انواع سیستمهای پمپ حرارتی زمینی:
در سیستمهای زمینی، پمپ حرارتی توسط سیستم لولهکشی به زمین متصل میشود، و باعث تبادل حرارتی با زمین و یا آبهای موجود در زمین میگردد. اینسیستمها به دو نوع عمده سیستمهای باز و بسته تقسیم میشوند .
بنابراین برخلاف پمپهای حرارتی هوایی، سیستمهای پمپ حرارتی زمینی، به یک چاه یا یک سیستم حلقه بسته، برای دریافت و یا بیرون دادن حرارت به زمین، نیازدارند.
سیستمهای با حلقه باز:
یک سیستم باز، از آب های زیرزمینی که مثلا ًدر یک چاه معمولی وجود دارد، به عنوان یک منبع حرارت استفاده میکند. بنابراین با کمک سیستمهای باز(آبی) از یکمنبع عظیم و نسبتاً ارزان، انرژی بهرهبرداری میشود .
مطابق با شکل ذیل که پمپ حرارتی با سیستم باز و منبع آب زیرزمینی را نشان میدهد، آب زیرزمینی به پمپ حرارتی فرستاده میشود تا در آنجا، حرارت آن گرفتهشود. سپس آب مصرف شده به یک برکه، جوی، گودال، فاضلاب، رودخانه و یا دریاچه میریزد. البته این فرآیند، معمولاً در روش تخلیه باز انجام میگیرد که ممکن است درتمام نواحی مقدور نباشد. در سیستمهای باز، آب زیرزمینی به عنوان منبع و مدفن گرما عمل میکند، و در حقیقت واسطه انتقال گرما بین آب زیرزمینی و زمین میباشد. مهمترین نوع سیستمهای باز، چاههای زیرزمینی هستند که آب را از لایههای زیر زمین دریافت نموده و یا به آنجا منتقل میکنند.
پمپ حرارتی با سیستم باز و منبع آب زیرزمینی
روش دیگر، تخلیه آب مصرفی به یک چاه ثانویه است، که آب را به زمین برمیگرداند، و تحت عنوان چاه برگشت آب نامیده میشود. یک چاه ثانویه باید بتواند تمام آبمصرفی در پمپ حرارتی را، در خود جای دهد. این چاه توسط یک مته چاهی ایجاد میشود. در بیشتر موارد دو چاه مورد نیاز می باشد (Doublet) که یکی برای گرفتن آباز زمین و دیگری برای تخلیه آب، بعد از استفاده مورد نیاز میباشد.سیستمها باید طوری طراحی شوند که از هر گونه آسیب به محیط جلوگیری شود. پمپ حرارتی کهگرما را به آب منتقل میکند هیچ آلودگی تولید نمیکند. تنها تغییری که بوجود میآورد کمی افزایش و یا کاهش دمای آب برگشتی به محیط است.
سیستمهای با حلقه بسته :
یک سیستم حلقه بسته، حرارت را از زمین، با استفاده از حلقه پیوستهای از لولههای پلاستیکی مخصوص، که در زیر خاک قرار دارد، میگیرد. در حالی که در یکسیستم باز، آب به چاه تخلیه میشود، در سیستم بسته، سیال عامل در لولههای تحت فشار دوباره به گردش در میآید.لوله کشی در دو آرایش اصلی عمودی وافقی انجام میگیرد. شکل صفحه بعد آرایش عمودی سیستم حلقه بسته را نشان میدهد، این نوع آرایش بیشتر برای خانههای شهری مرسوم است، چون در آنجافضای کمتری در دسترس میباشد.
