فایل ورد کامل مقاله سیستم گرمایش و ذوب برف با پمپ زمین‌گرمایی؛ بررسی علمی اجرای این فناوری در فرودگاه گولنیو لهستان

توجه : به همراه فایل word این محصول فایل پاورپوینت (PowerPoint) و اسلاید های آن به صورت هدیه ارائه خواهد شد

 فایل ورد کامل مقاله سیستم گرمایش و ذوب برف با پمپ زمین‌گرمایی؛ بررسی علمی اجرای این فناوری در فرودگاه گولنیو لهستان دارای ۹۵ صفحه می باشد و دارای تنظیمات در microsoft word می باشد و آماده پرینت یا چاپ است

فایل ورد فایل ورد کامل مقاله سیستم گرمایش و ذوب برف با پمپ زمین‌گرمایی؛ بررسی علمی اجرای این فناوری در فرودگاه گولنیو لهستان  کاملا فرمت بندی و تنظیم شده در استاندارد دانشگاه  و مراکز دولتی می باشد.

توجه : در صورت  مشاهده  بهم ریختگی احتمالی در متون زیر ،دلیل ان کپی کردن این مطالب از داخل فایل ورد می باشد و در فایل اصلی فایل ورد کامل مقاله سیستم گرمایش و ذوب برف با پمپ زمین‌گرمایی؛ بررسی علمی اجرای این فناوری در فرودگاه گولنیو لهستان،به هیچ وجه بهم ریختگی وجود ندارد

بخشی از متن فایل ورد کامل مقاله سیستم گرمایش و ذوب برف با پمپ زمین‌گرمایی؛ بررسی علمی اجرای این فناوری در فرودگاه گولنیو لهستان :

سیستم گرمایش و ذوب برف بر اساس پمپ حرارتی زمین گرمایی در فرودگاه گولنیو لهستان

خلاصه:
طراحی یک سیستم گرمایش و ذوب برف در فرودگاه GolenioW در کشور لهستان هدف این مقا له می‌باشد. سیستم بر اساس کار کرد و استفاده از انرژی زمین گرمایی در منطقه Sziciecin نزدیک به شهر Goleniow طراحی شده است. در این منطقه آب زمین گرمایی در محدوده دمایی ۴۰ تا ۹۰ درجه سانتیگراد یافت می‌شود. مبنای طراحی سیستم استفاده از هیت پمپ هایی می‌باشد که گرما را از آب گرم ۴۰ تا ۶۰ درجه سانتیگراد جذب می‌کنند. برای درک عملکرد چیدمان پمپ حرارتی مختلف در یک سیستم گرمایی برای سیال زمین گرمایی ۴۰ oc مقایسه هایی به عمل آمده است. برای منطقه مورد نظر محاسبات جریان سیال و محاسبات گرمایش موجود می‌باشد.

سیستم دیواره های پخش گرما شامل یک دبی سنج مبدل حرارتی زمین گرمایی و پمپ حرارتی (که به طور الکتریکی کار می‌کند) می‌باشد. اگر سیستم با یک اوپراتور که مستقیماً بعد از مبدل حرارتی زمین گرمایی نصب شده است کار کند سیم نوع I و اگر با اوپراتوری که بطور غیرمستقیم روی شبکه برگشت آب نصب شده است کار کند سیتم نوع I I و اگر شامل یک منبع حرارتی معمولی با یک دیگ گازی (که می‌توانند با هم با یک مبدل حرارتی زمین گرمایی کار کنند) سیستم نوع I I I می‌باشد.

