Геотермальные тепловые насосы: руководство для новичков

Геотермальные тепловые насосы - это самый энергоэффективный и экологически чистый способ отопления и охлаждения, который существует, поэтому неудивительно, что каждый год в Соединенных Штатах устанавливается 50 000 новых геотермальных тепловых насосов, по данным Департамента Энергия. Пока геотермальные тепловые насосы (также известные как геотермальные тепловые насосы) могут значительно снизить затраты на отопление и охлаждение, они дорогая в установке - от 10 000 до 30 000 долларов - что, вероятно, является основной причиной того, что их. Геотермальные тепловые насосы стоят так дорого, потому что они требуют подземной системы трубопроводов для обмена теплом с землей, которая находится на постоянная температура 57 градусов по Фаренгейту на несколько футов ниже поверхности, независимо от того, где вы находитесь и какова температура воздуха бывает.

Домовладельцы, живущие рядом с большим водоемом, имеют преимущество, потому что пруд или озеро могут служить источником тепла. зимой и теплоотвод летом, а тепловые насосы на водной основе дешевле в установке, чем на грунтовых единицы. Независимо от того, устанавливаете ли вы систему из источника воды или грунта, вы используете геотермальную энергию, а это возобновляемая энергия - и потребление ископаемого топлива только для выработки электроэнергии для хладагента. компрессор, а

Как работают геотермальные тепловые насосы

В целом Тепловой насос работает как холодильник или кондиционер. Хладагент циркулирует по системе трубок, образованной двумя отдельными змеевиками. В одном комплекте - змеевиках конденсатора - хладагент находится под давлением и конденсируется в жидкость. В другом наборе - змеевиках испарителя - допускается испарение. Конденсация - это процесс, при котором выделяется тепло, а при испарении тепло поглощается. Тепловой насос использует это преимущество, переключая воздушный поток между двумя наборами змеевиков по мере необходимости и удаляя воздух из другого набора змеевиков. Таким образом тепловой насос обменивается тепловой энергией с окружающей средой.

Тепловые насосы с воздушным источником тепла, которые являются наиболее распространенным типом, обмениваются теплом с наружным воздухом и плохо работают в холодном климате, потому что воздух не имеет большого количества тепла для обмена. Тем не менее, примерно на 5 футов ниже поверхности земли температура постоянна, поэтому земной тепловой насос может работать практически где угодно. Проблема для инженеров заключается в том, как использовать этот резервуар тепловой энергии, и решение состоит в том, чтобы запустить система трубопроводов под землей, циркулирует по ней жидкость и извлекает тепло земли из жидкость.

Трубка сделана из PEX или HDPE, которые представляют собой оба типа полиэтиленового пластика, и он либо заполнен смесью воды и антифриз (обычно 25-процентный раствор), с водой из ближайшего водоема или с грунтовыми водами. Циркуляционный насос поддерживает его движение, и он может передавать тепло охлаждающим змеевикам через теплообменник внутри воздухоподготовителя теплового насоса. Затем тепло циркулирует через систему воздуховодов с помощью воздуходувки.

Типы петлевых систем

Контурные системы для геотермальных тепловых насосов могут быть открытыми или замкнутыми, и наиболее распространены замкнутые системы. Монтажники системы заполняют трубы смесью воды и антифриза при установке геотермальной системы, и, исключая любые утечки, ее никогда не нужно повторно заполнять. Есть три типа замкнутых систем:

• ​Горизонтальные петли, которые являются наиболее экономически эффективными для большинства применений, прокладываются как полевые канализационные трубы. Две трубы закопаны на 5 футов глубиной в конфигурации бок о бок, или одна труба закопана на 6 футов глубиной, а другая закопана над ней на глубине 4 фута.

• ​Вертикальные петлиявляются альтернативой, когда земля слишком каменистая для горизонтальных петель или недостаточно места. Одно или два отверстия просверливаются на глубину до нескольких сотен футов для пары труб, соединенных внизу.

