پمپ ژئوترمال چیست و چگونه میتوان از آن به منظور خنک کاری ماینر های استفاده کرد؟

خنک کاری تجهیزات استخراج ارز های دیجیتال یک فرآیند اساسی و انرژی بر به منظور بهره برداری از آنها محسوب میگردد. یکی از روش های نوین که در شاخه انرژی های تجدید پذیر طبقه بندی میگردد و میتواند به خوبی در خنک کاری مورد استفاده قرار گیرد. پمپ ژئوترمال است. در این روش مصرف انرژی سیسیتم خنک کاری به شدت کاهش میابد. در این مقاله روشی نوین به عنوان مپم ژئوترمال که به منظور دفع حرارت تجهیزات استخراج ارز های دیجیتال ( چاه حرارتی ) میتواند مورد استفاده قرار گیرد شرح داده خواهد شد.

اگر منحنی تغییرات دمای هوا و دمای زمین در اعماق را در طول یک سال رسم نماییم مشاهده می شود که هرچه به 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 می باشد. این در حالی است که میزان تغییرات دمای هوا دارای نوسانات بسیار زیادی می باشد. این امر بدین معنی است که زمین منبع خوبی برای تامین گرمایش در ماههای سرد سال است و می توان از حرارت زمین برای تامین گرمایش ساختمان ها استفاده نمود و همچنین از آن می توان برای تامین سرمایش در ماههای سرد سال 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. سیستم های سرمایش وگرمایش ژئوترمال که با نامهای دیگری هم مانند پمپهای حرارتی با منبع زمین(GSHP) سیستمهای مبدل زمین گرمایی (GeoExchange)  ویا سیستم های انرژی زمینی(EES)  شناخته میشوند، شامل پمپهای حرارتی هستند که با استفاده از انرژی برق، گرما را از زیر زمین جمع آوری و توسط سیالی که از لوله های کارگذاشته شده میگذرد به واحد نصب شده در داخل ساختمان منتقل میکنند.این واحد گرمای سیال درون لوله ها را جذب کرده و با استفاده از قوانین متراکم سازی (compression) 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 لوله ای به آب داخل کویل زمینی که داخل لوله های 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 سیستم ها 300 تا 400 درصد بوده(در مقایسه با مدرن ترین سیستمهای گازی با 98 درصد راندمان) و به ازای هر 1 دلاربرق مصرفی در این سیستم ،3 تا 4 دلار صرفه جویی مصرف داریم .در واقع یک سیستم منفرد، کار دو سیستم گرمایش و سرمایش را انجام میدهد. استفاده از این سیستم ها تا 66 درصد انتشار گازهای گلخانه ای را کاهش داده و75 درصد کمتر از سیستم های گرمایش وسرمایش سنتی، الکتریسیته مصرف میکنند.

پمپ حرارتی با منبع زمینی:
دمای زمین، برخلاف هوای محیط، تقریباً ثابت است. پمپ های حرارتی زمینی، از زمین یا آب های زیرزمینی و یا هر دو، به عنوان منبع حرارت در زمستان و به عنوان چاه حرارتی در تابستان، استفاده می کنند. بنابراین پمپ های حرارتی زمینی، به عنوان سیستم¬های انرژی زمینی (EES) نیز نامیده می¬شوند.در زمستان حرارت گرفته شده از زمین، به کمک سیالی نظیر آب های زیرزمینی یا محلول آب و ضدیخ توسط پمپ حرارتی، به هوای داخل خانه منتقل می¬شود. در تابستان، عکس این فرآیند رخ می دهد، یعنی حرارت از هوای داخل، گرفته شده و توسط آب های زیرز مینی یا محلول آب و ضدیخ، به زمین منتقل میگردد. پمپ های حرارتی زمینی دو بخش عمده دارند. یک مدار لوله کشی زیرزمینی در خارج ساختمان، و یک دستگاه پمپ حرارتی در داخل ساختمان. دستگاه پمپ حرارتی زمینی، در داخل ساختمان قرار می گیرد. سیستم لوله کشی خارج می تواند یک سیستم باز یا یک حلقه بسته باشد. در یک پمپ حرارتی با سیکل باز، انتقال حرارت بین  آب¬های زیر زمینی و هوای داخل ساختمان انجام می شود و این امر بدین صورت است که آبهای زیر زمینی 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 می شود.. مثلاً در حالت گرمایش، آب چاه به یک مبدل حرارتی وارد شده و حرارت آن گرفته می شود. این آب سپس به داخل آب های سطحی مانند رودخانه و یا برکه، تخلیه می شود و یا به داخل یک چاه آب دیگر می ریزد. در پمپ های حرارتی با سیستم های بسته، انتقال حرارت با زمین، به وسیله یک حلقه لوله کشی که در زیرزمین مدفون شده، انجام می پذیرد و مثلاً در حالت گرمایش، حرارت توسط یک محلول آب و ضدیخ (و یا مبرد در سیستم انبساط مستقیم DX) که بوسیله سیستم تبرید پمپ حرارتی چندین درجه از خاک اطراف خنک تر شده است، از خاک گرفته می شود.شکل ذیل اجزای یک پمپ حرارتی زمینی را نشان می دهد، مطابق شکل این پمپ ها، دارای سه قسمت عمده هستند.خود دستگاه پمپ حرارتی، مبدل حرارتی واسطه (سیستم¬های حلقه باز یا حلقه بسته)، و  سیستم های انتقال دهنده هوا (کانال کشی) و با آب گرم و سرد به فضای اتاق ها.( اجزای یک پمپ حرارتی زمینی )

