مضخات حرارية أرضية: هنا كيف تعمل

توفير الطاقة تحت قدميك

الطاقة الحرارية الأرضية تستحق نظرة

هل تريد الحفاظ على الطاقة وتوفير المال عند تسخين وتبريد منزلك؟ حسنا ، الجواب ليس فقط تحت أنفك ، قد يكون تحت قدميك!

أسفل خط الصقيع على بعد بضعة أقدام ستجد الأرض هي متوسط ​​درجة الحرارة حوالي 55 درجة فهرنهايت. تأتي الحرارة من طبقة من الصخور الساخنة الذائبة في أعماق قشرة الأرض تسمى الصهارة. يمكن أن تصل الصهارة إلى درجات حرارة 2400 درجة فهرنهايت ، وعندما تشع هذه الحرارة ، اعتمادًا على خط العرض الجغرافي ، يمكن أن تتراوح درجات حرارة الأرض من 45 درجة فهرنهايت إلى 75 فهرنهايت.

وهذا يخلق مصدرًا جيدًا وموثوقًا للحرارة يمكن تسخيره لاحتياجات التدفئة واحتياجات التبريد المنزلية .

يتم استخدام هذه درجة حرارة ثابتة من الأرض في مضخة حرارية أرضية أو مصدر الحرارة. على عكس الفرن الذي يحرق الغاز الطبيعي أو النفط لإنتاج الحرارة في فصل الشتاء ، فإن مضخة الحرارة الأرضية تركز الحرارة الموجودة في الأرض أسفل السطح. لا يمكن استخدام الطاقة الحرارية الأرضية فقط لتدفئة وتبريد منزلنا ولكن لتسخين مياهنا المحلية أيضًا.


كيف يعمل نظام الطاقة الحرارية الأرضية:

إذن كيف يحدث هذا السحر؟ حسنا انها حقا بسيطة جدا. إن نظام الطاقة الحرارية الأرضية عبارة عن مضخة حرارية تستخدم الأرض كمصدر للحرارة (فصل الصيف) أو مصدر حراري (شتاء).

يستخدم نظام الطاقة الحرارية الأرضية سلسلة من الأنابيب (مدفونة تحت خط الصقيع في الأرض) والتي تسمى حلقة. إن الأنابيب في الحلقة هي الأكثر شيوعاً من البلاستيك ومليئة بمحلول الماء والتجمد. تقوم المضخة بدورة محلول الماء لمضخة الحرارة داخل المنزل.

هناك ضاغط ومبادل حراري يستخدمان الماء الاسمي 55 درجة إما لتسخين أو تبريد المنزل.

في فصل الشتاء يكون الهواء (على سبيل المثال ، 10 درجات فهرنهايت) أكثر برودة من درجة حرارة الأرض تحت الأرض (على سبيل المثال ، 55 درجة فهرنهايت). نظام الطاقة الحرارية الأرضية يدور حل الماء من خلال حلقة الأرض ويمتص الحرارة من الأرض.

يتم إحضار الماء الاسمي 55 درجة إلى المضخة الحرارية أو الفرن ليتم تسخينه عند الحاجة ، ثم يتم توزيعه عن طريق مجاري الهواء في جميع أنحاء المنزل.

في الصيف ، الهواء (على سبيل المثال ، 90 درجة فهرنهايت) أكثر حرارة من 55 درجة فهرنهايت تحت الأرض. هنا ، يمتص المبادل الحراري الأرضي الحرارة في المنزل ويقوم النظام بتدوير محلول المياه من خلال الحلقة الأرضية لتبريده ، وإلقاء الحرارة في الأرض. ثم يتم استخدام الماء البارد من قبل المبادل الحراري وتوزيعها من خلال مجاري الهواء في جميع أنحاء المنزل لتبريد المنزل.


تكاليف وخصائص أنظمة الطاقة الحرارية الأرضية:


أنواع أنظمة الطاقة الحرارية الأرضية:

يتم تثبيت أنظمة المضخات الحرارية الأرضية ذات الحلقة الأرضية الأكثر شيوعًا كنظام مغلق. وهذا يعني أن السائل الموجود في الحلقة يعاد تدويره باستمرار. تكون أنظمة الحلقة المفتوحة أقل شيوعا وتستخدم بئر أرضية أو بحيرة أو نهر أو أي مياه سطحية أخرى مثل السائل الخاص بالمبادل الحراري. ثم يتم التخلص من الماء مرة أخرى في الأرض أو في الجسم المائي بعد الاستخدام.

