پمپ های حرارتی زمین گرمایی یکی از فناوری های سبز است که قادر به حل مشکل گرم شدن کره زمین با کاهش انتشار کربن است. اما مانند اکثر تجدیدپذیرهای دیگر ، این منبع انرژی با مشکلات خاص خود همراه است. افرادی که مایل به استفاده از این فناوری هستند باید درک خوبی از آن داشته باشند تا از هزینه های غیر ضروری جلوگیری کنند و از هرگونه تأثیرات منفی بر محیط زیست جلوگیری کنند.
پمپ های حرارتی زمین گرمایی
پمپ های حرارتی زمین گرمایی (GHP) که به آن تبادل جغرافیایی نیز گفته می شود ، با مبادله گرما با زمین در اعماق زیر چند فوت ، جایی که دما تقریباً در طول سال ثابت است ، کار می کنند.
نام های رایج که با j شروع می شوندمقالات مرتبط
- حقایقی درباره انرژی خورشیدی
- برو تصاویر سبز
- چگونه می توان کسب و کار من برای صرفه جویی در هزینه سبز شود
انرژی.gov انواع GHP های مورد استفاده در خانه و مشاغل را توضیح می دهد.
- سیستم حلقه بسته در داخل خود سه نوع دارد. آنها افقی ، عمودی و زمینی هستند. آنها از آب مخلوط شده با ضد یخ در لوله های بسته برای تبادل گرما با زمین یا آب استفاده می کنند. یک مبدل حرارتی بالای سطح زمین گرما را بین مبردهای خود و محلول ضد یخ در حلقه های بسته منتقل می کند.
- سیستم های تبادل حرارت مستقیم از مبرد به طور مستقیم در حلقه های بسته زیرزمینی برای تبادل گرما استفاده می کنند و مبدل حرارتی میانی ندارند.
- سیستم های حلقه باز به طور مداوم آب را از منابع خارجی مانند چاه ها یا دریاچه ها برای تبادل حرارت بیرون می کشند و آن را به عنوان تخلیه برمی گردانند.
گزارشی از دانشگاه اورگان (ص 6) در کنفرانس جهانی زمین گرمایی در سال 2015 ، تخمین می زند که 1.4 میلیون GHP در ایالات متحده وجود دارد ، از این 90٪ سیستم حلقه بسته هستند و فقط 10٪ سیستم حلقه باز هستند.
مشکلات عمومی
در حالی که چندین مزیت برای پمپ های حرارتی زمین گرمایی وجود دارد ، اما بسیاری از موارد منفی نیز وجود دارد. برخی از آنها عمومی هستند و برخی دیگر مشکلات خاص سیستم هستند.
هزینه اولیه
همه موافقند که هزینه نصب اولیه GHP زیاد است و محاسبه سخت است ، زیرا به اندازه خانه / ساختمان ، پمپ ، خاک ، آب و هوا و زمینه حلقه بستگی دارد. برای اطمینان از نصب موفق ، یک پیمانکار باتجربه مهم است.
برآورد از شرکت خصوصی خانه های انرژی برای یک خانه 2500 فوت مربعی نشان می دهد که یک سیستم حلقه عمودی 6 تنی 34000 دلار ، یک حلقه افقی 5 تنی برای گرمایش و خنک کننده تابشی 29500 دلار و یک حلقه افقی 5 تنی همراه با گرمایش خورشیدی 47500 دلار هزینه دارد.
خانه های انرژی مسئله هزینه را خراب می کند ، گفت: 'این تقریباً دو برابر هزینه یک سیستم گرمایش ، سرمایش و آب گرم معمولی است ، اما سیستم های گرمایش / سرمایش زمین گرمایی می توانند صورتحساب های مصرفی را 40 تا 60 درصد کاهش دهند.'
کمبود متخصصین واجد شرایط
فناوری GHP پیچیده است و نیاز به آگاهی از جنبه های مختلف دارد. اتحادیه دانشمندان خاطرنشان می کند که بسیاری از نصب کننده های گرمایشی و سرمایشی 'با این فناوری آشنا نیستند' ، که به نوبه خود مانع گسترش و نگهداری آن می شود. همچنین یافتن پیمانکاران واجد شرایط که بتوانند سیستم های GHP را در مناطق خاصی از کشور نصب کنند ، دشوار است و این امر به هزینه یک سیستم گرمایش زمین گرمایی افزوده است.