منطقه گرمایش توسط یک سیستم توزیع (شامل اتصالات موازی) گرما را بین مصرف کنندگان با احتیاجات مختلف توزیع می‌کند.در اولین مصرف کننده (سیستم گرمایش با رادیاتور دما پایین) محاسبات در دو حالت کاری متفاوت انجام می‌شود. در اولین حالت دمای آب خروجی و ورودی تابعی از دمای هوای بیرون می‌باشد. در دومین حالت دمای آب خروجی و ورودی به دمای بیرون بستگی ندارد و ثابت فرض می‌شود. دومین مصرف کننده یک سیستم تهویه وآب گرم مصرفی است که آب شبکه را با دمای ثابت در طول سال به حرکت در می‌آورد. نوع سوم استفاده یک سیستم ذوب برف است.
که در محدوده دمایی ۳oc تا– ۱۶ oc با تأمین گرماهای متفاوت در دو حالت ذوب برف و در جا کارکردن، عمل می‌کند.گرمای ناشی از زمین در این سیستم توسط مبدل حرارتی تامین می‌شود.

هر یک از سه سیستم فوق الذکردر این مقاله مورد نظر می‌باشند و توسط دیاگرام شماتیکی مربوطه کاربرد انرژی زمین گرمایی، الکتریکی و انرژی کسب شده توسط دیگ گازی را شرح می‌دهد معرفی می‌شوند.

در سیستم های گرمایی، هیت پمپ مستقیم از هیت پمپ غیر مستقیم اقتصـــادی تر و موثرتر می‌باشد. با کنترل هدفمند وبا استفاده از یک حسگر برف در یک سیستم ذوب برف مقدار آب گرم و هزینه عملیات کاهش می‌یابد.

معرفی
متاسفانه اخیراً همه احتیاجات سوخت لهستان برای گرمایش از سوزاندن زغال سنگ قهوه ای تأمین می‌شود. مهمترین نتیجه سوزاندن چنین سوختهای فسیلی تخریب محیط زیست است.

برای مهار رشد سریع آلودگی محیط زیست، صاحب نظران تمایل زیادی بسمت جایگزینی منابع انرژی (بازگشت پذیر) که در میان آنها انرژی زمین گرمایی نقش مؤثری ایفاء می‌کند دارند. لهستان یک کشور غنی در منابع آب زمین گرمایی با آنتالپی متوسط می‌باشد. حجمی از این آبهای گرمایشی ، در حدود تقریباً ۶۵۰۰ Km3 (در سوکولوسکی) دمایی بین ۳۰ تا ۱۲۰ درجه سانتیگراد دارند.آب در محدوده دمایی ۵۰ oc تا ۹۰ oc از میان سوراخهایی با عمق km 1.5 تا ۳km به سطح زمین آورده می‌شوند.

کم و بیش منابع زمین گرمایی بطور یکنواخت در قسمت هایی از لهستان در حوزه یا زیر حوزه های زمین گرمایی مخصوصی که به مناطق و ایالات زمین گرمایی خاصی تعلق دارد توزیع شده اند. بهترین شرایط مناسب و دلخواه زمین گرمایی در Podhale and Studety, Polish Low land می‌تواند یافت شود.با وجود چنین انرژی با پتانسیل بالا در منابع زمین گرمایی، بهره برداری گسترده از یک دهه پیش شروع شده است.
تا این زمان، آب زمین گرمایی فقط برای منظورهای استحمام درمانی مورد استفاده بوده است. مثال هایی از ، مراکز مهمی که آب زمین گرمایی را برای درمان بیماری به کار می‌بردند Spas:

Ladek zdroj , cieplice , ciechocink هستند.
بین سالهای ۱۹۹۳ تا ۲۰۰۱ ، چهار سیستم گرمایی بزرگ بر اساس انرژی زمین گرمایی درلهستان ساخته و نصب شده اند. (Banska Nizna, Pyrzyce ,Mszczonow ,Uniejow) محاسبات طراحی پروژه بر اساس کاربرد انرژی زمین گرمایی توسط یک مبدل حرارتی و یک هیت پمپ در آرایش های متفاوت ارائه شده است.از آب گرم تولید شده برای رادیاتور وگرمایش آب معرفی و همچنین برای انتقال حرارت به منظور نصب یک سیستم ذوب برف در فرودگاه GOLENIOW استفاده خواهد شد.