عادةً ما يتم تثبيت أنظمة الحلقة المغلقة كأنظمة ذات حلقات أو حلقة رأسية أو هيكل أفقي. تستخدم أنظمة جسم الماء الأجسام المائية السطحية كمصدر دائم للحرارة بدلاً من الأرض. دعونا نراجع هذه الطرق الثلاثة المختلفة.

الحلقات الأفقية : تعتبر أنظمة العروة الأفقية هي الأكثر اقتصادا للتثبيت ، لكن أحد عيوبها هو مقدار الأرض المطلوبة لتثبيت الحلقات الأرضية الأفقية.

قد يتطلب نظام الطاقة الحرارية الأرضية 1500 إلى 3000 قدم خطي من الأنبوب أو أكثر اعتمادًا على حجم المنزل والأحمال. إذا توفرت الأراضي المطلوبة ، فإن أكثر الطرق السكنية شيوعًا هي إما تركيب أنبوبين متجاورين في خندق عميق بطول 5 أقدام أو أحد الأنبوبين في خندق بعمق 6 أقدام والجري الآخر في خندق عميق بطول 4 أقدام.

يمكن استخدام طريقة ثالثة حيث تكون الأرض المطلوبة لتشغيل أطول من الأنبوب غير متوفرة بسهولة. تقوم هذه الطريقة بتكرار أو لف الأنبوب في خنادق قصيرة أعمق. وهذا يسمح بالتلامس السطحي المطلوب مع التربة ولكن بطول خندق أقل.

الحلقة الرأسية: يستخدم النظام الرأسي المتعرج في الحالات التي تكون فيها الأرض المطلوبة ضيقة أو لا تفلح التربة في حفر الخنادق. أكثر تكلفة ثم تثبيت النظام الأفقي ، يستخدم النظام الرأسي سلسلة من الثقوب المحفورة. الثقوب هي اسميا 4 "في القطر وتباعدت حوالي 20 بعيدا. تعتمد الأعماق على تصميم النظام والتربة ولكن يمكن أن يتراوح عمقها من 100 إلى 400 قدم. يتم تغذية الأنبوب لأسفل وإجراء نسخ احتياطي لكل ثقب محفور إلى وموصل بواسطة أنبوب متشعب متشابك عبر القمة يربط النظام بمضخة الحرارة في المنزل.

الجسم المائي: طريقة أخرى أقل شيوعًا لالتقاط حرارة الأرض هي استخدام جسم مائي قريب مثل البركة أو البحيرة. مع هذه الطريقة ، يتم تشغيل الأنبوب البلاستيكي من المضخة الحرارية إلى الجسم المائي ويتم وضعه في لفائف من 8 إلى 10 أقدام تحت سطح الماء. يجب أن يكون جسم الماء بحجم مناسب لدعم الأحمال الحرارية الأرضية وله عمق مناسب. غالباً ما يتطلب الأمر التنسيق مع الجهات المحلية والوكالات الحكومية والموافقة عليها.


تكاليف نظام الطاقة الحرارية الأرضية:

تختلف تكلفة تركيب نظام الطاقة الحرارية الأرضية باختلاف نوع نظام الحلقة المستخدم وحجم النظام الحراري الأرضي نفسه. تبلغ تكاليف نظام الطاقة الحرارية الأرضية الأفقية حوالي 2700.00 دولار للطن في عام 2017. إذا اخترت نظام حلقة عمودية ، فستزيد التكلفة بشكل كبير لأن تكاليف الحفر يمكن أن تتراوح بين 30،000 دولار إلى 40،000 دولار أو أكثر اعتمادًا على التربة والوصول إلى الموقع وحجم النظام.

في التطبيق الصحيح يمكن أن تكون الطاقة الحرارية الأرضية حل فعال من حيث التكلفة والتكلفة البيئية للتدفئة المنزل والتبريد . إنها تستحق النظر ، خاصة عندما تكون الإجابة صحيحة تحت قدميك.