புவிவெப்ப வெப்ப பம்ப் அமைப்புகளின் வடிவமைப்பு மற்றும் செயல்திறன்

புவிவெப்ப வெப்ப பம்ப் அமைப்புகளின் வடிவமைப்பு மற்றும் செயல்திறன்

புவிவெப்ப வெப்ப பம்ப் (GSHP) என்பது, நிலத்தின் நிலையான வெப்பநிலையை ஒரு வெப்ப மூலமாகவோ அல்லது வெப்ப ஏற்பியாகவோ பயன்படுத்தும் ஒரு கட்டிட வெப்பமூட்டும் மற்றும் குளிரூட்டும் தொழில்நுட்பமாகும். பல பிராந்தியங்களில், வெளிப்புறக் காற்றுடன் ஒப்பிடும்போது, ​​ஒரு குறிப்பிட்ட ஆழத்தில் உள்ள நிலத்தின் வெப்பநிலை ஆண்டு முழுவதும் ஒப்பீட்டளவில் நிலையானதாகவே இருக்கிறது. இது, குறிப்பாகக் கடுமையான பருவகால வேறுபாடுகள் உள்ள காலநிலைகளில், வழக்கமான HVAC அமைப்புகளை விட புவிவெப்ப வெப்ப பம்புகள் அதிகத் திறனுடன் செயல்பட அனுமதிக்கிறது. உண்மையிலேயே ஆற்றல் திறன்மிக்க மற்றும் நம்பகமான ஒரு அமைப்பை உறுதி செய்வதற்காக, இந்தக் கட்டுரை அதன் இயக்கக் கொள்கைகள், வடிவமைப்பு விருப்பங்கள், செயல்திறன் காரணிகள் மற்றும் நடைமுறைக் கருத்தாய்வுகள் குறித்து விவாதிக்கிறது.

புவிவெப்ப பம்பின் செயல்படும் கொள்கை

அடிப்படையில், ஒரு வெப்பப் பம்ப் என்பது வெப்பத்தை "உருவாக்குபதல்ல, மாறாக அதை "பரிமாற்றம்" செய்வதாகும்." இந்த அமைப்பு, ஒரு அமுக்கி மற்றும் குளிரூட்டியைப் பயன்படுத்தி, குறைந்த வெப்பநிலை மூலத்திலிருந்து அதிக வெப்பநிலை மூலத்திற்கு வெப்பத்தைப் பரிமாற்றம் செய்கிறது. வெப்பமூட்டும் முறையில், தரையிலிருந்து வெப்பம் எடுக்கப்பட்டு (தரை வளையத்தில் சுழலும் திரவத்தின் வழியாக), பின்னர் அதன் வெப்பநிலை உயர்த்தப்பட்டு கட்டிடம் முழுவதும் விநியோகிக்கப்படுகிறது. குளிர்விக்கும் முறையில், வெப்பப் பரிமாற்றம் தலைகீழாக நடைபெறுகிறது: உட்புறத்திலிருந்து வெப்பம் அகற்றப்பட்டு தரைக்குச் சிதறடிக்கப்படுகிறது.

புவி வெப்ப அழுத்த இயந்திரத்தின் (GSHP) செயல்திறனுக்கான அடித்தளம், மிகவும் நிலையான தரை வெப்பநிலைகளில் அமைந்துள்ளது. வெளிப்புறக் காற்றின் வெப்பநிலை மிகவும் குளிராக இருக்கும்போது, ​​காற்று-காற்று அமைப்பு (காற்று மூலம்) அந்தக் குளிர்ந்த காற்றிலிருந்து வெப்பத்தைப் பிரித்தெடுக்க வேண்டியிருப்பதால், கம்ப்ரசர் கடினமாக உழைக்க வேண்டிய கட்டாயத்திற்கு உள்ளாகிறது. இதற்கு மாறாக, பல மீட்டர் ஆழத்தில் உள்ள தரை ஒப்பீட்டளவில் வெப்பமாகவே இருப்பதால், இயக்க வெப்பநிலை உயர்வு குறைவாக உள்ளது, இது கம்ப்ரசரின் மின்சார நுகர்வைக் குறைக்கிறது.

