استفاده از انرژی زمینگرمایی برای گرمایش ساختمانها
1. مقدمهای بر انرژی زمینگرمایی
انرژی زمینگرمایی یک منبع انرژی تجدیدپذیر است که از حرارت داخلی زمین به دست میآید. این حرارت ناشی از تجزیه رادیواکتیو مواد معدنی و باقیمانده حرارت ناشی از شکلگیری زمین است. انرژی زمینگرمایی از طریق منابعی مانند لایههای کمعمق زمین، مخازن آب گرم یا حتی منابع عمیقتر مانند ماگما قابل دسترسی است.
شیب زمینگرمایی که افزایش دما با عمق را اندازهگیری میکند، بهطور میانگین 25–30 درجه سانتیگراد به ازای هر کیلومتر است. این ویژگی باعث شده است که انرژی زمینگرمایی بهویژه در مناطق با فعالیتهای تکتونیکی بالا مقرونبهصرفه باشد، اما پیشرفتهای اخیر در فناوریهای حفاری و تبادل حرارت دسترسی به آن را در مناطق کمفعال نیز امکانپذیر کرده است.
2. مکانیزمهای گرمایش زمینگرمایی
2.1 پمپهای حرارتی منبع زمین (GSHP)
پمپهای حرارتی منبع زمین از دمای ثابت زمین در نزدیکی سطح برای انتقال حرارت استفاده میکنند. این سیستمها بسیار کارآمد بوده و میتوانند برای گرمایش، سرمایش و تأمین آب گرم ساختمانها به کار روند.
2.2 سیستمهای استفاده مستقیم
این سیستمها از آب زمینگرمایی بهصورت مستقیم برای گرمایش استفاده میکنند. کاربردها شامل گرمایش منطقهای، گلخانهها و فرآیندهای صنعتی است.
2.3 سیستمهای زمینگرمایی پیشرفته (EGS)
این سیستمهای مهندسیشده برای افزایش استخراج حرارت از مخازن زمینگرمایی خشک یا نفوذناپذیر طراحی شدهاند. اگرچه این فناوری هنوز در حال توسعه است، اما نوید کاربردهای گستردهتری را میدهد.
3. کاربردها در گرمایش ساختمان
سیستمهای گرمایش زمینگرمایی به طور فزایندهای در ساختمانهای مسکونی، تجاری و صنعتی مورد استفاده قرار میگیرند. مزایای کلیدی عبارتند از:
- بهرهوری انرژی: نرخهای تبدیل انرژی بالا هزینههای عملیاتی را کاهش میدهد.
- تأثیر زیستمحیطی: سیستمهای زمینگرمایی در مقایسه با سوختهای فسیلی، گازهای گلخانهای بسیار کمی منتشر میکنند.
- طول عمر: این سیستمها اغلب با نگهداری مناسب بیش از 50 سال عمر میکنند.
4. مطالعات موردی ساختمانهایی با استفاده از گرمایش زمینگرمایی
4.1 مرکز بولیت، سیاتل، ایالات متحده
مرکز بولیت که اغلب بهعنوان “سبزترین ساختمان تجاری جهان” شناخته میشود، از سیستم پمپ حرارتی منبع زمین برای تنظیم دمای داخلی در تمام سال استفاده میکند. این رویکرد با اهداف انرژی خالص صفر این ساختمان همسو است.
