การนำพลังงานความร้อนใต้พิภพมาใช้ประโยชน์โดยตรง
มนุษย์ได้มีการนำพลังความร้อนใต้พิภพ (geothermal)มาใช้โดยตรง โดยไม่นำไปผลิตกระแสไฟฟ้าก่อน สามารถกระทำได้ในหลายลักษณะ เช่น ใช้เป็นแหล่งความร้อน (heat source) สำหรับทำความอบอุ่นแก่ที่พักอาศัยหรืออาคารสำนักงาน การใช้เพื่อประโยชน์ทางสุขภาพการชำระล้างทำความสะอาด
การอบทรายร้อน การประกอบอาหาร ตลอดจนเป็นแหล่งความร้อนที่ใช้ในภาคเกษตร และอุตสาหกรรม โดยมีลักษณะและรูปแบบการใช้งานดังนี้ การแช่น้ำร้อนรักษาโรค ที่น้ำพุร้อน วัดวังขนาย จ.กาญจนบุรี
บ่อต้มไข่สุก 3 นาที ที่น้ำพุร้อนสบโป่ง/แม่ขะจาน จ.เชียงราย
นักท่องเที่ยวอบทรายร้อนที่หาดพลังงานความร้อนใต้พิภพอิบูซูกิ คิวชูตอนใต้ ประเทศญี่ปุ่น
แนวคิดการสร้างความอบอุ่นแก่ที่พักอาศัยในฤดูหนาว ด้วยปั๊มความร้อนจากพลังงานความร้อนใต้พิภพ
1. ปั๊มความร้อนพลังงานความร้อนใต้พิภพ (Geothermal heat pump)
ปั๊มความร้อนพลังงานความร้อนใต้พิภพ เป็นอุปกรณ์ในการถ่ายเทความร้อนจากที่ที่มีอุณหภูมิตํ่าไปยังที่ที่มีอุณหภูมิสูง โดยอาศัยแหล่งความร้อนจากใต้พิภพที่มีอุณหภูมิไม่สูงนัก ระบบปั๊มความร้อนใช้หลักการเดียวกับระบบทำความเย็น (refrigeration) สามารถเปลี่ยนจากระบบหนึ่งไปเป็นอีกระบบหนึ่งได้ โดยใช้วาล์วเปลี่ยนทิศทาง (reversing valve) ในระบบปั๊มความร้อน นํ้าร้อนหรือไอนํ้าจากแหล่งพลังงานความร้อนใต้พิภพ (heat source) จะผ่านเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อน (เครื่องระเหย) เพื่อถ่ายเทความร้อนให้กับของไหลใช้งาน (working fluid) จนมีอุณหภูมิสูงขึ้นกลายเป็นไอ และถูกส่งไปยังเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อน (เครื่องควบแน่น) เพื่อถ่ายเทความร้อนให้กับแหล่งรับความร้อนภายนอก (heat sink) เช่น อากาศ และเปลี่ยนสภาพเป็นของเหลวอีกครั้ง อากาศที่รับความร้อนจากของไหลใช้งานจะมีอุณหภูมิสูงขึ้น ตัวอย่างการใช้งาน คือการทำให้อากาศภายในบ้านอบอุ่นขึ้นในฤดูหนาว
2. ปั๊มความร้อนพลังงานความร้อนใต้พิภพแบบวงจรเปิด (Open-loop geothermal heat pump system)
ปั๊มความร้อนพลังงานความร้อนใต้พิภพแบบวงจรเปิดเป็นอุปกรณ์ในการถ่ายเทความร้อนจากที่ที่มีอุณหภูมิตํ่าไปยังที่ที่มีอุณหภูมิสูง โดยอาศัยแหล่งความร้อนจากใต้พิภพในรูปของนํ้าร้อนหรือไอนํ้า ระบบปั๊มความร้อนมีหลักการทำงาน คือ เมื่อนํ้าร้อนหรือไอนํ้าจากแหล่งความร้อนใต้พิภพถ่ายเทความร้อนให้กับของไหลใช้งาน (working fluid) แล้ว จะถูกส่งกลับไปยังแหล่งความร้อนต้นกำเนิดโดยไม่มีการนำมาหมุนเวียนซํ้าอีก ซึ่งต่างจากระบบปั๊มความร้อนพลังงานความร้อนใต้พิภพแบบวงจรปิด (closed-loop geothermal heat pump) ที่นํ้าร้อนหรือไอนํ้าจะหมุนเวียนอยู่ในระบบอย่างต่อเนื่อง เหมาะกับการใช้งานเมื่อแหล่งความร้อนสะอาดและมีปริมาณมากพอ ใช้ทำให้อากาศภายในบ้านอบอุ่นขึ้นในฤดูหนาว
3. การให้ความร้อนแก่ชุมชน (District heating)
