الحرارة هي واحدة من أكثر أنواع الطاقة المطلوبة لاستدامة حياة الإنسان. في الوقت نفسه ، فإن تكاليف الموارد لإنتاجها مثيرة للإعجاب - سواء كانت الكهرباء باستخدام المنتجات البترولية أو الوقود التقليدي مثل الفحم والخشب. من الواضح ، في ظل هذه الخلفية ، أن هناك حاجة لتقديم طريقة بديلة للتدفئة. أحد الحلول التقنية الواعدة والنشطة في تطوير هذا النوع هو المضخة الحرارية الجوفية ، والتي يقترب مفهومها تدريجياً من ظروف التشغيل المحلية.
نظرة عامة على التكنولوجيا
أي فكرة عن مصدر بديل للحرارة تنطوي على خدمة مادة أو ظاهرة طبيعية أو أخرى. في هذه الحالة ، التربة الجوفية هي المورد المركزي للطاقة. الأرض على وجه اليقينعميق بدرجة كافية للحفاظ على درجة حرارة كافية بحيث يمكن تراكم حرارتها واستخدامها مرة أخرى على السطح. يمكن أيضًا اعتبار الموارد الهيدرولوجية كمصدر للحرارة ، وإجراء تعديلات على التصميم الفني للبنية التحتية للتخزين.
لتمثيل فعالية هذه التقنية ، يمكن ملاحظة أنه عند استثمار 1 كيلوواط من الطاقة في صيانة مضخة الحرارة الجوفية ، يمكنك الحصول على عائد في شكل 2-6 كيلو واط. ما الذي يفسر مثل هذه الكفاءة العالية؟ مقارنة بالوسائل الأخرى لمعالجة مصادر الطاقة الطبيعية ، لا توفر آليات الطاقة الحرارية الأرضية خطوات تحويل وسيطة. على سبيل المثال ، يتطلب تخزين الطاقة الشمسية تحويل الضوء والحرارة إلى كهرباء ، والتي تستخدم لتشغيل المنزل. في هذه الحالة ، لا يتم تحويل الحرارة ، ولكن يتم نقلها مباشرة أو بأدنى حد من الخطوات الانتقالية للمستهلكين المستهدفين.
مبدأ العملية
بادئ ذي بدء ، من المفيد تحديد النقاط المحددة التي تشارك في عملية التسخين الجيوحراري. تبدأ العملية في الأرض - عند مستوى يقع أسفل نقطة التجمد. قد تختلف درجة الحرارة حسب العمق. للحصول على الحد الأدنى من التأثير الحراري ، يكفي أن يتجاوز 0 درجة مئوية ، ولكن في الممارسة العملية ، تعتبر 35-40 درجة مئوية مؤشرا مبررا اقتصاديا. المستخدم النهائي هو دائرة التسخين.
خط أنابيب خاص مسؤول عن نقل الطاقة من الأرض إلى نظام التدفئة المنزلية ،تخدمها مضخة الحرارة الجوفية. يعتمد مبدأ التشغيل على حقيقة أن الحرارة تنتقل عبر خط الإمداد هذا بمبادل حراري مبخر على طول دائرة التبريد. كما هو الحال في مكيفات الهواء ، يلعب الفريون دور مادة التبخير النشطة. قبل بدء تشغيل المضخة ، تكون في حالة سائلة ، وبعد بدء التشغيل تنتقل إلى شكل غازي. علاوة على ذلك ، يتم نقل المبرد المحدث إلى الضاغط ، وترتبط اتصالاته بدائرة التسخين النهائية. يتم تفريغ الفريون الزائد في هذه المرحلة عبر قناة المخرج.
المعدات الحرارية الجوفية
العنصر الوظيفي الرئيسي للنظام هو مضخة حرارية ميكانيكية. يتم تمثيل هيكل الوحدة بثلاث دوائر:
- خارجي. يدور المبرد التقليدي على شكل مضاد للتجمد أو محلول ملحي.
- داخلي. يحتوي على مادة التبريد في غرف محكمة الغلق حيث تحدث عمليات التبخر بالتسخين.
- الحلقة الخارجية التي تذهب مباشرة إلى النظام المستهدف.
أيضًا ، تشتمل قائمة أجسام عمل المضخة الحرارية الجوفية للتدفئة على ضاغط ومبخر وقناة تفريغ وناقلات حرارية. من المهم ملاحظة أن التصميمات والتخطيط والوظائف الإضافية قد تختلف حسب التطبيق. يوجد منشآت للتربة وللماء والهواء وأنظمة مشتركة يمكنها العمل في ظروف مختلفة.
