تاسیسات- 47
در این مقاله سعی دارم با توجه به مسئله گرمایش زمین و ازدیاد و تجمع گاز‌های گلخانه‌ای به روش‌های برای گرم و سرد کردن خانه بپردازم که سازگاری بیشتری با طبیعت داشته باشد اگر چه این روش‌ها با توجه به هزینه‌های خود روش‌های بلند مدت و با هزینه‌های نگهداری کم محسوب می‌شوند.

پمپ حرارتی

اگر منحنی تغییرات دمای هوا و دمای زمین در اعماق را در طول یک سال رسم نماییم مشاهده می‌شود که هرچه عمق زمین بیشتر شود، میزان تغییرات دمای زمین در طول سال دارای تغییرات کمتری خواهد بود.‌به طوری که از حدود عمق 3 الی 4 متری از سطح زمین تغییرات دما و نوسانات آن در طول یک سال بسیار ناچیز می‌باشد. این در حالی است که میزان تغییرات دمای هوا دارای نوسانات بسیار زیادی می‌باشد. این امر بدین معنی است که زمین منبع خوبی برای تامین گرمایش در ماه‌های سرد سال است و می‌توان از حرارت زمین برای تامین گرمایش ساختمان‌ها استفاده کرد و همچنین از آن می‌توان برای تامین سرمایش در ماه‌های گرم سال نیز استفاده بهینه نمود. تکنولوژی پمپ‌های حرارتی بر این اصل استوار است که در عمق 2 تا 3 متری زمین، درجه دما ثابت بوده و در زمستان گرم‌تر از هوای بیرون و در تابستان سردتر از هوای محیط است. سیستم‌های سرمایش وگرمایش "ژئوترمال" که با نام‌های دیگری هم مانند پمپ‌های حرارتی با منبع زمین یا سیستم‌های مبدل زمین گرمایی و یا سیستم‌های انرژی زمینی شناخته می‌شوند، شامل پمپ‌های حرارتی هستند که با استفاده از انرژی برق، گرما را از زیر زمین جمع‌آوری و توسط سیالی که در لوله‌های در جریان است به واحد نصب شده در داخل ساختمان منتقل می‌‌کنند. این دستگاه، گرمای سیال درون لوله‌ها را جذب کرده و با استفاده از قوانین متراکم‌سازی، حرارت را تشدید و افزایش داده و به دمای مطلوب جهت گرمایش ساختمان می‌رساند. گرمای حاصل از پمپ‌های حرارتی، به واسطه احتراق ایجاد نشده و فقط گرما را از محلی به محل دیگر منتقل می‌کنند. همچنین به طور معکوس در تابستان هوای گرم داخل ساختمان‌ از طریق یک مکنده‌ وارد دستگاه شده‌ و پس از سرد شدن مجددا به داخل اتاق دمیده می‌شود. در داخل دستگاه حرارت به مبرد منتقل شده و پس از عبور مبرد از سیکل مربوطه، حرارت موجود در آن توسط یک مبدل دو لوله‌ای به آب داخل کویل زمینی که داخل لوله‌های پلی اتیلنی نصب شده در داخل زمین، منتقل می‌شود. سیکل کاری این سیستم کاملا مانند یخچال بوده و فقط به جای انتقال گرمای درون یخچال به اطراف یخچال، گرمای درون ساختمان را به زمین منتقل می‌کند. راندمان انرژی این سیستم‌ها 300 تا 400 درصد بوده (در مقایسه با مدرن‌ترین سیستم‌های گازی با 98 درصد راندمان) و به ازای هر 1 دلار برق مصرفی در این سیستم‌،3 تا 4 دلار صرفه‌جویی مصرف داریم. در واقع یک سیستم منفرد، کار دو سیستم گرمایش و سرمایش را انجام می‌دهد. استفاده از این سیستم‌ها تا 66 درصد انتشار گازهای گلخانه‌ای را کاهش داده و 75 درصد کمتر از سیستم‌های گرمایش و سرمایش سنتی، الکتریسیته مصرف می‌کنند.
پمپ‌های حرارتی بر اساس منبعی که از آن جهت تبادل گرما و سرما استفاده می‌کنند، به دو دسته اصلی پمپ حرارتی هوایی و زمینی تقسیم می‌گردند.
 
