمان هایی واقعا هوشمند هستند؟
2017-04-16
گرمایش و سرمایش هوشمند ساختمان ها
2017-04-18

انواع پمپ های زمین گرمایی

گردآورنده: عاطفه مکلاهی
فروردین ماه 96

استفاده از انرژی زمین گرمایی توسط پمپ­ های حرارتی:

ش

در گذشته از انرژی زمین گرمایی به ­صورت مستقیم استفاده می­ شد، به ­طور مثال استفاده از چشمه ­های آب گرم برای شستشو و یا گرم کردن غذا از طریق سنگ­ های گرم و یا بخارهای خارج شده از منافذ زمین، اما با پیشرفت تکنولوژی نوع بهره­ برداری از انواع انرژی دستخوش تغییر شده که انرژی زمین گرمایی نیز از این قاعده مستثنی نیست. به همین منظور از پمپ­ های زمین گرمایی استفاده می­شود.

پمپ­ های زمین گرمایی:

geothermal heat pump

پمپ­ های زمین گرمایی (GHPs) برای اولین بار در اواخر دهه ۱۹۴۰ میلادی مورد استفاده قرار گرفت. آنها از درجه حرارت ثابت زمین به ­عنوان بستر دمای بیرون استفاده می­کنند. این سیستم دارای بازده نسبتا بالا (۳۰۰% تا ۶۰۰%) در سردترین شب زمستان است که در مقایسه پمپ­ های حرارتی مشابه در شرایط مشابه حدود ۲۰% تا ۱۷۵% بازده دارند.

همانند تمام پمپ­ های حرارتی، پمپ­ های زمین گرمایی نیز توانایی گرم کردن و خنک کردن محیط و همچنین درصورت پیشرفته بودن امکان گرم کردن آب را دارند. برخی از مدل­ های سیستم­های زمین گرمایی با کمپرسور دو سرعته و فن ­های مختلف برای ذخیره انرژی بیشتر به­ کار برده شده ­اند. نسبت به پمپ ­های حرارتی، این پمپ­ ها سریع­تر، نیاز به نگهداری کم­تر و از همه مهم­تر وابسته به محیط بیرون نیستند.

یک پمپ حرارتی دو منبعه ترکیبی از یک پمپ حرارتی هوا و یک پمپ زمین گرمایی است، که بهترین ترکیب را تشکیل می ­دهد. این پمپ­ها بهترین بهره ­وری و رتبه بالاتری نسبت به پمپ­های زمین گرمایی دارند، اما کارآمدی پمپ­ های غیرترکیبی را ندارند،  مهم­ترین مزیت سیستم ­های دوگانه هزینه نصب پایین درکنار بازدهی بالایش است.

با اینکه هزینه نصب یک سیستم زمین گرمایی چند برابر پمپ حرارتی هوایی است، این هزینه در ظرف ۵ تا ۱۰ سال از طریق ذخیره انرژی جبران خواهد شد. عمر مفید دستگاه ۲۰۰ سال برای اجزای داخلی و بیش از ۵۰ سال برای تاسیسات اطرافش تخمین زده شده است. هر ساله در آمریکا حدود ۵۰۰۰۰ پمپ حرارتی زمین گرمایی نصب می­شود.

انواع پمپ­ های زمین گرمایی:

  1. عمودی ۲٫ افقی ۳٫ حوضچه­ای که جزء سیستم­های حلقه بسته هستند و ۴٫ سیستم حلقه باز

این سیستم­ ها، بسته به نوع آب و هوا، موقعیت خاک، زمین مورد نظر و هزینه نصب و راه­اندازی، با هم متفاوت هستند.

سیستم­های حلقه بسته:

سیستم­ های زمین گرمایی حلقه بسته معمولا همراه با ضدیخ هستند. انتقال دهنده­ مبدل حرارتی، گرما را بین خنک ­کننده­ ای که در پمپ حرارتی است و ضدیخ موجود در حلقه بسته جابه ­جا می­کند، این حلقه می­تواند، عمودی، افقی و یا برکه ­ای باشد.

