Γεωθερμική αντλία θερμότητας: πώς λειτουργεί

Για την απόλυτη άνεση και εξοικονόμηση ενέργειας, αρχίστε με να σκάβετε μια τρύπα

Εικονογράφηση από

Ένα ηλεκτροκίνητο, γεωθερμικό σύστημα θέρμανσης και ψύξης μεταφέρει τη θερμότητα μεταξύ του σπιτιού σας και της γης χρησιμοποιώντας ρευστό που κυκλοφορεί μέσω μεγάλων βρόχων υπόγειου σωλήνα.

Πως δουλεύει

Λαμβάνοντας υπόψη όλη την προσοχή που δίνεται στην ηλιακή ενέργεια αυτές τις μέρες, μπορεί να εκπλαγείτε να μάθετε ότι μία από τις πιο ελπιδοφόρες λύσεις για υψηλό ενεργειακό κόστος δεν είναι στον ουρανό αλλά θαμμένη βαθιά κάτω από το γκαζόν σας. Οι υπεραπορροφητικές γεωθερμικές αντλίες θερμότητας παρέχουν καθαρή, ήρεμη θέρμανση και ψύξη ενώ μειώνουν τους λογαριασμούς κοινής ωφελείας κατά 70%. «Με αυτή την τεχνολογία, όλοι θα μπορούσαν να κάθονται στην κορυφή του ενεργειακού τους εφοδιασμού καθ 'όλη τη διάρκεια ζωής τους», λέει ο Richard Trethewey, υδραυλικός και θερμαντικός εμπειρογνώμονας TOH.

Κατ 'αρχήν, μια γεωθερμική αντλία θερμότητας λειτουργεί σαν μια συμβατική αντλία θερμότητας, χρησιμοποιώντας ψυκτικό υψηλής πίεσης για να συλλαμβάνει και να μετακινεί τη θερμότητα μεταξύ εσωτερικών και εξωτερικών χώρων. Η διαφορά είναι ότι τα συμβατικά συστήματα συλλέγουν τη θερμότητά τους - και να τα ξεφορτωθούν - μέσω του εξωτερικού αέρα. Τα γεωθερμικά συστήματα, αντίθετα, μεταφέρουν τη θερμότητα μέσω μεγάλων βρόχων σωληνώσεων γεμισμένων με υγρό που έχουν ταφεί στο έδαφος.

Καθώς οι πρόγονοί μας που ζούσαν σε σπηλιά ανακάλυψαν εδώ και πολύ καιρό, αν πάτε αρκετά κάτω από το έδαφος, η θερμοκρασία της γης παραμένει σταθερή περίπου 50 μοίρες, ανεξάρτητα από το πόσο ζεστό ή κρύο εξέρχεται. Έτσι, ενώ μια συμβατική αντλία θερμότητας "αέρα-πηγής" προσπαθεί να σκουπίσει τη θερμότητα από την κατάψυξη του χειμώνα ή να το βυθίσει στο καλοκαίρι, το αντίστοιχο "έδαφος-πηγής" έχει τη συγκριτικά εύκολη εργασία εξόρυξης και εκτόξευσης θερμότητας μέσω των 50 μοιρών υγρό που κυκλοφορεί στο βρόχο γείωσης του. Γι 'αυτό χρειάζεται μόνο μία κιλοβατώρα ηλεκτρικής ενέργειας για μια γεωθερμική αντλία θερμότητας που παράγει σχεδόν 12.000 Btu ψύξης ή θέρμανσης. (Για την παραγωγή του ίδιου αριθμού Btus, μια τυπική αντλία θερμότητας σε ημέρα 95 ωρών καταναλώνει 2, 2 κιλοβατώρες.) Τα γεωθερμικά συστήματα είναι διπλάσια από τα κλιματιστικά υψηλής απόδοσης και σχεδόν 50 τοις εκατό πιο αποδοτικά από τους καλύτερους κλιβάνους αερίου, όλο το χρόνο.

Ένα άλλο πλεονέκτημα είναι ότι δεν υπάρχει ανάγκη για έναν θορυβώδη εξωτερικό ανεμιστήρα για να μετακινείται ο αέρας μέσω των πηνίων του συμπιεστή. Οι γεωθερμικές μονάδες απλώς αντλούν υγρό, ώστε να μπορούν να σταθμεύουν σε εσωτερικούς χώρους, ασφαλείς από τα στοιχεία. Οι περισσότεροι έρχονται με 10ετή εγγύηση, αλλά μπορούν να διαρκέσουν πολύ περισσότερο. Στα 29 χρόνια από τότε που ο Jim Partin, ένας από τους πρώτους υιοθετητές της τεχνολογίας, εγκατέστησε ένα στο σπίτι του στο Stillwater της Οκλαχόμα, αντικατέστησε μόνο δύο διακόπτες επαφής.