یک پروژه DIY نیست
وزارت انرژی ایالات متحده کار با GHP را به عنوان یک پروژه DIY دلسرد نمی کند. این فناوری در بسیاری از زمینه ها به دانش فنی تخصصی نیاز دارد. برای تصمیم گیری سیستم به بهترین وجهی برای یک خانه یا مشاغل بررسی دقیق عواملی مانند زمین شناسی ، هیدرولوژی ، در دسترس بودن زمین ، الزامات گرمایش و سرمایش و سایر وسایل مهم صرفه جویی در انرژی در خانه ضروری است. برای همه محاسبه اندازه بهینه میدان حلقه یا پمپ مورد نیاز برای استفاده بیشتر از این سیستم امکان پذیر نیست.
چیزهایی که دیگر مهم خود را بخوانید
استفاده از برق
برای راه اندازی کمپرسور گرما در سیستم های حلقه بسته و پمپاژ آب در کل سال در سیستم های حلقه باز ، برق لازم است ، بنابراین یک GHP است کاملاً کربن خنثی نیست.
مشکلات سیستم حلقه بسته
سیستم های حلقه بسته دارای معایب مشترک مانند تأثیر خاک بر کارایی و وجود ضد یخ هستند. مشکلات حلقه مربوط به جهت گیری افقی یا عمودی نیز وجود دارد ، و همچنین نگرانی در مورد سیستم های تبادل حرارت مستقیم و سیستم های برکه وجود دارد.
انواع خاک
حرارت ذخیره و انتقال در خاکهای سنگین مانند خاک رس یا سنگ بهترین است. خاکهای شنی نمی توانند گرمای زیادی را ذخیره یا انتقال دهند بنابراین زمینه های حلقه بزرگتر لازم است. کاهش رطوبت خاک زیر 5/12٪ تأثیر مخربی بر عملکرد پمپ های حرارتی دارد یک مطالعه در سال 2014 در Energies منتشر شده است (ص 3) ، در حالی که افزایش رطوبت خاک بیش از 25٪ باعث انتقال حرارت می شود. بنابراین خاکهای خشک خصوصاً در سیستمهای تبادل حرارت مستقیم مناسب نیستند.
ضد یخ
سیستم های حلقه بسته از آب با ضد یخ برای تبادل گرما استفاده می کنند. مدلهای قدیمی استفاده شده متانول که سریع تبخیر می شود و برای افراد و حیوانات سمی است ، بنابراین اکنون در بسیاری از مناطق ایالات متحده ممنوع شده است اتانول به اندازه متانول سمی نیست اما گران است. نگران است که اتیلن گلیکول می تواند باعث نشت و آلودگی منابع آب زیرزمینی شود ، این نوع ضد یخ نیز برای استفاده در سیستم های زمین گرمایی در بسیاری از ایالات ممنوع است. آب نمک (کلرید کلسیم) گزینه خوبی است ، با این وجود خورنده است ، بنابراین به لوله های جام نیکل نیاز دارد. پروپیلن گلیکول هیچ اثر سوverse بر افراد و محیط زیست ندارد.
تا زمانی که آب مخلوط شده با ضد یخ در حلقه های بسته در گردش باشد ، هیچ گونه تأثیر محیطی ندارد. با این حال ، حتی نشت های کوچک نیز می توانند خطرناک باشند ، بنابراین بهتر است به انواع ضد یخ با نمک یا پروپیلن گلیکول بچسبید.
سیستم افقی
خبرنامه فنی دریافت که سیستم افقی برای هر تن گرمایش یا سرمایش به 1500 تا 3000 فوت مربع زمین نیاز دارد.
- منطقه بزرگ لازم است - این زمین بعداً فقط برای باغبانی مناسب است ، اما نه برای گسترش خانه یا ساختمانهای دیگر. این سیستم ها برای مقاوم سازی مناسب نیستند ، زیرا ممکن است فضای کافی در دسترس نباشد.