این عمل امکان کاهش انتشار گازهای گلخانه ای را نسبت به سوختهای معمولی ایجاد می‌کند. ذوب یخ (برف) پیاده رو توسط آب و بخار زمین گرمایی در چندین کشور، از جمله ایسلند، ژاپن و ایالات متحده استفاده می‌شود.این تأسیسات می‌توانند شامل پیاده روها، جاده ها، سراشیبی ها، باند فرودگاه ها، میدان ها، محوطه پارگینک و پل‌ها باشند.

اغلب این کار توسط یک محلول گلیکول انجام می‌شود. آب یا بخار گرم درون لوله های زیر پیاده رو به گردش در می‌آید.این مقاله سعی دارد احتیاجات کلی طرح برای یک سیستم ذوب برف را معرفی کند و یک راه حل برای فرودگاهی که سیستم آب گرم زمین گرمایی اش توسط مبدل های حرارتی تأمین می‌شود پیشنهاد می‌کند.از فواید آشکار چنین سیستم هایی این است که احتیاج به برف روبی از بین می‌رود. آرامش و راحتی بیشتر برای پیاده‌ها و وسایل نقلیه، کاهش زحمت برف روبی و شرایط کاری بهتر در فرودگاه ایجاد می‌شود.

۲هیت پمپ‌ها در سیستم گرمایش
هیت پمپ وسایل انتقال حرارتی هستند که به استفاده از کار یا گرمای ورودی قادر هستند که جهت نرمال انتقال حرارت را معکوس کنند و در یک دمای پایین گرما را جذب و آن را در یک دمای بالاتر دفع نمایند.هیت پمپ‌ها در طرح های گرمایش زمین گرمایی در دمای پایین برای افزایش گرمای خروجی از سیال استفاده می‌شوند، اما نقش مشخص آنها در هر طرح به دمای سیالی که مورد استفاده قرار می‌گیرد بستگی دارد.

بنابراین با سیالات دما متوسط در محدوده oc 40تا ۷۰ oc ، گرمای خارج شده توسط مبدل اولیه تقویت می‌شود. با این وجود ، با سیالات با دمای پایین تر از ۴۰ oc ، تقریباً مبادله گرما بصورت مستقیم مشکل و غیر ممکن می‌شود و با نصب پمپ حرارتی این کار ممکن میشود.
-۲-۱ قواعد اساسی

معمولی ترین هیت پمپ‌ها از نوع تراکم بخار هستند که از یک کمپرسور متحرک مکانیکی با شرح زیر استفاده می‌کنند. وقتی گاز بدون افت گرما متراکم می‌شود، دما و فشارش بخاطر کاری که توسط کمپرسور روی گاز انجام می‌شود افزایش می‌یابد ، برعکس ، وقتی گاز منبسط می‌شود، دما و فشارش کاهش می‌یابد.تبدیل مایع به گاز تبخیر نامیده می‌شود و این عمل در دمای ثابت با جذب گرما از محیط اطراف اتفاق می‌افتد.گرمای جذب شده باعث افزایش انرژی جنبشی مولکولی می‌شود.

مقدار گرمای مورد نیاز برای تبدیل یک واحد جرم از مایع به بخار گرمای نهان تبخیر نامیده می‌شود.در یک ظرف آب جوش روی خوراک پزی وقتی که از گرمای گرفته شده از خوراک پزی به عنوان گرمای نهان تبخیر برای تبدیل آب به بخار استفاده می‌شود، مایع (آب) در دمای جوش باقی می‌ماند. برای آب مقدار گرمای مورد نیاز است.

وقتی گاز به فاز مایع بر می‌گردد (فرآیندی شناخته شده به نام تقطیر) گرمای آزاد شده گرمای نهان تقطیر نامیده می‌شود. گرمای نهان تقطیر و گرمای نهان تبخیر برای هر سیال داده شده ای با هم برابر هستند،‌ بنابراین سیال همان اندازه گرما را در تقطیر از دست می‌دهد که در تبخیر نیاز دارد.

