پمپ حرارتی ژئوترمال (geothermal heat pump)

فاطمه یاس

کاربر ممتاز
یک پمپ حرارتی زمین‌گرمایی یا پمپ حرارتی ژئوترمال (geothermal heat pump) یا پمپ حرارتی با منبع زمینی (ground source heat pump) یا GSHP، یک سیستم گرمایش مرکزی (central heating) و/یا سرمایش مرکزی (central cooling) است که حرارت را به یا از زمین پمپ می‌کند.

پمپ حرارتی ژئوترمال از زمین به عنوان منبع حرارت (در زمستان) و یا چاه حرارت (در تابستان) استفاده می‌کند. دمای ملایم داخل زمین برای افزایش راندمان و کاهش هزینه‌های عملیاتی سیستم گرمایش و سرمایش استفاده می‌شود و ممکن است با گرمایش خورشیدی (solar heating) ترکیب شود و یک سیستم ژئوسولار (geosolar) با راندمان حتی بیش‌تر به وجود آورد.

پمپ‌های حرارتی با منبع زمینی (ground source heat pumps) نیز به عنوان پمپ‌های حرارتی زمین گرمایی شناخته می‌شوند؛ هر چند در واقع حرارت همانند سیستم‌های ژئوترمال از مرکز زمین نمی‌آید و منبع آن خورشید است. این پمپ‌های حرارتی همچنین دارای نام‌های دیگری از جمله سیستم‌های تبادل زمینی (geoexchange)، سیستم‌هایمتصل به زمین (earth-coupled) و سیستم‌های انرژی زمینی (earth energy) شناخته می‌شوند. در این میان جوامع مهندسی و علمی ترجیح می‌دهند از اصطلاحات تبادل زمینی یا پمپ‌های حرارتی با منبع زمینی استفاده کنند تا از سردرگمی با توان زمین گرمایی (geothermal power) سنتی که از منبع حرارتی با دمای بالای درون زمین برای تولید برق استفاده می‌کند، جلوگیری شود. پمپ‌های حرارتی با منبع زمینی حرارت جذب شده از انرژی خورشیدی را از سطح زمین شکار می‌کنند.

http://iran-eng.com/attachment.php?attachmentid=259831&d=1472976452​

دمای زمین در زیر 6 متر تقریبا برابر است با دمای هوای متوسط سالانه در آن عرض جغرافیایی در سطح زمین. بسته به عرض جغرافیایی، دمای زیر 6 متر فوقانی سطح زمین اگر در اثر حضور یک
پمپ حرارتی (heat pump) دست خورده نشود، در یک دمای تقریبا ثابت بین 10 تا 16 درجه سانتی‌گراد نگهداری می‌شود. مانند کولر گازی یا یخچال، این سیستم‌ها از یک پمپ حرارتی استفاده می‌کنند تا حرارت با زمین تبادل کنند.




پمپ‌های حرارتی می‌توانند بر خلاف جهت طبیعی جریان حرارت، آن را از یک فضای سرد به یک فضای گرم انتقال دهند و یا می‌توانند جریان طبیعی حرارت از محیط گرم به سرد را بالا ببرند. هسته پمپ حرارتی از حرکت یک مبرد در یک سیکل تبریدتراکمی بخار (vapor compression refrigeration cycle) تشکیل شده است. پمپ‌های حرارتی با منبع هوایی معمولا برای گرمایش نسبت به بخاری‌های برقی کارآمدتر هستند، حتی زمانی که در زمستان سرد حرارت از هوا استخراج می‌شود؛ البته با شروع افت دمای هوا به زیر 5 درجه سانتی‌گراد راندمان شروع به افت شدید می‌کند.

http://iran-eng.com/attachment.php?attachmentid=259832&d=1472976581

لوپ‌های مختلف اتصال به زمین

یک پمپ حرارتی با منبع زمینی حرارت را با زمین تبادل می‌کند. این کار راندمان انرژی بسیار بیش‌تری دارد زیرا دمای زیرزمینی در طول سال باثبات‌تر از دمای هوا است. به دلیل اینرسی گرمایی، تغییرات فصلی با افزایش عمق کاهش می‌یابند و در 7 متری ناپدید می‌شوند. دمای زمین‌های کم عمق در طول زمستان گرم‌تر و در طول تابستان خنک‌تر از هوای بالا است. یک پمپ حرارتی با منبع زمینی در زمستان حرارت زمین را برای گرمایش استخراج می‌کند و در تابستان برای سرمایش حرارت را به زمین پس می‌دهد.
 

پیوست ها

  • Geothermal-Heat-Pump-Animation.jpg
    Geothermal-Heat-Pump-Animation.jpg
    10.2 کیلوبایت · بازدیدها: 2
  • Geothermal-Heat-Pump-Loops.jpg
    Geothermal-Heat-Pump-Loops.jpg
    45.2 کیلوبایت · بازدیدها: 2

فاطمه یاس

کاربر ممتاز
مبدل حرارتی زمینی

مبدل حرارتی زمینی

پمپ‌های حرارتی با استخراج حرارت از یک منبع و انتقال آن به یک ساختمان گرمایش زمستانی را تامین می‌کنند.

حرارت را می‌توان از هر منبع، هر چقدر هم سرد باشد استخراج کرد؛ اما یک منبع گرم‌تر باعث بالا رفتن راندمان می‌شود. یک پمپ حرارتی با منبع زمینی از لایه بالایی پوسته زمین به عنوان یک منبع حرارتی استفاده می‌کند و در نتیجه از دمای فصلی تعدیل شده آن بهره می‌برد.


http://iran-eng.com/attachment.php?attachmentid=259833&stc=1
لوپ مدفون مبدل حرارتی زمین، قبل از این که با خاک مدفون شود​

در تابستان این روند می‌تواند معکوس شود تا پمپ حرارتی حرارت را از ساختمان خارج و آن را به زمین انتقال دهد. انتقال حرارت به یک فضای سردتر انرژی کم‌تری می‌گیرد و بنابراین راندمان سرمایش پمپ حرارتی از دمای پایین‌تر زمین سود می‌برد.

پمپ‌های حرارتی با منبع زمین از یک مبدل حرارتی (heat exchanger) متصل به زمین و یا آب‌های زیرزمینی برای استخراج یا دفع حرارت استفاده می‌کنند. این بخش از سیستم بین یک پنجم تا نیمی از هزینه کل سیستم را در بر می‌گیرد و دست و پا گیرترین بخش برای تعمیر یا تعویض خواهد بود. سایزینگ درست این بخش برای اطمینان از عمل‌کرد طولانی مدت لازم است.



فضای حفاری شده جهت مبدل حرارتی متصل به زمین

 

پیوست ها

  • Ground-Loop-Field.jpg
    Ground-Loop-Field.jpg
    61.5 کیلوبایت · بازدیدها: 0
بالا