استفاده از مشخصات مدل جدید برای سیستم های خط لوله زمین گرمایی زمینی

پذیرش سیستم‌های پمپ حرارتی منبع زمینی (GSHP) به سرعت در حال رشد است زیرا صاحبان خانه‌ها، مشاغل، دانشگاه‌ها، دولت‌ها و سایرین برای صرفه‌جویی در مصرف انرژی، رسیدگی به تغییرات آب و هوا و ساخت سیستم‌های گرمایش و سرمایش کارآمد با قابلیت اطمینان طولانی‌مدت به فناوری تبادل جغرافیایی روی می‌آورند.

یکی از جنبه های حیاتی سیستم های GSHP، خط لوله مدفون در زمین یا غوطه ور شدن در آب است. شبکه لوله ها و اتصالات که اغلب مبدل حرارتی زمین یا به سادگی مدار زمین نامیده می شود، اتصال به انرژی گرمایی زمین است.

مواد لوله کشی مبدل حرارتی زمینی باید در برابر خوردگی، چرخه دما و فشار، مواد شیمیایی و سایش مقاومت داشته باشند و استحکام هیدرواستاتیک طولانی مدت (یعنی قابلیت فشار) را ارائه دهند. خوشبختانه، چندین نوع از مواد لوله‌کشی پلاستیکی ثابت شده‌اند که با این چالش‌ها مقابله می‌کنند و قابلیت اطمینان طولانی‌مدت را طی دهه‌ها استفاده فراهم می‌کنند.

اهمیت مشخصات لوله کشی فعلی

تعیین مواد صحیح لوله کشی و روش های نصب بسیار مهم است. لوله کشی تکامل یافته است و مواد مربوط به چند دهه قبل نسبت به آخرین فناوری پایین تر هستند. با به روز رسانی مداوم استانداردها و کدها، مشخصات قدیمی یا ناقص می تواند منجر به تاخیرهای پرهزینه، عدم انطباق یا بدتر شود.

به عنوان مثال:

• یک مشخصات قدیمی ممکن است مواد لوله کشی منسوخ شده ای را که دیگر تولید نمی شوند فهرست کند و هر کسی را وادار کند که چه چیزی را تهیه و نصب کند.

• مشخصات ضعیف نوشته شده می تواند استانداردهای نامناسب محصول را ذکر کند، تولید کنندگان و نصاب ها را سردرگم کند و محصولات اشتباهی نصب شوند.

• یک مشخصات سفارشی ممکن است الزامات نامناسب یا ناسازگار را ترکیب کند، که گاهی اوقات از منابع مختلف با بهترین نیت ها استخراج می شود، جایی که هیچ محصول واقعی نیازها را برآورده نمی کند. من شنیده ام که از این نوع مشخصات به عنوان “مشخصات فرانکشتاین” یاد می شود، که بر اساس رمان 1818 درباره هیولای دکتر فرانکنشتاین است.

موسسه غیر انتفاعی Plastics Pipe (PPI) با درک نیاز به یک مرجع یکپارچه و همسو با کد، مشخصات مدل PPI MS-7 را برای مواد لوله‌کشی پلاستیکی برای کاربردهای زمین گرمایی منبع زمین معرفی کرده است.

انتخاب مواد مناسب لوله

پلی اتیلن با چگالی بالا (HDPE) برای چندین دهه مواد اولیه لوله کشی مورد استفاده در حلقه های زمین گرمایی بوده است و برای این کاربرد ثابت شده است. با این حال، HDPE و همچنین استانداردهای محصول آن تکامل یافته است. مشخص‌کننده‌ای که از زبان لوله‌کشی قدیمی استفاده می‌کند ممکن است به طور ناخواسته محصولی را نشان دهد که دیگر در بازار وجود ندارد، یا محصولی که به سادگی توانایی کمتری نسبت به محصول پیشرفته فعلی دارد.

لوله های HDPE در طول 20 سال گذشته به لطف رزین های دووجهی جدید که استحکام بالاتر با دوام بیشتر را ارائه می دهند، به طور قابل توجهی بهبود یافته اند. آخرین نسل که با نام PE4710 شناخته می شود با چگالی بالاتر، مقاومت قابل توجه بهبود یافته در برابر رشد کند ترک ناشی از سایش و مقادیر فشار بالاتر در مقایسه با نسل قبلی لوله PE3408 مشخص می شود.

بر اساس این پیشرفت‌ها، PPI اکنون اجازه استفاده از لوله HDPE SDR13.5 را در چاه‌های عمودی، برخلاف لوله SDR11 ضخیم‌تر که قبلاً مورد نیاز بود، توصیه می‌کند. مواد نازک تر می توانند انتقال حرارت با زمین را بهبود بخشند.

برای مبدل‌های حرارتی با سوراخ عمودی، لوله باید با یک اتصال U 180 درجه نصب شود که به دو لوله موازی در کارخانه متصل است. کیفیت لینک ها زمانی که در کارخانه تولید می شوند ثابت خواهد بود. این نیاز بخشی از MS-7 است.

دو نوع دیگر از مواد لوله‌کشی مبتنی بر HDPE، پلی اتیلن متقاطع (PEX) و پلی اتیلن با دمای بالا (PE-RT) اکنون در کدهای مدل برای حلقه‌های زمین تأیید شده‌اند. PEX HDPE است که در طول ساخت اصلاح شده است تا زنجیره های مولکولی پلی اتیلن را به هم متصل کند. نتیجه یک ماده لوله کشی فشار انعطاف پذیر با قابلیت دمای بالا است. PE-RT یک ماده لوله پلی اتیلن با چگالی بالا با قابلیت های پیشرفته برای تحمل دمای عملیاتی بالای 140 فارنهایت است.

