Геотермальный тепловой насос: как он работает

Для максимального комфорта и экономии энергии начните с рытья ямы

Иллюстрация от

Геотермальная система отопления и охлаждения с электрическим приводом передает тепло между вашим домом и землей, используя жидкость, циркулирующую через длинные петли подземной трубы.

Как это устроено

Учитывая все то внимание, которое уделяется солнечной энергии в эти дни, вы можете быть удивлены, узнав, что одно из наиболее многообещающих решений высоких энергетических затрат находится не в небе, а глубоко под вашим газоном. Сверхэффективные геотермальные тепловые насосы обеспечивают чистое, бесшумное отопление и охлаждение, сокращая счета за коммунальные услуги до 70 процентов. «С этой технологией каждый мог бы работать на полную мощность», - говорит Ричард Третеви, специалист по сантехнике и отоплению TOH.

В принципе, геотермальный тепловой насос работает как обычный тепловой насос, используя хладагент высокого давления для улавливания и перемещения тепла между помещением и наружу. Разница в том, что обычные системы собирают свое тепло - и избавляются от него - через наружный воздух. Геотермальные системы, напротив, передают тепло через длинные петли заполненной жидкостью трубы, утопленной в земле.

Как давно обнаружили наши обитатели пещер, если вы уйдете достаточно глубоко под землю, температура Земли останется на постоянном уровне 50 градусов или около того, независимо от того, будет ли она горячей или холодной на улице. Таким образом, в то время как обычный тепловой насос «воздух-источник» изо всех сил пытается отобрать тепло от замерзания зимнего воздуха или сбросить его в летний душ, его аналог «земля-источник» сравнительно легко извлекает и рассеивает тепло через 50 градусов. жидкость циркулирует в контуре заземления. Вот почему геотермальному тепловому насосу требуется всего один киловатт-час электроэнергии для производства почти 12 000 БТЕ охлаждения или нагрева. (Чтобы произвести такое же количество Btus, стандартный тепловой насос в день с 95 градусами потребляет 2, 2 киловатт-часа.) Геотермальные системы в два раза эффективнее кондиционеров с самым высоким рейтингом и почти на 50 процентов эффективнее, чем лучшие газовые печи., круглый год.

Еще одним преимуществом является то, что нет необходимости использовать шумный наружный вентилятор для перемещения воздуха через змеевики компрессора. Геотермальные установки просто перекачивают жидкость, поэтому их можно парковать в помещении, в безопасности от элементов. Большинство приходят с 10-летними гарантиями, но они могут длиться гораздо дольше. За 29 лет, прошедших с тех пор, как Джим Партин, один из первых разработчиков этой технологии, установил один в своем доме в Стиллуотере, штат Оклахома, он заменил только два контактных выключателя.

Иллюстрация от

Части теплового насоса

Как и в случае с обычными тепловыми насосами, хладагент в геотермальном тепловом насосе проходит по контуру через компрессор, конденсатор, расширительный клапан и испаритель, собирая тепло на одном конце и отдавая его на другом. Направление потока хладагента, которое контролируется реверсивным клапаном, определяет, перемещается ли тепло в дом зимой (показано) или вытягивается из него летом. С добавлением пароохладителя остаточное тепло от системы может также дополнить обычный водонагреватель, дополнительно уменьшая счета за электроэнергию.

Расходы и налоговые льготы

Несмотря на эти преимущества, в прошлом году в США было установлено всего 47 000 геотермальных блоков. Это всего лишь крошечный скачок по сравнению с примерно одним миллионом обычных тепловых насосов, проданных за тот же период, хотя стоимость наземных тепловых насосов примерно одинакова. Вот в чем суть: вы должны закопать много трубы - от 1500 до 1800 футов для типичного дома площадью 2000 квадратных футов. (Фактическая длина должна быть рассчитана экспертом на основе оптимальных нагрузок на отопление и охлаждение для дома.) Установка такого размера может стоить до 20 000 долл. США в зависимости от условий почвы и объема работ по копке и бурению. Например, в большом доме можно использовать трубы, проложенные горизонтально в длинных траншеях глубиной 4 фута. Дома на небольших участках или скалистые уступы могут потребовать трех или четырех отверстий, просверленных на высоте около 300 футов вниз, что является гораздо более дорогостоящим процессом.