یکی از ارزش­ های این روش، استفاده از سیستم تبادل مستقیم است، درعوض خنک­ کننده را درطول لوله مسی که به­ صورت افقی و عمودی در خاک دفن شده پمپاژ می­کند. سیستم تبادل مستقیم نیاز به به یک کمپرسور بزرگ دارد و در خاک مربوط بهتر کار می­کند( گاهی اوقات خاک به آبیاری نیاز دارد)، اما باید نوع خاک به­ گونه ­ای باشد که مواد معدنی داخل آن خورنده مس نباشد، زیرا این یک سیستم گردش تبریدی از طریق زمین است و با برخی قوانین زیست ­محیطی مغایرت دارد.

افقی:

ل

این سیستم برای مکان­ های مسکونی مورد استفاده قرار می­گیرد و بسیار مقرون به ­صرفه است. سیستم افقی به گودالی با حداقل عمق cm120 نیازمند است. رایج­ترین طرح، استفاده از دو لوله یکی در عمق cm185 و دیگری cm120  است و یا  اینکه هر دو را در عمق cm150 در کنار هم قرار دهند.

عمودی:

ا

این روش برای ساختمان­ های تجاری بزرگ و مدارس مورد استفاده قرار می­گیرد. سیستم عمودی نیازمند گودالی با cm610 قطر و cm350 تا cm1200 عمق است، در این گودال دو لوله به­صورت خم U شکل به­ یکدیگر متصل شده­ اند، حلقه عمودی به ­وسیله لوله­ های افقی که در گودال قرار دارد به هم متصل شده و گرما را به ساختمان منتقل می­کند.

حوضچه ­ای:

لب

اگر محیط دارای بدنه آب کافی باشد، این روش مقرون به ­صرفه ­ترین گزینه ممکن است.  خط لوله در زیر زمین ساختمان در داخل آب در حدود cm210 از سطح زمین پیچیده می­شود، نکته قابل توجه این است که حتما باید تدابیری برای ضد یخ بودن لوله­ ها اندیشید. این نوع حلقه باید در منبع آبی که مطابق با حداقل حجم، عمق و معیارهای کیفی است قرار داده شود.

سیستم حلقه باز:

یبب

این سیستم از چاه­ ها و سفره­ های آب زیر زمین به عنوان سیال انتقال حرارتی در سیستم ­های سرمایش و گرمایش استفاده می­کند. یکبار آب را در طول سیستم به چرخش در می­آورد، آب به سطح زمین بازگردانده می­شود، چاه­ ها مجدد شارژ می ­شوند و سطوح آب خالی می ­شوند. این اتفاق تنها زمانی عملی است که آب پاک به­میزان کافی وجود داشته باشد و تمام ضوابط و قواعد در رابطه با تخلیه آب زیرزمینی اجرا شود.

سیستم­ها هیبریدی:

این سیستم­ ها ترکیبی از تکنولوژی چند سیستم زمین گرمایی مختلف یا ترکیب سیستم زمین گرمایی با یک منبع حرارتی هوایی(خنک کننده) است. این سیستم زمانی­که هدف ما بیشتر استقرار سیستم خنک کننده است، اجرا می­شود و همچنین بیش از یک چاه برای بهره ­برداری از آن حفر می­شود، برای اجرای این سیستم نیاز به اجازه سازمان زمین شناسی برای استقرار یک میله مستقر در چاه است.

آینده انرژی زمین گرمایی:

انرژی زمین گرمایی پتانسیل این را دارد که نقش قابل ­توجهی در پاک­سازی محیط ­زیست و راه ­اندازی سیستم­ های انرژی پاک ایفا کند، همچنین از معدود انرژی ­های تقاضامحور است و در ضمن برخلاف نیروگاه­های نفت، زغال­سنگ، نیروگاه­های زمین گرمایی با انرژی حاصل از منابع تجدیدپذیر خورشیدی و باد نیز به حرکت درمی ­آید.

این نیروگاه­ها در رقابت میزان هزینه، با دیگر نیروگاه­ های برق سربلند خواهند شد. همچنین پیش­بینی شده است که در آینده برای استفاده در سردخانه­ ها به­طور کامل از این سیستم استفاده می­شود. اما تمام این­ ها زمانی میسر می­شود که تکنولوژی در این رابطه پیشرفت قابل توجهی داشته باشد.

منابع:

www.energy.gov

یک دیدگاه