أشياء سيئة عن مضخات الحرارة الجوفية

بالعربي/ تعد المضخات الحرارية الأرضية إحدى التقنيات الخضراء القادرة على حل مشكلة الاحتباس الحراري عن طريق تقليل انبعاثات الكربون. ولكن مثل معظم مصادر الطاقة المتجددة الأخرى ، فإن مصدر الطاقة هذا يأتي مع علامته التجارية الخاصة من المشاكل. يجب أن يكون لدى الأشخاص الذين يرغبون في استخدام هذه التكنولوجيا فهم جيد لها لتجنب التكاليف غير الضرورية والمساعدة في منع أي آثار بيئية سلبية.

مضخات الحرارة الجوفية

تعمل المضخات الحرارية الجوفية (GHPs) ، والتي تسمى أيضًا التبادل الجغرافي ، عن طريق تبادل الحرارة مع الأرض على أعماق أقل من بضعة أقدام ، حيث تكون درجات الحرارة ثابتة تقريبًا على مدار السنة.

يشرح موقع Energy.gov أنواع GHPs المستخدمة في المنزل والشركات.

• يحتوي نظام الحلقة المغلقة على ثلاثة أنواع بداخله. إنها أفقية ورأسية وأرضية. يستخدمون الماء الممزوج بمضاد التجمد المنتشر في أنابيب مغلقة لتبادل الحرارة مع الأرض أو الماء. يقوم المبادل الحراري فوق الأرض بنقل الحرارة بين المبردات ومحلول مضاد التجمد في الحلقات المغلقة.
• تستخدم أنظمة التبادل الحراري المباشر المبردات مباشرة في الحلقات المغلقة تحت الأرض لتبادل الحرارة ولا تحتوي على مبادل حراري وسيط.
• تقوم أنظمة الحلقة المفتوحة بسحب المياه باستمرار من مصادر خارجية مثل الآبار أو البحيرات لتبادل الحرارة وإعادتها على أنها تصريف.

تقرير جامعة أوريغون (ص 6) في المؤتمر العالمي للطاقة الحرارية الأرضية في عام 2015 ، يقدر أن هناك 1.4 مليون GHP في الولايات المتحدة ، من هذه 90 ٪ عبارة عن أنظمة حلقة مغلقة و 10 ٪ فقط أنظمة حلقة مفتوحة.

مشاكل عامة

في حين أن هناك العديد من المزايا لمضخات الحرارة الجوفية ، إلا أن هناك أيضًا العديد من السلبيات. بعضها عام والبعض الآخر مشاكل خاصة بالنظام.

التكلفة المبدئية

يتفق الجميع على أن تكلفة التركيب الأولي لـ GHP مرتفعة ، ويصعب حسابها ، لأنها تعتمد على حجم المنزل / المبنى ، والمضخة ، والتربة ، والمناخ ، وحقل الحلقة. المقاول ذو الخبرة مهم لضمان التثبيت الناجح.

تشير التقديرات من شركة Energy Homes الخاصة لمنزل تبلغ مساحته 2500 قدم مربع إلى أن تكلفة نظام الحلقة العمودية 6 أطنان تبلغ 34000 دولار ، وتكلفة 5 أطنان للتدفئة والتبريد بالإشعاع تبلغ تكلفتها 29500 دولارًا ، وحلقة أفقية بوزن 5 أطنان جنبًا إلى جنب مع تكاليف التدفئة الشمسية 47500 دولار.

تفصل شركة إنرجي هومز قضية التكلفة ، قائلة: “هذا يمثل حوالي ضعف تكلفة أنظمة التدفئة والتبريد والمياه الساخنة التقليدية ، ولكن أنظمة التدفئة / التبريد الحرارية الأرضية يمكن أن تقلل فواتير الخدمات بنسبة 40٪ إلى 60٪.”

عدم وجود محترفين مؤهلين

تقنية GHP معقدة وتتطلب معرفة جوانب مختلفة. ويشير اتحاد العلماء المهتمين إلى أن العديد من مُركِّبي التدفئة والتبريد “ليسوا على دراية بالتقنية” ، مما يعيق انتشارها وصيانتها. من الصعب أيضًا العثور على مقاولين مؤهلين قادرين على تركيب أنظمة GHP في مناطق معينة من البلاد ، مما يزيد من تكلفة نظام التدفئة الحرارية الأرضية.