- اختلاف دما - در عمق کم 3 تا 6 فوت ممکن است اختلاف دما وجود داشته باشد که به دلیل فصل ، عمق دفن و بارندگی موثر است ، حتی اگر محدود کردن عمق باعث کاهش هزینه های خاکبرداری خاک می شود که گرانترین قسمت نصب حلقه بسته است. سیستم.
- مسائل مربوط به خاک - خاک های صخره ای یا کم عمق برای این سیستم ها مناسب نیستند ، در این صورت سیستم های عمودی لازم هستند.
سیستم عمودی
این بوتل اخبار فنی می نویسد ، این سیستم کارآمدترین سیستم است زیرا حلقه های U شکل به عمق 150-450 فوت در خاک می روند. سایر مسائل عبارتند از:
- هزینه - حلقه های U شکل و عمق آنها آنها را به گرانترین سیستمهای GHS تبدیل می کند.
- نصب و تجهیزات ماهرانه مورد نیاز - علاوه بر این ، حفاری در این اعماق به حفاری ماهر و تجهیزات ویژه ای نیاز دارد که در همه جا موجود نیست.
سیستم تبادل مستقیم حرارت (DX)
DX از لوله های مسی پر شده با مبردهایی که 4 تا 6 فوت زیر زمین مدفون شده اند استفاده می کند. این سیستم از بین مدلهای GHP قدیمی ترین است و بیشترین تأثیرات زیست محیطی را دارد.
علامت زودیاک چینی و عنصر من چیست؟
- خوردگی لوله های مسی در خاک های اسیدی معمول است ، بنابراین یک عضو در اینجا توضیح می دهد که DX برای این خاک ها مناسب نیست. انجمن تبادل جغرافیایی . برای جلوگیری از این امر ، نمونه های خاک باید در عمق نصب شده جمع آوری شوند تا از نظر غلظت بالای اسیدها ، کلریدها ، سولفیدهای هیدروژن ، سولفاتها یا آمونیاک بررسی شوند ، و این مرحله برنامه ریزی را گران می کند. از مس به جای پی وی سی استفاده می شود زیرا رسانای بهتر گرما است.
- مبرد مهمترین مشکل زیست محیطی DX است. حتی ترک های کوچک می توانند آنها را آزاد کنند و منجر به گرم شدن کره زمین شوند. مدل های قبلی از کلروفلوئوروکربن ها (CFC ها) و هیدروکلرو فلورون ها (HCFC ها) استفاده می کردند. پروتکل مونترال استفاده از آنها را ممنوع کرده است زیرا آنها به لایه ازن آسیب می رسانند. جایگزین های آنها فلوئورکربن ها (FCs) و هیدروفلوروکربن ها (HFC ها) می توانند باعث گرم شدن کره زمین شوند و توسط کنوانسیون پروتکل کیوتو در مورد تغییرات آب و هوایی ممنوع است. در سال 2016 ، آژانس حفاظت از محیط زیست (EPA) توصیه هایی را با هدف حذف تدریجی این مواد شیمیایی صادر و آنها را غیر قابل قبول ذکر کرد. EPA همچنین R410A را توصیه نمی کند جدیدترین مبرد محبوب زیرا باعث انتشار گلخانه می شود.
- کارشناسان ساختمان سبز اظهار می کنند که ریختن مبردهای آلاینده یا از روی قصد یا تصادف غیرقانونی است.
در سال 2001 ، دانشمندان دانشگاه اورگان (صفحه 2) سیستم های DX را به عنوان یک خطر محیطی اعلام کرده و آنها را توصیه نمی کنید. طبق Energy.gov ، به دلیل محدودیت های محلی محیطی ، در برخی از مناطق ایالات متحده ممنوع است.
سیستم های حلقه بسته حوضچه
سیستم های حلقه بسته همچنین می توانند از آب برای تبادل گرما استفاده کنند. با این حال ، اینها نیز چند مسئله دارند.
- بر اساس بولتن اخبار فنی ، آبهای کم عمق تغییرات در دما را نشان می دهند و احتمال آسیب دیدن لوله کشی در منابع عمومی آب وجود دارد.
