سيستم گرمايش و ذوب برف بر اساس پمپ حرارتي زمين گرمايي در فرودگاه گولنيو لهستان

خلاصه:
طراحي يك سيستم گرمايش و ذوب برف در فرودگاه GolenioW در كشور لهستان هدف اين مقا له مي‌باشد. سيستم بر اساس كار كرد و استفاده  از انرژي زمين گرمايي در منطقة  Sziciecin نزديك به شهر Goleniow طراحي شده است. در اين منطقه آب زمين گرمايي در محدودة دمايي 40 تا 90 درجه سانتيگراد يافت مي‌شود. مبناي طراحي سيستم استفاده از هیت پمپ هايي مي‌باشد كه گرما را از آب گرم 40 تا 60 درجه سانتيگراد جذب مي‌كنند. براي درك عملكرد چيدمان پمپ حرارتي مختلف در يك سيستم گرمايي براي سيال زمين گرمايي  40 oc مقايسه هايي به عمل آمده است. براي منطقه مورد نظر محاسبات جريان سيال و محاسبات گرمايش موجود مي‌باشد.
سيستم ديواره هاي پخش گرما شامل يك دبی سنج مبدل حرارتي زمين گرمايي و پمپ حرارتي (كه به طور الكتريكي كار مي‌كند) مي‌باشد. اگر سيستم با يك اوپراتور كه مستقيماً بعد از مبدل حرارتي زمين گرمايي نصب شده است كار کند سيم نوع  I  و اگر با اوپراتوري كه بطور غيرمستقيم روي شبكة برگشت آب نصب شده است كار كند سيتم نوع  I I و اگر شامل يك منبع حرارتي معمولي با يك ديگ گازي (كه مي‌توانند با هم با يك مبدل حرارتي زمين گرمايي كار كنند) سيستم نوع  I I I  مي‌باشد.
منطقه گرمايش توسط يك سيستم توزيع (شامل اتصالات موازي) گرما را بين مصرف كنندگان با احتياجات مختلف توزيع مي‌كند.در اولین مصرف کننده (سيستم گرمايش با رادياتور دما پايين) محاسبات در دو حالت كاري متفاوت انجام مي‌شود. در اولين حالت دماي آب خروجی و ورودي تابعي از دماي هوای بيرون مي‌باشد. در دومين حالت دماي آب خروجي و ورودي به دماي بيرون بستگي ندارد و ثابت فرض مي‌شود. دومین مصرف کننده يك سيستم تهويه وآب گرم مصرفی است كه آب شبكه را با دماي ثابت در طول سال به حركت در مي‌آورد. نوع سوم استفاده يك سيستم ذوب برف است.
كه در محدوده دمايي  3oc تا– 16 oc  با تأمين گرماهاي متفاوت در دو حالت ذوب برف و در جا كاركردن، عمل مي‌كند.گرماي ناشي از زمين در اين سيستم توسط مبدل حرارتي تامين مي‌شود.
هر يك  از سه سيستم فوق الذكردر اين مقاله مورد نظر مي‌باشند و توسط دياگرام شماتیكي مربوطه  كاربرد انرژي زمين گرمايي، الكتريكي و انرژي كسب شده توسط ديگ گازي را شرح مي‌دهد معرفي مي‌شوند.
در  سيستم هاي گرمايي، هيت پمپ مستقيم از هيت پمپ غير مستقيم اقتصـــادي تر و موثرتر مي‌باشد. با كنترل هدفمند وبا استفاده از يك حسگر برف در يك سيستم ذوب برف مقدار آب گرم و هزينه عمليات كاهش مي‌يابد.
معرفي
متاسفانه اخيراً  همه احتياجات سوخت لهستان براي گرمايش از سوزاندن زغال سنگ   قهوه اي تأمين مي‌شود. مهمترين نتيجه سوزاندن چنين سوختهاي فسیلي تخريب محيط زيست است.
براي مهار رشد سريع آلودگي محيط زيست، صاحب نظران تمايل زيادي بسمت جايگزيني منابع انرژي (بازگشت پذير) كه در ميان آنها انرژي زمين گرمايي نقش مؤثري ايفاء مي‌كند دارند. لهستان يك كشور غني در منابع آب زمين گرمايي با آنتالپي متوسط مي‌باشد. حجمي از اين آبهاي گرمايشي ، در حدود تقريباً  6500 Km3 (در سوكولوسكي) دمايي بين 30 تا 120 درجه سانتيگراد دارند.آب در محدودة دمايي  50 oc  تا  90 oc از ميان سوراخهايي با عمق km 1.5 تا  3km به سطح زمين آورده مي‌شوند.
كم و بيش منابع زمين گرمايي بطور يكنواخت در قسمت هایي از لهستان در حوزه يا زير حوزه هاي زمين گرمايي مخصوصي كه به مناطق و ايالات زمين گرمايي خاصي تعلق دارد توزيع شده اند. بهترين شرايط مناسب و دلخواه زمين گرمايي در  Podhale and  Studety, Polish Low land  مي‌تواند يافت شود.با وجود چنين انرژي با پتانسيل بالا در منابع زمين گرمايي، بهره برداري گسترده از يك دهه پيش شروع شده است.
