المضخات الحرارية الجوفية: دليل المبتدئين

تعد المضخات الحرارية الأرضية الطريقة الأكثر كفاءة في استخدام الطاقة وصديقة للبيئة للتدفئة والتبريد - لذلك لا عجب أن يشهد كل عام 50000 مضخة حرارية أرضية جديدة يتم تركيبها في الولايات المتحدة ، وفقًا لوزارة طاقة. في حين مضخات الحرارة الجوفية (المعروفة أيضًا باسم مضخات الحرارة الأرضية) يمكن أن تقلل بشكل كبير من تكاليف التدفئة والتبريد ، فهي كذلك مكلفة للتثبيت - من 10000 دولار إلى 30 ألف دولار - وربما يكون السبب الرئيسي وراء عدم وجود المزيد من معهم. تكلف المضخات الحرارية الجوفية الكثير لأنها تتطلب نظام أنابيب مدفون لتبادل الحرارة مع الأرض ، والتي هي في درجة حرارة ثابتة تبلغ 57 درجة فهرنهايت على بعد بضعة أقدام تحت السطح بغض النظر عن مكان وجودك ودرجة حرارة الهواء يحدث أن تكون.

يتمتع أصحاب المنازل الذين يعيشون بالقرب من مساحة كبيرة من المياه بميزة لأن البركة أو البحيرة يمكن أن تكون مصدرًا للحرارة في الشتاء والمشتت الحراري في الصيف ، والمضخات الحرارية ذات المصدر المائي أرخص في التركيب من مصدر الأرض منها. سواء أكنت تقوم بتثبيت نظام مصدر أرضي أو مصدر مياه ، فأنت تستخدم الطاقة الحرارية الأرضية - وهي كذلك الطاقة المتجددة - وتستهلك فقط ما يكفي من الوقود الأحفوري لتوفير الكهرباء لغاز التبريد ضاغط ، أ

كيف تعمل المضخات الحرارية الجوفية

بشكل عام ، أ مضخة الحرارة يعمل مثل الثلاجة أو مكيف الهواء. يدور المبرد من خلال نظام أنابيب يتكون في ملفين متميزين. في مجموعة واحدة - ملفات المكثف - يتم ضغط المبرد ويتكثف في سائل. في المجموعة الأخرى - ملفات المبخر - يُسمح لها بالتبخير. التكثيف هو عملية تطلق الحرارة ، في حين أن التبخر هو عملية تمتص الحرارة. تستفيد المضخة الحرارية من ذلك عن طريق تبديل تدفق الهواء بين مجموعتي الملفات حسب الحاجة واستنفاد الهواء من مجموعة الملفات الأخرى. بهذه الطريقة ، تقوم المضخة الحرارية بتبادل الطاقة الحرارية مع البيئة.

تتبادل المضخات الحرارية ذات المصدر الهوائي ، وهي النوع الأكثر شيوعًا ، الحرارة مع الهواء الخارجي ولا تعمل بشكل جيد في المناخات الباردة لأن الهواء لا يحتوي على الكثير من الحرارة للتبادل. حوالي 5 أقدام تحت سطح الأرض ، ومع ذلك ، فإن درجة الحرارة ثابتة ، لذلك يمكن لمضخة الحرارة الأرضية أن تعمل في أي مكان تقريبًا. تكمن مشكلة المهندسين في كيفية الاستفادة من هذا الخزان من الطاقة الحرارية ، والحل هو التشغيل نظام أنابيب تحت الأرض ، يدور سائل من خلاله ويستخرج حرارة الأرض من سائل.

الأنبوب مصنوع من PEX أو HDPE ، وهما نوعان من بلاستيك البولي إيثيلين ، ويكون إما مملوءًا بمزيج من الماء و مضاد للتجمد (محلول بنسبة 25 في المائة نموذجي) ، مع الماء من جسم مائي قريب أو من المياه الجوفية. تحافظ مضخة الدوران على حركتها ، وهي قادرة على نقل الحرارة إلى ملفات التبريد من خلال مبادل حراري داخل معالج هواء المضخة الحرارية. ثم يتم تعميم الحرارة من خلال نظام مجاري الهواء بواسطة منفاخ.

أنواع أنظمة الحلقة

يمكن أن تكون أنظمة الحلقة لمضخات الحرارة الجوفية مفتوحة أو مغلقة ، وأنظمة الحلقة المغلقة هي الأكثر شيوعًا. يقوم عامل تركيب النظام بملء الأنبوب بمزيج من الماء / مضاد للتجمد عند تركيب نظام الطاقة الحرارية الأرضية ، وبغض النظر عن أي تسرب ، لا يلزم إعادة تعبئته مطلقًا. هناك ثلاثة أنواع من أنظمة الحلقة المغلقة:

• ​حلقات أفقية، وهي الأكثر فعالية من حيث التكلفة لمعظم التطبيقات ، يتم وضعها مثل أنابيب مجال الصرف الصحي. يتم دفن أنبوبين بعمق 5 أقدام في تكوين متجاور ، أو يتم دفن أحد الأنبوبين بعمق 6 أقدام ، والآخر مدفون فوقه على عمق 4 أقدام.

• ​حلقات عموديةهي بديل عندما تكون الأرض صخرية للغاية بالنسبة للحلقات الأفقية ، أو عندما لا توجد مساحة كافية. يتم ثقب واحد أو اثنين من الثقوب على عمق عدة مئات من الأقدام لاستيعاب زوج من الأنابيب المتصلة في الأسفل.

