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 منطقة Sziciecin نزدیک به شهر Goleniow طراحی شده است. در این منطقه آب زمین گرمایی در محدودة دمایی 40 تا 90 درجه سانتیگراد یافت میشود. مبنای طراحی سیستم استفاده از هیت پمپ هایی می‌باشد که گرما را از آب گرم 40 تا 60 درجه سانتیگراد جذب می‌کنند. برای درک عملکرد چیدمان پمپ حرارتی مختلف در یک سیستم گرمایی برای سیال زمین گرمایی 40 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 شبکة 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 3oc تا– 16 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 6500 Km3 (در سوکولوسکی) دمایی بین 30 تا 120 درجه سانتیگراد دارند.آب در محدودة دمایی 50 oc تا 90 oc از میان سوراخهایی با عمق km 1.5 تا 3km 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 1993 تا 2001 ، 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.
2.هیت 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 70 oc ، گرمای خارج شده توسط مبدل اولیه تقویت میشود. با این وجود ، با سیالات با دمای پایین تر از 40 oc ، تقریباً مبادله گرما بصورت مستقیم مشکل و غیر ممکن میشود و با نصب پمپ حرارتی این کار ممکن میشود.
-2-1 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 1 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 3 تا 4 برابر انرژی بیشتر از مصرفش آزاد می‌کند.
- 2-2اساس 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.
-3سیستم ذوب برف (مثال ها)
-3-1 ایسلند
در مرکز قدیمی (Rejkjavix)ترمیم خیابانها و پیاده روها قبل از سال 1990 با لوله های ذوب برف جاسازی شده همزمان توسعه داده شد.
در حال حاضر ناحیه ذوب برف 30,000 m 2 می‌باشد و انتظار می‌رود که به 60,000 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 32 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 5 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 2)، 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 280 m می‌باشد فاصله بین لوله‌ها 0.25 m است. بهترین حالت برای ذوب برف بیشتر با فاصله کم بین لوله‌ها ( 0.2m) 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.
- 3-2ژاپن
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 500km شمال Tokyo می‌باشد که بطور موفقیت آمیزی عمل می‌کرد. میانگین پایین ترین دما برای ماه January در این شهر -7.1 oc است.بارش سالیانه در زمستان 1995/96 ، 2.9m بوده است.
به منظور جلوگیری از سر خوردن ماشینها این سیستم در یک مسیر با شیب 9% نصب گرید. منطقه پوشیده شده بوسیله سیستم ذوب برف 4 متر عرض و 65 متر طول دارد که یک مسافت کلی 266m2 را پوشش می‌دهد. لوله های گرمایی در بتون و آسفالت پیاده رو در عمق 10cm و فواصل 20cm از همدیگر نصب شده اند.مواد زیر جاده شامل تخت سنگ شنی می‌باشد و دمای زمین oc 22.5 در عمق 150m است.
سه عدد DCHE که قطر خارجی هر یک 150M , 8.9 CM عمق وهیت پمپ 15kw 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 30-50oc 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 84 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.
-3-3 ایالات متحده
قدیمیترین سیستم ذوب برف زمین گرمایی در (oregon) Klamath Falls در سال 1948 توسط سازمان بزرگراه oregon نصب شد طول مقطع 450 f t با شیب 8% 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 50-50 که در 50gpm در گردش است متصل میشود.
در 1997 تقریباً 50 سال بعد از از نصب سیستم بخاطر نشت در شبکه به دلیل پوسیدگی خارجی از بین رفت.در پاییز 1998 ، 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.
لوله اصلی گوشه جاده، شامل لوله آهنی سیاه عایق شده می‌باشد که به یک مبدل حرارتی متصل می‌باشد. لوله اصلی دارای یک جمع کننده برنجی است که در یک جعبه قرار دارد که 4 لوله رفت و برگشت از جنس PEX به آن متصل می‌باشند.
-4 فرودگاه GOLENIOW
-4-1 اطلاعات کلی
این فرودگاه در شمال غربی لهستان نزدیک دریای بالتیک و مرز آلمان قرار دارد و کمتر از 40km از طرف شمال Szczeine فاصله دارد. شهر Goleniow در فاصلة 5km فرودگاه قرار دارد. شهر با داشتن فرودگاه و راه آهن پل ارتباطی مهمی بین شهرهای S zczecin و Kamien و Pomorski و Kolobrzey است. شهر Goleniow دارای جاذبه های مهمی برای جذب توریسم و ماهیگیران و شکارچیان پرنده و سرمایه گذاری در بسیاری از زمینه های اقتصادی است.
این شهر یکی از بزرگترین شهرهای Szczecin است و در قلب جنگلهای گلونیوستا در کنار رودخانه InaRiver قرار دارد.
