كيف يتم استخدام المضخات الحرارية ذات المصدر الأرضي

المضخات الحرارية الأرضية المصدر (GSHPs) أصبحت خيارًا شائعًا بشكل متزايد للشركات التي تتطلع إلى تقليل بصمتها الكربونية وتوفير تكاليف الطاقة. على عكس أنظمة التدفئة التقليدية التي تعتمد على الوقود الأحفوري، تستخدم GSHPs مصادر الطاقة المتجددة لتدفئة المباني وتبريدها. في هذه المقالة، سنستكشف كيفية عمل GSHPs وفوائدها وكيف يمكن للشركات تنفيذها.

ما هي المضخات الحرارية ذات المصدر الأرضي؟

المضخات الحرارية الأرضية هي نوع من أنظمة التدفئة والتبريد الحرارية الأرضية التي تستخدم حرارة الأرض الطبيعية لتنظيم درجة الحرارة داخل المبنى. وهي تتكون من حلقة من الأنابيب مدفونة تحت الأرض، ووحدة مضخة حرارية، ونظام توزيع يوصل الهواء الساخن أو البارد إلى المبنى.

حلقة الأنابيب، المعروفة أيضًا باسم الحلقة الأرضية، مملوءة بخليط من الماء ومضاد للتجمد. أثناء دوران السائل عبر الحلقة، فإنه يمتص الحرارة من الأرض في الشتاء ويطلق الحرارة مرة أخرى إلى الأرض في الصيف.

وحدة المضخة الحرارية مسؤولة عن نقل الحرارة من الحلقة الأرضية إلى نظام التدفئة والتبريد في المبنى. يحتوي على ضاغط ومبخر ومكثف وصمام تمدد، والتي تعمل معًا لتحويل الحرارة المنخفضة الحرارة من الأرض إلى حرارة عالية الحرارة للمبنى.

كيف تعمل المضخات الحرارية ذات المصدر الأرضي؟

في فصل الشتاء، تكون درجة حرارة الأرض أكثر دفئًا من درجة حرارة الهواء، لذلك يستطيع GSHP امتصاص الحرارة من الأرض ونقلها إلى نظام التدفئة في المبنى. يعمل الضاغط الموجود في وحدة المضخة الحرارية على زيادة درجة الحرارة عن طريق ضغط غاز التبريد، والذي يمر بعد ذلك عبر المبخر والمكثف لتسخين الهواء الذي يتم توزيعه في جميع أنحاء المبنى.

وفي الصيف، تنعكس العملية. يمتص نظام GSHP الحرارة من المبنى وينقلها إلى الحلقة الأرضية، حيث يتم تبديدها في الأرض الأكثر برودة. تقوم وحدة المضخة الحرارية بتبريد الهواء عن طريق تمريره فوق ملفات المبخر، التي تحتوي على مادة التبريد التي تمتص الحرارة من الهواء.

فوائد المضخات الحرارية ذات المصدر الأرضي

هناك العديد من الفوائد لاستخدام المضخات الحرارية الأرضية لتدفئة وتبريد المباني. وتشمل بعض الفوائد الأكثر أهمية ما يلي:

كفاءة استخدام الطاقة: تتميز محطات GSHP بالكفاءة العالية، حيث يصل معامل الأداء (COP) إلى 4.0. وهذا يعني أنه مقابل كل وحدة كهرباء تستخدم لتشغيل المضخة الحرارية، يتم توليد ما يصل إلى أربع وحدات من الحرارة. وهذا يؤدي إلى توفير كبير في الطاقة مقارنة بأنظمة التدفئة التقليدية.

تقليل البصمة الكربونية: تستخدم محطات التدفئة الأرضية المستدامة مصادر الطاقة المتجددة، مما يعني أنها تنتج انبعاثات غازات دفيئة أقل من أنظمة التدفئة التقليدية التي تعتمد على الوقود الأحفوري.

