آیا درباره سیستم‌های گرمایشی و سرمایشی زمین‌گرمایی خانگی شنیده‌اید؟ این سیستم‌های HVAC می‌توانند به صرفه‌جویی قابل‌توجه در هزینه‌های انرژی برای صاحبان خانه کمک کنند. متأسفانه، بسیاری از مردم درباره زمین‌گرمایی خانگی چیزی نمی‌دانند یا آن را درک نمی‌کنند. بسیاری از افراد تصور می‌کنند که این سیستم با جذب گرما از آتشفشان‌ها یا چشمه‌های آب گرم کار می‌کند. این تصور اشتباه است، زیرا اجرای چنین سیستمی برای بیشتر صاحبان خانه بسیار دشوار خواهد بود و تعداد کمی از افراد قادر به استفاده از این فناوری خواهند بود. خوشبختانه، نیازی نیست در نزدیکی یک آتشفشان فعال زندگی کنید تا یک سیستم زمین‌گرمایی خانگی موثر و مقرون‌به‌صرفه داشته باشید. سیستم گرمایشی و سرمایشی زمین‌گرمایی در واقع ساده‌تر از آن است که تصور می‌کنید. در ادامه، نحوه کارکرد آن توضیح داده شده است.
چگونه انرژی زمین‌گرمایی خانگی کار می‌کند؟
دمای زمین در عمق ۱۰ فوتی (حدود 3 متر) از سطح زمین، در طول سال به‌صورت ثابت حدود ۵۵ درجه فارنهایت (حدود 13 درجه سانتیگراد) باقی می‌ماند. هنگامی که هوای بیرون خانه شما زیر صفر است، فقط 3 متر زیر زمین پوشیده از برف همچنان دمای 13 درجه را حفظ می‌کند. یا در تابستان، زمانی که دما به 35 درجه می‌رسد، زمین زیر خانه شما همچنان در 13 درجه ثابت می‌ماند. شاید بدون اینکه متوجه شده باشید، این پدیده را در خانه خود تجربه کرده‌اید. در یک روز گرم تابستانی، زمانی که به زیرزمین خانه‌تان می‌روید، آنجا خنک است زیرا زمین در پشت دیوارهای زیرزمین شما دمای ثابت 13 درجه را حفظ می‌کند. در زمستان نیز حتی یک زیرزمین بدون گرمایش به دلیل این عایق حرارتی طبیعی زمین نسبتاً گرم باقی می‌ماند. سیستم‌های زمین‌گرمایی از این دمای ثابت طبیعی استفاده می‌کنند. این سیستم‌ها از دمای ثابت اطراف خانه برای گرمایش یا سرمایش آن بهره می‌برند. گرچه این فناوری به عنوان انرژی زمین‌گرمایی شناخته می‌شود، اما سیستم‌های زمین‌گرمایی خانگی برق تولید نمی‌کنند. بلکه از دمای پایدار زمین برای گرمایش یا سرمایش خانه استفاده می‌کنند.
عملکرد سیستم حلقه زمین
وظیفه یک سیستم حلقه زمین جذب انرژی گرمایی از زمین است، به‌طوری‌که این گرما به پمپ حرارتی منتقل شده و به‌طور کارآمد به گرما برای خانه تبدیل می‌شود. این سیستم‌ها به گونه‌ای طراحی شده‌اند که پس از دفن شدن، چمن یا باغچه شما را خراب نمی‌کنند. این سیستم‌ها عموما برای بیش از پنجاه سال دوام دارند و نیاز به تعمیر و نگهداری ندارند.
تطبیق سیستم با نیازهای خانه
مقدار انرژی گرمایی موردنیاز برای گرمایش خانه بسته به عواملی مانند اندازه خانه، عایق‌بندی، و شرایط خاک متفاوت است. به همین دلیل، اندازه و تعداد حلقه‌های زمین نصب‌شده باید با نیازهای خانه شما مطابقت داشته باشد. بسیاری از خانه‌ها به بیش از یک حلقه زمین نیاز دارند. حلقه‌های عمودی نیازمند حفر چاه‌های بیشتر در فواصل حداقل 6 متر هستند تا بتوانند انرژی گرمایی کافی برای تغذیه پمپ حرارتی را تأمین کنند. این سیستم‌ها از فناوری نرم‌افزاری پیشرفته برای طراحی دقیق سیستم حلقه زمین متناسب با نیازهای خانه شما استفاده می‌کنند تا خانه‌تان را گرم و راحت نگه دارند.
