گرما یکی از پرطرفدارترین انواع انرژی است که برای حفظ زندگی انسان مورد نیاز است. در عین حال، هزینه های منابع برای تولید آن بسیار چشمگیر است - چه برق با فرآورده های نفتی باشد یا سوخت های سنتی مانند زغال سنگ و چوب. بدیهی است که در این زمینه، نیاز به ارائه یک روش جایگزین گرمایش وجود دارد. یکی از امیدوارکننده‌ترین و فعال‌ترین راه‌حل‌های فنی از این نوع، پمپ حرارتی زمین‌گرمایی است که مفهوم آن به تدریج به شرایط عملیاتی داخلی نزدیک می‌شود.
مروری بر فناوری
هر ایده از منبع جایگزین گرما شامل خدمت به یک یا آن ماده یا پدیده طبیعی است. در این حالت، زیرزمین تامین کننده انرژی مرکزی است. زمین بر معینبه اندازه کافی عمیق است که دمای کافی را حفظ کند تا بتوان گرمای آن را جمع کرد و بیشتر روی سطح استفاده کرد. منابع هیدرولوژیکی نیز می تواند به عنوان منبع گرما در نظر گرفته شود و در طراحی فنی زیرساخت ذخیره سازی تغییراتی ایجاد کند.
برای نشان دادن اثربخشی این فناوری، می توان به این نکته اشاره کرد که هنگام سرمایه گذاری ۱ کیلووات انرژی در تعمیر و نگهداری یک پمپ حرارتی زمین گرمایی، می توانید بازدهی ۲ تا ۶ کیلووات دریافت کنید. چه چیزی چنین راندمان بالایی را توضیح می دهد؟ در مقایسه با سایر ابزارهای پردازش منابع انرژی طبیعی، مکانیسم های زمین گرمایی مراحل تبدیل میانی را فراهم نمی کنند. به عنوان مثال، ذخیره انرژی خورشیدی نیاز به نور و گرما دارد تا به برق تبدیل شود که برای اداره خانه استفاده می شود. در این حالت گرما تبدیل نمی شود، بلکه مستقیماً یا با حداقل مراحل انتقالی به مصرف کنندگان هدف منتقل می شود.
اصل عملیات
برای شروع، ارزش شناسایی نقاط خاصی را دارد که در فرآیند گرمایش زمین گرمایی نقش دارند. این فرآیند در زمین آغاز می شود - در سطحی که در زیر نقطه انجماد قرار دارد. دما ممکن است بسته به عمق متفاوت باشد. برای حداقل اثر حرارتی، کافی است که از 0 درجه سانتیگراد تجاوز کند، اما در عمل 35-40 درجه سانتیگراد یک شاخص توجیه اقتصادی در نظر گرفته می شود. کاربر نهایی مدار گرمایش است.
یک خط لوله ویژه وظیفه انتقال انرژی از زمین به سیستم گرمایش خانه را بر عهده دارد.توسط یک پمپ حرارتی زمین گرمایی سرویس می شود. اصل کار بر این واقعیت استوار است که گرما از طریق این خط تغذیه با مبدل حرارتی اواپراتور در امتداد مدار مبرد منتقل می شود. همانطور که در تهویه مطبوع، فریون نقش ماده تبخیر کننده فعال را ایفا می کند. قبل از راه اندازی پمپ در حالت مایع است و پس از راه اندازی به حالت گازی در می آید. علاوه بر این، مبرد به روز شده به کمپرسور منتقل می شود که ارتباطات آن با مدار گرمایش نهایی متصل می شود. فریون اضافی در این مرحله از طریق کانال خروجی تخلیه می شود.
تجهیزات زمین گرمایی
عنصر عملکردی اصلی سیستم یک پمپ مکانیکی حرارتی است. ساختار واحد با سه مدار نشان داده می شود:
- خارجی. مایع خنک کننده معمولی را به شکل ضد یخ یا آب نمک به گردش در می آورد.
- داخلی. حاوی ماده مبرد در محفظه های مهر و موم شده است که در آن فرآیندهای تبخیر حرارتی انجام می شود.
- حلقه بیرونی که مستقیماً به سیستم مورد نظر ارائه می شود.
همچنین، لیست بدنه های کاری پمپ حرارتی زمین گرمایی برای گرمایش شامل کمپرسور، اواپراتور، کانال تخلیه و حامل های حرارتی است. توجه به این نکته حائز اهمیت است که طرح ها، چیدمان و عملکرد اضافی ممکن است بسته به برنامه متفاوت باشد. تاسیساتی برای خاک، آب و هوا و همچنین سیستم های ترکیبی وجود دارد که می توانند در شرایط مختلف کار کنند.