مصادر الحرارة ومرافق التخزين
تتمتع أنظمة الطاقة الحرارية الأرضية بالعديد من المزايا ،المرتبطة بإمدادات الطاقة الاقتصادية والتطبيق العملي وإمكانية الوصول التكنولوجي للاستخدام المنزلي. ولكن ، مثل الأنظمة الأخرى التي تخزن الطاقة البديلة ، فهي تعتمد على المصدر. لذلك ، من أجل التأكد من استقرار مصدر الحرارة ، من الضروري التفكير مسبقًا في إمكانية الاتصال بقناة إمداد طاقة احتياطية. ستتم مناقشة المصادر الأرضية والهيدرولوجية أدناه ، ولكن في الوقت الحالي ، يجب أن تتعرف من حيث المبدأ على البنية التحتية العاملة التي تعمل بها المضخة الحرارية الجوفية كنظام إمداد بالموارد. المواد والأنابيب والمجسات والهياكل السائبة ، التي يمكن أن يتراكم هيكلها الطاقة ، تعمل كمستقبلات حرارة. على وجه الخصوص ، يمكن أن تكون هذه حصائر تدفئة مرتبطة بمضخة ومبرد وأنظمة تدفئة تابعة لجهات خارجية.
المصدر الأرضي للطاقة الحرارية
يتم وضع الأنظمة عالية السعة التي تخزن الطاقة الحرارية الأرضية في حقول تبلغ مساحتها حوالي 200 متر مربع2. تتم إزالة طبقة من التربة بسمك 40-50 سم من المنطقة المحددة أسفل نقطة التجمد. بشكل عام ، يتم الحصول على سمك من 150-200 سم ، وقد تم الإشارة إلى هذه البيانات وغيرها في المشروع مع حساب أحجام الطاقة لدائرة تسخين معينة. سيعتمد الكثير أيضًا على المنطقة ، حيث يمكنك في منطقة ما استخراج 30 واط من 1 متر2، وفي منطقة أخرى - 70-80 من 1 متر2.
يتم تشكيل الآبار أو الخنادق أو المنصات الصلبة في الموقع لاستيعاب العناصر المتراكمة. يعتبر الأكثر سهولة في التنفيذتركيب رأسي في قاع البئر توضع فيه أنابيب تراكم حلزونية أو حصائر. في التكوين الأفقي للبنية التحتية للسحب ، يمكن أن تنتج المضخة الحرارية الأرضية للتدفئة كميات كبيرة من الطاقة ، ولكن لها عيوب. إنها تتعلق بتعقيد أعمال الحفر (تتطلب معدات خاصة لتطوير مساحات كبيرة) ، واستبعاد أي مناظر طبيعية ودرجات حرارة منخفضة بنهاية موسم التدفئة.
مصدر المياه للطاقة الحرارية
الأشياء الرئيسية للخدمة في هذه الحالة هي البحيرات والخزانات والبرك. بالنسبة للعناصر المتراكمة ، يتم تنفيذ وظيفتها بواسطة أنابيب بوليمر مع حشوة ضد التجمد. يمكن تمثيل حجم الطاقة المستخرجة في المتوسط بـ 30 وات لكل 1 متر من الأنابيب. للصيانة المعقدة لمنزل خاص كبير ، مطلوب 12 كيلوواط - وفقًا لذلك ، من الضروري تنظيم نظام أنابيب بطول 400 متر.
هناك طريقة أخرى لتخزين الحرارة من الموارد الهيدرولوجية. إذا لم تكن هناك بحيرات وخزانات قريبة ، فيمكنك في موقعك تجهيز 2-3 بئر بعمق حوالي 20 مترًا. وستبلغ درجة حرارة المياه في هذا المستوى حوالي 10 درجات مئوية ، لكن هذا يكفي لوظيفة التسخين الإضافية. خلاصة القول هي أن المضخة الحرارية الأرضية تؤدي مهمة تدوير الماء الدافئ أو الساخن باستمرار. على جانب واحد من الدائرة ، يتم تسخين المورد باستمرار في الآبار دون أدنى تكلفة ، ويتراكم المنزل الطاقة من الجزء المستلم حديثًا من الماء.
تركيب نظام الطاقة الحرارية الأرضية
قبل اتخاذ قرار بشراء المعدات ، يجب تقييم ما إذا كان استخدام هذه التكنولوجيا له ما يبرره بشكل أساسي في منطقة معينة. للقيام بذلك ، يتم إجراء عدد من دراسات الاستكشاف الجيولوجي مع تحديد عمق تجميد التربة.
في التركيب ، الأنابيب أو العناصر المتراكمة الأخرى ، يتم تضمين مضخة وتركيبات التثبيت. يمكن تشكيل البنية التحتية للتدفئة الداخلية بواسطة مشعات أو مبردات مروحة أو أرضية ماء دافئ ، إلخ. سيكون هذا هو النظام لاستهلاك المورد المقدم.