شهر تقریباً شامل 22500 سکنه می‌باشد. مناظر ناحیة Golenovian پر است از مناظر یخی که تصویر زیست شناسی امروز ناحیه را می‌سازد. این ناحیه شامل حجم عظیمی از مواد ترکیبات مانند انواع سنگریزه ، ماسه، خاک، ترکیبات آهکی و سنگها می‌باشد.
در قسمت غربی گولینوستا کرت بندی هایی در امتداد دریاچة Dabie و رودخانه Order که در
ارتفاعهایی از 0.5m تا 25m می‌باشند قرار دارند. فرودگاه Goleniow از سال 1998 یک فرودگاه نظامی بوده واین فرودگاه حدود 45000 مسافر را در سال 1998 پذیرا بوده است. محل فرودگاه و مدیریت آن باعث شده است که بهترین فرودگاه برای سرویس دهی به شمال آلمان باشد.
فرودگاه شامل یک ترمینال جدید با ظرفیت 200000 مسافر در سال می‌باشد. فرودگاه در حــدود 60 m2در 2500 می‌باشد.
سرمایه گذاران قصد دارند که یک سیستم اتوماتیک هواشناسی با یک برج مراقبت جدید و پیاده روهای مدرنیزه شده، نصب یک رادار مراقبت ثانویه را در فرودگاه اجرا کنند.
شکل 5:
4.2- شرایط زمین گرمایی
ناودیس Szczecin با شهر Goleniow یکی از بخش های Szczecindodz است که به عنوان یکی از مهمترین منابع آبی لهستان می‌باشد. مساحت ناودیس در حدود 67000km2 می‌باشد. حجم قابل دسترسی آب زمین گرمایی در حدود 2854 km3 می‌باشد که برابر است با 18812 ( معادل تنی نفت) بطور متوسط ذخایر این ناحیه برابر است با 42 میلیون m 3 آب و یا 280800 . آب زمین گرمایی با دمای بین 40 تا 90 درجه سانتیگراد در این ناحیه در عمق 600 تا 2200 متر پیدا میشود. این لایه های زمین تشکیل شده است از سنگ ماسه خاکستری با خاصیت تخلخل بالا و ضخامتی بیش از (koslowski & mayer)200m شهر pyrzyce در همسایگی شهر Goleniow روی همین ناودیس قرار دارد. از سال 1997 یک نیروگاه زمین گرمایی مدرن50 MW در pyrzyce کار می‌کنند. نیروگاه سیال زمین گرمایی را با دمای 68 oc به کمک دو پمپ حرارتی 10mwt به 90 درجه سانتیگراد برای مصرف کننده می‌رساند. آب از عمق 1500-1650 متری از میان سنگهایی که به دورة ژوراسیک جدید مربوط می‌شوند توسط دو دریچه بیرون کشیده میشود. خصوصیات آب مکش شده عبارتند از :
1. دمای 68 oc
2. نمکدار بودن در حدود 120
3. چگالی برابر با 1.062
هدف نیروگاههای زمین گرمایی جایگزینی 68 بویلر زغالی و افزایش و بهره وری انرژی بوده است.
برای چاههای موجود در Szczecin Basin، اطلاعات تقریبی زیر برای سیال زمین گرمایی در گلوینو قابل پیش بینی است.
• دبی حجمی آب زمین گرمایی و
• دمای آب زمین گرمایی و
• چگالی متوسط آب زمین گرمایی
• ظرفیت گرمایی متوسط آب زمین گرمایی در فشار ثابت
- بر اساس عملکرد نیروگاه pyrzyce و آنالیز شیمیایی، فهمیده شده است که آب زمین گرمایی موجود در Szczecin Basin خیلی اکتیو (فعال) است. دلیل آن بالا بودن مواد کانی و ثابت نمک آن است.در ضمن مفید است اشاره شود که در این جا ممکن است خطر خوردگی میکروبیولوژیکی وجود داشته باشد.آب زمین گرمایی داغ و شور می‌تواند محیط خوبی برای رشد باکتری‌ها باشد. باکتری‌ها اگر به داخل سنگ های زیرین نفوذ کنند می‌توانند با ایجاد گل و لای جریان آب را غیر ممکن کنند.
شکل 6 :
-4-3 اطلاعات هواشناسی (اقلیم شناسی)
محل جغرافیایی و مشخصه های سطحی دو پارامتر مهم در تعیین آب و هوای لهستان می‌باشند. (EPM 2000) به علت قرارگیری لهستان در ارتفاع متوسط، جریانات هوایی قطبی غالب می‌باشد. سهم هوای ساحلی از سهم هوای قاره ای بیشتر است. ( 38-46%)دلیل آن تسلط بیشتر جریانهای چرخشی غربی (اقیانوسی) می‌باشد.ساختار زمین شناسی در طول ارتفاعات موازی شکل می‌گیرد و همچنین این ساختار به تشکیل جریانات هوای مرطوب از طرف اقیانوس به سمت لهستان کمک می‌کند. (7 5 %جبهة اتمسفریک از سمت غرب می‌آید).از آنجا که اطلاعات جزئی درباره شرایط هوایی Goleniow در دسترس نمی باشد، از منحنی تخمینی پایداریها در شکل شمارة (7) استفاده شده است. اطلاعات از روی محاسبه بار گرمایی یک نیروگاه زمین گرمایی در نزدیکی Goleniow برداشت شده است.