அமைப்பு வடிவமைப்பு உள்ளமைவு: தரை சுற்று

புவி வெப்ப நீர் வெப்ப அமைப்பில் (GSHP) மிக முக்கியமான வடிவமைப்பு அம்சம் என்பது தரை அடிப்படையிலான வெப்பப் பரிமாற்றி ஆகும். இது பொதுவாக ஒரு மூடிய சுற்றாகவோ அல்லது திறந்த அமைப்பாகவோ அமையும் உயர் அடர்த்தி பாலிஎதிலீன் (HDPE) குழாயாக இருக்கும். இந்த உள்ளமைப்பின் தேர்வு, நிலப்பரப்பு, புவியியல் நிலைமைகள், நிலத்தடி நீரின் இருப்பு மற்றும் தேவைப்படும் வெப்பமூட்டும் மற்றும் குளிர்விக்கும் திறன் ஆகியவற்றைப் பொறுத்து அமைகிறது.

1) மூடிய வளைய அமைப்பு

அ. கிடைமட்ட வளையம்
(காலநிலை மற்றும் விதிமுறைகளைப் பொறுத்து) குழாய்கள் சுமார் 1–2 மீட்டர் ஆழத்திற்கு கிடைமட்டமாகப் புதைக்கப்படுகின்றன. இதன் நன்மைகளில் குறைந்த துளையிடும் செலவுகள், பெரிய பரப்புகளுக்கு ஏற்ற தன்மை மற்றும் ஒப்பீட்டளவில் எளிதான செயல்பாடு ஆகியவை அடங்கும். இதன் தீமைகளில் பெரிய பரப்புகள் தேவைப்படுவது மற்றும் மேற்பரப்பு மண் வெப்பநிலையில் ஏற்படும் பருவகால ஏற்ற இறக்கங்களால் செயல்திறனில் ஏற்படும் அதிக பாதிப்பு ஆகியவை அடங்கும். வறண்ட அல்லது பாறை மண், வெப்பத்தை வெளியேற்றும்/உள்ளீர்க்கும் திறன்களைக் குறைக்கக்கூடும்.

b. செங்குத்து வளையம்
இந்தக் குழாய், பொதுவாக 'U' வடிவ வளைவில், ஒரு செங்குத்துத் துளைக்குள் (எ.கா., பத்து முதல் நூறு மீட்டர் வரை) செருகப்படுகிறது. நகர்ப்புறங்களில் உள்ள குறைந்த நிலப்பரப்புகளுக்கு இது பொதுவானது மற்றும் மிகவும் நிலையான தரை வெப்பநிலையை வழங்குகிறது. இதன் குறைபாடு என்னவென்றால், துளையிடுதல் மற்றும் க்ரௌட்டிங் (மண்/பாறை அமைப்புடன் நல்ல வெப்பத் தொடர்பை உறுதி செய்வதற்காகக் கடத்தும் பொருளைக் கொண்டு நிரப்புதல்) தேவைப்படுவதால் ஆரம்பச் செலவுகள் அதிகமாகும். இருப்பினும், இதன் செயல்திறன் பொதுவாக சீராக இருக்கும் மற்றும் நிலத்தின் தடமும் மிகக் குறைவாகவே இருக்கும்.

சி. குளம்/ஏரி சுற்றுப்பாதை
போதுமான ஆழமுள்ள குளம் அல்லது ஏரி கிடைத்தால், குழாய்ச் சுருளை அதில் மூழ்கடிக்கலாம். துளையிடுவதை விட செலவுகள் குறைவாக இருக்கலாம், மேலும் நீரின் சிறந்த வெப்பப் பரிமாற்றம் செயல்திறனை மேம்படுத்துகிறது. பொருத்தமான நீர்நிலையின் தேவை, சுற்றுச்சூழல் அனுமதிகள், மற்றும் இயந்திர சேதம் அல்லது நீரின் தரத்தில் ஏற்படும் மாற்றங்களுக்கு எதிரான பாதுகாப்பு ஆகியவை இதன் வரம்புகளில் அடங்கும்.

