Geotermální tepelná čerpadla: Průvodce pro začátečníky

Geotermální tepelná čerpadla jsou energeticky nejúčinnější a nejšetrnější k životnímu prostředí pro vytápění a chlazení - tak není divu, že každý rok je ve Spojených státech instalováno 50 000 nových geotermálních tepelných čerpadel, uvádí ministerstvo Energie. Zatímco geotermální tepelná čerpadla (známé také jako tepelná čerpadla země-zdroj) mohou dramaticky snížit náklady na vytápění a chlazení nákladná instalace - od 10 000 do 30 000 $ - což je pravděpodobně hlavní důvod, proč jich není více jim. Geotermální tepelná čerpadla stojí tolik, protože vyžadují systém zakopaného potrubí pro výměnu tepla se zemí, která je na konstantní teplota 57 stupňů Fahrenheita několik stop pod povrchem bez ohledu na to, kde jste a jaká je teplota vzduchu stane se.

Majitelé domů, kteří žijí v blízkosti velké vodní plochy, mají výhodu, protože jako zdroj tepla může sloužit rybník nebo jezero v zimě a v létě s chladičem a instalace tepelných čerpadel se zdroji vody je levnější než instalace ze země ty. Ať už instalujete systém země-voda nebo voda, využíváte geotermální energii - což je obnovitelná energie - a spotřeba pouze dostatečného množství fosilních paliv k zajištění elektřiny pro chladivo kompresor, a

Jak fungují geotermální tepelná čerpadla

Obecně platí, že tepelné čerpadlo funguje jako lednička nebo klimatizace. Chladivo cirkuluje potrubním systémem formovaným do dvou odlišných spirál. V jedné sadě - spirále kondenzátoru - je chladivo pod tlakem a kondenzuje na kapalinu. V druhé sadě - cívkách výparníku - je dovoleno odpařovat se. Kondenzace je proces, při kterém se uvolňuje teplo, zatímco odpařování je proces, který absorbuje teplo. Tepelné čerpadlo to využívá tím, že podle potřeby přepíná průtok vzduchu mezi dvěma sadami spirál a odvádí vzduch z druhé sady spirál. Tímto způsobem tepelné čerpadlo vyměňuje tepelnou energii s okolním prostředím.

Tepelná čerpadla typu vzduch, která jsou nejběžnějším typem, vyměňují teplo s venkovním vzduchem a nepracují dobře v chladném podnebí, protože vzduch nemá mnoho tepla na výměnu. Asi 5 stop pod zemským povrchem je však teplota konstantní, takže tepelné čerpadlo země může pracovat téměř kdekoli. Inženýři mají problém v tom, jak využít tento zásobník tepelné energie, a řešením je běžet systém potrubí v podzemí, cirkulujte v něm kapalinu a extrahujte zemní teplo z kapalný.

Trubky jsou vyrobeny z PEX nebo HDPE, což jsou oba typy polyethylenového plastu, a je buď naplněn směsí vody a nemrznoucí směs (typicky 25% roztok), s vodou z blízkého vodního útvaru nebo s podzemní vodou. Cirkulační čerpadlo jej udržuje v pohybu a je schopno přenášet teplo do chladicích spirál prostřednictvím tepelného výměníku uvnitř vzduchového modulu tepelného čerpadla. Teplo poté cirkuluje potrubním systémem pomocí dmychadla.

Typy smyčkových systémů

Smyčkové systémy pro geotermální tepelná čerpadla mohou být otevřené nebo uzavřené a systémy s uzavřenou smyčkou jsou nejběžnější. Instalatéři systému naplní potrubí vodou / nemrznoucí směsí, když je nainstalován geotermální systém, a kromě případných netěsností nemusí být nikdy znovu naplňován. Existují tři typy systémů s uzavřenou smyčkou:

• ​Horizontální smyčky, které jsou pro většinu aplikací nákladově nejefektivnější, jsou uspořádány jako potrubí septického odtokového pole. Dvě trubky jsou pohřbeny 5 stop hluboko v konfiguraci vedle sebe, nebo jedna trubka je pohřbena 6 stop hluboko a druhá je zakopána nad ní v hloubce 4 stopy.

• ​Svislé smyčkyjsou alternativou, když je půda příliš vodorovná pro vodorovné smyčky, nebo není dostatek místa. Jeden nebo dva otvory jsou vyvrtány do hloubky několika set stop, aby se do nich vešly dvojice trubek spojených dole.

