Pompe di calore geotermiche: una guida per principianti

Le pompe di calore geotermiche sono il metodo più efficiente dal punto di vista energetico e rispettoso dell'ambiente per il riscaldamento e il raffreddamento che esiste, quindi — non c'è da meravigliarsi se ogni anno vengono installate 50.000 nuove pompe di calore geotermiche negli Stati Uniti, secondo il Dipartimento di Energia. Mentre pompe di calore geotermiche (note anche come pompe di calore geotermiche) possono ridurre drasticamente i costi di riscaldamento e raffreddamento, sono costoso da installare - da $ 10.000 a $ 30.000 - che è probabilmente il motivo principale per cui non ce ne sono di più loro. Le pompe di calore geotermiche costano tanto perché richiedono un sistema di tubazioni interrate per scambiare calore con il terreno, che è a temperatura costante di 57 gradi Fahrenheit a pochi piedi sotto la superficie, non importa dove ti trovi e quale sia la temperatura dell'aria capita di essere.

I proprietari di case che vivono vicino a un grande specchio d'acqua hanno un vantaggio perché uno stagno o un lago possono fungere da fonte di calore in inverno e un dissipatore di calore in estate, e le pompe di calore ad acqua sono più economiche da installare rispetto a quelle geotermiche quelli. Sia che installi un sistema geotermico o idrico, stai utilizzando l'energia geotermica, il che è energia rinnovabile — e consumando solo abbastanza combustibili fossili per fornire elettricità per un refrigerante compressore, a pompa di circolazione e un soffiatore. Una volta completata l'installazione, le pompe di calore geotermiche offrono ai proprietari di abitazione il riscaldamento e il raffreddamento più convenienti most possibile riducendo significativamente la loro impronta di carbonio (rispetto all'utilizzo di riscaldamento e raffreddamento convenzionali fonti).

Come funzionano le pompe di calore geotermiche

In generale, a pompa di calore funziona come un frigorifero o un condizionatore d'aria. Un refrigerante circola attraverso un sistema di tubi formato in due serpentine distinte. In un set, le serpentine del condensatore, il refrigerante viene pressurizzato e si condensa in un liquido. Nell'altro set, le bobine dell'evaporatore, è consentito vaporizzare. La condensazione è un processo che rilascia calore, mentre l'evaporazione è un processo che assorbe calore. Una pompa di calore trae vantaggio da ciò commutando il flusso d'aria tra le due serie di serpentine secondo necessità e scaricando l'aria dall'altra serie di serpentine. In questo modo una pompa di calore scambia energia termica con l'ambiente.

Le pompe di calore ad aria, che sono la tipologia più comune, scambiano calore con l'aria esterna e non funzionano bene nei climi freddi perché l'aria ha poco calore da scambiare. A circa 5 piedi sotto la superficie terrestre, tuttavia, la temperatura è costante, quindi una pompa di calore geotermica può funzionare quasi ovunque. Il problema per gli ingegneri è come attingere a questo serbatoio di energia termica e la soluzione è correre un sistema di tubi sotterranei, far circolare un liquido attraverso di esso ed estrarre il calore dal suolo dal liquido.

Il tubo è fatto da PEX o HDPE, che sono entrambi tipi di plastica in polietilene, ed è riempito con una miscela di acqua e antigelo (una soluzione al 25 percento è tipica), con acqua proveniente da un corpo idrico vicino o con acque sotterranee. Una pompa di circolazione lo mantiene in movimento ed è in grado di trasferire calore alle batterie di refrigerazione attraverso uno scambiatore di calore all'interno del trattamento aria della pompa di calore. Il calore viene quindi fatto circolare attraverso un sistema di canalizzazione da un ventilatore.

Tipi di sistemi ad anello

I sistemi ad anello per le pompe di calore geotermiche possono essere aperti o chiusi e i sistemi a circuito chiuso sono i più comuni. Gli installatori dell'impianto riempiono la tubazione con una miscela acqua/antigelo al momento dell'installazione dell'impianto geotermico e, salvo eventuali perdite, non devono mai essere rabboccate. Esistono tre tipi di sistemi a circuito chiuso:

• ​Anelli orizzontali, che sono i più convenienti per la maggior parte delle applicazioni, sono disposti come tubi di scarico settici. Due tubi sono interrati a 5 piedi di profondità in una configurazione affiancata, oppure un tubo è interrato a 6 piedi di profondità e l'altro è sepolto sopra di esso a una profondità di 4 piedi.

