GHP

ساختار و اجزای سیستم گرمایش سرمایش جی اچ پی:

اساس کار GHP نیز به مانند بسیاری دیگر از سیستم های برودتی و تهویه مطبوع، سیکل تبرید تراکمی بخار می باشد که اجزای اصلی آن عبارتند از:

کمپرسور

کندانسور

اواپراتور شیر انبساط

ساختار سیستم GHP از دو یونیت مجزا تشکیل شده از:

 یونیت داخلی و یونیت خارجی

در یونیت خارجی معمولا مبدل های حرارتی، فن های دمنده، کمپرسورها و موتور احتراقی گاز سوز قرار می گیرند که در شکل زیر می توانید اجزای یونیت خارجی در یک سیستم GHP را مشاهده کنید

در یونیت خارجی، تجهیزات پر فشار سیکل تبرید شامل کمپرسور، کندانسور بهمراه موتور احتراق داخلی گاز سوز بکار گرفته می شوند. یونیتی که خارج از ساختمان و در فضای آزاد نصب می گردد. اما، در یونیت داخلی، اواپراتور به عنوان مؤلفه کم فشار سیکل تبرید قرار می گیرد. یونیت داخلی و یونیت خارجی از طریق اتصالات و لوله های حاوی جریان مبرد به یکدیگر متصل می شوند.

نحوه عملکرد سیستم گرمایش سرمایش جی اچ پی: 

در این سیستم ماده مبرد پس از عبور از شیر انبساط، با افت فشار و دمای قابل توجهی مواجه شده و پس از آن وارد اواپراتور (تبخیر کننده) می شود، در اواپراتور به دلیل کم بودن دمای ماده مبرد از دمای محیط، گرمای محیط از طریق تبخیر ماده سرمازا جذب اواپراتور می شود. ماده مبرد به تدریج به حالت گازی شکل تبدیل شده و به شکل بخار داغ (سوپرهیت) اما با دمای پایین وارد کمپرسور می گردد. کمپرسور در این سیستم به وسیله یک موتور احتراقی گاز سوز (گاز شهری) به حرکت درمی آید و بخار مبرد خروجی از اواپراتور را متراکم می کند تا با فشار بالاتری راهی کندانسور شود. در کندانسور دمای بالای بخار مبرد از طریق سیال واسطه (عمدتاً هوا) وارد محیط می شود و به دلیل افت دمای ایجاد شده در ماده مبرد، تبدیل به مایع شده و در واقع عملیات چگالش در کندانسور رخ می دهد. سپس بعد از عبور از کندانسور مجدداً به شیر انبساط می رسد و این سیکل به طور پیوسته در سیستم GHP تکرار می شود.در واقع سیکل فوق تشریحی از عملکرد یک پمپ حرارتی یا هیت پمپ (Heat pump) است که در بسیاری از سیستم های تهویه مطبوع کاربرد فراوانی دارد. به همین دلیل سیستم GHP با نام هیت پمپ نیز شناخته می شود.

کارکرد سیستم GHP در حالت سرمایش:

در فصل گرم سال، زمانی که در داخل فضای خانه یا هر مکان دیگری به سرمایش نیاز داریم، کویل موجود در یونیت های داخلی نقش اواپراتور هوایی (تبخیرکننده) را خواهند داشت. یعنی پس از آنکه ماده مبرد از شیر انبساط عبور کرد وارد لوله های این کویل شده و با تبخیر ماده مبرد، گرمای محیط جذب سیستم می شود. از این طریق دمای فضای داخلی کاهش می یابد.

کارکرد سیستم GHP در حالت گرمایش:

در فصل سرد سال، زمانی که در داخل فضای خانه یا هر مکان دیگری به گرمایش نیاز داریم، کویل موجود در یونیت های داخلی نقش کندانسور هوایی (تقطیرکننده) را خواهند داشت. چنانکه مبرد داغ و پرفشار خروجی از کمپرسور با دمای زیادی وارد لوله های این کویل شده و با عبور هوای داخل از مجاورت لوله ها، گرمایش اتفاق می افتد.

فرآیند تغییر نقش کویل موجود در یونیت داخلی (نقش اواپراتور هوایی در فصل گرما و نقش کندانسور هوایی در فصل سرما)، به وسیله یک شیر کنترل چهارراهه میسر می شود که از طریق تغییر مسیر جریان ماده مبرد این عملیات را محقق می سازد. این شیر در تمامی هیت پمپ ها جهت معکوس کردن جهت گردش جریان مبرد استفاده می شود و به همین دلیل به شیر معکوس (Reverse Valve) نیز معروف است. شیر معکوس معمولاً یک ورودی از خروجی کمپرسور دارد و سه خروجی که با توجه به شرایط سرمایش یا گرمایش جهت خروج ماده مبرد را مشخص می کند.