پمپ‌های حرارتی با منبع هوایی:
در زمستان، گرما را از هوای بیرون دریافت کرده و در تابستان، گرما را به محیط بیرون می‌دهد دو نوع اصلی از پمپ‌های حرارتی هوایی وجود دارد که متداول‌ترین نوع آن پمپ حرارتی "هوا به هوا‌" می‌باشد. این سیستم در زمستان، حرارت را از هوای محیط دریافت کرده، و آن را به هوای داخل ساختمان، و تابستان‌، حرارت را از هوای ساختمان به هوای محیط، انتقال می‌دهد.
نوع دیگر، پمپ حرارتی "هوا به آب" می‌باشد که در ساختمان، با سیستم توزیع حرارت رادیاتوری یا فن‌کویل، کار می‌کند. در فصل سرد، پمپ حرارتی، گرما را از هوای خارج دریافت کرده، و آنرا به آب سیستم گرمایش می‌دهد. در فصل گرم، پمپ حرارتی، گرما را از سیستم توزیع آب داخل ساختمان به محیط انتقال می‌دهد. یک پمپ حرارتی هوایی در سه سیکل کار می‌کند: سیکل ‌گرمایش، سیکل سرمایش و سیکل دیفراست.
 
سیکل گرمایش:
در سیکل گرمایش، حرارت از هوای خارج، گرفته شده و به فضای داخل داده می‌شود. در ابتدا مبرد مایع، از شیر انبساط عبور کرده و به یک مخلوط مایع بخار فشار کم تبدیل می‌شود. سپس این مخلوط با عبور از کویل خارجی (کویل اواپراتور)، گرم شده، و در فشار کم به مایع و بخار تبدیل می‌گردد. در اکومولاتور، بخش ‌مایع مبرد دو فاز، جدا شده و بخش بخار، پس از تراکم در کمپرسور، به کندانسور ارسال می‌شود. گرمای دفع شده از مبرد داغ در کندانسور، هوای خانه را گرم می‌نماید.
 
سیکل سرمایش:
برای سرمایش در تابستان، پمپ حرارتی، حرارت را از هوای داخل ساختمان جذب نموده و آن را به محیط انتقال می‌دهد. مشابه سیکل گرمایش، مبرد مایع، از شیر انبساط عبور کرده و به مخلوط مایع‌ بخار فشار کم، تبدیل می‌شود. مبرد سپس به کویل داخلی‌ که به عنوان اواپراتور عمل می‌کند رفته، و با جذب حرارت ‌داخل اطاق، مبرد به بخار با دمای کم تبدیل می‌گردد. شیر معکوس‌کننده، این بخار را به یک اکومولاتور می‌فرستد، در آنجا، قسمت مایع جریان دو فازی، جدا شده و بخار اشباع یا قدری سوپر هیت، در کمپرسور متراکم می‌شود. سرانجام شیر معکوس‌کننده، گازی را که اکنون گرم است به یک کویل خارجی که به عنوان کندانسور عمل می‌کند‌ می‌فرستد. گرمای منتقل شده به هوای خارج در کندانسور، باعث می‌شود که بخار مبرد به مایع تبدیل شود. این مایع به شیر انبساط برمی‌گردد و سیکل تکرار می‌گردد. در طول سیکل سرمایش، رطوبت موجود در هوا پس از عبور از روی کویل داخلی، تقطیر شده و در ظرفی درزیر کویل جمع‌آوری می‌شود و یا از خانه خارج می‌گردد.
 