2) திறந்த சுற்று அமைப்பு

இந்த அமைப்பு நிலத்தடி நீர் அல்லது மேற்பரப்பு நீரை உறிஞ்சி, ஒரு வெப்பப் பரிமாற்றி மூலம் வெப்பத்தை எடுத்து/சேர்த்து, பின்னர் அந்த நீரை மீண்டும் ஒரு செறிவூட்டும் கிணறு அல்லது நீர்நிலைக்குள் வெளியேற்றுகிறது. நீருடன் நேரடி வெப்பப் பரிமாற்றம் நடைபெறுவதால் செயல்திறன் அதிகமாக இருக்கலாம், ஆனால் அனுமதித் தேவைகள், படிவு/அரிப்பு ஏற்படுவதற்கான சாத்தியக்கூறுகள், மாசுபடும் அபாயங்கள் மற்றும் நிலையான நீர் ஓட்டம் கிடைப்பது போன்ற காரணங்களால் இதன் வடிவமைப்பு மிகவும் சிக்கலானது. எல்லா இடங்களும் இந்தத் தேர்வுக்கு ஏற்றவை அல்ல.

முக்கிய கூறுகள் மற்றும் வடிவமைப்பு முடிவுகள்

தரைச் சுற்றுடன் கூடுதலாக, புவி வெப்ப பம்ப் அமைப்பானது ஒரு வெப்ப பம்ப் அலகு (அமுக்கி, ஆவியாக்கி-குளிரூட்டி, விரிவாக்க வால்வு), ஒரு தரைச் சுற்று திரவ சுழற்சி பம்ப், ஒரு கட்டிட உள்ளக விநியோக அமைப்பு மற்றும் கட்டுப்பாட்டுக் கருவிகளைக் கொண்டுள்ளது.

1. கிரவுண்ட் லூப் திரவம்
உறைபனி அபாயம் உள்ள பகுதிகளில், நீரும் உறைபனித் தடுப்பானும் (புரோப்பிலீன் கிளைக்கால் அல்லது எத்தனால்) பொதுவாகக் கலக்கப்படுகின்றன. உறைபனித் தடுப்பானின் செறிவைத் தேர்ந்தெடுப்பது, அதன் பாகுத்தன்மை, பம்பின் ஆற்றல் தேவைகள் மற்றும் வெப்பப் பரிமாற்றத் திறன் ஆகியவற்றைப் பாதிக்கிறது.

2. சுழற்சி பம்ப் மற்றும் ஹைட்ராலிக் வடிவமைப்பு
குழாய் மற்றும் பன்முகக் குழாயின் வடிவமைப்பு, அழுத்த இழப்பைத் தீர்மானிக்கிறது. குழாய் மிகவும் சிறியதாக இருந்தாலோ அல்லது அதன் வழித்தடம் சிக்கலானதாக இருந்தாலோ, பம்பின் திறன் அதிகமாகி, ஒட்டுமொத்த அமைப்பின் செயல்திறனைக் குறைக்கும். எனவே, வடிவமைப்பாளர்கள் குழாய் அமைப்பின் செலவையும், பம்பின் வாழ்நாள் முழுவதற்குமான ஆற்றல் நுகர்வையும் சமநிலைப்படுத்த வேண்டும்.

3. கட்டிடத்தில் உள்ள வெப்பம்/குளிர் விநியோக அமைப்பு
GSHP-கள், மிதமான விநியோக வெப்பநிலைகளைக் கொண்ட ரேடியன்ட் ஃப்ளோர்கள் அல்லது ஃபேன் காயில்கள் போன்ற குறைந்த நீர்-வெப்பநிலை அமைப்புகளில் சிறப்பாகச் செயல்படுகின்றன. உயர்-வெப்பநிலை நீர் சூடாக்கத்திற்கு (எ.கா., பழைய ரேடியேட்டர்கள்), ஹீட் பம்புகள் உயர் லிஃப்ட் வெப்பநிலையில் இயங்கக்கூடும், இது COP-ஐக் குறைக்கும். விநியோக வடிவமைப்பைச் சரிசெய்வது பெரும்பாலும் ஆற்றல் சேமிப்பிற்கு முக்கியமாகும்.