وفورات في التكاليف: على الرغم من أن تكلفة التثبيت الأولية لنظام GSHP يمكن أن تكون مرتفعة، إلا أن التوفير في تكاليف فواتير الطاقة على المدى الطويل يمكن أن يكون كبيرًا. العديد من الشركات مؤهلة أيضًا للحصول على حوافز حكومية وإعفاءات ضريبية لتركيب أنظمة الطاقة المتجددة مثل GSHPs.

صيانة منخفضة: تحتوي أنظمة GSHP على عدد قليل من الأجزاء المتحركة وتتطلب القليل من الصيانة. يمكن أن تستمر الحلقة الأرضية لمدة 50 عامًا أو أكثر، وتستمر وحدة المضخة الحرارية عادةً لمدة 15-20 عامًا.

كيفية تنفيذ نظام المضخة الحرارية ذات المصدر الأرضي

تنفيذ أ مضخة الحرارة مصدر الأرض يتطلب النظام تخطيطًا وتصميمًا دقيقًا لضمان كفاءة النظام وفعاليته. فيما يلي بعض الخطوات التي يجب اتباعها:

تحديد احتياجات التدفئة والتبريد: الخطوة الأولى هي تحديد احتياجات المبنى من التدفئة والتبريد. ويمكن القيام بذلك من خلال حساب الأحمال، والذي يأخذ في الاعتبار حجم المبنى وعزله واتجاهه.

اختر النظام المناسب: هناك نوعان رئيسيان من أنظمة GSHP: الحلقة المغلقة والحلقة المفتوحة. تقوم أنظمة الحلقة المغلقة بتدوير مادة التبريد من خلال حلقة مغلقة من الأنابيب المدفونة تحت الأرض، بينما تقوم أنظمة الحلقة المفتوحة بسحب المياه من بئر أو سطح مائي وتفريغها مرة أخرى بعد الاستخدام. تعد أنظمة الحلقة المغلقة أكثر شيوعًا لأنها أكثر كفاءة وأسهل في الصيانة.

تصميم الحلقة الأرضية: الحلقة الأرضية هي العنصر الأكثر أهمية في نظام GSHP، وسيعتمد تصميمها على احتياجات المبنى من التدفئة والتبريد، ونوع التربة، والمساحة المتاحة. يمكن تركيب الحلقة الأرضية أفقياً أو رأسياً حسب المساحة المتوفرة.

تركيب وحدة المضخة الحرارية: يجب تركيب وحدة المضخة الحرارية في مكان يسهل الوصول إليه لإجراء الصيانة والإصلاح. وينبغي أيضًا أن يكون موجودًا بالقرب من نظام التوزيع لتقليل فقدان الحرارة.

توصيل الحلقة الأرضية ووحدة المضخة الحرارية: يجب توصيل الحلقة الأرضية ووحدة المضخة الحرارية باستخدام أنابيب نحاسية أو بولي إيثيلين معزولة. يجب أن يتم التوصيل باستخدام مبادل حراري لمنع تلوث مائع الحلقة الأرضية.

اختبار النظام: بمجرد تثبيت النظام، يجب اختباره للتأكد من أنه يعمل بشكل صحيح. يتضمن ذلك فحص مستويات سائل الحلقة الأرضية، ومستويات سائل التبريد بوحدة المضخة الحرارية، وتدفق الهواء في نظام التوزيع.

خاتمة

تعتبر المضخات الحرارية الأرضية وسيلة فعالة ومستدامة لتدفئة وتبريد المباني. إنها توفر العديد من الفوائد، بما في ذلك توفير الطاقة، وتقليل البصمة الكربونية، وانخفاض الصيانة. باتباع الخطوات الموضحة في هذه المقالة، يمكن للشركات تنفيذ نظام GSHP الذي يلبي احتياجات التدفئة والتبريد الخاصة بهم مع تقليل تأثيرها البيئي.