شکل 7:
جدول (1) متوسط دمای ناحیة Goleniow را که در محاسبات گرمای لازم برای یک برف آب کن استفاده شده است را نشان می‌دهد. (Air port 2002) . فرضیات بیشتر عبارتند از : رطوبت نسبی 80% - متوسط بارش برف برابر با 2mm/h و سرعت وزش باد برابر با 3.4 m/s
شکل D Table 1
5 . تحلیل گرمای مورد نیاز
گرمای مورد نیاز برای ساختمان فرودگاه بر طبق استاندارد لهستان برای ساختمان های عمومی
محاسبه شده است که گرمای مورد نیاز را بر اساس پارامترهای زیر تعریف می‌کند:
• برای گرمایش مرکزی زمین گرمایی 30 W/m2
• برای آب مصرفی (بهداشتی) 10 w/m2
• برای تهویه و تصفیه هوا w/m2 10
جدول 2 گرمای موردنیاز فرودگاه را نشان می‌دهد. مقدار گرمای مورد نیاز برای آب بهداشتی تهویة هوا بطور رویه هم جداگانه آمده است.
جدول 2 :
5.2 سیستم برف آبکن
گرمای مورد نیاز برای برف آبکن در مرحله اول به فاکتورهای اتمسفریک و در مرحله دوم به ضریب
بهره وری خواسته شده بستگی دار د .فاکترهای اتمسفریک عبارتند از: شدت بارش، دمای هوا، رطوبت نسبی هوا و سرعت وزش باد بهره وری برف آب کن به این معنی است که با چه سرعتی برف آب کنیم. گرمای خروجی و سرعت ذوب شدن به فاصله بین لوله‌ها وعمق لوله‌ها در زمین ،دبی سیا ل، لوله‌ها واختلاف دمای رفت و برگشت سیال در لوله‌ها و هدایت حرارتی در پیاده رو بستگی دارد. بیشترین مقدار گرما برای یک برف آب کن داشتن سطحی بدون برف است. این مقدار در اغلب موارد به علت هزینه عملیات زیاد غیر واقع بینانه است.
زمان ذوب شدن برف بستگی به پایداری ،تغییرات وشدت بارش برف دارد. گرمای مورد نیاز درصورتی که بارش برف نباشد اما بار به طور شدید برسطح بوزد زیاد ترهم میشود. درطول منجمد شدن، ضروری است که دمای سطح را بالای دمای انجماد نگه داریم وقتی که برف شروع به بارش می‌کند،گرمای مورد نیاز وکافی باید در خاک وجود داشته باشد. تعیین کردن گرمای کافی درناحیه روی برف آب کن بستگی به شرایط هوایی روی سطح آن دارد .وقتی که دمای سطح کم باشد بابارش شدید برف روی سطح انباشته شود. ساختمان یک منبع درزمین درحدود 1تا2ماه طول می‌کشد علاوه بر آن حفاظت از چنین منبعی بسیار گران است Rognarsson))تا زمانی که دمای برف به صفربرسد. گرما به آن منتقل میشود.
این مقدار گرما باید هم برای ذوب کردن برف و هم برای بخار شدن آب کافی باشد .وقتی که سطح خالی از برف است انتقال گرما به هوای اتمسفر از طریق جابجایی وتابش صورت می‌گیرد این افت حرارتی بستگی به دمای خارجی و سرعت هوا دارد .تا قبل از ذوب شدن دانه های برف آنها مثل لایه عایق عمل می‌کنند. اثر این عایق بسیار زیاد است. نسبت سطح خشک (بدون برف) به سطح کل برابر است با نسبت سطح آزاد (Ar)
- برای اینکه Ar =1 بماند سیستم باید آنقدر سریع کار کند تا جمع شدن برف روی آن صفر شود. این فرض در عمل ممکن نیست اما برای اهداف طراحی مناسب می‌باشد (Ar =1) برای Ar=0 سطح دقیقاً پوشیده شده از برف می‌باشد.
کاپمن و کاتوینچ (1956) یک فرمول را برای گرمای مورد نیاز در یک سطح تخت بیان کرده اند:
ـ گرمای محسوس qs برای آوردن دمای برف به 0oc است و برابر است با :
-گرمای ذوب برابر است با:
-گرمای تبخیر (انتقال جرم) برابر است با:
- گرمای qh ناشی از تابش و جابه جایی برابر است با:
حل معادلة2) ( ، نیازمند در نظر گرفتن همزمان چهار فاکتور هواشناسی است یعنی سرعت باد، دمای هوا، رطوبت نسبی و سرعت ریزش برف. مقادیر متوسط سالیانه یا ماکزیمم سالیانه نباید برای طراحی مد نظر قرار بگیرد زیرا هیچ اطمینانی به انجام همزمان همه آنها نیست. بنابراین به یک تحلیل رفت و برگشتی نیاز داریم تا همه وقایع بارش برف در چند سال را جوابگو باشد. در مدت روشن بودن دستگاه، اگر هوای خارج دمایی بالاتر از دمای ذوب برف داشته باشد، سیستم با گرمای خروجی qmelting کار می‌کتد.