• ​حلقات مصدر المياهيتم وضعها تحت عدة أقدام من الماء في بحيرة أو بركة قريبة وسحب الحرارة من الماء ، والذي يكون على عمق 5 إلى 10 أقدام تقريبًا نفس درجة حرارة الأرض المحيطة. يمكن أن تمتد الأنابيب الجوفية أيضًا عبر طبقات المياه الجوفية وتبادل الحرارة مع المياه الجوفية.

انا​​نظام حلقة القلميمكن استخدامها عندما يتوفر قدر مناسب من الماء. بدلاً من خليط الماء / مضاد التجمد ، فإنه يأخذ الماء مباشرة من مصدر المياه ، ويدور الماء من خلال مبادل حراري وإعادته إلى جسم الماء أو في قناة تصريف حسب اللوائح المحلية. يمكن استخدام أي من هذه الأنظمة جنبًا إلى جنب مع نظام تدفئة تقليدي ، مثل الغاز أو الفرن الكهربائي ، لعملنظام هجينالتي تستخدم المضخة الحرارية للحرارة الإضافية للحفاظ على انخفاض تكاليف الطاقة.

إيجابيات وسلبيات مضخات الحرارة الجوفية

يؤدي تركيب مضخة حرارية أرضية ذات حلقة أفقية إلى تغيير المناظر الطبيعية ولا يكون ممكنًا في بعض أنواع التضاريس أو إذا كانت الأرض مليئة بالأشجار بسبب ، تمامًا مثل مجال الصرف الصحي، الحلقة الحرارية الأرضية معرضة لتوغل جذور الأشجار. يمكن أن يكون تثبيت حلقة عمودية علاجًا عندما لا تعمل حلقة أفقية ، لكنها أكثر تكلفة لأنها تتضمن حفر ثقوب بعمق مئات الأقدام ، غالبًا من خلال حجر الأساس. نظام مصدر المياه هو الأقل تكلفة للتركيب ، ولكنه خيار فقط للعقارات القريبة بدرجة كافية من المسطح المناسب للمياه.

إذا قررت تثبيت نظام المضخة الحرارية الجوفية ، فستحصل على الامتيازات التالية:

• ​تكاليف تشغيل منخفضةيمكن أن تعوض تكاليف التركيب المرتفعة في بضع سنوات فقط. بمجرد تشغيلها ، تكلف المضخات الحرارية الأرضية 65 في المائة أقل من أنظمة التدفئة التقليدية. على الرغم من أن المضخة الحرارية تستهلك كهرباء أكثر من أ نظام تسخين الغاز التقليدي، فهي تستخدم وقودًا أقل بكثير بشكل عام.

• ​طول العمر.تدوم المضخات الحرارية نفسها ما يقرب من الأفران ، أو من 15 إلى 20 عامًا ، ومن السهل استبدالها. يصعب استبدال الحلقات الحرارية الجوفية ، لكن لا يجب عليك فعل ذلك أبدًا لأنها تدوم من 50 إلى 100 عام.

• ​حرارة نظيفة وخالية من الانبعاثات. المضخات الحرارية الجوفية آمنة على البيئة ولا تشكل أي خطر أول أكسيد الكربون تسمم داخل المنزل. الانبعاثات في الأساس صفرية (بصرف النظر عن الانبعاثات المتعلقة بإنتاج الكهرباء).

• ​توفير إضافي للطاقة.يمكنك توصيل مضخة حرارية بسخان المياه واستخدامها لتسخين المياه. إلى جانب كونها استراتيجية موفرة للطاقة ، فهي أنظف من تسخين المياه بالغاز أو الكهرباء.

أهم عيبين هما التكاليف الأولية للتثبيت والاعتماد على الموقع.

ثلاثة أسئلة تطرحها على نفسك

إذا كنت تتساءل عما إذا كان عليك التفكير في استخدام مضخة حرارية جوفية لمنزلك ، فاسأل نفسك أسئلة مثل:

​1. هل بيتي في موقع جيد؟​

إذا كانت في منطقة حضرية مزدحمة بها أنظمة مياه بلدية ونفايات ، فربما لا يكون لديك متسع للقيام بالكثير من الحفر ، ومن غير المحتمل أن تحصل على التصاريح اللازمة. إذا كان في مكان شديد الانحدار أو مليء بالأشجار ، فقد يكون التثبيت غير عملي أيضًا.

​2. هل أحب المناظر الطبيعية كما هي؟​

الحفر المطلوب معطّل ، لذا عليك أن تكون مستعدًا للتغيير. هذا هو أحد الأسباب التي تجعل من الأفضل تركيب المضخات الحرارية الأرضية كجزء من البناء الجديد عندما لم يتم تطوير المناظر الطبيعية بعد.

​3. هل منزلي ضيق بما فيه الكفاية؟​

لا توفر المضخات الحرارية قدرًا كبيرًا من الحرارة مثل الأفران ، وستفقد الكثير منها من خلال النوافذ غير المغلقة والفجوات الموجودة في الأرضيات والأسقف غير المعزولة بشكل جيد. يُعد سد الفجوات ورفع مستوى العزل خيارًا ، ولكنه يضيف إلى التكاليف الأولية المرتفعة بالفعل لتركيب مضخة حرارية أرضية.