4. செயல்பாட்டுக் கட்டுப்பாடு மற்றும் உத்தி
சிறந்த கட்டுப்பாடு, அடிக்கடி இயங்கி நிற்கும் குறுகிய சுழற்சியைத் தடுத்து, செட்பாயிண்ட் வளைவை மேம்படுத்துகிறது. பல-நிலை தெர்மோஸ்டாட்கள், இடையகத் தொட்டிகள் (நீர்ம அமைப்புகளுக்கு), மற்றும் அமுக்கிகள் அல்லது பம்புகளில் உள்ள மாறும் வேக அமைப்புகள் ஆகியவை செயல்திறனையும் வசதியையும் அதிகரிக்கக்கூடும்.

செயல்திறனைப் புரிந்துகொள்ளுதல்: COP, EER, மற்றும் SPF

வெப்பப் பம்பின் செயல்திறன் பெரும்பாலும் பின்வருமாறு வெளிப்படுத்தப்படுகிறது:

– வெப்பமூட்டும் முறைக்கான செயல்திறன் குணகம் (COP): உற்பத்தி செய்யப்படும் வெப்ப ஆற்றலுக்கும் பயன்படுத்தப்படும் மின்சாரத்திற்கும் இடையிலான விகிதம். COP 4 என்றால், ஒவ்வொரு 1 kWh மின்சாரமும் 4 kWh வெப்பத்தை உற்பத்தி செய்கிறது என்று பொருள்.
– குளிரூட்டும் முறைக்கான EER (ஆற்றல் செயல்திறன் விகிதம்).
– SPF/SCOP (பருவகால செயல்திறன் காரணி): இது சுமை, வெப்பநிலை மற்றும் உண்மையான செயல்பாட்டில் ஏற்படும் மாறுபாடுகளைக் கணக்கில் எடுத்துக்கொள்ளும் ஒரு பருவகால செயல்திறன் ஆகும். இந்தக் காட்டி, ஆய்வக COP-ஐ விட பெரும்பாலும் அதிக பொருத்தமானதாக இருக்கும்.

புவி வெப்ப நீர் அழுத்தத் திட்டங்களில் (GSHPs), மூலத்தின் (மண்) வெப்பநிலை நிலையாக இருப்பதால், COP பொதுவாக அதிகமாக இருக்கும். இருப்பினும், இறுதிப் பயனர் அனுபவமானது, மின்சுற்று வடிவமைப்பு, நிறுவலின் தரம் மற்றும் கட்டிடச் சுமைகளுடனான அதன் இணக்கத்தன்மை ஆகியவற்றை பெருமளவில் சார்ந்துள்ளது.

செயல்திறனை நிர்ணயிக்கும் மிக முக்கியமான காரணி

1. மண் மற்றும் புவியியலின் வெப்ப நிலைமைகள்
மண்/பாறையின் வெப்பக் கடத்தும் திறன், ஈரப்பதம் மற்றும் நிலத்தடி நீரின் இருப்பு ஆகியவை வெப்பப் பரிமாற்றத்தில் குறிப்பிடத்தக்க தாக்கத்தை ஏற்படுத்துகின்றன. பொதுவாக, வறண்ட மண்ணை விட ஈரமான மண் சிறந்தது. சில பாறை அமைப்புகள் அதிக வெப்பக் கடத்தும் திறன் கொண்டவையாக இருப்பதால், அவை செங்குத்து வடிவமைப்புகளுக்குப் பயனளிக்கின்றன.

2. சரியான கிரவுண்ட் லூப் அளவு (அளவிடுதல்)
மிகச் சிறிய சுழற்சியானது, திரவத்தின் வெப்பநிலையில் ஏற்படும் கடுமையான ஏற்ற இறக்கங்கள், இயக்கச் செலவு குறைதல் (COP) மற்றும் அமைப்பு அதன் உச்சபட்ச திறனை அடையாத அபாயம் ஆகியவற்றுக்கு வழிவகுக்கும். மிகப் பெரிய சுழற்சியானது ஆரம்பச் செலவுகளை அதிகரிக்கிறது. அளவீடானது தோராயமான மதிப்பீடுகளை அடிப்படையாகக் கொண்டிருக்காமல், ஆண்டு உச்சபட்ச சுமை மற்றும் ஆற்றல் கணக்கீடுகளின் அடிப்படையில் அமைய வேண்டும்.

