مضخة حرارية ذات مصدر أرضي في المملكة المتحدة وأنواع الحلقة الأرضية

على الرغم من أن الأمر استغرق بعض الوقت حتى يفهم أصحاب المنازل المضخات الحرارية، إلا أن الزمن يتغير، وأصبحت المضخات الحرارية في المملكة المتحدة الآن تقنية مثبتة في سوق متنامية باستمرار. تعمل المضخات الحرارية عن طريق الاستفادة من الطاقة الحرارية الطبيعية التي تنتجها الشمس. يتم امتصاص هذه الطاقة إلى سطح الأرض الذي يعمل كمخزن ضخم للحرارة. تمتص مجموعة الحلقة الأرضية أو المجمع الأرضي، وهو الأنبوب المدفون، حرارة درجة الحرارة المنخفضة هذه من الأرض المحيطة وتنقل هذه الحرارة إلى المضخة الحرارية. يمكن تركيب الحلقة الأرضية أو مجمعات الحرارة التي تحمل مزيج الجليكول/مضاد التجمد باستخدام طرق مختلفة. يمكن للمضخات الحرارية ذات المصدر الأرضي استخدام مجمعات حرارية مختلفة مثل الأنابيب الموضوعة أفقيًا في الأرض أو عموديًا في حفرة البئر. يمكن الحصول على الحرارة من الأنهار أو الجداول أو البرك أو البحار أو آبار المياه - من الناحية النظرية، حيثما يوجد وسيلة للحرارة أو مصدر للحرارة، يمكن استخدام المضخة الحرارية.
أنواع مصفوفات/مجمعات الحلقة الأرضية المتوفرة

المجمعات الأفقية

يتم دفن أنابيب البولي إيثيلين في الخنادق أو فوق منطقة كبيرة محفورة. يمكن أن تختلف أنابيب التجميع الأرضية من 20 مم أو 32 مم أو 40 مم، ولكن الفكرة هي نفسها من حيث المبدأ. يجب أن يكون عمق الأنبوب 1200 ملم أو 4 أقدام فقط، وفي بعض الأحيان قد تكون هناك حاجة إلى رمل ليكون بمثابة وسادة حول الأنبوب. يوصي المصنعون الفرديون بطرق محددة لتركيب الحلقات ولكن بشكل عام هناك ثلاثة أنظمة رئيسية وهي عبارة عن مسارات مستقيمة لأنابيب التجميع حيث يتم حفر الخنادق وتمرير الأنابيب لأعلى ولأسفل في منطقة معينة حتى يتم دفن جميع الأنابيب المطلوبة، وهو تأثير حصيرة حيث يتم حفر مساحة كبيرة ودفن سلسلة من الحلقات مما يخلق تأثير الأنابيب تحت الأرضية في الأرض أو الحلقات وهي عبارة عن ملفات من الأنابيب مُصنعة مسبقًا والتي يتم دحرجتها إلى أطوال مختلفة من الخندق. يمكن تركيبها عموديًا أو أفقيًا وعند تركيبها تشبه الزنبرك الذي تم فصله. على الرغم من أن مجمع الحلقة الأرضية يبدو بسيطًا، إلا أن حجم التصميم وتصميمه أمر بالغ الأهمية. يجب تركيب حلقة أرضية كافية لمواكبة فقدان الحرارة للممتلكات، ويجب تركيب تصميم وحجم المضخة الحرارية وتباعدها على مساحة الأرض المطلوبة حتى لا يحتمل "تجميد الأرض" مع الحفاظ على الحد الأدنى من معدلات التدفق تحسب في مرحلة التصميم.

المجمعات العمودية

إذا لم تكن هناك مساحة كافية متاحة للطريقة الأفقية، فالبديل هو الحفر عموديًا.

لا يعد الحفر وسيلة مفيدة فقط عند محاولة الحصول على الحرارة من الأرض، ولكن حفر الآبار تكون مفيدة أيضًا عند استخدام المضخة الحرارية في الاتجاه المعاكس للتبريد في أشهر الصيف.

هناك خياران رئيسيان للحفر هما نظام الحلقة المغلقة أو نظام الحلقة المفتوحة.

أنظمة الحلقة المغلقة المحفورة

يمكن حفر الآبار إلى أعماق مختلفة حسب حجم المضخة الحرارية المطلوبة وجيولوجية الأرض. يبلغ قطرها حوالي 150 ملم ويتم حفرها عادةً على عمق يتراوح بين 50 مترًا و120 مترًا. يتم إدخال حلقة حرارية أسفل البئر ويتم حشو الحفرة بمادة ملاط ​​معززة حرارياً. المبدأ هو نفس مبدأ الحلقات الأرضية الأفقية حيث يتم ضخ مزيج الجليكول حول الحلقة لتجميع الحرارة من الأرض.

ومع ذلك، فإن تركيب الآبار باهظ الثمن ويتطلب في بعض الأحيان أكثر من واحد. تعد التقارير الجيولوجية أمرًا بالغ الأهمية لكل من الحفار ولتحديد الموصلية.

أنظمة الحلقة المفتوحة المحفورة

أنظمة الحلقة المفتوحة المحفورة هي المكان الذي يتم فيه حفر الآبار من أجل تحقيق إمدادات جيدة من المياه من الأرض. يتم ضخ الماء وتمريره مباشرة فوق المبادل الحراري للمضخة الحرارية. وبمجرد تمرير "الحرارة" فوق المبادل الحراري، تتم إعادة حقن هذه المياه في بئر آخر، أو إعادتها إلى الأرض أو إلى ممر مائي محلي.

تعتبر أنظمة الحلقة المفتوحة فعالة للغاية لأن درجة حرارة الماء ستكون عادة ذات درجة حرارة أعلى وأكثر ثباتًا، وفي الواقع تمنع استخدام المبادل الحراري. ومع ذلك، فهي تتطلب تصميمًا وتخطيطًا أكثر تفصيلاً بموافقة السلطات المحلية ووكالة البيئة.

حلقات البركة

إذا كان هناك بركة أو بحيرة كافية للاستخدام، فيمكن غمر حصائر البركة (حصائر الأنابيب) لتمكين استخلاص الحرارة من الماء. هذا هو نظام حلقة مغلقة مع مزيج الجليكول الذي يتم ضخه مرة أخرى حول الأنبوب الذي يشكل حصائر البركة. ويجب الأخذ في الاعتبار التباين الموسمي في مستويات المياه، وعمومًا لا تكون العديد من الأحواض مناسبة بسبب عدم كفاية المساحة / حجم المياه.

يمكن أن تكون حلقات البركة فعالة للغاية إذا تم تصميمها وحجمها بشكل صحيح؛ تعتبر المياه المتدفقة أكثر كفاءة بسبب الإدخال المستمر للحرارة ويجب ألا تنخفض درجة حرارة الماء أو "مصدر الحرارة" أبدًا عن حوالي 5 درجات مئوية. تعتبر أنظمة حلقة البركة مفيدة أيضًا للتبريد خلال أشهر الصيف عندما يتم عكس المضخة الحرارية.