Εικονογράφηση από

Εξαρτήματα αντλίας θερμότητας

Όπως συμβαίνει με τις συνήθεις αντλίες θερμότητας, το ψυκτικό μέσο σε μια γεωθερμική αντλία θερμότητας τρέχει σε ένα βρόχο μέσω ενός συμπιεστή, συμπυκνωτή, βαλβίδα εκτόνωσης και εξατμιστή, συλλέγοντας θερμότητα στο ένα άκρο και παραδίδοντας το στο άλλο. Η κατεύθυνση της ροής του ψυκτικού μέσου, η οποία ελέγχεται από την βαλβίδα αντιστροφής, καθορίζει εάν η θερμότητα κινείται στο σπίτι το χειμώνα (φαίνεται) ή τραβιέται έξω από αυτό το καλοκαίρι. Με την προσθήκη ενός απορροφητήρα, η υπολειμματική ζεστασιά από το σύστημα μπορεί επίσης να συμπληρώσει ένα συμβατικό θερμοσίφωνα, μειώνοντας περαιτέρω τους λογαριασμούς ενέργειας.

Κόστος & Φορολογικά Κίνητρα

Παρά τα οφέλη αυτά, μόνο 47.000 γεωθερμικές μονάδες εγκαταστάθηκαν πέρυσι στις ΗΠΑ. Αυτό είναι ένα μικρό βήμα σε σύγκριση με τα περίπου ένα εκατομμύριο συμβατικές αντλίες θερμότητας που πωλήθηκαν κατά την ίδια περίοδο, παρόλο που οι αντλίες θερμότητας εδάφους κοστίζουν περίπου το ίδιο για να αγοράσουν. Εδώ είναι το τρίψιμο: Θα πρέπει να θάβετε πολλά σωλήνα-περίπου 1.500 έως 1.800 πόδια για ένα τυπικό σπίτι των 2.000 τετραγωνικών ποδιών. (Το πραγματικό μήκος θα πρέπει να υπολογίζεται από έναν εμπειρογνώμονα, με βάση τα βέλτιστα φορτία θέρμανσης και ψύξης για το σπίτι.) Μια ρύθμιση που το μέγεθος θα μπορούσε να κοστίσει έως και $ 20, 000 για την εγκατάσταση, ανάλογα με τις συνθήκες του εδάφους και το πόσο σκάψιμο και γεωτρήσεις εμπλέκονται. Ένα σπίτι σε μια μεγάλη παρτίδα, για παράδειγμα, θα μπορούσε να χρησιμοποιήσει τους σωλήνες που τοποθετούνται οριζόντια σε μακριές, 4-πόδι-βαθιά χαρακώματα. Τα σπίτια στις μικρές παρτίδες ή στις βραχώδεις προεξοχές θα μπορούσαν να απαιτήσουν τρεις ή τέσσερις τρύπες διάτρητες περίπου 300 πόδια ευθεία κάτω, μια πολύ πιο δαπανηρή διαδικασία.

Ακόμη και με αυτή τη σημαντική επένδυση από τα εμπρός, τα γεωθερμικά συστήματα είναι τόσο έντονα ενεργειακά, που η περίοδος αποπληρωμής είναι εξαιρετικά σύντομη. Μια μελέτη του Τεχνολογικού Ινστιτούτου Πολεμικής Αεροπορίας υπολόγισε ότι παίρνει κατά μέσο όρο μόλις επτά έως οκτώ χρόνια για να καλύψει τα κόστη. Το πραγματικό σας σημείο ισορροπίας εξαρτάται από τα τοπικά ποσοστά χρησιμότητας, τα έξοδα εκσκαφής / γεώτρησης, το πόσο καλά είναι μονωμένο το σπίτι σας, την αποτελεσματικότητα του μοντέλου που επιλέγετε και ποια κίνητρα παρέχει η πολιτεία ή οι επιχειρήσεις κοινής ωφέλειας. Ένας καλός εγκαταστάτης που γνωρίζει την θέρμανση και ψύξη καθώς και την τοπική γεωλογία σας θα είναι σε θέση να κάνει αυτούς τους υπολογισμούς για σας.