3. கட்டிடத்தின் சுமைக்கு ஏற்ப அலகின் கொள்ளளவைப் பொருத்துதல்
அளவுக்கு அதிகமான அலகுகள் குறுகிய காலமே இயங்குவதால், செயல்திறன் குறைந்து, தேய்மானம் அதிகரிக்கிறது. அளவுக்குக் குறைவான அலகுகள் பெரும்பாலும் அதிகச் சுமையில் இயங்கும் அல்லது துணை வெப்பமூட்டல் தேவைப்படுவதால், இயக்கச் செலவுகள் அதிகரிக்கின்றன.

4. சுழற்சி பம்ப் திறன் (ஒட்டுண்ணித் திறன்)
பெரும்பாலும் கவனிக்கப்படாத ஒரு விஷயம் என்னவென்றால், திரவப் பம்புகள் மற்றும் ஊதுவிசைகளின் மின்சார நுகர்வு, அமைப்பின் ஒட்டுமொத்த செயல்திறனைக் குறைக்கக்கூடும். SPF-ஐப் பராமரிப்பதற்கு, நல்ல ஹைட்ராலிக் வடிவமைப்பு, முறையான குழாய் அமைப்பு மற்றும் உயர் செயல்திறன் கொண்ட பம்புகள் அவசியமானவை.

5. நிறுவுதல் மற்றும் பூச்சுக் கலவையின் தரம் (செங்குத்துப் பணிகளுக்கு)
குழாய்க்கும் தரைக்கும் இடையே நல்ல வெப்பத் தொடர்பு இருப்பது அவசியம். கடத்தும் தன்மையுள்ள க்ரௌட், வெப்பத் தடையைக் குறைக்கிறது. தவறான நிறுவல், கசிவுகள் அல்லது மோசமான இணைப்புகள் செயல்திறனைக் குறைத்து, பழுதடையும் அபாயத்தை அதிகரிக்கும்.

6. வீட்டு உபயோக வெந்நீர் (DHW) அமைப்புகளுடன் ஒருங்கிணைப்பு
சில புவி வெப்ப நீர் சூடாக்கிகள் (GSHPs), ஒரு டிசூப்பர்ஹீட்டர் அல்லது பிரத்யேக பயன்முறை மூலம் வீட்டு உபயோக நீரைச் சூடாக்க முடியும். இது ஆற்றல் பயன்பாட்டை மேம்படுத்துகிறது, குறிப்பாகக் குளிரூட்டும் அமைப்பானது வெந்நீருக்காகப் பயன்படுத்தப்படக்கூடிய வெப்பத்தை வீணடிக்கும்போது இது மிகவும் பயனுள்ளதாக அமைகிறது.

பொருளாதார மற்றும் நிலைத்தன்மை சார்ந்த பரிசீலனைகள்

இதில் சம்பந்தப்பட்ட மண்வேலை/துளையிடல் காரணமாக, ஒரு புவி வெப்ப நீர்ப்பிடிப்பு இயந்திரத்தின் (GSHP) ஆரம்பச் செலவு, வழக்கமான ஏசி அல்லது கொதிகலனை விட பொதுவாக அதிகமாக இருக்கும். இருப்பினும், இயக்கச் செலவுகள் குறைவாகவும் மேலும் நிலையானதாகவும் இருக்கக்கூடும். ஒரு நல்ல சாத்தியக்கூறு பகுப்பாய்வு பின்வருவனவற்றைக் கருத்தில் கொள்கிறது:

– மின்சாரம் மற்றும் மாற்று எரிபொருட்களின் விலைகள்,
– ஆண்டு இயக்க நேரங்கள் (சுமை விவரம்),
– வரிச் சலுகைகள் அல்லது வரிக் கழிவுகள் (ஏதேனும் இருந்தால்),
– பராமரிப்புச் செலவுகள் மற்றும் உபகரணங்களின் ஆயுட்காலம்,
– வசதி மதிப்பு மற்றும் மாசு வெளியேற்றக் குறைப்பு.