لذلك ، يتم تركيب مضخات الحرارة الجوفية للمنزل في الآبار - كما لوحظ بالفعل ، ليس فقط الأرض ، ولكن أيضًا المياه. من الممكن تجهيز الآبار والخنادق والحقول بطبقة مصفاة من التربة ، ولكن هذا الخيار غالبًا ما يستخدم للإمداد الحراري الصناعي. في مكانه الذي تم إنشاؤه ، يتم وضع البطاريات في جميع أنحاء الموقع - في تكوين خط مستقيم أو حلزوني. الدوائر متصلة بمضخة موجودة على السطح ، والتي بدورها متصلة بدوائر التدفئة المنزلية.
الشركات المصنعة للمضخات الحرارية الجوفية
يتم تطوير هذا الجزء بشكل نشط من خلال جهود أكبر مطوري معدات HVAC. على وجه الخصوص ، تقدم الشركة المصنعة للمراجل Viessmann وحدات موثوقة لتخزين المياه والحرارة الأرضية عند درجة حرارة تشغيل تبلغ حوالي +65 درجة مئوية. للمباني الصناعية والعامة بمساحة 300-350 م2تتوفر مضخة الحرارة الأرضية NIBE F1145. لهتشمل الميزات القدرة على الاتصال بشبكة ثلاثية الطور عند 380 فولت ، وشبكة أحادية الطور عند 220 فولت. وتقدم الشركة اليابانية ميتسوبيشي نماذج عالمية لمضخات الطاقة الحرارية الأرضية من حيث التطبيقات. طور مطورو هذه الشركة مفهوم فصل التدفئة متعدد المناطق بنظام تحكم مبسط منذ عام 2007.
لا تتجاهل مثل هذه الشريحة الواعدة والشركات المحلية. على سبيل المثال ، تم تصميم المضخة الحرارية الأرضية BROSK Mark II 100 الروسية الصنع خصيصًا للمستهلك الخاص - صاحب منزل ريفي صغير. ولكن على الرغم من الأداء المتواضع ، تتميز هذه المعدات بأنها موثوقة وموفرة للطاقة ومتعددة الوظائف.
ردود فعل إيجابية على التكنولوجيا
هذه الطريقة في التدفئة تجذب الكثير من الناس مع سهولة الصيانة والصيانة وبالطبع بأقل التكاليف المالية أثناء التشغيل. لا تتطلب المعدات عمليًا مواد وقود قابلة للاستهلاك. هناك حاجة إلى موارد كهربائية لضمان وظيفة نفس المضخة ومعدات التحكم ، ولكنها غير مهمة على خلفية كمية الطاقة التي يتم إرجاعها. كما تم التأكيد على الملاءمة البيئية لمضخات الحرارة الجوفية. تضع المراجعات وفي جميع الأماكن الأولى بين الإيجابيات حقيقة أن البنية التحتية العاملة لا تشغل مساحة في المنزل. يتم جلب الاتصالات فقط ، وبقية الوحدات الوظيفية والعقد تبقى في الشارع.
مراجعات سلبية
مع الأداء الحراري الجيوحراري غرفة المرجل كاملةأنظمة غير قابلة للمقارنة. والنقطة ليست حتى في مؤشرات الطاقة المحددة ، ولكن في الإمداد المتقطع للحرارة. يشتكي الكثير من الفترات الطويلة من معدلات توصيل الطاقة المنخفضة ، ولهذا يوصى بتنظيم أنظمة الإمداد الاحتياطية. ولكن هناك عيب آخر هنا. على الرغم من إنفاق القليل من المال على صيانة المعدات ، فإن الاستثمار الأولي يمكن مقارنته بشراء غلاية صناعية قوية. حتى المضخة الحرارية الجوفية من أصل روسي BROSK Mark II 100 متوفرة في السوق مقابل 250-300 ألف روبل. اعتمادا على التكوين. ستكلف تكاليف التثبيت أيضًا 50-70 ألف روبل.
الخلاصة
هناك الكثير من الخيارات لتنظيم التدفئة في منزل خاص. كل واحد منهم غالي الثمن بطريقته الخاصة أثناء التشغيل - من الألواح الكهربائية باهظة الثمن إلى غلايات الغاز الاقتصادية. لكن المعدات التقليدية في التصميم الحديث هي نظام مُحسَّن في التصميم ويسهل إدارته. ما الذي يمكن أن يجذب المضخة الحرارية الجوفية لتدفئة المنزل؟ بالطبع سيظهر العامل الاقتصادي في المقدمة ، لكن ماذا بعد؟ يمكنك اللجوء إلى مثل هذه التركيبات إذا كانت هناك مساحة كافية على الموقع لتنظيم المجمع. في هذه الحالة ، يمكنك الاعتماد على تدفئة المساحات الإضافية السلبية على الأقل دون مراقبة وصيانة مستمرة. وشيء آخر - هذا هو الاستقلالية الكاملة ، مما يسمح باستخدام معدات الطاقة الحرارية الأرضية كمصدر احتياطي للحرارة.