ليس مشروع DIY

لا تشجع وزارة الطاقة الأمريكية التعامل مع GHP كمشروع DIY. تتطلب هذه التكنولوجيا معرفة متخصصة في العديد من المجالات. لتحديد النظام الأنسب للمنزل أو العمل ، من الضروري إجراء فحص شامل لعوامل مثل الجيولوجيا والهيدرولوجيا وتوافر الأرض ومتطلبات التدفئة والتبريد وغيرها من الأجهزة المهمة الموفرة للطاقة في المنزل. لا يمكن للجميع حساب الحجم الأمثل لحقل الحلقة أو المضخة اللازمة لتحقيق أقصى استفادة من هذا النظام.

استخدام الكهرباء

الكهرباء ضرورية لتشغيل ضاغط الحرارة في أنظمة الحلقة المغلقة ، ولضخ المياه طوال العام في أنظمة الحلقة المفتوحة ، لذا فإن GHP ليس محايدًا تمامًا للكربون.

مشاكل نظام الحلقة المغلقة

تشترك أنظمة الحلقة المغلقة في عيوب شائعة مثل تأثير التربة على الكفاءة ووجود مضاد التجمد. توجد أيضًا مشكلات الحلقة المتعلقة بالاتجاه الأفقي أو الرأسي ، وكذلك المخاوف المتعلقة بأنظمة التبادل الحراري المباشر وأنظمة البركة.

أنواع التربة

من الأفضل تخزين ونقل الحرارة في التربة الثقيلة مثل الطين أو الصخور. لا يمكن للتربة الرملية تخزين أو نقل الكثير من الحرارة ، لذا من الضروري وجود حقول حلقة أكبر. تشير دراسة أجريت عام 2014 في مجلة Energies (الصفحة 3) إلى أن انخفاض رطوبة التربة إلى أقل من “12.5٪ له تأثير مدمر على أداء المضخات الحرارية” ، بينما تؤدي زيادة رطوبة التربة إلى ما يزيد عن 25٪ إلى تحسين نقل الحرارة. لذا فإن التربة الجافة ليست مناسبة خاصة في أنظمة التبادل الحراري المباشر.

التجمد

تستخدم أنظمة الحلقة المغلقة الماء مع مانع التجمد من أجل التبادل الحراري. استخدمت النماذج القديمة الميثانول الذي يتبخر بسرعة وهو سام للناس والحيوانات ، لذلك فهو محظور الآن في أجزاء كثيرة من الولايات المتحدة. الإيثانول ليس سامًا مثل الميثانول ولكنه غالي الثمن. أدت المخاوف من أن الإيثيلين جلايكول يمكن أن يتسرب ويلوث مصادر المياه الجوفية إلى حظر هذا النوع من التجمد أيضًا لاستخدامه في أنظمة الطاقة الحرارية الأرضية في العديد من الولايات. يعتبر محلول ملحي (كلوريد الكالسيوم) خيارًا جيدًا ، ولكنه مادة أكالة ، لذلك فهو يحتاج إلى أنابيب cupronickel. البروبيلين جلايكول ليس له آثار ضارة على الناس أو البيئة.

طالما أن الماء الممزوج بمانع التجمد يدور في الحلقات المغلقة فلا يوجد تأثير بيئي. ومع ذلك ، يمكن أن تكون التسريبات الصغيرة خطيرة ، لذلك من الأفضل التمسك بأنواع مضادات التجمد أو البروبيلين غليكول.

نظام أفقي

وجدت نشرة الأخبار الفنية أن النظام الأفقي يتطلب 1500-3000 قدم مربع من الأرض لكل طن من التدفئة أو التبريد.