Даже с такими значительными инвестициями в передний конец геотермальные системы настолько скупы на энергию, что срок окупаемости очень короткий. Исследование, проведенное Технологическим институтом ВВС, показало, что на возмещение затрат уходит в среднем всего семь-восемь лет. Ваша фактическая точка безубыточности зависит от местных тарифов на коммунальные услуги, затрат на земляные работы и бурение, от того, насколько хорошо ваш дом изолирован, эффективности выбранной вами модели и от того, какие стимулы предоставляет ваш штат или коммунальные услуги. Хороший инсталлятор, который разбирается в отоплении и охлаждении, а также в вашей местной геологии, сможет сделать эти расчеты для вас.

Нынешний федеральный стимул ограничен стандартным налоговым кредитом в размере 300 долларов США для систем отопления, вентиляции и кондиционирования Energy Star. (Канадцы, переоборудовавшие существующий дом с помощью геотермальной энергии, получают федеральный грант в размере 3500 долларов США.) Некоторые дальновидные коммунальные предприятия предлагали ссуды под низкие проценты домовладельцам, желающим принять технологию. «Это взаимовыгодное соглашение», - говорит Стив Розенсток, менеджер по энергетическим решениям в Edison Electric Institute, ассоциации коммунальных предприятий. «Коммунальные предприятия снижают пиковый спрос на отопление и охлаждение, поскольку их клиенты резко снижают свои счета за электричество». А поскольку пластиковые заземляющие петли должны длиться 50 и более лет, отдача для домовладельцев и окружающей среды может продолжаться в течение нескольких поколений.

Основы

Что это

Система отопления и охлаждения с электрическим приводом, которая передает тепло между вашим домом и землей с помощью жидкости, циркулирующей по длинным петлям подземных труб.

Как это устроено

Внутренний тепловой насос использует базовый цикл охлаждения - испарение, сжатие, конденсацию и расширение - для захвата и распределения тепла от и к земле, чтобы обогревать дом зимой и охлаждать его летом.

Почему вы хотите один

Сокращает расходы на отопление и охлаждение дома на 30-70 процентов. Устраняет шумные наружные компрессоры и вентиляторы. Сокращает выбросы парниковых газов, что эквивалентно посадке 750 деревьев или снятию двух автомобилей с дороги.

Что искать

Для федеральных налоговых льгот насосы должны соответствовать стандартам эффективности Energy Star. Для систем с обратной связью вам необходимо EER 14, 1 и КПД (коэффициент производительности) 3, 3.

Где его взять

Чтобы найти производителей, посетите веб-сайт Консорциума геотермальных тепловых насосов. Чтобы найти обученных инсталляторов и дизайнеров, которые знают местную геологию и как определить размеры систем для максимальной эффективности, посетите веб-сайт Международной ассоциации тепловых насосов наземного происхождения.

Сколько это стоит

15 000–20 000 долл. США установлены для системы, включая контуры заземления, тепловой насос и органы управления. База данных государственных стимулов для возобновляемых источников энергии (dsireusa.org) содержит актуальную информацию о государственных программах стимулирования.

Могу ли я дооснастить один?

Модифицировать систему заземления не сложно, если возможно заземление контура заземления. В жаркие дни дома понадобятся воздуховоды, чтобы распространять прохладный воздух. Те же воздуховоды могут обеспечить теплый воздух зимой. Некоторые геотермальные тепловые насосы могут подключаться к существующему воздухоочистителю, другие агрегаты поставляются со своим собственным встроенным воздухоочистителем. В домах с водяным отоплением также могут использоваться геотермальные системы, хотя могут потребоваться дополнительные радиаторы, поскольку эти системы не достигают более высоких температур в котлах, работающих на топливе. (Это не проблема для теплого пола, который работает при более низких температурах.)