در هیت پمپ ، سیال عامل در یک مسیر بسته گردش می‌کند.سیال عامل در هیت پمپهای زمین گرمایی امروزه معمولاً از نوع هیدروفلروکربن (HFC, chlorine free) یا یک مبرد طبیعی مانند پروپان، ایزو بوتان ، آمونیاک یا دی اکسـید کربن است.
مبرد یا سیال عامل با گردش در مدار مکرراً در قسمتی از سیستم منبسط و تبخیر شده و باعث سرمایش و جذب گرما می‌شود و در قسمت دیگر متراکم و تقطیر شده و باعث گرمایش و دفع گرما می شود. اثر این عمل، به حرکت در آوردن یا پمپ شدن گرما از قسمتی از سیستم که سیال تبخیر شده به قسمتی از سیستم که سیال تقطیر شده می‌باشد. شکل ۱ این عمل را نشان می‌دهد.

کمپرسور با انجام کار روی گاز، دمای فشار آن را افزایش می‌دهد.گاز گرم، با فشار بالا به داخل کندانسور جاری می‌شود که در آن جا گرما توسط کندانسور به محیط داده می‌شود و گاز تقطیر می‌شود.
سیال خروجی از کندانسور مایع خنک و با فشار بالا می‌باشد.در وسیله انبساط (شیر انبساط) فشار مایع کاهش می‌یابد . سپس مخلوط مایع و بخار فشار پایین به سمت اوپراتور جاری می‌شود. در اوپراتور، گرمای نهان تبخیر مایع، جذب شده و در نتیجه گاز فشار پایین به کمپرسور برمی گردد و سیکل کامل می‌شود.

گرمای ظاهر شده در کندانسور، مجموع گرمای جذب شده در اوپراتور و گرمای اضافه شده بوسیله کمپرسور در طول انجام کار موتور محرک کمپرسور می‌باشد. چون تنها از برق برای راندن کمپرسور استفاده می‌شود، هیت پمپ ۳ تا ۴ برابر انرژی بیشتر از مصرفش آزاد می‌کند.
– ۲-۲اساس و پایه آرایش (چیدمان) تجهیزات

واحدهای تولید گرما در یک ایستگاه گرمایی که توسط انرژی زمین گرمایی برای تأمین شبکه
گرمایشی یک ناحیه تغذیه می‌شود ممکن است بصورت زیر باشد:
• مبدل حرارتی ابتدایی بین سیال زمین گرمایی و آب گرمایشی ناحیه
• هیت پمپها
• واحدهای بازیافت گرما
• دیگ های گازی
از بویلرهای کمکی تنها زمانی استفاده می‌شود که گرمای مورد نیاز شبکه بیشتر از گرمای زمین باشد. در غیر این صورت تصمیم برای ساخت بویلرها و انتخاب قدرت حرارتی برای این واحدها به یک سری محاسبات بهینه اقتصادی بستگی دارد.
هیت پمپ‌ها مانند مبدل های حرارتی اولیه یا بویلرهای پشتیبان عناصر منفرد و مجردی نیستند.
دو کلاس اساسی از پیکر بندی هیت پمپها می‌توان تشخیص داد:

• هیت پمپ مبدل حرارتی اولیه را برای تأمین گرمای اضافی از سیال زمین گرمایی کمک می‌کند این هیت پمپ هیت پمپ کمک کننده نامیده می‌شود. (HpA)در این آرایش هیت پمپ‌ها به طریقه ای که گرمای زمین گرمایی بیشتری را تولید کنند متصل شده اند، دو حالت استفاده از این روش اتصال اوپراتور بطور مستقیم یا غیر مستقیم می‌باشند.