پمپ حرارتی با منبع زمینی:
دمای زمین، برخلاف هوای محیط، تقریباً ثابت است. پمپ‌های حرارتی زمینی، از زمین یا آب‌های زیرزمینی و یا هر دو، به عنوان منبع حرارت در زمستان و به عنوان چاه حرارتی در تابستان، استفاده می‌کنند. بنابراین پمپ‌های حرارتی زمینی، به عنوان سیستم‌های انرژی زمینی نیز نامیده می‌شوند.در زمستان حرارت گرفته شده از زمین، به کمک سیالی نظیر آب‌های زیرزمینی یا محلول آب و ضدیخ توسط‌ پمپ حرارتی، به هوای داخل خانه منتقل می‌شود. در تابستان، عکس این فرآیند رخ می‌دهد، یعنی حرارت از هوای داخل، گرفته شده و توسط آب‌های زیرزمینی یا محلول آب و ضدیخ، به زمین منتقل می‌گردد.
پمپ‌های حرارتی زمینی دو بخش عمده دارند. یک مدار لوله‌کشی زیرزمینی در خارج ساختمان، و یک دستگاه پمپ حرارتی در داخل ساختمان. دستگاه پمپ حرارتی زمینی، در داخل ساختمان قرار می‌گیرد. سیستم لوله‌کشی خارج می‌تواند یک سیستم باز یا یک حلقه بسته باشد.
در یک پمپ حرارتی با سیکل باز، انتقال حرارت بین‌ آب‌های زیرزمینی و هوای داخل ساختمان انجام می‌شود و این امر بدین صورت است که آب‌های زیرزمینی توسط یک پمپ با توان مصرفی کم از داخل چاه بیرون کشیده شده و سپس این آب به داخل دستگاه پمپ حرارتی زمین گرمائی جهت تامین سرمایش یا گرمایش هدایت می‌شود‌. مثلاً در حالت گرمایش، آب چاه به یک مبدل حرارتی وارد شده و حرارت آن گرفته می‌شود. این آب سپس به داخل آب‌های سطحی مانند رودخانه و یا برکه، تخلیه می‌شود و یا به داخل یک چاه آب دیگر می‌ریزد.
در پمپ‌های حرارتی با سیستم‌های بسته، انتقال حرارت با زمین، به وسیله یک حلقه لوله‌کشی که در زیرزمین مدفون شده، انجام می‌پذیرد و مثلاً در حالت گرمایش، حرارت توسط یک محلول آب و ضدیخ و یا مبرد در سیستم انبساط مستقیم که بوسیله سیستم تبرید پمپ حرارتی چندین درجه از خاک اطراف خنک‌تر شده است، از خاک گرفته می‌شود. این پمپ‌ها، دارای سه قسمت عمده هستند. خود دستگاه پمپ حرارتی، مبدل حرارتی واسطه (سیستم‌های حلقه باز یا حلقه بسته)، و سیستم‌های انتقال دهنده هوا (کانال‌کشی) و با آب گرم و سرد به فضای اتاق‌ها.
 
سیکل گرمایش:
در سیکل گرمایش، آب‌های زیرزمینی (در سیکل باز) و یا مخلوط آب و ضد یخ (در سیستم‌های بسته)، و یا مبرد (که توسط سیستم لوله‌کشی زیرزمینی به گردش درآمده)، حرارت را از زمین دریافت می‌دارند و آن را در یک مبدل حرارتی واسط (اواپراتور)، به مبرد در سیکل تبرید، منتقل می‌نمایند. در یک سیستم باز، آب پس از انتقال انرژی به مبرد، به برکه و یا چاه، تخلیه می‌گردد. در یک سیستم بسته، مخلوط ضدیخ به سیستم لوله‌کشی زیرزمینی در خارج ساختمان ارسال می‌گردد، تا حرارت را از زمین دریافت نماید.
 
سیکل سرمایش:
در سیکل سرمایش جهت جریان مبرد، توسط شیر کنترل، عوض می‌شود. مبرد، گرمای موجود در ساختمان را گرفته و مستقیماً آن را به آب‌های زمینی و یا مخلوط آب و ضدیخ، منتقل می‌نماید. سپس حرارت‌به خارج منتقل شده، به یک منبع آب و یا به چاه (در سیستم باز) یا به مدار لوله‌کشی زیرزمینی (در سیستم بسته) انتقال می‌یابد. در برخی مواقع، قسمتی از این حرارت اضافی، برای پیش گرم کردن آب گرم مصرفی نیز، استفاده می‌شود.
با این توضیحات مختصر در خصوص روش‌های گرمایشی و سرمایشی با آلودگی کمتر بحث را به پایان می‌رسانم. در صورت داشتن سوالات تاسیساتی می‌توانید با من تماس بگیرید.
ایام به کام