نحوه کار شیر معکوس به این صورت است که دارای دو حالت ساکن (Relaxed) و همچنین حالت فعال (Energized) است. این که شیر معکوس در کدام یک از دو حالت فوق، سیستم ghp را در حالت سرمایش یا گرمایش قرار دهد، معمولاً توسط شرکت سازنده بر حسب استانداردهای طراحی و یا نیاز پروژه تعیین می شود. به هر حال این شیر برقی یک جریان تغذیه 24 ولتی دارد که در اکثر سیستم های HVAC به راحتی قابل دسترسی است.

تفاوت سیستم GHP و EHP در چیست؟

در ابتدای این مقاله گفتیم که دو سیستم GHP و EHP از خانواده سیستم های VRF (جریان متغیر مبرد) به شمار می روند که در اینگونه سیستم ها با کنترل و تغییر حجم ماده مبرد یا سرمازا می توانیم در نقاط مختلفی از پروژه مورد نظر، دماهای مختلفی ایجاد کنیم. حال تفاوت اصلی دو سیستم GHP و EHP در منبع تأمین کننده توان مصرفی سیکل تبرید است. به بیان بهتر در سیستم EHP یک الکتروموتور به کمپرسور متصل می باشد، در حالیکه در سیستم GHP این کار به وسیله یک موتور احتراقی گاز سوز انجام می شود.

مزایای سیستم GHP:

کاهش مصرف برق: استفاده از موتور گاز سوز چه مزایا و نکات مثبتی می تواند داشته باشد؟ مهم ترین تأثیر آن کاهش مصرف برق است. بررسی ها نشان داده که در صورت استفاده از موتور گازسوز بجای الکتروموتور، 90% کاهش مصرف برق خواهیم داشت؛ چراکه بیشترین مصرف انرژی الکتریکی توسط الکتروموتوری است که محرک کمپرسور در سیکل تبرید می باشد.

هزینه کمتر مصرف گاز نسبت به برق: به طور کلی هزینه گاز مصرفی در مقایسه با مصرف برق همواره کمتر است، این فاکتور به ویژه در کشور ما ایران به دلیل وجود منابع عظیم گاز طبیعی، به مراتب مهم تر می باشد و مورد توجه مشتریان و کارفرمایان قرار گرفته است. اگر در سیستم GHP از یک موتور گازسوز با راندمان بالا استفاده شود، هزینه تأمین توان مورد نیازِ سیکل تبرید در سیستم های تهویه مطبوع کاهش می یابد. البته بایستی توجه داشت که این مزیت ویژه، بستگی به میزان بهای انرژی گاز و برق دارد و باید به صورت جغرافیایی و محلی مورد بررسی قرار بگیرد.

کاهش آلودگی هوا: نتایج بررسی ها نشان داده است که در صورت استفاده از سیستم GHP، آلاینده CO₂ کاهش یافته و در نتییجه آلودگی هوا کمتر می شود. در واقع گاز طبیعی یکی از پاکیزه ترین سوخت های فسیلی است و این همان دلیلی است که از این گاز در موتور خودروها نیز استفاده می شود.

شاید این سوال برای شما پیش بیاید که مگر تولید برق آلودگی هوا را در پی دارد؟ باید بگوییم بله، زیرا در بسیاری از کشورها و بخصوص کشور ما ایران، بسیاری از نیروگاه های برق از سوخت های فسیلی جهت تولید انرژی الکتریکی استفاده می کنند. به همین علت مطابق شکل زیر استفاده از GHP حتی از نظر آلایندگی هوا نیز انتخاب مناسب تری است.