سیکل گرمایش :
در سیکل گرمایش، آب های زیر زمینی (در سیکل باز) و یا مخلوط آب و ضد یخ(در سیستم های بسته)، و یا مبرد (که توسط سیستم لوله کشی زیرزمینی به گردش درآمده) ، حرارت را از زمین دریافت می دارند و آن را در یک مبدل حرارتی واسط (اواپراتور)، به مبرد در سیکل تبرید، منتقل می نمایند. در، یک سیستم باز، آب پس از انتقال انرژی به مبرد، به برکه و یا چاه، تخلیه  می گردد.در یک سیستم بسته، مخلوط ضد یخ به سیستم لوله کشی زیر زمینی در خارج ساختمان ارسال می گردد، تا حرارت را از زمین دریافت نماید.

سیکل سرمایش:
در سیکل سرمایش جهت جریان مبرد، توسط شیر کنترل، عوض می شود. مبرد، گرمای موجود در ساختمان را گرفته و مستقیماً آن را به آب های زمینی و یا مخلوط آب و ضدیخ، منتقل می نماید. سپس حرارت به خارج منتقل شده، به یک منبع آب و یا به چاه (در سیستم باز) یا به مدار لوله کشی زیرزمینی (در سیستم بسته) انتقال می یابد. در برخی مواقع، قسمتی از این حرارت اضافی، برای پیش گرم کردن آب گرم مصرفی نیز، استفاده می شود. برخلاف پمپ های حرارتی هوایی، پمپ های حر ارتی زمینی، به سیکل دیفراست احتیاج ندارند. زیرا دمای زمین بسیار پایدارتر از دمای هوا است، و دستگاه پمپ حرارتی، عموماً در داخل ساختمان قرار دارد بنابراین مشکلات مربوط به تشکیل برفک به وجود نمی آید.
 
 انواع سیستم های پمپ حرارتی زمینی:
در سیستم های زمینی، پمپ حرارتی توسط سیستم لوله کشی به زمین متصل می شود، و باعث تبادل حرارتی با زمین و یا آب های موجود در زمین می گردد. این سیستم ها به دو نوع عمده سیستم های باز و بسته تقسیم می-شوند. بنابراین برخلاف پمپ های حرارتی هوایی، سیستم های پمپ حرارتی زمینی، به یک چاه یا یک سیستم حلقه بسته، برای دریافت و یا بیرون دادن حرارت به زمین، نیاز دارند.
   
سیستم های با حلقه باز:
یک سیستم باز، از آب های زیر زمینی که مثلا ًدر یک چاه معمولی وجود دارد، به عنوان یک منبع حرارت استفاده می کند. بنابراین با کمک سیستم های باز(آبی) از یک منبع عظیم و نسبتاً ارزان، انرژی بهره برداری می شود. مطابق با شکل ذیل که پمپ حرارتی با سیستم باز و منبع آب زیرزمینی را نشان می دهد، آب زیرزمینی به پمپ حرارتی فرستاده می شود تا در آنجا، حرارت آن گرفته شود. سپس آب مصرف شده به یک برکه، جوی، گودال، فاضلاب، رودخانه و یا دریاچه می ریزد. البته این فرآیند، معمولاً در روش تخلیه باز انجام می گیرد که ممکن است در تمام نواحی مقدور نباشد. در  سیستم های باز، آب زیرزمینی به عنوان منبع و مدفن گرما عمل می کند، و در حقیقت واسطه انتقال گرما بین آب زیرزمینی و زمین می باشد. مهم ترین نوع سیستم های باز، چاه های زیرزمینی هستند که آب را از لایه های زیر زمین دریافت نموده و یا به آنجا منتقل می کنند.( پمپ حرارتی با سیستم باز و منبع آب زیرزمینی)