این مقدار گرما با در نظر گرفتن گرمترین ماههای سرد سال در موقع عملکرد سیستم بدست می‌آید. وقتی که دمای محیط صفر یا زیر صفر درجة سانتیگراد باشد و بارش برف هم نداشته باشیم،سیستم در جا کار می‌کند یعنی گرمایی برابر qidling از آن خارج میشود که صرف جلوگیری از یخ زدن روی سطح و ایمن کردن سطح برای جلوگیری از تجمع برف روی آن در موقع شروع بارش است.
بارش سبک توسط در جا کار کردن معمولاً آب میشود، وقتی که بارش سنگینتر میشود، آب گرم بیشتری مورد نیاز است. اثر برف پاک کن بستگی به فیزیک آب گرم درون آن و ماکزیمم گرمای خروجی دارد که برف آب کن برای آن طراحی شده است.
خروجی ماکزیمم توسط سیستم کنترل، تنظیم میشود و متناسب است با تقاضا برای برف آب کن، اما با قیمت معقول عملکرد محدود میشود.
انواع برف آب کن‌ها به سه دسته تقسیم می‌شوند (ASHRAE) این سیستم‌ها معمولاً بر اساس شدت ذوب برف طبقه بندی می‌شوند.
• کلاس (I) (minimum) : پیاده روهای مسکونی و جاده‌ها و مسیرهای بین راهی
• کلاس (II) (moderate) :پیاده روها و جاده های اقتصادی مثلاً پله های بیمارستان
• کلاس (III) (maximum) : مرکز خریدها، اتوبانها و پلهایی که برای عبور عوارضی باید پرداخت شود. محل بارگیری و تخلیه بار در فرودگاهها و راهروهای اضطراری بیمارستانها.
-تفاوت کلاس II ,I در قدرت ذوب کردن برفهاست. بطور مثال تجمع 25mm برف در ساعت در یک طوفان شدید در حالت مسکونی قابل تحمل است. از طرف دیگر ، صاحب یک مغازه ممکن است اگر 13mm برف در جلوی مغازه اش بنشیند. سیستم را نامطلوب بداند در حالت مسکونی (وابسته به ساکنین دائم )، تجمع پی در پی برف روی سطح قابل قبول است.
تلفات از زیر و اطراف، که باعث افزایش بار حرارتی سطح میشود باید علاوه بر معادلة (2) در نظر گرفته شود. این تلفات از 4 تا 50 درصد وابسته به نوع ساختمان پیاده رو، دمای عملکرد ، دمای زمین و شرایط گرمایی زیر آن، تغییر می‌کند. لوله های برف آبکن در ماسه جاسازی می‌شوند. ماسه یک عایق خوب است مخصوصاً وقتی که خشک باشد.
بنابراین باید از یک نوع خوب باشد که هدایت خوبی هم داشته باشد.
جدول 3 :
برای مقایسه نتایج سه روش برای گرمای مورد نظر در یک سیستم برف آبکن بکار گرفته شده است. اولی از معادله (2) استفاده کرده است. در دومی از اطلاعات هندبوک ASHRAE برای شهرهای آمریکایی استفاده شده است. در سومین روش از تجربة مردم ایسلند استفاده شده است. جدول (3) بار گرمایی محاسبه شدة q o ، دمای میانگین آب t m ، برای گرمای مورد نیاز طبق کلاس III ، با فرض رطوبت نسبی 80% ، متوسط بارش 2mm/h و سرعت متوسط 3.4m/s را نشان می‌دهد. بدلیل زیاد بودن فرضیات و کافی نبودن اطلاعات هواشناسی برای فرودگاه Goloniow، محاسبات در روش اول بسیار تقریبی است. در هر حال نتایج قابل مقایسه با روش دوم بر اساس تجربیات آمریکایی است. اما با توجه به تجربه مردم ایسلند هر دو مقدار فوق زیادتر از حد نرمال هستند و مسلماً گران می‌باشند.
شکل 8 ، ضخامت برف باریده روی زمین را بر حسب زمان نشان می‌دهد. بارش برف برابر با 3mm/h فرض شده است و نمودار برای سه بار گرمایی مختلف رسم شده است.
نمودار نشان می‌دهد که با بار گرمایی 200w/m2 زمان ذوب شدن برف 3 ساعت است و بعد از 2 ساعت 1.6mm آب معادل برف روی سطح می‌ماند.