• مساحة كبيرة ضرورية – هذه الأرض مناسبة لاحقًا للبستنة فقط ، ولكن ليس أي توسعة للمنزل أو إنشاءات أخرى للمباني. هذه الأنظمة غير مناسبة للتعديل التحديثي ، حيث قد لا تتوفر مساحة كافية.
• الاختلافات في درجات الحرارة – في الأعماق الضحلة من 3 إلى 6 أقدام ، يمكن أن تكون هناك اختلافات في درجات الحرارة بسبب الموسم ، وعمق الدفن ، وهطول الأمطار مما يؤثر على الكفاءة ، على الرغم من أن الحد من العمق يقلل من تكلفة حفر التربة وهو أغلى جزء من تركيب مغلق. -نظام الحلقة.
• قضايا التربة – التربة الصخرية أو الضحلة ليست مناسبة لهذه الأنظمة ، وفي هذه الحالة تكون الأنظمة الرأسية ضرورية.

النظام العمودي

هذا هو النظام الأكثر كفاءة حيث أن الحلقات على شكل حرف U تصل إلى عمق 150-450 قدمًا في التربة ، كما تشير نشرة الأخبار الفنية. تشمل القضايا الأخرى ما يلي:

• المصاريف – تجعل الحلقات على شكل حرف U وعمقها أغلى تكلفة من بين جميع أنظمة GHS.
• التركيب الماهر والمعدات اللازمة – علاوة على ذلك ، يحتاج الحفر إلى هذه الأعماق إلى حفارين ماهرين ومعدات خاصة غير متوفرة في كل مكان.

نظام التبادل الحراري المباشر (DX)

يستخدم DX أنابيب نحاسية مملوءة بمبردات مدفونة من 4 إلى 6 أقدام تحت الأرض. هذا النظام هو الأقدم بين جميع نماذج GHP وله أكبر تأثير على البيئة.

• تآكل الأنابيب النحاسية أمر شائع في التربة الحمضية ، لذا فإن DX غير مناسب لهذه التربة ، كما يوضح أحد أعضاء منتدى Geo Exchange . لمنع ذلك ، يجب جمع عينات التربة في العمق الذي سيتم تركيبها فيه للتحقق من وجود تركيزات عالية من الأحماض أو الكلوريدات أو كبريتيدات الهيدروجين أو الكبريتات أو الأمونيا ، مما يجعل مرحلة التخطيط مكلفة. يستخدم النحاس بدلاً من PVC لأنه موصل أفضل للحرارة.
• المبردات هي المشكلة البيئية الرئيسية مع DX. حتى الشقوق الصغيرة يمكن أن تطلقها مما يؤدي إلى الاحتباس الحراري. استخدمت النماذج السابقة مركبات الكربون الكلورية فلورية (CFCs) والهيدروكلوروفلورونات (HCFCs). حظر بروتوكول مونتريال استخدامها لأنها تضر بطبقة الأوزون. يمكن أن تسبب بدائل مركبات الكربون الفلورية (FCs) ومركبات الكربون الهيدروفلورية (HFCs) الاحترار العالمي وهي محظورة بموجب اتفاقية بروتوكول كيوتو بشأن تغير المناخ. في عام 2016 ، أصدرت وكالة حماية البيئة (EPA) توصيات تهدف إلى التخلص التدريجي من هذه المواد الكيميائية وأدرجتها على أنها غير مقبولة. لا توصي وكالة حماية البيئة أيضًا بـ R410A وهو أحدث مبرد شائع لأنه يتسبب أيضًا في انبعاثات غازات الدفيئة.
• يقول خبراء المباني الخضراء أنه من غير القانوني انسكاب المبردات الملوثة عن قصد أو حادث.

في عام 2001 ، أعلن العلماء في جامعة أوريغون (ص 2) أن أنظمة DX تشكل خطرًا على البيئة ولا يوصون بها. محظور في بعض أجزاء الولايات المتحدة ، بسبب القيود البيئية المحلية ، وفقًا لموقع Energy.gov.

أنظمة حلقة البركة المغلقة

يمكن أن تستخدم أنظمة الحلقة المغلقة أيضًا المسطحات المائية لتبادل الحرارة. ومع ذلك ، فهذه أيضًا بها بعض المشكلات.