- بر اساس Energy.gov فقط استخرهایی که حداقل عمق و مقدار آب لازم را دارند ، مفید هستند. برای استفاده از این گزینه باید یک مکان ساختمانی با شرایط مناسب پیدا کنید.
نگرانی های سیستم حلقه باز
سیستم های باز مانند آب دریاچه ها و حوضچه ها از چاه یا آبهای کم عمق آب می گیرند. همانطور که اشاره شد ، آنها در ایالات متحده اغلب مورد استفاده قرار نمی گیرند ، اما مردم هنوز باید از معایب احتمالی خود آگاه باشند.
- جریان ناکافی آب می تواند رخ دهد اگر چاه حفر شده برای حلقه به اندازه کافی عمیق نباشد ، یا به دلیل برداشت بیش از حد از آبخوان ، طبق برنامه انرژی دانشگاه ایالتی واشنگتن مطالعه (ص 5). در صورت عدم وجود آب کافی ، فیلترهای مسدود شده رسوب می کنند. آن زمین گرمایی آیداهو گزارش اشاره کرد که تقاضای فصلی برای استفاده های متناوب مانند آب پاش ها در تابستان می تواند بر مقدار آب موجود برای پمپ گرما تأثیر بگذارد.
- کیفیت آب همه جا و در طول سال یکسان نیست. باقی مانده در دریاچه ها یک مشکل است. پوسته پوسته شدن به دلیل رسوبات آهک از آب سنگین برای حذف نیاز به تصفیه با مواد شیمیایی دارد.
- بر اساس برنامه انرژی دانشگاه ایالتی واشنگتن ، حذف بیولوژیکی ، به ویژه باکتری ها ، بدون استفاده از مواد شیمیایی به سختی حذف می شوند (صفحه 5).
- گزارش زمین گرمایی آیداهو یافتن یک مکان مناسب برای تخلیه قبل از نصب سیستم آب زیرزمینی حلقه باز توصیه می کند. خاک های شنی به راحتی می توانند تخلیه را جذب کنند ، اما اگر خاک سخت باشد ، یک مته اضافی برای تخلیه می تواند هزینه حفاری را دو برابر کند ، و این هزینه را به اندازه سیستم حلقه بسته گران می کند. وقتی آب از دریاچه ها برداشت می شود ، تخلیه به آن باز می گردد.
- طبق محدودیت های Energy.gov ، تمام محدودیت های محلی در مورد تخلیه نیز باید برآورده شود.
- طبق مطالعه برنامه انرژی دانشگاه ایالتی واشنگتن (صفحه 5) هزینه های عملیاتی زیاد است زیرا پمپ ها برای ورود و خروج آب از سیستم باید کل سال را کار کنند. نگهداری آنها نیز یک مسئله مهم است.
- در مورد چاه ها ، محدودیت های زیست محیطی و آبی محلی باید در نظر گرفته شود ، زیرا آب موجود ممکن است بر اساس بولتن اخبار فنی محدود باشد.
- چاه های ستونی ایستاده که آب را از یک قوطی سفره می گیرند میز آب را پایین بیاورید.
آیا یک سمت روشن وجود دارد؟
گرچه به نظر می رسد پمپ های حرارتی زمین گرمایی دشوار و پرهزینه هستند ، اما مزایای زیادی برای سیستم وجود دارد. دولت ها و سازمان های غیرانتفاعی محیطی مانند صلح سبز و اتحادیه دانشمندان نگران کننده انرژی زمین گرمایی را ارتقا می دهند. از آنجا که عملکرد توسط پمپ های حرارتی زمین گرمایی با بسیاری از عوامل محیطی مرتبط است ، این یک فناوری پلاگین و بازی نیست. هنگام در نظر گرفتن یک سیستم زمین گرمایی ، تجزیه و تحلیل جزئیات فردی ساختمانها و منطقه برای انتخاب سیستم مناسب ، همراه با برنامه ریزی و نصب مناسب ، مراحل لازم برای بهره مندی از بهترین استفاده از این فناوری است.