• ​Anelli verticalisono un'alternativa quando il terreno è troppo roccioso per i loop orizzontali, o non c'è abbastanza spazio. Uno o due fori sono praticati a una profondità di diverse centinaia di piedi per ospitare una coppia di tubi collegati in basso.

• ​Circuiti della sorgente d'acquasono posti sotto diversi piedi d'acqua in un lago o stagno vicino e assorbono calore dall'acqua, che a una profondità di 5-10 piedi ha circa la stessa temperatura della terra circostante. I tubi sotterranei possono anche estendersi attraverso falde acquifere e scambiare calore con l'acqua di falda.

Uno​​sistema ad anello per pennapuò essere impiegato quando è disponibile un adeguato corpo idrico. Invece di una miscela acqua/antigelo, aspira l'acqua direttamente dalla fonte, fa circolare l'acqua attraverso il scambiatore di calore e lo scarica nuovamente nel corpo idrico o in un canale di scolo a seconda delle normative locali. Ciascuno di questi sistemi può essere impiegato in combinazione con un sistema di riscaldamento convenzionale, come un forno a gas o elettrico, per realizzare unsistema ibridoche utilizza la pompa di calore per il calore supplementare per contenere i costi energetici.

Pro e contro delle pompe di calore geotermiche

L'installazione di una pompa di calore geotermica ad anello orizzontale altera il paesaggio e non è fattibile su alcuni tipi di terreno o se il terreno è molto boscoso perché, proprio come un campo di drenaggio settico, un circuito geotermico è vulnerabile all'incursione della radice dell'albero. L'installazione di un circuito verticale può essere un rimedio quando un circuito orizzontale non funziona, ma è più costoso perché comporta la perforazione di fori profondi centinaia di piedi, spesso attraverso il substrato roccioso. Un sistema a fonte d'acqua è il meno costoso da installare, ma è un'opzione solo per le proprietà abbastanza vicine a un corpo idrico adeguato.

Se decidi di installare un impianto a pompa di calore geotermica, guadagni i seguenti vantaggi:

• ​Bassi costi di esercizioin grado di compensare in pochi anni gli elevati costi di installazione. Una volta attive, le pompe di calore geotermiche costano il 65% in meno rispetto ai sistemi di riscaldamento convenzionali. Anche se una pompa di calore consuma più elettricità di un sistema di riscaldamento a gas convenzionale, consuma molto meno carburante nel complesso.

• ​Longevità.Le pompe di calore stesse durano all'incirca quanto i forni, ovvero dai 15 ai 20 anni, e sono facili da sostituire. I circuiti geotermici sono più difficili da sostituire, ma non dovresti mai farlo perché durano da 50 a 100 anni.

• ​Calore pulito e senza emissioni. Le pompe di calore geotermiche sono sicure per l'ambiente e non presentano alcun pericolo di monossido di carbonio avvelenamento all'interno della casa. Le emissioni sono sostanzialmente nulle (a parte le emissioni legate alla produzione di energia elettrica).

• ​Risparmio energetico aggiuntivo.È possibile collegare una pompa di calore allo scaldabagno e utilizzarla per riscaldare l'acqua. Oltre ad essere una strategia di risparmio energetico, è più pulita del riscaldamento dell'acqua con gas o elettricità.

I due inconvenienti più importanti sono i costi iniziali per l'installazione e la dipendenza dalla posizione.

Tre domande da porsi

Se ti stai chiedendo se dovresti prendere in considerazione una pompa di calore geotermica per la tua casa, poniti domande come:

​1. La mia casa è in una buona posizione?​

Se si trova in un contesto urbano congestionato con acqua comunale e sistemi di scarico, probabilmente non hai spazio per scavare molto e difficilmente otterrai i permessi necessari. Se si trova in un ambiente molto in pendenza o molto boscoso, anche l'installazione potrebbe essere poco pratica.

​2. Amo il mio paesaggio così com'è?​

Lo scavo richiesto è dirompente, quindi devi essere pronto per il cambiamento. Questo è uno dei motivi per cui le pompe di calore geotermiche sono meglio installate come parte di una nuova costruzione quando il paesaggio deve ancora essere sviluppato.

​3. La mia casa è abbastanza stretta?​

Le pompe di calore non forniscono tanto calore quanto le fornaci e ne perderete molto attraverso finestre non sigillate e fessure in pavimenti e soffitti scarsamente isolati. Sigillare le fessure e migliorare l'isolamento è un'opzione, ma si aggiunge ai già elevati costi iniziali dell'installazione di una pompa di calore geotermica.