تا اين زمان، آب زمين گرمايي فقط براي منظورهاي استحمام درماني مورد استفاده بوده است.  مثال هايي از ، مراكز مهمي كه آب زمين گرمايي را براي درمان بيماري به كار مي‌بردند Spas:
 Ladek zdroj , cieplice , ciechocink  هستند.
بين سالهای 1993 تا 2001 ، چهار سيستم گرمايي بزرگ بر اساس انرژي زمين گرمايي درلهستان ساخته و نصب شده اند.  (Banska  Nizna, Pyrzyce ,Mszczonow ,Uniejow) محاسبات طراحي پروژه بر اساس كاربرد انرژي زمين گرمايي توسط يك مبدل حرارتي و يك هيت پمپ در آرايش هاي متفاوت ارائه شده است.از آب گرم توليد شده براي رادياتور وگرمايش آب معرفي و همچنين براي انتقال حرارت به منظور نصب يك سيستم ذوب برف در فرودگاه GOLENIOW استفاده خواهد شد.
اين عمل امكان كاهش انتشار گازهاي گلخانه اي را نسبت به سوختهاي معمولي ايجاد مي‌كند. ذوب يخ (برف) پياده رو توسط آب و بخار زمين گرمايي در چندين كشور، از جمله ايسلند، ژاپن و ايالات متحده استفاده مي‌شود.اين تأسيسات مي‌توانند شامل پياده روها، جاده ها، سراشيبي ها، باند فرودگاه ها، ميدان ها، محوطه پارگينك و پل‌ها باشند.
اغلب اين كار توسط يك محلول گليكول انجام مي‌شود. آب يا بخار گرم درون لوله هاي زیر پياده رو به گردش در مي‌آيد.اين مقاله سعي دارد احتياجات كلي طرح براي يك سيستم ذوب برف را معرفي كند و يك راه حل براي فرودگاهي كه سيستم آب گرم زمين گرمايي اش توسط مبدل هاي حرارتي تأمين مي‌شود پيشنهاد مي‌كند.از فوايد آشكار چنين سيستم هايي اين است كه احتياج به برف روبي از بين مي‌رود. آرامش و راحتي بيشتر براي پياده‌ها و وسايل نقليه، كاهش زحمت برف روبي و شرايط كاري بهتر در فرودگاه ايجاد مي‌شود.
2.هيت پمپ‌ها در سيستم گرمايش
هيت پمپ  وسايل انتقال حرارتي هستند كه به استفاده از كار يا گرماي ورودي قادر هستند كه جهت نرمال انتقال حرارت را معكوس كنند و در يك دماي پايين گرما را جذب و آن را در يك دماي بالاتر دفع نمايند.هيت پمپ‌ها در طرح هاي گرمايش زمين گرمايي در دماي پايين براي افزايش گرماي خروجي از سيال استفاده مي‌شوند، اما نقش مشخص آنها در هر طرح به دماي سيالي كه مورد استفاده قرار مي‌گيرد بستگي دارد.
بنابراين با سيالات دما متوسط در محدوده oc  40تا 70 oc ، گرماي خارج شده توسط مبدل اوليه تقويت مي‌شود. با اين وجود ، با سيالات با دماي پايين تر از  40 oc ، تقريباً مبادله گرما بصورت مستقيم مشكل و غير ممكن مي‌شود و با نصب پمپ حرارتی این کار ممکن میشود.
-2-1 قواعد اساسي
معمولي ترين هيت پمپ‌ها از نوع تراكم بخار هستند كه از يك كمپرسور متحرك مكانيكي با شرح زير استفاده مي‌کنند. وقتي گاز بدون افت گرما متراكم مي‌شود، دما و فشارش بخاطر كاري كه توسط كمپرسور روي گاز انجام مي‌شود افزايش مي‌يابد ، برعكس ، وقتي گاز منبسط مي‌شود، دما و فشارش كاهش مي‌يابد.تبديل مايع به گاز تبخير ناميده مي‌شود و اين عمل در دماي ثابت با جذب گرما از محيط اطراف اتفاق مي‌افتد.گرماي جذب شده باعث افزايش انرژي جنبشي مولكولي مي‌شود.
مقدار گرماي مورد نياز براي تبديل يك واحد جرم از مايع به بخار گرماي نهان تبخير ناميده مي‌شود.در يك ظرف آب جوش روي خوراك پزي وقتي كه از گرماي گرفته شده از خوراك پزي به عنوان گرماي نهان تبخير براي تبديل آب به بخار استفاده مي‌شود، مايع (آب) در دماي جوش باقي مي‌ماند. براي آب مقدار گرماي مورد نياز    است.
 وقتي گاز به فاز مايع بر مي‌گردد (فرآيندي شناخته شده به نام تقطير) گرماي آزاد شده گرماي نهان تقطير ناميده مي‌شود. گرماي نهان تقطير و گرماي نهان تبخير براي هر سيال داده شده اي با هم برابر هستند،‌ بنابراين سيال همان اندازه گرما را در تقطير از دست مي‌دهد كه در تبخير نياز دارد.