Το σημερινό ομοσπονδιακό κίνητρο περιορίζεται στην κανονική πίστωση φόρου ύψους 300 $ για τις εγκαταστάσεις HVAC της Energy Star. (Καναδοί μετασκευές ενός υπάρχοντος σπιτιού με γεωθερμική πληρούν τις προϋποθέσεις για μια ομοσπονδιακή επιχορήγηση ύψους 3.500 δολαρίων.) Ορισμένες κοινωφελείς επιχειρήσεις κοινής ωφέλειας έχουν προσφέρει δάνεια χαμηλού επιτοκίου σε ιδιοκτήτες σπιτιού που επιθυμούν να υιοθετήσουν την τεχνολογία. "Είναι μια συμφωνία win-win", λέει ο Steve Rosenstock, διευθυντής ενεργειακών λύσεων στο Edison Electric Institute, μια ένωση χρηστών. "Τα βοηθητικά προγράμματα μειώνουν τη ζήτηση αιχμής για θέρμανση και ψύξη, καθώς οι πελάτες τους μειώνουν δραματικά τους λογαριασμούς ηλεκτρικού ρεύματος." Και επειδή οι πλαστικοί βρόχοι θα πρέπει να διαρκέσουν τουλάχιστον 50 χρόνια, η αποζημίωση για τους ιδιοκτήτες σπιτιού και το περιβάλλον μπορεί να διαρκέσει για γενιές.

Τα βασικά

Τι είναι

Ένα ηλεκτρικό σύστημα θέρμανσης και ψύξης που μεταφέρει τη θερμότητα μεταξύ του σπιτιού σας και της γης χρησιμοποιώντας ρευστό που κυκλοφορεί μέσα από μεγάλους βρόχους υπόγειων σωλήνων.

Πως δουλεύει

Μια εσωτερική αντλία θερμότητας χρησιμοποιεί έναν βασικό κύκλο ψύξης - εξάτμιση, συμπίεση, συμπύκνωση και επέκταση - για να συλλαμβάνει και να εκπέμπει θερμότητα από και προς το έδαφος για να ζεσταίνει το σπίτι το χειμώνα και να το δροσίζει το καλοκαίρι.

Γιατί θα θέλατε ένα

Μειώνει τους λογαριασμούς θέρμανσης και ψύξης στο σπίτι κατά 30 έως 70 τοις εκατό. Εξαλείφει θορυβώδεις υπαίθριους συμπιεστές και ανεμιστήρες. Μειώνει τις εκπομπές αερίων του θερμοκηπίου κατά το ισοδύναμο της φύτευσης 750 δένδρων ή με τη λήψη δύο αυτοκινήτων εκτός δρόμου.

Τι να ψάξω

Για τις ομοσπονδιακές φορολογικές πιστώσεις, οι αντλίες πρέπει να πληρούν τα πρότυπα απόδοσης του Energy Star. Για συστήματα κλειστού βρόχου, χρειάζεστε EER 14, 1 και COP (συντελεστή απόδοσης) 3, 3.

Πού να το πάρετε

Για να βρείτε κατασκευαστές, επισκεφτείτε την ιστοσελίδα της Κοινοπραξίας γεωθερμικής αντλίας θερμότητας. Για να βρείτε εξειδικευμένους εγκαταστάτες και σχεδιαστές που γνωρίζουν την τοπική γεωλογία και πώς να μεγιστοποιήσουν τα συστήματα για μέγιστη αποδοτικότητα, μεταβείτε στον ιστότοπο της Διεθνούς Ένωσης Παροχής Θερμών Πηγών.

Τι κοστίζει

$ 15.000 - $ 20.000 εγκατεστημένα για το σύστημα, συμπεριλαμβανομένων των βρόχων γείωσης, της αντλίας θερμότητας και των χειριστηρίων. Η βάση δεδομένων κρατικών κινήτρων για τις ανανεώσιμες πηγές ενέργειας (dsireusa.org) παρέχει ενημερωμένες πληροφορίες σχετικά με τα προγράμματα κρατικών κινήτρων.

Μπορώ να ανανεώσω ένα;

Η ανακατασκευή ενός συστήματος εδάφους-πηγής δεν είναι δύσκολη, εφ 'όσον είναι δυνατή η ταφή του βρόχου γείωσης. Ένα σπίτι θα χρειαστεί αγωγούς για να διανείμει δροσερό αέρα στις ζεστές μέρες. Αυτοί οι ίδιοι αγωγοί μπορούν να παρέχουν ζεστό αέρα το χειμώνα. Ορισμένες γεωθερμικές αντλίες θερμότητας μπορούν να συνδεθούν με έναν υφιστάμενο χειριστή αέρα, άλλες μονάδες έρχονται με δικό τους ενσωματωμένο χειριστή αέρα. Τα σπίτια με θέρμανση με ζεστό νερό μπορούν επίσης να χρησιμοποιήσουν γεωθερμικά συστήματα, αν και μπορεί να χρειαστούν επιπλέον θερμαντικά σώματα, επειδή αυτά τα συστήματα δεν φτάνουν στις υψηλότερες θερμοκρασίες των λεβήτων καυσίμων. (Αυτό δεν αποτελεί πρόβλημα για θερμότητα δαπέδου ακτινοβολίας, το οποίο λειτουργεί σε χαμηλότερες θερμοκρασίες.)