روش دیگر، تخلیه آب مصرفی به یک چاه ثانویه است، که آب را به زمین برمی  گرداند، و تحت عنوان چاه برگشت آب نامیده می  شود. یک چاه ثانویه باید بتواند تمام آب مصرفی در پمپ حرارتی را، در خود جای دهد. این چاه توسط یک مته چاهی ایجاد می  شود. در بیشتر موارد دو چاه مورد نیاز می باشد (Doublet) که یکی برای گرفتن آب از زمین و دیگری برای تخلیه آب، بعد از استفاده مورد نیاز می  باشد.سیستم  ها باید طوری طراحی شوند که از هر گونه آسیب به محیط جلوگیری شود. پمپ حرارتی که گرما را به آب منتقل می  کند هیچ آلودگی تولید نمی  کند. تنها تغییری که بوجود می  آورد کمی افزایش و یا کاهش دمای آب برگشتی به محیط است.
 
  سیستم  های با حلقه بسته :
یک سیستم حلقه بسته، حرارت را از زمین، با استفاده از حلقه پیوسته  ای از لوله  های پلاستیکی مخصوص، که در زیر خاک قرار دارد، می  گیرد. در حالی که در یک سیستم باز، آب به چاه تخلیه می  شود، در سیستم بسته، سیال عامل در لوله  های تحت فشار دوباره به گردش در   می  آید.لوله کشی در دو آرایش اصلی عمودی و افقی انجام می-گیرد. شکل صفحه بعد آرایش عمودی سیستم حلقه بسته را نشان می  دهد، این نوع آرایش بیشتر برای خانه  های شهری مرسوم است، چون در آنجا فضای کمتری در دسترس می  باشد. آرایش افقی سیستم حلقه بسته در شکل ذیل مشاهده می  شود. استفاده از آرایش افقی، بیشتر در مکان  هایی با قابلیت دسترسی به فضای زیاد، متداول می  باشد. لوله  ها بسته به تعداد آن  ها در گودال  هایی که به طور معمولی 1 تا 8/1 متر (3 تاft. 6) عمق دارند، قرار داده می  شوند. معمولاً 100 تا 150 متر (330 تاft. 500) لوله برای هر تن ظرفیت پمپ حرارتی، مورد نیاز است.. متداول  ترین شکل مبدل حرارتی که در سیستم افقی استفاده می  شود، مبدل دو لوله-ای می باشد، که در یک گودال در کنار یکدیگر قرار گرفته اند. مبدل حرارتی دیگری که در نواحی با فضای محدود، استفاده می شود، نوع مارپیچ است. در فضای محدود، گاهی از چهار یا شش لوله در هر گودال نیز استفاده می-شود.جدا از آرایش انتخابی، در سیستم  هایی که با محلول ضد یخ کار می  کنند، لوله  کشی باید حداقل شامل 100 سری از لوله  های پلی اتیلن یا پلی بوتیلن باشد. با نصب مناسب، این لوله  ها می  توانند در هر مکانی بین 25 تا 75 سال استفاده شوند. آنها همچنین تحت تأثیرات شیمیایی خاک، قرار نمی  گیرند و خواص انتقال حرارت خوبی دارند. حلقه  های افقی و عمودی باید توسط پیمانكار کاردان نصب شود. لوله  های پلاستیکی باید توسط جوش حرارتی به هم متصل گردند، و تماس خوبی بین لوله  ها و زمین، برای داشتن انتقال حرارت مناسب، وجود داشته باشد. ( آرایش عمودی سیستم حلقه بسته)

یک نمونه از پمپ های حرارتی با سیستم های افقی، نوع انبساط مستقیم است. سیال عامل پمپ حرارتی (مبرد) به طور مستقیم در لوله های زیر زمین به گردش در می آید (به عبارت دیگر اواپراتور پمپ حرارتی در زیر زمین گسترده شده است. (آرایش افقی سیستم حلقه بسته )