• تظهر المياه الضحلة اختلافات في درجات الحرارة ، وهناك فرص لتلف الأنابيب في مصادر المياه العامة ، وفقًا لنشرة الأخبار الفنية.
• تعتبر الأحواض التي تتطلب الحد الأدنى من العمق وكمية المياه فقط مفيدة وفقًا لموقع Energy.gov. ستحتاج إلى العثور على مكان بناء مع توفر الظروف المناسبة فقط للاستفادة من هذا الخيار.

مخاوف نظام الحلقة المفتوحة

تقوم الأنظمة المفتوحة بسحب المياه من البئر أو المياه الضحلة مثل البحيرات والبرك. كما لوحظ ، لا يتم استخدامها بشكل متكرر في الولايات المتحدة ، ولكن يجب أن يظل الناس على دراية بعيوبهم المحتملة.

• يمكن أن يحدث التدفق غير الكافي للمياه إذا لم يكن البئر المحفور للحلقة عميقًا بما يكفي ، أو بسبب السحب المفرط من الخزان الجوفي ، وفقًا لدراسة برنامج الطاقة بجامعة ولاية واشنطن (ص 5). ترسيب مرشحات تسد في حالة عدم وجود كمية كافية من الماء. أشار تقرير أيداهو للطاقة الحرارية الأرضية إلى أن الطلب الموسمي على الاستخدامات البديلة مثل الرشاشات في الصيف يمكن أن يؤثر على كميات المياه المتاحة للمضخة الحرارية.
• جودة المياه ليست هي نفسها في كل مكان وعلى مدار السنة. الحطام في البحيرات مشكلة. تحتاج القشور بسبب ترسبات الجير من الماء الثقيل إلى معالجة بالمواد الكيميائية لإزالتها.
• من الصعب إزالة النمو البيولوجي ، وخاصة البكتيريا ، بمجرد إنشائه دون استخدام المواد الكيميائية ، وفقًا لبرنامج الطاقة بجامعة ولاية واشنطن (ص 5).
• ينصح تقرير Idaho Geothermal بإيجاد موقع مناسب للتصريف قبل تركيب نظام المياه الجوفية ذو الحلقة المفتوحة. يمكن للتربة الرملية أن تمتص التصريف بسهولة ، ولكن إذا كانت التربة صعبة ، يمكن أن يضاعف الحفر الإضافي من تكلفة الحفر ، مما يجعله باهظ التكلفة مثل نظام الحلقة المغلقة. عندما يتم سحب المياه من البحيرات ، يتم إرجاع التصريف إليها.
• يجب أيضًا استيفاء جميع القيود المحلية المتعلقة بالتفريغ وفقًا لموقع Energy.gov.
• تكاليف التشغيل مرتفعة ، وفقًا لدراسة برنامج الطاقة بجامعة ولاية واشنطن (ص 5) حيث يجب تشغيل المضخات طوال العام للحصول على المياه داخل وخارج النظام. صيانتها هي قضية رئيسية أيضا.
• في حالة وجود آبار ، يجب مراعاة القيود البيئية والمائية المحلية ، حيث قد تكون المياه المتاحة محدودة وفقًا لنشرة الأخبار الفنية.
• يمكن لآبار العمود الدائمة التي تضخ المياه من طبقة المياه الجوفية أن تخفض منسوب المياه الجوفية.

هل هناك جانب مشرق؟

في حين أنه قد يبدو أن المضخات الحرارية الأرضية صعبة ومكلفة ، إلا أن هناك العديد من المزايا للنظام . تقوم الحكومات والمنظمات البيئية غير الربحية مثل Greenpeace واتحاد العلماء المهتمين بالترويج للطاقة الحرارية الأرضية. نظرًا لأن أداء المضخات الحرارية الأرضية مرتبط بالعديد من العوامل البيئية ، فهي ليست تقنية توصيل وتشغيل. عند التفكير في نظام الطاقة الحرارية الأرضية ، يعد تحليل التفاصيل الفردية للمباني والمنطقة لاختيار النظام المناسب ، إلى جانب التخطيط والتركيب المناسبين ، خطوات ضرورية للاستمتاع بأفضل ما في هذه التقنية.

المصدر/ lovetoknow.comالمترجم/barabic.com