اجزای یک سیستم زمین‌گرمایی
هر سیستم گرمایشی به سه بخش اصلی تقسیم می‌شود: سوخت، دیگ بخار یا کوره، و سیستم توزیع گرما. به عنوان مثال، اگر خانه شما با نفت گرم می‌شود، سوخت همان نفتی است که معمولاً در مخازن زنگ‌زده در زیرزمین ذخیره می‌شود. این سوخت در کوره سوزانده می‌شود تا گرما تولید کند و سپس گرما از طریق رادیاتورها یا یک سیستم HVAC در خانه توزیع می‌شود. سیستم‌های زمین‌گرمایی نیز سه جزء مشابه دارند، اما دو مورد اول این فناوری را کاملاً از سیستم‌های گرمایشی سنتی متمایز می‌کند:
– حلقه‌های زمینی: سیستمی زیرزمینی که انرژی حرارتی زیر چمن یا باغ شما را به کار می‌گیرد.
– پمپ حرارتی: دستگاهی که با برق کار می‌کند و مایع را از طریق لوله‌ها حرکت می‌دهد تا این انرژی را جذب کرده و به دمای بالاتری تبدیل کند.
– سیستم HVAC: که گرما را در سراسر خانه توزیع می‌کند و فضای خانه را گرم نگه می‌دارد.
سیستم‌های گرمایشی زمین‌گرمایی گاهی به عنوان پمپ‌های حرارتی منبع زمینی یا GSHPs شناخته می‌شوند، زیرا گرما را از زمین به کمک حلقه‌های زمینی برای تغذیه پمپ حرارتی استخراج می‌کنند.
سیستم زمین‌گرمایی شرکت Dandelion
این سیستم از حلقه‌های زمینی عمودی استفاده می‌کند که لوله‌ها را در عمق 6۰ تا 150 متر به صورت مستقیم به زمین وارد می‌کند. این حلقه‌ها با استفاده از تجهیزات حفاری چاه نصب می‌شوند و از طریق کانال‌ها به پمپ حرارتی متصل می‌شوند. لوله‌ها از مواد پلی‌اتیلن با چگالی بالا ساخته شده‌اند که بسیار بادوام و رسانای گرما هستند. درون این لوله‌ها مخلوطی از آب و پروپیلن گلیکول (ضد یخ با گرید خوراکی) جریان دارد که دمای زمین را جذب می‌کند.
نقش پمپ حرارتی
پس از جذب گرمای زمین، پرسش این است که چگونه این گرما برای گرم کردن خانه استفاده می‌شود؟ درحالی‌که دمای 3۵ درجه سانتیگراد بهتر از سرمای بیرون در یک شب زمستانی است، برای اکثر افراد دمای مناسبی برای زندگی نیست. اینجاست که پمپ حرارتی وارد عمل می‌شود. پمپ‌های حرارتی دستگاه‌هایی هستند که با برق کار می‌کنند و انرژی گرمایی را از یک مکان جمع‌آوری کرده و به مکان دیگری منتقل می‌کنند. حتی اگر تاکنون نام پمپ حرارتی را نشنیده باشید، احتمالاً روزانه از این فناوری استفاده می‌کنید: یخچال‌ها با انتقال گرما از داخل به بیرون کار می‌کنند. برای گرمایش خانه، دو نوع پمپ حرارتی وجود دارد:
– پمپ حرارتی منبع هوا (ASHPs)
– پمپ حرارتی منبع زمینی (GSHPs)
در سیستم منبع زمینی، مایعی که انرژی حرارتی زمین را جذب کرده است، به پمپ حرارتی بازمی‌گردد. این مایع گرمای خود را به یک مایع سردکننده در داخل پمپ حرارتی منتقل می‌کند. سپس مایع سردکننده به بخار تبدیل شده و فشرده می‌شود. عمل فشرده‌سازی بخار، دمای آن را افزایش می‌دهد. زمانی که بخار به دمای کافی رسید، وارد یک مبدل حرارتی می‌شود و گرما به هوا منتقل می‌شود. این هوای گرم با استفاده از کانال‌های HVAC در سراسر خانه توزیع می‌شود.