ویژگیهای زیستمحیطی و فنی مرکز بولیت، سیاتل، ایالات متحده
- تولید انرژی مثبت:
در سال 2016، این ساختمان حدود 30 درصد بیشتر از مصرف خود انرژی تولید کرد. انرژی ساختمان از آرایهای از پنلهای خورشیدی روی سقف (575 پنل) تأمین میشود. مصرف انرژی ساختمان تنها 15 درصد از یک ساختمان اداری معمولی با اندازه مشابه است. - سامانههای آبی:
یک سیستم تبدیل آب باران به آب شرب در محل ساختمان نصب شده است. این سیستم شامل جمعآوری 52,000 گالن آب باران و تصفیه با فیلترهای سرامیکی و نور UV است. - چاههای زمینگرمایی:
26 چاه زمینگرمایی با عمق 400 فوت (120 متر) برای تنظیم دما در زمستان و تابستان استفاده میشود. دمای زیرزمینی ثابت 13 درجه سانتیگراد نقش مهمی در گرمایش و سرمایش ساختمان دارد. - مواد سازگار با محیط زیست:
تمامی چوبهای استفادهشده در ساخت ساختمان دارای گواهینامه شورای مدیریت جنگل (FSC) هستند. این ساختمان اولین ساختمان تجاری در آمریکا است که گواهینامه پروژه FSC را کسب کرده است. - سازماندهی اجتماعی:
آسانسورهای ساختمان به طور عمدی در محلهای پنهانی نصب شدهاند تا استفاده از پلکان را که نمای زیبایی به محیط اطراف دارد، تشویق کنند. - عدم وجود پارکینگ:
این ساختمان به جای پارکینگ، تنها دارای جایگاههای دوچرخه است.
4.2 سیستم گرمایش منطقهای ریکیاویک، ایسلند
ایسلند بهعنوان پیشرو در استفاده از انرژی زمینگرمایی شناخته میشود. سیستم ریکیاویک بیش از 90 درصد ساختمانهای این شهر را با استفاده مستقیم از آب زمینگرمایی گرم میکند. این سیستم بزرگمقیاس پتانسیل انرژی زمینگرمایی را در محیطهای شهری نشان میدهد.
4.3 وان برایانت پارک، نیویورک، ایالات متحده
این آسمانخراش که دارای گواهینامه LEED پلاتین است، از چاههای زمینگرمایی برای تکمیل سیستمهای گرمایش و سرمایش خود استفاده میکند و وابستگی آن به منابع انرژی سنتی را کاهش میدهد.
5. چالشها و چشماندازهای آینده
5.1 چالشهای فنی و اقتصادی
- هزینههای اولیه: هزینههای بالای حفاری و نصب سیستمها میتواند مانع پذیرش گسترده شود.
- محدودیتهای جغرافیایی: اثربخشی این سیستمها با فعالیت زمینگرمایی منطقه متفاوت است.
5.2 روندهای آینده
پیشرفت در فناوریهای حفاری و علم مواد پیشبینی میشود هزینهها را کاهش داده و کارایی سیستمها را بهبود بخشد. مشوقهای سیاستی و افزایش آگاهی عمومی میتوانند پذیرش گستردهتر را تشویق کنند.
6. نتیجهگیری
انرژی زمینگرمایی راهحلی پایدار و کارآمد برای گرمایش ساختمانها ارائه میدهد. با پیشرفت فناوری و افزایش آگاهی زیستمحیطی، نقش آن در ترکیب انرژی جهانی رو به گسترش است. با تحلیل موفقیتهای پیادهسازی شده، مانند نمونههای ریکیاویک و سیاتل، مشخص است که انرژی زمینگرمایی میتواند بهطور قابلتوجهی اثرات کربنی را کاهش داده و نیازهای گرمایشی را تأمین کند.
منابع
- Lund, J. W., & Boyd, T. L. (2015). Direct utilization of geothermal energy 2015 worldwide review. Geothermics, 60, 66-93.
- Tester, J. W., et al. (2006). The future of geothermal energy. Massachusetts Institute of Technology.
- International Renewable Energy Agency (IRENA). (2022). Geothermal energy: Technology brief
گروه مهندسی بکتاش بانی با تکیه بر دانش فنی و تجهیزات پیشرفته، خدمات جامع عایقکاری و بهینهسازی انرژی ساختمان را به شما ارائه مینماید. با بهرهگیری از راهکارهای نوین، مصرف انرژی ساختمان خود را کاهش داده و از محیط زیست نیز حفاظت کنید.