• دومین حالت هیت پمپ تنها (HPO) نامیده می‌شود.این آرایش وقتی استفاده می‌شود که که دمای سیال عامل، یا آب زمین خیلی پایین باشد که فقط انتقال حرارت بسیار ناچیزی توسط انتقال حرارت ساده بدست می‌آید.

گرما بوسیله اوپراتور از سیال عامل زمین گرمایی بطور مستقیم یا در عرض یک مبدل حرارتی کمکی خارج می‌شود سپس گرما توسط کندانسور به سیستم گرمایش آزاد می‌شود. تنها مسیر انتقال حرارت از درون هیت پمپ است و هیچ گرمایی آزاد نمی شود مگر این که هیت پمپ کار کند.
هیت پمپ گرمای خارج شده را بالا می‌برد بطوری که دمای خروجی از کندانسور بالاتر از دمای تأمین زمین گرمایی است.
-۳سیستم ذوب برف (مثال ها)

-۳-۱ ایسلند
در مرکز قدیمی (Rejkjavix)ترمیم خیابانها و پیاده روها قبل از سال ۱۹۹۰ با لوله های ذوب برف جاسازی شده همزمان توسعه داده شد.
در حال حاضر ناحیه ذوب برف ۳۰,۰۰۰ m 2 می‌باشد و انتظار می‌رود که به ۶۰,۰۰۰ m2 توسعه یابد. در (Rejkjavix) آب گرم زمین گرمایی برای گرمایش خانه‌ها استفاده می‌شود. قسمتی از سیستم توزیع تک لوله و قسمتی دیگر دو لوله می‌باشد.در شهرهای قدیمی یک سیستم تک لوله ای نصب شده است. آب زمین گرمایی بعد از استفاده برای گرمایش خانه‌ها در سیستم فاضلاب شهر رها می‌شود.

آب برگشتی در ۳۲ ocمحتوای انرژی زیادی است. از زمان نو کردن جاده ها، امکان استفاده از این آب در سیستم ذوب برف تشخیص داده شد. آب برگشتی اکنون با ۵ مرکز کنترل برای ذوب برف هدایت می‌شود.سیستم لوله کشی آب در مسیرهایی که مراکز را بهم متصل می‌کنند، خوابانیده شده است و آب می‌تواند به مراکز دلخواه توزیع شود.
همه لوله های ذوب برف لوله های پلاستیکی هستند بجز لوله های مرکز کنترل که از فولاد ساخته شده اند.شاه لوله آب ورودی و آب خروجی در مراکز کنترل نصب می‌شوند و شاخه های فرعی به جعبه های شیر متصل می‌شوند و همه لوله‌ها با شیرهایی با هم ارتباط دارند.ضروری است که این شیرها به آسانی قابل دسترسی باشند بطوری که یک لوله هر وقت لازم باشد بتواند هواگیری شود. بنابراین از جعبه های شیر بتونی با صفحات پوششی چدنی در رو یا بیرونی استفاده می‌شود.(شکل ۲)، بنابراین دستیابی به شیرها بدون برداشتن روکش پیاده رو ممکن است.

سیستم لوله از نوع برگشت ـ معکوس است که تعادل فشار را حفظ می‌کند. همه لوله های ذوب برف طول معادلشان ۲۸۰ m می‌باشد فاصله بین لوله‌ها ۰۲۵ m است. بهترین حالت برای ذوب برف بیشتر با فاصله کم بین لوله‌ها ( ۰۲m) به تحقق می‌پیوندد. لوله‌ها در شن مخصوص زیر یک پیاده رو جاسازی شده اند. در جاده های با ترافیک بالا بخاطر وزن ناشی از ماشین ها، لوله‌ها در لایه آسفالت خوابانیده می‌شوند.