شکل 8 :
شکل 9 نشان می‌دهد که با 3.5m/s سرعت باد و دمای متوسط هوای -2oc ، بار 200w/m2 بیشتر از نیاز است. بار اضافی برای تلفات جانبی و پشتی مصرف میشود. به همین دلیل بار گرمایی محاسبه شده بر اساس تجربیات ایسلند که در حالت ماکزیمم کار برابر با 200w/m2 و در حالت در جا کار کردن برابر با 100w/m2 است، قابل قبول می‌باشد.
شکل 9 :
6 . طراحی سیستم برف آب کن
این سیستم برف آب کن برای کار در دمای -16oc و 3oc دمای خارجی طراحی شده است. ماکزیمم بار حرارتی برابر با 200 w/m2 و دمای رفت و برگشت آب 25oc , 55 oc در نظر گرفته شده است. در دمای 0 oc و کمتر اگر برف نبارد سیستم در حال در جا کار کردن است یعنی مقداری گرما به سطح منتقل میشود تا در صورت ریزش برف آن آب شود، گرمای در جا کار کردن برابر با با 100w/m2 و دمای رفت و برگشت آب 15 oc ,30 oc فرض شده است. دبی جرمی ثابت برای هر دو حالت برابر با 5.7 lit/m2h در نظر گرفته شده است.
- یک طراحی رادیاتوری (شبکه ایی) شامل انتخاب اجزای زیر است:
1. سیال ناقل حرارت
2. سیستم لوله کشی
3. گرم کن سیال
4. پمپ برای به جریان انداختن سیال
5. کنترل کننده ها
در طراحی پیاده روهای بتونی تنش حرارتی هم از پارامترهای مهم طراحی می‌باشد.
-6-1 سیال ناقل حرارت
تعداد زیادی سیال وجود دارند که می‌توانند ناقل حرارت از گرمکن به پیاده رو باشند که عبارتند از آب نمک ، روغن، آب گلیکول. سیال باید حتماً ضد یخ باشد زیرا سیستم همیشه در دماهای زیر صفر کار می‌کند. بدون حالت ضدیخ بودن ، حرارت تلف شده و از کار افتادن پمپ باعث منجمد شدن
لوله‌ها و خرابی سطح میشود.
- آب نمک ارزانترین سیال است اما ظرفیت گرمایی آن نسبت به گلیکول کمتر است. استفاده از آب نمک به علت خاصیت خورندگی آن در سیستم ناامید کننده است.
گلیکول (اتیلن و پروپیلن) بیشتر در سیستم های برف آب کن استفاده می‌شوند، به علت ارزانی نسبی آنها ، ظرفیت گرمایی بالا و ویسکوزیته کم و عدم خورندگی آنها.
گلیکولهای ماشینی به علت داشتن سیلیکاتها پیشنهاد نمی شوند زیرا باعث جمع شدن مواد آلوده، خرابی واشرهای پمپها و انعقاد سیال میشود.
گلیکول باید بطور سالیانه از نظر مقدار قلیایی بودن و مقدار ضد یخ بودن بررسی شود. تنها بازدارنده های پیشنهادی شرکت سازنده باید بر گلیکول اضافه شود. دمای سطح مبدل حرارتی باید کمتر از 140oc باشد که متناسب با فشار 280kpa است.
دمای بالاتر از 150oc باعث تسریع در خراب شدن کیفیت بازدارنده‌ها میشود.
-6-2 ساختار پیاده رو
هم سطح آسفالت و هم بتون می‌تواند برای ذوب برف استفاده شود. ضریب انتقال حرارت آسفالت از بتون کمتر است.
بدون در نظر گرفتن تمهیدات لازم آسفالت داغ می‌تواند لوله های پلاستیکی سیستم ذوب برف را از بین برود.
اجزاء سیستم ذوب برف شبکه ای در سطوح بتونی بایستی طوری طراحی شوند که شامل زیرسازی، اتصالات تماسی، انبساطی، تقویت کننده، زهکشی برای جلوگیری از ترک خوردن سطح می‌باشد. از طرف دیگر، ترکها باعث تحریک شدن نیروهای کششی و برش می‌شوند که باعث شکستن لوله‌ها میشود.
لوله‌ها نباید در جهت اتصالات انبساطی و اتصالات کلیدی و اتصالات کنترل خوابانیده شود.
با این وجود لوله‌ها باید حداقل 3mm پایین تر از اجزای فوق الذکر باشد. اتصالات کنترل باید در محلهای تغییر سایز سطح و یا سطح شیب دار قرار بگیرند. فاصله بین اتصالات کنترل برای سطوحی که روی زمین قرار دارند باید کمتر از 4.6m و طول نباید بزرگتر از 2 برابر عرض باشد. در سطوح روی زمین اکثر ترکها در طی تعمیرات اخیر اتفاق می‌افتد. وابسته به مقدار آبی که در مخلوط بتون بکار رفته است، انقباض باید بیشتر از 60mm به ازای 100 متر در نقاط تعمیری باشند. اگر طول سطح بیشتر از 4/6m باشد، بتون نباید استحکام کافی برای غلبه بر اصطحکاک بین آن و زمین، در طول مدت زمان انقباض داشته باشد.