منابع گرما و تجهیزات ذخیره سازی
سیستم های زمین گرمایی مزایای زیادی دارند،مرتبط با تامین انرژی اقتصادی، عملی بودن و دسترسی تکنولوژیکی برای استفاده خانگی. اما، مانند سایر سیستم هایی که انرژی جایگزین را ذخیره می کنند، به منبع وابسته است. بنابراین، برای اطمینان از پایداری تامین گرما، لازم است از قبل در مورد امکان اتصال به یک کانال تامین انرژی پشتیبان فکر کنید. منابع زمینی و هیدرولوژیکی در زیر مورد بحث قرار خواهند گرفت، اما در حال حاضر، شما باید اصولاً با زیرساخت های کاری که پمپ حرارتی زمین گرمایی به عنوان یک سیستم تامین منابع عمل می کند، آشنا شوید. مواد حجیم، لوله‌ها، پروب‌ها و سازه‌هایی که ساختار آنها می‌تواند انرژی انباشته کند، به عنوان گیرنده گرما عمل می‌کنند. به ویژه، اینها می توانند تشک های گرمایشی مرتبط با پمپ، خنک کننده و سیستم های گرمایش شخص ثالث باشند.
منبع زمینی انرژی حرارتی
سیستم های با ظرفیت بالا که انرژی زمین گرمایی را ذخیره می کنند در میدان هایی با مساحت حدود 200 مترمربع قرار می گیرند2. لایه ای از خاک به ضخامت 40-50 سانتی متر از منطقه مشخص شده در زیر نقطه انجماد برداشته می شود. به طور کلی، ضخامت 150-200 سانتی متر به دست می آید. این داده ها و سایر داده ها در پروژه با محاسبه حجم انرژی برای یک مدار گرمایش خاص نشان داده شده است. خیلی به منطقه نیز بستگی دارد، زیرا در یک ناحیه می‌توانید 30 وات را از 1 m2 استخراج کنید، و در دیگری - 70-80 از 1 m2.
چاه ها، ترانشه ها یا سکوهای جامد در سایت برای قرار دادن عناصر انباشته شده تشکیل می شوند. در دسترس ترین در اجرا در نظر گرفته شده استیک نصب سوراخ عمودی که در آن لوله ها یا تشک های تجمع مارپیچی قرار می گیرند. در پیکربندی افقی زیرساخت ورودی، یک پمپ حرارتی منبع زمینی برای گرمایش می تواند مقادیر زیادی انرژی تولید کند، اما دارای معایبی است. آنها به پیچیدگی عملیات خاکی (نیاز به تجهیزات ویژه برای توسعه مناطق بزرگ)، محرومیت از هرگونه محوطه سازی و کاهش دما تا پایان فصل گرما مربوط می شوند.
منبع آب انرژی حرارتی
اهداف اصلی خدمات در این مورد دریاچه ها، مخازن و حوضچه ها هستند. در مورد عناصر انباشته، عملکرد آنها توسط لوله های پلیمری با پر کردن ضد یخ انجام می شود. حجم انرژی استخراج شده به طور متوسط می تواند 30 وات در هر 1 متر لوله نمایش داده شود. برای تعمیر و نگهداری پیچیده یک خانه خصوصی بزرگ، 12 کیلو وات مورد نیاز است - بر این اساس، لازم است یک سیستم لوله کشی به طول 400 متر سازماندهی شود.
رویکرد دیگری برای ذخیره گرما از منابع هیدرولوژیکی وجود دارد. اگر در این نزدیکی دریاچه و مخزن وجود نداشته باشد، در سایت خود می توانید 2-3 چاه را با چاه هایی با عمق حدود 20 متر تجهیز کنید. دمای آب در این سطح حدود 10 درجه سانتیگراد خواهد بود، اما این کافی است. برای عملکرد گرمایش کمکی نکته اصلی این است که یک پمپ حرارتی زمین گرمایی وظیفه گردش مداوم آب گرم یا گرم را انجام می دهد. در یک طرف مدار، منبع به طور مداوم در چاه ها بدون کوچکترین هزینه گرم می شود و خانه انرژی را از قسمت تازه دریافت شده آب جمع می کند.
نصب سیستم زمین گرمایی
قبل از تصمیم گیری برای خرید تجهیزات، باید ارزیابی کرد که آیا استفاده از این فناوری اساساً در یک منطقه خاص قابل توجیه است یا خیر. برای انجام این کار، تعدادی از مطالعات اکتشافی زمین شناسی با تعیین عمق انجماد خاک انجام می شود.
در نصب، لوله ها یا سایر عناصر تجمعی، یک پمپ و اتصالات نصب دخالت دارند. زیرساخت گرمایش داخلی را می توان توسط رادیاتور، خنک کننده فن یا کف آب گرم و غیره تشکیل داد. این سیستمی برای مصرف منابع ارائه شده خواهد بود.