சுற்றுச்சூழலைப் பொறுத்தவரை, புவி வெப்ப உந்து இயந்திரங்கள் (GSHPs) வெளியேற்றப்படும் புகையின் அளவைக் கணிசமாகக் குறைக்க முடியும், குறிப்பாக மின்சாரம் குறைந்த கார்பன் மூலங்களிலிருந்து பெறப்படும்போது இது சாத்தியமாகும். மேலும், இங்கு எரிவாயுவை அந்த இடத்திலேயே எரிக்காததால், உள்ளூர் காற்று மாசுபாடு மற்றும் எரிவாயு தொடர்பான பாதுகாப்பு அபாயங்கள் குறைகின்றன.

வடிவமைப்பு சிறந்த நடைமுறைகள்

இந்த அமைப்பு திறம்பட செயல்படுவதற்கு, பொதுவாகப் பரிந்துரைக்கப்படும் சில நடைமுறைகள் பின்வருமாறு:
1. கொள்ளளவைத் தீர்மானிப்பதற்கு முன், கட்டிட ஆற்றல் தணிக்கையை நடத்தி, கட்டிட உறையை (காப்பு, காற்றுக் கசிவுகள்) மேம்படுத்தவும்.
2. கட்டிடத்தின் பரப்பளவை மட்டும் கணக்கிடாமல், சரியான வெப்பமூட்டும்-குளிரூட்டும் சுமைக் கணக்கீடுகளையும் பயன்படுத்தவும்.
3. நிலம் மற்றும் புவியியலுக்கு ஏற்ப சுற்று உள்ளமைவைத் தேர்ந்தெடுத்து, வெப்பப் பிரதிபலிப்பு சோதனைகளை மேற்கொள்ளவும் (பெரிய திட்டங்களுக்கு).
4. குறைந்த வெப்பநிலைப் பரவலுக்கு முன்னுரிமை அளிக்கவும் (பொருத்தமான கதிர்வீச்சு/சுருள் தளம்),
5. பம்பின் ஆற்றலைக் குறைக்க, ஹைட்ராலிக் அமைப்பை உகந்ததாக்குங்கள்.
6. குறுகிய சுழற்சி முறையைத் தடுக்கும் மற்றும் மாறும் செயல்பாட்டை ஆதரிக்கும் கட்டுப்பாடுகளைப் பயன்படுத்தவும்.

மூடுகிறது

ஒரு புவிவெப்ப வெப்பப் பம்ப் அமைப்பின் வடிவமைப்பும் செயல்திறனும், மண்ணின் பண்புகள், கட்டிடத்தின் சுமைத் தேவைகள், மற்றும் கட்டிடத்திற்குள் உள்ள மின்சுற்று மற்றும் விநியோகப் பொறியியலின் தரம் ஆகிய மூன்று காரணிகளின் பொருத்தத்தைப் பொறுத்தே பெரும்பாலும் தீர்மானிக்கப்படுகின்றன. முறையாக வடிவமைக்கப்படும்போது, ​​புவிவெப்ப வெப்பப் பம்புகள் அதிக செயல்திறன், நிலையான வசதி மற்றும் நீண்டகால ஆற்றல் செலவு சேமிப்பிற்கான சாத்தியக்கூறுகளை வழங்குகின்றன. புகை உமிழ்வைக் குறைத்தல் மற்றும் வெப்பமூட்டும் முறைகளை மின்மயமாக்குதல் ஆகியவற்றின் தேவைக்கு மத்தியில், புவிவெப்ப வெப்பப் பம்புகளின் வடிவமைப்பு துல்லியமாகவும் தரவுகளை அடிப்படையாகக் கொண்டும் இருக்கும் பட்சத்தில், அவை குடியிருப்பு, வணிகம் அல்லது நிறுவனக் கட்டிடங்கள் என எதுவாக இருந்தாலும், நவீன கட்டிடங்களுக்கு மிகவும் கவர்ச்சிகரமான தேர்வுகளில் ஒன்றாக மாறி வருகின்றன.