การนำพลังงานความร้อนใต้พิภพมาใช้ให้ความร้อนแก่ชุมชน เช่น ในเขตหนาว โดยติดตั้งระบบปั๊มความร้อนพลังงานความร้อนใต้พิภพขนาดใหญ่ พร้อมวางระบบโครงข่ายท่อรับส่งของไหลใช้งาน (working fluid) และเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนกระจายไปยังที่อยู่อาศัยหรือหน่วยงานในชุมชน
4. การอาบนํ้าแร่ (Geothermal bathing)
การใช้นํ้าร้อนจากแหล่งพลังงานความร้อนใต้พิภพในการอาบชำระล้าง มักทำเพื่อประโยชน์ทางสุขภาพ
Source : http://www.tlcthai.com
Source : http://www.indochinaexplorer.com/
5. การเพาะเลี้ยงในนํ้า (Aquaculture)
การเพาะเลี้ยงในนํ้าที่ต้องควบคุมอุณหภูมิที่อยู่อาศัยของสัตว์นํ้าให้อยู่ในระดับที่เหมาะสมแก่การเจริญเติบโต และสืบพันธุ์ โดยใช้นํ้าร้อนจากแหล่งพลังงานความร้อนใต้พิภพช่วยในการปรับระดับอุณหภูมิของน้ำ (ในแถบประเทศที่มีอุณหภูมิต่ำ)
6. ระบบท่อวน (Ground loop)
การนำความร้อนจากแหล่งความร้อนใต้พิภพมาใช้งานโดยผ่านระบบท่อวน โดยท่อวนเป็นระบบท่อที่ฝังอยู่ในพื้นดินที่ทำหน้าที่แลกเปลี่ยนความร้อนระหว่างของไหลใช้งาน (working fluid) กับแหล่งความร้อนใต้พิภพของไหลใช้งานอาจเป็นนํ้าร้อน หรือไอนํ้าที่นำมาใช้ประโยชน์โดยตรง หรือเป็นสื่อนำความร้อนที่ไหลหมุนเวียนอยู่ในระบบซึ่งสามารถนำความร้อนนั้นไปใช้ประโยชน์อย่างอื่นได้
ความหนาแน่นสูง (HDPE - high density polyethylene)
6.1 ระบบท่อวนแนวราบ (Horizontal ground loop)
ระบบท่อวนแบบแนวราบเป็นรูปแบบการวางท่อของระบบปั๊มความร้อนพลังงานความร้อนใต้พิภพแบบวงจรปิดที่อยู่ในแนวราบ ทำให้อากาศภายในบ้านอบอุ่นขึ้นในฤดูหนาว แหล่งนํ้าจากในบ้านหรืออาคารหมุนเวียนมารับความร้อนจากแหล่งความร้อนใต้พิภพ และเปลี่ยนสภาพเป็นนํ้าร้อนหรือไอนํ้ากลับเข้าสู่อาคาร ระบบท่อวนแนวราบเหมาะกับการติดตั้งในบริเวณที่มีพื้นที่กว้างและมีแหล่งความร้อนอยู่ระดับใกล้ผิวดิน
6.2 ระบบท่อวนแนวดิ่ง (Vertical ground loop)
ระบบท่อวนแนวดิ่งมีรูปแบบการวางท่อของปั๊มความร้อนพลังานความร้อนใต้ภิภพแบบวงจรปิดที่วางอยู่ในแนวดิ่งตั้งฉากกับพื้นดิน ใช้ทำให้อากาศภายในบ้าอบอุ่นขึ้นในฤดูหนาว แหล่งน้ำจากในบ้านหรืออาคารเวียนมารับความร้อนจากแหล่งความร้อนใต้พิภาพ และเปลี่ยนสภาพเป็นน้ำร้อนหรือไอน้ำกลับเข้าสู่อาคาร ระบบท่อวนแนวดิ่งเหมาะกับการติดตั้งในบริเวณที่มีพื้นที่แคบและมีแหล่งความร้อนอยู่ลึกจากผิวดินลงไป
6.3 ระบบท่อวนแบบเป็นวง (Slinky ground loop)
ระบบท่อวนแบบเป็นวง เป็นระบบท่อวน แนวราบอีกลักษณะหนึ่งที่ได้รับการออกแบบให้ท่อขดเป็นวง เพื่อเพิ่มพื้นที่ผิวในการแลกเปลี่ยนความร้อน ทำให้อากาศภายในบ้านอบอุ่นขึ้นในฤดูหนาว
Bibliography
กรมพัฒนาพลังงานทดแทนและอนุรักษ์พลังงาน กระทรวงพลังงาน. พลังงานความร้อนใต้พิภพ (Geothermal Energy). In สารานุกรมพลังงานทดแทน (pp. หน้า. 226, 233, 236, 239, 241, 244).