بنابراین، پمپ های حرارتی زمین گرمایی برای خانه در چاه ها نصب می شوند - همانطور که قبلاً اشاره شد، نه تنها زمین، بلکه آب نیز وجود دارد. امکان تجهیز چاه ها، ترانشه ها و مزارع با لایه ای از خاک مایع وجود دارد، اما این گزینه بیشتر برای تامین حرارت صنعتی استفاده می شود. در طاقچه ایجاد شده، باتری ها در سراسر سایت قرار می گیرند - به صورت خط مستقیم یا مارپیچ. مدارها به یک پمپ واقع در سطح متصل می شوند که به نوبه خود به مدارهای گرمایش خانگی متصل می شود.
سازندگان پمپ های زمین گرمایی
این بخش به طور فعال با تلاش بزرگترین توسعه دهندگان تجهیزات HVAC در حال توسعه است. به طور خاص، سازنده دیگ بخار Viessmann واحدهای قابل اعتمادی را برای ذخیره سازی آب و گرمای زمین در دمای عملیاتی حدود +65 درجه سانتیگراد ارائه می دهد. برای ساختمان های صنعتی و عمومی با مساحت 300-350 متر 2 پمپ حرارتی منبع زمینی NIBE F1145 موجود است. به اوقابلیت اتصال به شبکه سه فاز با ولتاژ 380 ولت و شبکه تک فاز با ولتاژ 220 ولت. توسعه دهندگان این شرکت از سال 2007 مفهوم جداسازی گرمایش چند منطقه ای را با یک سیستم کنترل ساده توسعه داده اند.
چنین بخش امیدوارکننده و شرکت های داخلی را نادیده نگیرید. به عنوان مثال، پمپ حرارتی زمین گرمایی BROSK Mark II 100 ساخت روسیه به طور خاص برای مصرف کننده خصوصی - صاحب یک خانه کوچک روستایی طراحی شده است. اما، با وجود عملکرد متوسط، این تجهیزات به عنوان قابل اعتماد، کم مصرف و چند منظوره مشخص می شود.
بازخورد مثبت در مورد فناوری
این روش گرمایش با راحتی نگهداری، نگهداری و البته حداقل هزینه های مالی در حین کار، افراد زیادی را به خود جذب می کند. این تجهیزات عملاً به مواد سوخت مصرفی نیاز ندارند. منابع الکتریکی برای اطمینان از عملکرد پمپ و تجهیزات کنترلی یکسان مورد نیاز است، اما در برابر پس‌زمینه مقدار انرژی برگشتی ناچیز است. دوستدار محیط زیست پمپ های حرارتی زمین گرمایی نیز مورد تاکید قرار گرفته است. بررسی ها و اصلاً یکی از اولین مکان ها در میان مزایا این واقعیت است که زیرساخت کار فضای خانه را اشغال نمی کند. فقط ارتباطات وارد می شود و بقیه واحدها و گره های عملکردی در خیابان باقی می مانند.
نقدهای منفی
با عملکرد حرارتی زمین گرمایی دیگ بخار کاملسیستم ها قابل مقایسه نیستند و نکته حتی در نشانگرهای قدرت خاص نیست، بلکه در تامین اسپاسم گرما است. بسیاری از دوره های طولانی نرخ تحویل انرژی پایین شکایت دارند، به همین دلیل است که توصیه می شود سیستم های تامین پشتیبان را سازماندهی کنید. اما در اینجا نقص دیگری وجود دارد. اگرچه هزینه کمی برای نگهداری تجهیزات صرف می شود، اما سرمایه گذاری اولیه با خرید یک دیگ صنعتی قدرتمند قابل مقایسه است. حتی یک پمپ حرارتی زمین گرمایی با منشاء روسی BROSK Mark II 100 با قیمت 250-300 هزار روبل در بازار موجود است. بسته به پیکربندی هزینه های نصب نیز 50-70 هزار روبل خواهد بود.
نتیجه گیری
گزینه های بسیار زیادی برای سازماندهی تامین گرما در یک خانه خصوصی وجود دارد. هر یک از آنها در حین کار به روش خود گران است - از تابلوهای برق گران قیمت گرفته تا دیگ های گاز اقتصادی. اما تجهیزات سنتی در طراحی مدرن سیستمی است که در طراحی بهینه و مدیریت آن آسان باشد. چه چیزی می تواند پمپ حرارتی زمین گرمایی را برای گرمایش خانه جذب کند؟ البته عامل اقتصادی مطرح خواهد شد، اما دیگر چه؟ در صورت وجود فضای کافی در سایت برای سازماندهی مجموعه می توانید به چنین تاسیساتی مراجعه کنید. در این مورد، می توانید حداقل روی گرمایش غیرفعال فضای کمکی بدون نظارت و نگهداری مداوم حساب کنید. و یک چیز دیگر - این استقلال کامل است که امکان استفاده از تجهیزات زمین گرمایی را به عنوان منبع پشتیبان گرما می دهد.
