أنواع أنظمة المضخات الحرارية الأرضية

هناك أربعة أنواع أساسية من أنظمة الحلقة الأرضية. ثلاثة منها – أفقية، ورأسية، والبركة/البحيرة – هي أنظمة ذات حلقة مغلقة. النوع الرابع من النظام هو خيار الحلقة المفتوحة. تحدد عدة عوامل مثل المناخ وظروف التربة والأراضي المتاحة وتكاليف التركيب المحلية ما هو الأفضل للموقع. كل هذه الأساليب يمكن استخدامها لتطبيقات البناء السكنية والتجارية.

أنظمة الحلقة المغلقة

تقوم معظم المضخات الحرارية الأرضية ذات الحلقة المغلقة بتدوير محلول مضاد للتجمد من خلال حلقة مغلقة - عادة ما تكون مصنوعة من أنابيب بلاستيكية عالية الكثافة - مدفونة في الأرض أو مغمورة في الماء. يقوم التبادل الحراري بنقل الحرارة بين مادة التبريد الموجودة في المضخة الحرارية ومحلول مضاد التجمد في الحلقة المغلقة.

أحد أنواع أنظمة الحلقة المغلقة، يسمى التبادل المباشر، لا يستخدم مبادلًا حراريًا، وبدلاً من ذلك يضخ مادة التبريد من خلال أنابيب نحاسية مدفونة في الأرض في تكوين أفقي أو رأسي. تتطلب أنظمة التبادل المباشر ضاغطًا أكبر وتعمل بشكل أفضل في التربة الرطبة (تتطلب أحيانًا ريًا إضافيًا للحفاظ على رطوبة التربة)، ولكن يجب عليك تجنب التثبيت في التربة التي تسبب تآكل الأنابيب النحاسية. ونظرًا لأن هذه الأنظمة تعمل على توزيع غاز التبريد عبر الأرض، فقد تحظر اللوائح البيئية المحلية استخدامها في بعض المواقع.

أفقي

يعتبر هذا النوع من التركيبات بشكل عام أكثر فعالية من حيث التكلفة بالنسبة للمنشآت السكنية، خاصة بالنسبة للبناء الجديد حيث تتوفر مساحة كافية من الأراضي. يتطلب الأمر حفر خنادق بعمق أربعة أقدام على الأقل. تستخدم التخطيطات الأكثر شيوعًا إما أنبوبين، أحدهما مدفون على ارتفاع ستة أقدام، والآخر على ارتفاع أربعة أقدام، أو أنبوبين يوضعان جنبًا إلى جنب على ارتفاع خمسة أقدام في الأرض في خندق بعرض قدمين. تتيح طريقة Slinky لحلقات الأنابيب المزيد من الأنابيب في خندق أقصر، مما يقلل من تكاليف التركيب ويجعل التثبيت الأفقي ممكنًا في المناطق التي لا يمكن تركيبها في المناطق التقليدية التطبيقات الأفقية

رَأسِيّ

غالبًا ما تستخدم المباني التجارية والمدارس الكبيرة الأنظمة الرأسية لأن مساحة الأرض المطلوبة للحلقات الأفقية ستكون باهظة. تُستخدم الحلقات العمودية أيضًا عندما تكون التربة ضحلة جدًا بحيث لا يمكن حفر الخنادق، كما أنها تقلل من الإزعاج للمناظر الطبيعية الموجودة. بالنسبة للنظام الرأسي، يتم حفر الثقوب (قطرها حوالي أربع بوصات) على مسافة 20 قدمًا تقريبًا وعمقها من 100 إلى 400 قدم. يتم إدخال أنبوبين متصلين في الأسفل بانحناء على شكل حرف U لتشكيل حلقة، في الحفرة ويتم حشوهما لتحسين الأداء. يتم توصيل الحلقات الرأسية بأنبوب أفقي (أي مشعب)، ويتم وضعها في خنادق، ويتم توصيلها بالمضخة الحرارية في المبنى.

بركة / بحيرة

إذا كان الموقع يحتوي على كمية كافية من المياه، فقد يكون هذا هو الخيار الأقل تكلفة. يتم تمرير أنبوب خط الإمداد تحت الأرض من المبنى إلى الماء ويتم لفه في دوائر على الأقل ثمانية أقدام تحت السطح لمنع التجمد. يجب وضع الملفات فقط في مصدر مياه يلبي الحد الأدنى من متطلبات الحجم والعمق والجودة.

نظام الحلقة المفتوحة

يستخدم هذا النوع من الأنظمة مياه الآبار أو مياه الجسم السطحية كسائل التبادل الحراري الذي يدور مباشرة من خلال نظام GHP. وبمجرد دورانها عبر النظام، تعود المياه إلى الأرض من خلال البئر، أو بئر التغذية، أو التفريغ السطحي. ومن الواضح أن هذا الخيار لا يكون عمليًا إلا عندما تكون هناك إمدادات كافية من المياه النظيفة نسبيًا، ويتم استيفاء جميع القوانين واللوائح المحلية المتعلقة بتصريف المياه الجوفية.

الأنظمة الهجينة

تعتبر الأنظمة الهجينة التي تستخدم العديد من موارد الطاقة الحرارية الأرضية المختلفة، أو مزيج من مصدر الطاقة الحرارية الأرضية مع الهواء الخارجي (أي برج التبريد)، خيارًا تكنولوجيًا آخر. تعتبر الأساليب الهجينة فعالة بشكل خاص عندما تكون احتياجات التبريد أكبر بكثير من احتياجات التدفئة. وحيثما تسمح الجيولوجيا المحلية بذلك، يعد "البئر العمودي" خيارًا آخر. في هذا الاختلاف من نظام الحلقة المفتوحة، يتم حفر واحد أو أكثر من الآبار العمودية العميقة. يُسحب الماء من أسفل عمود قائم ثم يُعاد إلى الأعلى. خلال فترات ذروة التدفئة والتبريد، يمكن للنظام أن ينزف جزءًا من المياه العائدة بدلاً من إعادة حقنها كلها، مما يتسبب في تدفق المياه إلى العمود من طبقة المياه الجوفية المحيطة. تعمل دورة النزيف على تبريد العمود أثناء رفض الحرارة، وتسخينه أثناء استخلاص الحرارة، وتقليل عمق التجويف المطلوب.