اگر سطح به دو لایه جدا تقسیم شده باشد، لایه بالایی که شامل اجزاء ذوب برف می‌باشد، نباید تمام نیروهای وارده را به تنهایی تحمل کند.
بنابراین، سطح پایین باید طوری طراحی شود که همه نیرو را تحمل کند.
ترکیب بتون در سطح بالایی باید تمام ویژگی های آب و هوایی را تحمل کند.
مقاومت فشاری باید در حدود 28 تا 34 Mpa باشد.
انحنای پیشنهادی باید ماکزیمم 50m و مینیمم 75 m باشد.
لوله‌ها باید در تماس با یک سطح سالم قرار بگیرد و سپس پوشیده شود.
لوله‌ها نباید در تماس با اتصالات انبساطی و کنترل قرار بگیرند. بهترین درجه آسفالت باید برای سطح بالایی به کار برده شود. و قطر سنگ ریزه‌ها نباید بیشتر از 10mm باشد.
یک مانع رطوبت (و رطوبت گیر) باید بین عایق‌ها قرار بگیرد.
سیستم های ذوب برف باید دارای سطح زهکشی شده معقول باشند. وقتی که دمای هوا صفر درجه می‌باشد، یخ در سطوح بالایی ناحیه ایجاد می‌شوند.
هرگاه آب بتواند در سطوح زیری پیاده رو نفوذ کند و یخ بزند، هنگامی که سیستم خاموش شود، باعث برفک زدن شدید میشود.
ناحیه ای که توسط برف آب کن محافظت می‌شودباید ابتدا اندازه گیری و نقشه کشی شود.
برای حذف تمام برف، شبکه های گرمایی باید در کل ناحیه پخش شوند.
در سیستم های بزرگتر ممکن است مطلوب تر باشد که برف و یخ را فقط در ناحیه های پر استفاده تر آب کنیم.برنامه ریزی برای مدارهای جداگانه باید طوری باشد که سطوح یا ناحیه‌ها بطور جداگانه بتوانند گرم شوند. در جایی که لوازم ذوب برف باید در کنار موانع قرار بگیرند فاصله بین لوله‌ها باید بطور یکنواخت کاهش یابد، زیرا مقدار توده بیشتری از برف در نزدیکی دیوارها جمع میشود و گرمای مورد نیاز بیشتری برای این این نواحی لازم است.
-6-3 سیستم لوله کشی
سیستم لوله کشی می‌تواند فلزی یا پلاستیکی باشد، لوله های فولادی و آهنی مدت زمان زیادی است که استفاده می‌شوند فولاد و آهن ممکن است بسرعت خورده شوند، اگر سطح آنها توسط پوشش رنگ نشده باشد و یا محافظ کاتدی نشده باشد. همانطور که در شکل 10 نشان داده شده است .
مطلوبست که لوله های 20mm و مجراهای 300mm هم مرکز بعنوان Coil استاندارد استفاده شود.
شکل 10 :
اگر پمپ به اصطحکاک لوله‌ها غلبه کند، سایز لوله‌ها باید تا m m 25 افزایش یابد.
اما عمق پیاده رو هم باید مطابق آن افزایش یابد. لوله‌ها باید حداقل mm 50 زیر بتون قرار بگیرند. فاصله بین لوله‌ها برای لوله های 130mm, 20mm و برای لوله های 140mm , 25mm می‌باشد. شکل 11 بارگرمایی یک برف آب کن را بر حسب تابعی از عمق لوله و فاصله بین آنها نشان می‌دهد.
شکل 11 :
در این جا فرض شده است که آب ورودی و خروجی 15oc , 35 oc باشد و قطر لوله ها25 mm.و دمای سطح صفر درجه سانتیگراد باشد.بطور معمول لوله‌ها را 8 تا 10 سانتیمتر زیر سطح قرار می‌دهند. و 25mm بین آنها فاصله باشد. سپس بار گرمایی بین w/m2320و 270 تغییر خواهد کرد. اگر فاصله بین لوله‌ها 40cmدر عمق 10mmاشد بار گرمایی 220 w/m2 است.
در عین حال می‌توانیم منتظر انتقال حرارتهای ناخواسته باشیم.لوله های پلاستیکی (پلی اتیلن و پلی بوتیلن) بخاطر مقاومت در برابر خوردگی هزینه نصب پایین و هزینه کم مواد معروف هستند.ملاحظات لازم هنگام استفاده از لوله های پلاستیکی شامل هدایت حرارتی، محدودیت دما و مقاومت در برابر تنش می‌باشد. انتقال روغن‌ها و نفت نباید در لوله های پلاستیکی باشد. با خم کردن لوله های پلی اتیلن می‌توانیم در بعضی از مواقع از آنها بجای اتصالات استفاده کنیم.