• ​Петли источника водыпомещаются на глубину нескольких футов в ближайшем озере или пруду и отбирают тепло из воды, температура которой на глубине от 5 до 10 футов примерно такая же, как у окружающей земли. Подземные трубы также могут проходить через водоносные горизонты и обмениваться теплом с грунтовыми водами.

Anо​​петля для ручкимогут использоваться при наличии подходящего водоема. Вместо смеси воды и антифриза он забирает воду непосредственно из источника, циркулирует воду через теплообменник и сбрасывает его обратно в водоем или в дренажную канаву в зависимости от местных норм. Любую из этих систем можно использовать вместе с обычной системой обогрева, такой как газовая или электрическая печь, для созданиягибридная системакоторый использует тепловой насос для дополнительного тепла, чтобы снизить затраты на электроэнергию.

Плюсы и минусы геотермальных тепловых насосов

Установка геотермального теплового насоса с горизонтальным контуром изменяет ландшафт и невозможна на некоторых типах местности или если земля сильно засажена деревьями, потому что, как и септик дренажное поле, геотермальная петля уязвима для проникновения корней деревьев. Установка вертикальной петли может быть решением, когда горизонтальная петля не работает, но это дороже, потому что требует сверления отверстий глубиной в сотни футов, часто в коренных породах. Система источника воды является наименее дорогостоящей в установке, но она возможна только для домов, находящихся достаточно близко к подходящему водоему.

Если вы решите установить систему геотермального теплового насоса, вы получите следующие льготы:

• ​Низкие эксплуатационные расходыэто может компенсировать высокие затраты на установку всего за несколько лет. После запуска геотермальные тепловые насосы стоят на 65 процентов меньше, чем обычные системы отопления. Хотя тепловой насос потребляет больше электроэнергии, чем обычная система газового отопления, в целом он потребляет гораздо меньше топлива.

• ​Долголетие.Сами тепловые насосы служат примерно столько же, сколько и печи, или от 15 до 20 лет, и их легко заменить. Геотермальные петли заменить сложнее, но вам никогда не придется этого делать, потому что они служат от 50 до 100 лет.

• ​Чистое тепло без вредных выбросов. Геотермальные тепловые насосы безопасны для окружающей среды и не представляют опасности монооксид углерода отравление внутри дома. Выбросы практически равны нулю (за исключением выбросов, связанных с производством электроэнергии).

• ​Дополнительная экономия энергии.Вы можете подключить к водонагревателю тепловой насос и использовать его для нагрева воды. Это не только стратегия энергосбережения, но и чище, чем нагрев воды с помощью газа или электричества.

Двумя наиболее важными недостатками являются предварительные затраты на установку и зависимость от местоположения.

Три вопроса, которые стоит задать себе

Если вам интересно, стоит ли вам рассматривать геотермальный тепловой насос для своего дома, задайте себе такие вопросы, как:

​1. Мой дом в хорошем месте?​

Если он находится в густонаселенном городском районе с муниципальными системами водоснабжения и канализации, у вас, вероятно, нет места для рытья, и вы вряд ли получите необходимые разрешения. Если он находится на сильном уклоне или в густом лесу, установка также может оказаться непрактичной.

​2. Люблю ли я свой ландшафт таким, какой он есть?​

Необходимые раскопки разрушительны, поэтому вы должны быть готовы к переменам. Это одна из причин, по которой геотермальные тепловые насосы лучше всего устанавливать в рамках нового строительства, когда ландшафтный дизайн еще не разработан.

​3. Достаточно ли тесен в моем доме?​

Тепловые насосы не обеспечивают столько тепла, сколько печи, и вы потеряете много его из-за открытых окон и щелей в плохо изолированных полах и потолках. Уплотнение зазоров и улучшение изоляции - это вариант, но он увеличивает и без того высокие первоначальные затраты на установку геотермального теплового насоса.