التدفئة والتبريد باستخدام المضخة الحرارية - الجزء 3

مضخات الحرارة الأرضية المصدر

تستخدم المضخات الحرارية الأرضية المصدر الأرض أو المياه الجوفية كمصدر للطاقة الحرارية في وضع التسخين، وكحوض لرفض الطاقة عندما تكون في وضع التبريد. تحتوي هذه الأنواع من الأنظمة على عنصرين رئيسيين:

• المبادل الحراري الأرضي: هو المبادل الحراري الذي يستخدم لإضافة أو إزالة الطاقة الحرارية من الأرض أو الأرض. من الممكن تكوين تكوينات مختلفة للمبادل الحراري، وسيتم شرحها لاحقًا في هذا القسم.
• المضخة الحرارية: بدلًا من الهواء، تستخدم المضخات الحرارية الأرضية مائعًا يتدفق عبر المبادل الحراري الأرضي كمصدر لها (في التدفئة) أو كمصرف (في التبريد).
  على جانب المبنى، يمكن استخدام كل من أنظمة الهواء والهيدرونيك (الماء). تعتبر درجات حرارة التشغيل على جانب المبنى مهمة جدًا في التطبيقات المائية. تعمل المضخات الحرارية بشكل أكثر كفاءة عند التسخين عند درجات حرارة أقل من 45 إلى 50 درجة مئوية، مما يجعلها مناسبة بشكل أفضل للأرضيات المشعة أو أنظمة ملفات المروحة. وينبغي توخي الحذر عند التفكير في استخدامها مع مشعات ذات درجة حرارة عالية تتطلب درجات حرارة مياه أعلى من 60 درجة مئوية، حيث تتجاوز درجات الحرارة هذه بشكل عام حدود معظم المضخات الحرارية السكنية.

اعتمادًا على كيفية تفاعل المضخة الحرارية والمبادل الحراري الأرضي، هناك تصنيفان مختلفان للنظام:

• الحلقة الثانوية: يستخدم سائل (ماء جوفي أو مضاد للتجمد) في المبادل الحراري الأرضي. يتم تسليم الطاقة الحرارية المنقولة من الأرض إلى السائل إلى المضخة الحرارية عبر مبادل حراري.
• التمدد المباشر (DX): يتم استخدام مادة التبريد كسوائل في المبادل الحراري الأرضي. يتم استخدام الطاقة الحرارية المستخرجة بواسطة مادة التبريد من الأرض مباشرة بواسطة المضخة الحرارية - ولا حاجة إلى مبادل حراري إضافي.
  في هذه الأنظمة، يكون المبادل الحراري الأرضي جزءًا من المضخة الحرارية نفسها، حيث يعمل كمبخر في وضع التسخين ومكثف في وضع التبريد.

يمكن للمضخات الحرارية الأرضية أن تخدم مجموعة من احتياجات الراحة في منزلك، بما في ذلك:

• التدفئة فقط: يتم استخدام المضخة الحرارية فقط في التدفئة. يمكن أن يشمل ذلك تسخين المساحة وإنتاج الماء الساخن.
• التدفئة مع "التبريد النشط": يتم استخدام المضخة الحرارية في كل من التدفئة والتبريد
• التدفئة مع "التبريد السلبي": تستخدم المضخة الحرارية في التدفئة، ويتم تجاوزها في التبريد. في التبريد، يتم تبريد السائل من المبنى مباشرة في المبادل الحراري الأرضي.

يتم وصف عمليات التدفئة و"التبريد النشط" في القسم التالي.

الفوائد الرئيسية لأنظمة المضخات الحرارية من المصدر الأرضي

كفاءة

في كندا، حيث يمكن أن تنخفض درجات حرارة الهواء إلى أقل من -30 درجة مئوية، تكون أنظمة المصدر الأرضي قادرة على العمل بكفاءة أكبر لأنها تستفيد من درجات حرارة الأرض الأكثر دفئًا والأكثر استقرارًا. تكون درجات حرارة المياه النموذجية التي تدخل المضخة الحرارية ذات المصدر الأرضي أعلى بشكل عام من 0 درجة مئوية، مما ينتج عنه COP يبلغ حوالي 3 لمعظم الأنظمة خلال أشهر الشتاء الباردة.