وقتی لوله پلاستیکی استفاده شود سیستم باید طوری طراحی شود که دمای سیال مورد نظر لوله را خراب نکند.بطور منطقی باید فواصل بین لوله‌ها را کاهش دهیم.یک طراحی زمانی خوب است که مانع عبور لوله‌ها از درون اتصالات انبساطی باشد. یک روش برای محافظت از لوله‌ها این است که باید لوله‌ها از درون یک اتصال انبساطی بتونی عبور داده شوند، در این شرایط تنش زیر حد معمول می‌باشد که در شکل 12 نشان داده شده است.
شکل 12 :
بعلت از بین رفتن خاصیت ضد یخ در تماس با هوا سیستم لوله کشی نباید با هوا در تماس باشد. باید سیستم لوله‌کشی به قسمتهای کوچکتر تصمیم شود تا به عایق‌ها اجازه دهد که تا در مواقع لزوم سرویس شود بعد از نصب لوله‌ها قبل از نصب پیاده رو همه لوله‌ها باید بافشار 700kpa تست شوند این فشار باید تا وقتی که همه اتصالات و جوش‌ها چک شوند روی سیم بماند.
به دلایل زیر نباید تست با آب انجام شود(ASHRAE)
1. نشتی های کوچک ممکن است در طی نصب پیاده رو یا سطح دیده نشوند.
2. نشت آب باعث آسیب رساندن به بتون می‌شوند.
3. سیستم ممکن است قبل از ریختن ضد یخ یخ بزند.
4. وقتی که سیستم پر از آب است اضافه کردن ضدیخ مشکل می‌باشد.
-6-4 کنترل *
سیستم ذوب برف هم بطور دستی و هم بطور اتومات می‌تواند کنترل شود. کنترل دستی دو قسمتی به سختی انجام میشود اواپراتور باید وقتی که برف شروع به ریزش می‌کند سیستم را فعال و غیر فعال کند.
اگر سیستم بعد از بارش برف خاموش نشود و هزینه های عملکرد بالا می‌رود. اگر سیستم روشن نشود بعد از این که برف شروع به بارش می‌کند ممکن است نتواند بطور مفید در چند ساعت برف را آب کند.
بارش شدیدتر برف باعث جمع شدن برف روی سطح و زیادتر شدن زمان کار کرد سیستم خواهد شد. کنترل اتوماتیک عملکرد رضایت بخش تری را فراهم می‌کند زیرا سیستم را با شروع شدن برف سبک روشن می‌کند و همچنین قبل از این که بارش سنگین برف شروع شود به اندازه کافی سطح را گرم نگه می‌دارد.
با خاموش شدن بطور اتوماتیک هزینه های عملکرد کاهش می‌یابد. با آشکار کننده های مانیتوری برق، دما و میزان برف را می‌توان در هر لحظه مشاهده و اندازه گیری کرد.
این سیستم کنترل فقط وقتی که لازم باشد دستور کار به اواپراتور می‌دهد.
برای نصب این مانیتورها می‌توان سنسور آنها را در دو محل مختلف قرار داد هر دو سنوسورها باید در جایی نصب شوند که توسط درخت‌ها و یا توده برف و یا شرایط محیطی دیگر تحت تأثیر قرار نگیرد. برای محدود کردن تلفات انرژی در شرایط بارش برف سبک و معمولی بطور معمول یک سنسور حرارتی کنترل از راه دور در بین دو لوله و یا کابل در پیاده رو نصب میشود.
دمای آن در حدود oc 5 تا oc 15 تنظیم میشود.بنابراین در طی یک بارش خفیف برف سیستم بطور اتوماتیک روشن و خاموش میشود تا در نقطه مورد نظر دمای خواسته شده تامین گردد.
سیستم کنترل ممکن است که شامل یک ترموستات خارجی باشد که وقتی دمای محیطی بین 2 تا 5 درجه افزایش می‌یابد سیستم را خاموش کند.
برای عملکرد بهینه و مناسب و کمترین هزینه عملیات تمام کنترل های فوق الذکر باید با هم در یک سیستم ذوب برف ترکیب شوند.
-6-5 تنش های حرارتی *
بطور عمومی تنش حرارتی باعث مشکل نمی شود اگر قوانین نصب زیر رعایت شوند:
اختلاف دمای بین سیال و سطح min شود ] با نگه داشتن نزدیک بهم لوله‌ها و اختلاف دمای کم بین سیال ورودی و خروجی (کمتر از 10oc)و عملکرد یکنواخت سیستم.[
- لوله‌ها در 50 میلیمتری از سطح نصب می‌شوند.