کاهش اتلاف انرژی: در صورتی که از گاز طبیعی در ساختمان ها و یا برج های مرتفع استفاده کنیم، هزینه تأمین انرژی آن به مراتب کمتر از سیستم EHP است؛ چون انرژی گاز نسبت به برق، از منبع تولید و قرار گرفتن در شبکه توزیع و تا رسیدن به منازل مسکونی، اتلاف بسیار کمتری دارد. همانطور که در قسمت قبلی به آن اشاره کردیم، تولید برق در نیروگاه ها و با استفاده از سوخت های فسیلی، علاوه بر ایجاد آلودگی هوا، هزینه زیادی نیز دارد و از طرفی مقدار زیادی از انرژی الکتریکی در هنگام تولید و توزیع آن در شبکه اتلاف می شود. اما در سیستم GHP مقدار زیادی از انرژی ورودی حاصل از گاز طبیعی، توسط هیت پمپ مصرف می شود و همین موضوع علاوه بر کاهش میزان آلایندگی، بهینه سازی مصرف انرژی را در پی دارد.

به طور مثال در شکل زیر فقط 40% از کل انرژی اولیه از زمان تولید نیروی برق تا رسیدن آن به ساختمان ها، انتقال یافته است. در حالیکه وقتی از سیتم GHP استفاده شده است، کل انرژی مصرفی در ساختمان مورد نظر بین 40 تا 50 درصد کاهش داشته است. ضمن آنکه در سیستم GHP می توانیم خروجی برق تک فاز داشته باشیم.

بازیابی گرمای موتور گازسوز و تأمین آب گرم مورد نیاز:

در صورت استفاده از سیستم GHP می توانیم گرمای تولید شده در موتور گازسوز را به منظور تأمین گرمایش محیط و یا تأمین آب گرم مصرفی ساختمان، مورد استفاده قرار داد. چراکه در مجموع، موتورهای احتراقی گازسوز در دماهای بالایی کار می کنند و به همین علت توانایی تولید انرژی گرمایی زیادی دارند. لذا، چون در این سیستم، موتور احتراقی به طور دائم روشن است و توان مورد نیاز سیکل را تأمین می کند، می توانیم حرارت خروجی از آن را بازیافت کنیم و در موارد ذکر شده به کار ببریم.

در شکل زیر ترکیبی از سیستم GHP وVRF مشاهده می شود که در آن با استفاده از یک مبدل حرارتی، انرژی گرمایی موتور احتراقی بازیابی شده و می توان با اتصال آب سرد ساختمان به آن، آب گرم مصرفی مورد نیاز را تأمین کرد، در حالی که در فضاهای داخلی ساختمان سیستم VRF می تواند عملیات خنک کاری را انجام دهد.

توجه داشته باشید که این منبع انرژی گرمایی، حاصل از موتور گازسوز دائمی است و نیازی به مبدل حرارتی (کندانسور) ندارد و حتی زمانی که دمای محیط بیرون پایین است می تواند گرمای خوبی را به سرعت تحویل دهد. اینکه سیستم GHP می تواند گرمای زیادی را در مدت زمان کوتاهی تحویل دهد به علت ویژگی موتور احتراقی گازسوز است که در مدت کوتاهی پس از روشن شدن قابلیت رسیدن به دماهای بالا را دارد.

کاهش هزینه برق: کاهش هزینه برق جدای از کاهش مصرف برق است. در واقع هزینه برق مصرفی در ساعات پر مصرف، گران تر از ساعات کم مصرف است. این نکته چند سالی است که در ایران نیز اجرا می شود و پیک مصرف برق در روز و شب بنا بر نوع فصل، کمی متغیر است. بنابراین ساختمان هایی که از سیستم EHP به منظور تهویه مطبوع استفاده می کنند در ساعات پیک مصرف برق هزینه بسیار بیشتری را تحمیل می کنند.

کاربرد سیستم گرمایش و سرمایش جی اچ پی:

سیستم GHP در زمینه سرمایش و گرمایش کاربرد وسیعی دارد اما توصیه می شود از این سیستم در کشورها و شهرهایی بیشتر استفاده می شود که هزینه گاز نسبت به هزینه برق کم تر باشد و همچنین در ساعات اوج مصرف اگر هزینه برق مصرفی در مکان مورد نظر چشمگیر است می توان از سیستم GHP استفاده نمود.

به طور کلی سیساتم GHP در مکان های مختنلفی تاکنون استفاده شده است از جمله :

• دانشگاه ها، مدارس و مراکز آموزشی
• ساختمان های تجاری و اداری
• رستوران ها و تالارهای پذیرایی
• هتل ها
• مراکز خرید و فروشگاه ها
• آپارتمان ها و منازل مسکونی
• بیمارستان ها و مراکز درمانی
• کارگاه های صنعتی و کارخانه ها
• باشگاه های ورزشی
• انبارهای کارخانه ها و مراکز تولیدی.