آرایش افقی سیستم حلقه بسته در شکل ذیل مشاهده میشود. استفاده از آرایش افقی، بیشتر در مکانهایی با قابلیت دسترسی به فضای زیاد، متداول میباشد. لولهها بسته به تعداد آنها در گودالهایی که به طور معمولی 1 تا 8/1 متر (3 تاft. 6) عمق دارند، قرار داده میشوند. معمولاً 100 تا 150 متر (330 تاft. 500) لوله برای هرتن ظرفیت پمپ حرارتی، مورد نیاز است.. متداولترین شکل مبدل حرارتی که در سیستم افقی استفاده میشود، مبدل دو لولهای می باشد، که در یک گودال در کناریکدیگر قرار گرفته اند. مبدل حرارتی دیگری که در نواحی با فضای محدود، استفاده می شود، نوع مارپیچ است. در فضای محدود، گاهی از چهار یا شش لوله در هر گودالنیز استفاده میشود.جدا از آرایش انتخابی، در سیستمهایی که با محلول ضد یخ کار میکنند، لولهکشی باید حداقل شامل 100 سری از لولههای پلی اتیلن یا پلیبوتیلن باشد. با نصب مناسب، این لولهها میتوانند در هر مکانی بین 25 تا 75 سال استفاده شوند. آنها همچنین تحت تأثیرات شیمیایی خاک، قرار نمیگیرند و خواصانتقال حرارت خوبی دارند.
حلقههای افقی و عمودی باید توسط پیمانکار کاردان نصب شود. لولههای پلاستیکی باید توسط جوش حرارتی به هم متصل گردند، و تماس خوبی بین لولهها و زمین،برای داشتن انتقال حرارت مناسب، وجود داشته باشد.
آرایش عمودی سیستم حلقه بسته
یک نمونه از پمپهای حرارتی با سیستمهای افقی، نوع انبساط مستقیم است. سیال عامل پمپ حرارتی (مبرد) به طور مستقیم در لولههای زیر زمین به گردش در می آید (به عبارت دیگر اواپراتور پمپ حرارتی در زیر زمین گسترده شده است.
شکل13- آرایش افقی سیستم حلقه بسته
کاربرد پمپهای حرارتی:
پمپ حرارتی در منازل، ساختمانهای اداری و تجاری، هتل، بیمارستان، سرمایش و گرمایش منطقهای، صنایع، مراکز پرورش دام و تیور، گلخانه ها و غیره کاربرد داشته و در کاربردهای مختلف دارای تنوع مدل میباشند.
پمپهای حرارتی کم قدرت در حد چند کیلووات میتوانند مصارف خانگی آبگرم را نیز تأمین کنند در چنین موردی، بخصوص در تابستان پمپ حرارتی میتواند دماهای بالایی را بطور مؤثر تأمین کند.
پمپهای حرارتی با قدرت در حدود 12 تا 20 کیلو وات برای مصارف داخلی بزرگتر مانند انبارهای ذخیرهی کالا و گرمایش آب در استخرها مورد استفاده قرار میگیرد.
از مصارف خاص پمپهای حرارتی میتوان به موارد ذیل اشاره نمود:
- در مکانهایی که یک منبع تخلیه گرما با یک دمای بسیار پایین وجود داشته باشد، تا پمپ حرارتی از آن استفاده کند و همچنین در جاهایی که همزمان تقاضایی برای مصرف انرژی گرمایی وجود دارد.
- در مکانهایی که برای هر دو مورد گرمایش و سرمایش تقاضایی وجود داشته باشد که این تقاضا میتواند به صورت فصلی تغییر کند.
- در بخشهای صنعتی که یک جریان بزرگ انرژی وجود دارد و میتواند بوسیلهی پمپ حرارتی مورد استفاده قرار گیرد.
- در تأسیسات صنعتی که یک سیستم تولید گرمای بزرگ وجود دارد و استفاده از پمپ حرارتی میتواند آنرا بهینه کند.
فواید زیست محیطی :
از مهمترین مزایای استفاده از پمپ های حرارتی زمین گرمایی می توان به کاهش اثرات مخرب محیط زیستی آن اشاره نمود. با توجه به اینکه استفاده از سیستم هائی که از سوخت های فسیلی مانند گاز طبیعی جهت تامین گرمایش محیط استفاده می کنند، یکی از عوامل اصلی تولید آلاینده های محیط زیستی می باشند، جایگزین نمودن انواع انرژی های نو بجای سیستم های با مصرف سوخت فسیلی، می تواند به میزان قابل توجهی از انتشار گازهای گلخانه ای و آلاینده های محیط زیستی جلوگیری نماید.