توفير الطاقة

ستعمل أنظمة المصدر الأرضي على تقليل تكاليف التدفئة والتبريد بشكل كبير. يصل التوفير في تكلفة طاقة التدفئة مقارنة بالأفران الكهربائية إلى حوالي 65%.

في المتوسط، سيحقق نظام مصدر أرضي مصمم جيدًا وفورات تبلغ حوالي 10-20% أكثر مما يمكن توفيره من خلال المضخة الحرارية لمصدر الهواء البارد الأفضل في فئتها والتي يبلغ حجمها تغطية معظم أحمال التدفئة للمبنى. ويرجع ذلك إلى أن درجات الحرارة تحت الأرض تكون أعلى في الشتاء من درجات حرارة الهواء. ونتيجة لذلك، يمكن للمضخة الحرارية ذات المصدر الأرضي توفير حرارة أكثر على مدار فصل الشتاء من المضخة الحرارية ذات المصدر الهوائي.

سيختلف التوفير الفعلي في الطاقة اعتمادًا على المناخ المحلي، وكفاءة نظام التدفئة الحالي، وتكاليف الوقود والكهرباء، وحجم المضخة الحرارية المثبتة، وتكوين حقل الحفر وتوازن الطاقة الموسمي، وأداء كفاءة المضخة الحرارية في CSA شروط التصنيف.

كيف يعمل نظام المصدر الأرضي؟

تتكون المضخات الحرارية الأرضية من جزأين رئيسيين: مبادل حراري أرضي، ومضخة حرارية. على عكس المضخات الحرارية ذات مصدر الهواء، حيث يوجد مبادل حراري واحد في الخارج، في أنظمة المصدر الأرضي، توجد وحدة المضخة الحرارية داخل المنزل.

يمكن تصنيف تصميمات المبادلات الحرارية الأرضية على النحو التالي:

• الحلقة المغلقة: تجمع أنظمة الحلقة المغلقة الحرارة من الأرض عن طريق حلقة مستمرة من الأنابيب المدفونة تحت الأرض. محلول مضاد للتجمد (أو مبرد في حالة نظام DX الأرضي المصدر)، والذي تم تبريده بواسطة نظام تبريد المضخة الحرارية إلى عدة درجات أكثر برودة من التربة الخارجية، يدور عبر الأنابيب ويمتص الحرارة من التربة.
  تشمل ترتيبات الأنابيب الشائعة في أنظمة الحلقة المغلقة الأنظمة الأفقية والرأسية والقطرية وأنظمة البركة/البحيرة (تتم مناقشة هذه الترتيبات أدناه، ضمن اعتبارات التصميم).
• الحلقة المفتوحة: تستفيد الأنظمة المفتوحة من الحرارة المحتجزة في المسطحات المائية تحت الأرض. يتم سحب الماء من خلال البئر مباشرة إلى المبادل الحراري، حيث يتم استخلاص الحرارة منه. يتم بعد ذلك تصريف المياه إما إلى المسطحات المائية الموجودة فوق سطح الأرض، مثل مجرى مائي أو بركة، أو إعادتها إلى نفس المسطحات المائية الجوفية من خلال بئر منفصلة.

يعتمد اختيار نظام الأنابيب الخارجية على المناخ وظروف التربة والأرض المتاحة وتكاليف التركيب المحلية في الموقع بالإضافة إلى لوائح البلدية والمقاطعة. على سبيل المثال، يُسمح بأنظمة الحلقة المفتوحة في أونتاريو، ولكن غير مسموح بها في كيبيك. لقد حظرت بعض البلديات أنظمة DX لأن مصدر المياه البلدية هو طبقة المياه الجوفية.

دورة التدفئة

ملاحظة:

بعض المقالات مأخوذة من الإنترنت. وفي حالة وجود أي مخالفة يرجى التواصل معنا لحذفها. إذا كنت مهتمًا بمنتجات المضخات الحرارية، فلا تتردد في الاتصال بشركة المضخات الحرارية OSB، فنحن خيارك الأفضل.