• ​Smyčky zdroje vodyjsou umístěny pod několika stopami vody v nedalekém jezeře nebo rybníku a čerpají teplo z vody, která v hloubce 5 až 10 stop má přibližně stejnou teplotu jako okolní země. Podzemní potrubí může také procházet zvodněnými vrstvami a vyměňovat teplo se spodní vodou.

AnÓ​​systém peralze použít, když je k dispozici vhodná vodní plocha. Namísto směsi voda / nemrznoucí směs přijímá vodu přímo ze zdroje vody a cirkuluje vodu skrz výměník tepla a odloží jej zpět do vodního útvaru nebo do drenážního příkopu podle místních předpisů. Kterýkoli z těchto systémů lze použít ve spojení s konvenčním topným systémem, jako je plynová nebo elektrická pec, k výroběhybridní systémkterá využívá tepelné čerpadlo pro doplňkové teplo k udržení nízkých nákladů na energii.

Výhody a nevýhody geotermálních tepelných čerpadel

Instalace geotermálního tepelného čerpadla s horizontální smyčkou mění krajinu a není proveditelná na některých typech terénu nebo pokud je půda silně zalesněná, protože, stejně jako septické odtokové pole, geotermální smyčka je zranitelná vůči invazi kořenů stromů. Instalace vertikální smyčky může být lékem, když horizontální smyčka nebude fungovat, ale je dražší, protože zahrnuje vrtání otvorů hlubokých stovek stop, často skrz podloží. Systém s vodním zdrojem je nejméně nákladný na instalaci, ale je to volba pouze pro vlastnosti dostatečně blízké vhodnému vodnímu útvaru.

Pokud se rozhodnete nainstalovat geotermální systém tepelných čerpadel, získáte následující výhody:

• ​Nízké provozní nákladycož může vykompenzovat vysoké instalační náklady během několika let. Jakmile jsou geotermální tepelná čerpadla uvedena do provozu, stojí o 65 procent méně než běžné topné systémy. Přestože tepelné čerpadlo spotřebovává více elektřiny než a konvenční plynový topný systém, celkově spotřebuje mnohem méně paliva.

• ​Dlouhověkost.Samotná tepelná čerpadla vydrží zhruba stejně dlouho jako pece nebo od 15 do 20 let a lze je snadno vyměnit. Geotermální smyčky je obtížnější nahradit, ale nikdy byste to neměli dělat, protože trvají 50 až 100 let.

• ​Čisté teplo bez emisí. Geotermální tepelná čerpadla jsou bezpečná pro životní prostředí a nepředstavují žádné nebezpečí kysličník uhelnatý otrava uvnitř domu. Emise jsou v zásadě nulové (kromě emisí souvisejících s výrobou elektřiny).

• ​Další úspory energie.K ohřívači vody můžete připojit tepelné čerpadlo a použít jej k ohřevu vody. Kromě toho, že jde o strategii úspory energie, je to čistší než ohřev vody pomocí plynu nebo elektřiny.

Dvě nejdůležitější nevýhody jsou počáteční náklady na instalaci a závislost na umístění.

Tři otázky, které si musíte položit

Pokud vás zajímá, zda byste měli uvažovat o geotermálním tepelném čerpadle pro váš dům, položte si otázky jako:

​1. Je můj dům na dobrém místě?​

Pokud je to v přetíženém městském prostředí s komunálními vodovodními a odpadními systémy, pravděpodobně nemáte prostor pro mnoho kopání a je nepravděpodobné, že získáte potřebná povolení. Pokud je ve velmi svažitém nebo silně zalesněném prostředí, může být instalace také nepraktická.

​2. Miluji svou terénní úpravu právě takovou, jaká je?​

Požadované kopání je rušivé, takže musíte být připraveni na změnu. To je jeden z důvodů, proč se geotermální tepelná čerpadla nejlépe instalují jako součást nové výstavby, když terénní úpravy ještě nebyly vyvinuty.

​3. Je můj dům dostatečně těsný?​

Tepelná čerpadla neposkytují tolik tepla jako pece a mnoho z toho ztratíte neuzavřenými okny a mezerami ve špatně izolovaných podlahách a stropech. Možnost zaplombování mezer a modernizace izolace, ale zvyšuje již tak vysoké počáteční náklady na instalaci geotermálního tepelného čerpadla.