– ۳-۲ژاپن
در سیستم ذوب برف Gaia از مبدل حرارتی هم محور (DCHE ) Downhole برای خروج گرما از زمین استفاده می‌شود. در این سیستم آب سرد به سمت پایین از درون لوله هایی که عایق شده اند می‌رود و آب گرم برای تبادل حرارت به سمت بالا می‌آید.اولین سیستم ذوب برف Gaia در Ninohe نصب شدکه شهری در ۵۰۰km شمال Tokyo می‌باشد که بطور موفقیت آمیزی عمل می‌کرد. میانگین پایین ترین دما برای ماه January در این شهر -۷۱ oc است.بارش سالیانه در زمستان ۱۹۹۵/۹۶ ، ۲۹m بوده است.
به منظور جلوگیری از سر خوردن ماشینها این سیستم در یک مسیر با شیب ۹% نصب گرید. منطقه پوشیده شده بوسیله سیستم ذوب برف ۴ متر عرض و ۶۵ متر طول دارد که یک مسافت کلی ۲۶۶m2 را پوشش می‌دهد. لوله های گرمایی در بتون و آسفالت پیاده رو در عمق ۱۰cm و فواصل ۲۰cm از همدیگر نصب شده اند.مواد زیر جاده شامل تخت سنگ شنی می‌باشد و دمای زمین oc 22.5 در عمق ۱۵۰m است.
سه عدد DCHE که قطر خارجی هر یک ۱۵۰M , 8.9 CM عمق وهیت پمپ ۱۵kw مورد استفاده قرار گرفته می‌شود. در زمستان گرمای خارج شده از زمین بوسیله DCHE‌ها به هیت پمپ منتقل می‌شود. بعداً دما بوسیله هیت پمپ افزایش می‌یابد و انرژی گرمایی منتقل می‌شود. در تابستان گرمای خورشید دمای جاده را که در آن لوله های گرمایی جاســازی شده است تا ۳۰-۵۰oc بالا می‌برد. گرمای خورشید در جاده دریافت و ذخیره می‌شود.
این گرما توسط اتصال DCHEها و لوله های گرمایی بطور مستقیم و بوسیله گردش سیال باعث گرم شدن لوله‌ها یی می‌شود که به داخل DCHE جاری می‌شود و سطح زمین را خنک می‌کند بدین طریق گرمای خورشید در اوقات تابستانی برای استفاده در زمستان برای ذوب برف در زمین ذخیره می‌شود.
سیستمGaia در شهر Ninohe یک کاهش ۸۴ در صدی در مصرف انرژی سالیانه در مقایسه با سیستم هایی که از کابل های گرمایش الکتریکی (Morta and togo2000) استفاد می‌کنند را نشان می‌دهد.

-۳-۳ ایالات متحده
قدیمیترین سیستم ذوب برف زمین گرمایی در (oregon) Klamath Falls در سال ۱۹۴۸ توسط سازمان بزرگراه oregon نصب شد طول مقطع ۴۵۰ f t با شیب ۸% است. شبکه شامل لوله های آهنی با قطر که زیر سطح بتون پیاده رو با فاصله مرکز با مرکز می‌باشد.
سیستم شبکه به چشمه زمین گرمایی با گرمای منتقل شده از یک مبدل حرارتی به یک محلول آب ـ اتیلن گلیکول ۵۰-۵۰ که در ۵۰gpm در گردش است متصل می‌شود.
در ۱۹۹۷ تقریباً ۵۰ سال بعد از از نصب سیستم بخاطر نشت در شبکه به دلیل پوسیدگی خارجی از بین رفت.در پاییز ۱۹۹۸ ، یک قرارداد برای ترمیم پل و محوطه بزرگراه با جایگزینی شبکه سیستم گرمایش صادر شد.
خارجی ترین لایه بتون روی پل بوسیله hydro blastiring برداشته شده و یک روکش فشرده شده سنگی جدید جایگزین آن می‌شود.یک لوله پلی بوتیلن برای شبکه استفاده شده است که در مسیر دوگانه به فاصله تا از هم خوابانیده شده اند.