تفاوت بین سیستم های زمین گرمایی
اگرچه بسیاری از سیستم های زمین گرمایی مشابه هستند، اما تفاوت هایی بین آنها وجود دارد. برخی از یک سیستم حلقه بسته یا باز، حلقه‌های حوضچه یا حلقه‌های زمینی سیم‌پیچ باریک استفاده می‌کردند. مزایا و معایبی برای پیکربندی حلقه های مختلف برای گرمایش زمین گرمایی خانه وجود دارد. برخی مهندسان از سیستم های حلقه بسته استفاده می کنند و آنها را کارآمدترین و ایمن ترین گزینه برای صاحبان خانه می دانند. هنگامی که یک سیستم نصب می شود، لوله های حلقه بسته با محلول آب در زمین زیر خانه شما مدفون می شوند. “حلقه بسته” به این معنی است که لوله ها فقط در خانه شما قرار دارند. آنها به یک زیرساخت بزرگتر متصل نیستند و با هیچ سیال خارج از سیستم شما تعامل ندارند. همانطور که این آب در لوله ها به گردش در می آید، محلول آب درون لوله ها دما را تغییر می دهد. در فصل زمستان، این محلول 35 درجه گرمتر از هوای بیرون است. سیستم این محلول گرم را از طریق لوله ها می کشد و از یک پمپ حرارتی برای گرم کردن هوای خانه شما استفاده می کند. این به شما این امکان را می دهد که هوای خانه خود را با هر دمایی که می خواهید تنظیم کنید.
همین اصل در تابستان زمانی که سیستم از دمای زمین برای خنک کردن هوای خانه شما استفاده می کند، برعکس عمل می کند.
آیا سیستم زمین گرمایی واقعا ارزشش را دارد؟
نصب چنین سیستمی می تواند تا 50 درصد در هزینه های گرمایش و سرمایش هر ماه صاحبان خانه صرفه جویی کند. این یک سرمایه گذاری هوشمندانه است که منجر به پس انداز طولانی مدت می شود، در حالی که خانه شما را در تمام طول سال راحت نگه می دارد. در ایالات متحده، گرمایش و سرمایش ساختمان های مسکونی و تجاری حدود 11 درصد از کل انتشار دی اکسید کربن این کشور را تشکیل می دهد.
سیستم های زمین گرمایی خانگی انتشار کربن را به صفر می رسانند. این شگفتی‌های مهندسی نیز نسبت به سیستم‌های گرمایش و سرمایش سنتی برای خانه شما ایمن‌تر هستند. با سیستم زمین گرمایی، خطر انفجار یا نشت مونوکسید کربن برای به خطر انداختن خانواده شما وجود ندارد.
هزینه گرمایش و سرمایش زمین گرمایی
در حالی که قیمت برق، نفت یا گاز طبیعی در نوسان است، هزینه بهره برداری از یک سیستم زمین گرمایی تقریباً ثابت خواهد ماند. هزینه برق یک سیستم زمین گرمایی کم است و به ندرت از ماه به ماه متفاوت است. با وجود مزایای فراوان، نصب یک سیستم زمین گرمایی معمولی برای یک خانه معمولی تا 50000 دلار یا بیشتر هزینه داشت. با این حال، مهندسان تصمیم گرفتند تا این هزینه ها را کاهش دهند. به لطف نبوغ خود، سیستم های زمین گرمایی اکنون برای صاحبان خانه های بیشتری مقرون به صرفه هستند. به جای استفاده از دکل‌های حفاری بزرگ ، شروع به آزمایش با مته‌های کوچکتر و کارآمدتر کردند که یک یا دو سوراخ عمیق به عرض چند اینچ ایجاد می‌کنند. سپس لوله های U شکل را در این سوراخ ها نصب می کنند. این نوآوری فضای کمتری را اشغال می کند و مزاحمت کمتری در حیاط مشتریان ایجاد می کند.
با استفاده از تجهیزات جدید، نصب لوله های حلقه زمین را می توان به جای یک هفته در چند روز تکمیل کرد و در وقت و هزینه مشتریان صرفه جویی کرد.
محتوای اصلی این مقاله برگرفته از وبسایت www.dandelionenergy.com می باشد.