- استفاده از فولاد تقویت کننده برای جلوگیری از تنش حرارتی
- اگر سیال گرم از یک منبع خیلی بزرگ و یا وسیلة ذوب برف دیگری گرم و بار سنگین به روی سازه اعمال شود، شوک حرارتی به پیاده وارد میشود.
ـ سطح حرارتی بایستی طوری گرم شود که اختلاف دما ی رفت و برگشت سیال کم از 10oc باشد (Ashre 1995)
7-طراحی شبکه گرمایش و ذوب برف
با کمک یک پمپ حرارتی (با کمک اوپراتور مستقیم یا غیر مستقیم) و یک دیگ گازی.
نیروگاه حرارتی، حرارت لازم را به شبکه توزیع می‌رساندکه خود آن شامل اتصالات موازی حرارتی استفاده کننده‌ها است که قابل استفاده برای کارهای مختلف می‌باشد.
1-7 قسمتهای اصلی یک سیستم گرمایشی عبارتند از سیستم و چاه تولید و کنترل زمینی، پمپ گرمایی و یک مبدل حرارتی زمین گرمایی (یک هیت پمپ ) (باموتور برقی) (یک دیگ گازی) برای پیک بار
سه روش مختلف نصب تجهیزات به شرح زیر می‌باشد.
سیستم1- در این سیستم آب زمین گرمایی در سمت اواپراتور و شبکة آب در قسمت کندانسور میت پمپ قرار دارد.
سیستم 2 – گرما به توسط یک پمپ حرارتی که بین جریان رفت و برگشت کار می‌کند و بوسیله گرم کردن آب برگشتی بعد از عبور از اوپراتور هیت پمپ در مبدل حرارتی زمین گرمایی به شبکة توزیع منتقل میشود و بویلر گازی در مدار رادیاتور گرمایی برای مواقع پیک بار نصب میشود.
سیستم 3- گرما بوسیله یک مبدل زمین گرمایی و یک بویلر گازی بطور سری به آن متصل هستند به شبکه توزیع منتقل میشود و در سیستم III هیت پمپ استفاده نمی شود.
همه مصرف کننده ملزومات عملکردی مختلفی دارند و بصورت موازی نصب می‌شوند.
اولین مصرف‌کننده یک سیستم گرمایش رادیاتوری می‌باشد. دو طرح برای این کار در نظر گرفته میشود در طرح اول دمای آب ورودی به صورت تابعی از دمای هوای خارج تغییر می‌کند در سیستم نوع دوم دمای آب ورودی را ثابت نگه داشته میشود در این جا فرض میشود که سطح گرمایش مورد نظر برای گرمایش با دمای داخل در( 20 درجه) ثابت نگه داشته شده و دمای بیرون از -16OC تا 12OC تغییر می‌کند.
دومین مصرف‌کننده
آب گرم مصرفی و سیستم تهویه است که دمای شبکه آب در آن500c در طول سال ثابت می‌باشد.
سومین مصرف‌کننده یک سیستم ذوب برف می‌باشد. که در دمای 6 OC ـ 3 OC دمای بیرون با مقادیر دمای سیال در ورود و خروج بین 55 OC تا 25 OC در حال ذوب کردن برف و 15 OC دستگاه درجا کار کردن می‌باشد.
برای محاسبات اطلاعات زیر فرض شده اند ماکزیمم دبی جریانی
آب زمین گرمایی:
ماکزیمم دمای آب زمین گرمایی Tgmax =40 OC
پارامترهای رادیاتور عبارتند از:
Tgmax=60c (- - ---)
چگالی متوسط آب زمین گرمایی pg= 108 kg/m3
گرمای ویژه متوسط آب زمین گرمایی
ماکزیمم گرمای مورد نیاز رادیاتور
ماکزیمم آب مورد نیاز برای آب معرفی و تهویه:
ماکزیمم گرمای مورد نیاز برای ذوب برف:
در زمان ذوب :
در زمان در جا کار کردن :
انرژی حرارتی کلی مورد نیاز، oc ، که برای دمای طرح خارجی
16oc – در نظر گرفته شده است با رابطه زیر معین میشود
اطلاعات برا ی زمان مورد نیاز برای عملکرد قسمتهای مختلف سیستم در جدول (4) تخمین زده شده است .
فصل گرمایش یک دوره 232 روزه با 15 روز بارش برف می‌باشد.
با این وجود، سیستم ذوب برف برای 120 روز تا وقتی که دمای بیرون o c 3 است کار می‌کند در دماهای بالاتر از این گرما تنها برای رادیاتورها و تهویه و آب شهر مصرف میشود.
وقتی که دمای بیرون oc 12 می‌باشد فصل گرمایش تمام میشود.
و بقیه سال (133 روز) سیستم تنها برای آب شهر و تهویه کار می‌کند.
جدول 4 :
به خاطر این ک
دانلود مقاله سیستم گرمایش و ذوب برف بر اساس پمپ حرارتی زمین گرمایی در فرودگاه گولنیو لهستان