کاربرد پمپ های حرارتی:
پمپ حرارتی در منازل، ساختمان های اداری و تجاری، هتل، بیمارستان، سرمایش و گرمایش منطقه ای، صنایع، مراکز پرورش دام و تیور، گلخانه ها و غیره کاربرد داشته و در کاربردهای مختلف دارای تنوع مدل می باشند.
پمپ های حرارتی کم قدرت در حد چند کیلو وات می توانند مصارف خانگی آبگرم را نیز تأمین کنند در چنین موردی، بخصوص در تابستان پمپ حرارتی می تواند دماهای بالایی را بطور مؤثر تأمین کند.
پمپ های حرارتی با قدرت در حدود 12 تا 20 کیلو وات برای مصارف داخلی بزرگتر مانند انبارهای ذخیره ی کالا و گرمایش آب در استخرها مورد استفاده قرار می گیرد.
از مصارف خاص پمپ های حرارتی می توان به موارد ذیل اشاره نمود:
1.    در مکان هایی که یک منبع تخلیه گرما با یک دمای بسیار پایین وجود داشته باشد، تا پمپ حرارتی از آن استفاده کند و همچنین در جاهایی که همزمان تقاضایی برای مصرف انرژی گرمایی وجود دارد.
2.    در مکان هایی که برای هر دو مورد گرمایش و سرمایش تقاضایی وجود داشته باشد که این تقاضا می تواند به صورت فصلی تغییر کند.
3.    در بخش های صنعتی که یک جریان بزرگ انرژی وجود دارد و می تواند بوسیله ی پمپ حرارتی مورد استفاده قرار گیرد.
4.    در تأسیسات صنعتی که یک سیستم تولید گرمای بزرگ وجود دارد و استفاده از پمپ حرارتی می-تواند آنرا بهینه کند.
 
فواید زیست محیطی :
از مهمترین مزایای استفاده از پمپ های حرارتی زمین گرمایی می توان به کاهش اثرات مخرب محیط زیستی آن اشاره نمود. با توجه به اینکه استفاده از سیستم هائی که از سوخت های فسیلی مانند گاز طبیعی جهت تامین گرمایش محیط استفاده می کنند، یکی از عوامل اصلی تولید آلاینده های محیط زیستی می باشند، جایگزین نمودن انواع انرژی های نو بجای سیستم های با مصرف سوخت فسیلی، می تواند به میزان قابل توجهی از انتشار گازهای گلخانه ای و آلاینده های محیط زیستی جلوگیری نماید.
 
مراحل انجام پروژه های هیت پمپ زمین گرمایی (GHP)
1-   برداشت اطلاعات
1-1- جمع آوری اطلاعات آب و هوا شامل دمای هوا، میزان رطوبت، میزان بارش، میزان تابش خورشید و میزان وزش باد طی 10 الی 30 سال گذشته
1-2- مشخص شدن نوع کاربری ساختمان، مدت بهره برداری در روز
1-3- تهیه نقشه ساختمان
1-4-  تهیه نقشه موقعیت ساختمان و محدودیت های اطراف آن مانند: خیابان ها، ساختمان های اطراف و خطوط برق، آب، گاز، تلفن
1-5- جمع آوری اطلاعات زمین شامل: سطح ایستابی، میزان رطوبت خاک، بررسی هایدروژئولوژی، بررسی جنس خاک، تعیین دانه بندی خاک،
 2-   طراحی
2-1- محاسبه بار حرارتی و برودتی ساختمان
2-2- انتخاب تعداد و ظرفیت دستگاه پمپ حرارتی زمین گرمایی بر اساس نظر کارفرما
2-3- انتخاب نوع دستگاه پمپ حرارتی زمین گرمایی از نوع آب به آب یا آب به هوا بر اساس نظر کارفرما
2-4- طراحی کانال انتقال هوا (آب به هوا) یا خطوط انتقال آب به فن کویل ها ( آب به آب)
2-5- طراحی کویل زمینی از نوع سیکل باز، سیکل بسته عمودی، سیکل بسته افقی یا ترکیب موارد مطرح شده
2-6- محاسبه متراژ لوله و قطر آن
2-7- طراحی و انتخاب پمپ های سیرکولاتور
2-8- طراحی چیدمان محل موتورخانه پمپ حرارتی زمین گرمایی
3-   اجراء
3-1- حفر چاه های برداشت آب و تزریق آن برای سیکل باز، حفر چاههای سیکل بسته عمودی یا حفر کانال برای سیکل بسته افقی
3-2- نصب لوله کویل زمینی
3-3- پر نمودن کویل زمینی از خاک یا گروت
3-4- نصب دستگاه پمپ حرارتی زمین گرمایی و اتصال آن به کویل زمینی
3-5- نصب کانال یا لوله های فن کویل به دستگاه
3-6- نصب مدار الکترونیک به برق ساختمان
3-7- پر نمودن آب کویل زمینی در سیکل بسته یا تست آبدهی چاه در سیکل باز
3-8- اندازه گیری میزان دبی کویل زمینی
3-9- بهره برداری از دستگاه

دیجی ماینر مشاور و متخصص تجهیزات استخراج ارز های دیجیتال

ما را در صفحات اجتماعی زیر دنبال کنید.