هر دو ماده برای کار در دمای 180 درجه فارنهایت طراحی شده اند که اگر قرار باشد انرژی خورشیدی حرارتی جمع آوری و در زمین ذخیره شود، می تواند مهم باشد. PEX همچنین به دلیل داشتن سطح بالایی از مقاومت شیمیایی شناخته شده است که گاهی اوقات در سایت های قهوه ای ضروری است.

این مشخصات مدل همچنین شامل محتوای لوله‌کشی داخلی برای سیستم‌های GSHP است که معمولاً در طاق‌ها یا اتاق‌های مکانیکی ساختمان‌ها قرار دارند. لوله های پلی پروپیلن (PP-R و PP-RCT) اغلب برای منیفولدها و لوله های نصب شده در طاق یا اتاق های مکانیکی استفاده می شوند. لوله پلی پروپیلن قابل ذوب است و معمولاً شامل لایه هایی از الیاف شیشه خرد شده برای کاهش انبساط/انقباض حرارتی طولی است. مواد PP-RCT تقریباً 25٪ فشار بیشتری نسبت به لوله PP-R برای ضخامت دیواره مشابه دارند.

این چهار ماده لوله کشی در کدهایی مانند CSA/ANSI/IGSHPA C448 Series 25، طراحی و نصب سیستم های پمپ حرارتی منبع زمینی برای ساختمان های تجاری و مسکونی; IAPMO کد مکانیکی یکنواخت و کد یکپارچه خورشیدی، آبی و زمین گرمایی; و ICC کد بین المللی مکانیک.

پروتکل های نصب و تست

علاوه بر مشخصات لوله کشی خارجی و داخلی، توصیه های نصب و تست فشار و همچنین تعاریف صنعتی برای بسیاری از جنبه های یک سیستم GSHP ارائه شده است. اگرچه مشخصات مدل جایگزین یک پروتکل نصب کامل کد نیست، MS-7 شامل الزامات نصب حیاتی از جمله:

• بازرسی لوله ها قبل از نصب.

• اجتناب از خم شدن با رعایت شعاع خمشی صحیح.

• جلوگیری از آسیب در هنگام قرار دادن در چاه.

• مدیریت فشار داخلی و خارجی به گونه ای که از قابلیت های فشار لوله تجاوز نکند.

• انتخاب مواد پس انداز مناسب.

نحوه استفاده از PPI MS-7

این سند مانند یک منوی لوله کشی است و مشخص کننده باید انتخاب کند که کدام مواد لوله کشی برای یک پروژه مورد نیاز است و سپس زبان مناسب را در مشخصات خود کپی و جایگذاری کند و در زمان صرفه جویی کند و از دقت اطمینان حاصل کند. به عنوان مثال، اگر ترجیح داده شود که فقط از لوله HDPE استفاده شود، مشخص کننده فقط می تواند محتوا را از این بخش کپی کند.

MS-7 کدهای تعیین مواد مورد نیاز و استانداردهای لوله کشی قابل اجرا را فهرست می کند. برای اتصالات، به آخرین رویه‌های ASTM که روش‌های مونتاژ و همجوشی مناسب را پوشش می‌دهند، اشاره می‌شود.

پنج دلیل اصلی برای استفاده از PPI MS-7

1. مواد لوله کشی بهبود یافته اند و استفاده از زبان مشخصات صحیح تضمین می کند که تنها بهترین مواد برای پروژه ها مجاز هستند.

2. آخرین کدهای مدل از CSA، IAPMO و ICC نیازمند رعایت استانداردهای لوله کشی اضافی مانند NSF 358، لوله پلی اتیلن و اتصالات آبمبتنی بر سیستم های پمپ حرارتی “زمین گرمایی” زمینیو NSF/ANSI/CAN 61، اجزای سیستم آب آشامیدنی – اثرات سلامتیکه در PPI MS-7 گنجانده شده اند.

3. استانداردهای جدیدی برای اتصالات و روش های نصب وجود دارد که در MS-7 ثبت شده است.

4. تعیین محل نصب لوله مبدل حرارتی زمین برای اطمینان از عدم آسیب یا خمیدگی آن در حین نصب و برآورده شدن انتظارات بلند مدت مشتریان بسیار مهم است.

5. برای اطمینان از اینکه لوله ها آسیبی ندیده و اتصالات و اتصالات به درستی مونتاژ شده اند، همیشه باید آزمایش فشار لوله کشی مدار زمین مورد نیاز باشد. روش دقیق تست فشار در MS-7 گنجانده شده است.

سیستم‌های پمپ حرارتی منبع زمینی یکی از بادوام‌ترین کاربردهای سیستم‌های لوله‌کشی پلاستیکی است، اما برای حداکثر کارایی و عمر طولانی، لوله باید به درستی انتخاب و نصب شود. تیم متخصصان PPI که MS-7 را توسعه دادند، هنگام توسعه محتوا از آخرین کدها و استانداردهای مدل از ASTM، CSA، IAPMO، ICC، IGSHPA و NSF استفاده کردند. PPI قصد دارد MS-7 را به عنوان یک مشخصات زنده نگه دارد و به طور مرتب آن را به روز می کند تا مواد جدید، فناوری های سنتز و بهترین شیوه ها را منعکس کند.

PPI MS-7 به صورت رایگان از بخش ساختمان و ساخت و ساز PPI در www.plasticpipe.org/buildingconstruction در دسترس است. مشخص‌کننده‌هایی که از MS-7 استفاده می‌کنند تشویق می‌شوند تا برای کمک به شکل‌دهی ویرایش‌های آینده بازخورد ارائه دهند.