Геотермальный происходит от греческих слов гео (Земля) и терм (нагревать).
Геотермальная технология использует тепло Земли. Всего в нескольких футах от поверхности Земля поддерживает почти постоянную температуру, в отличие от летних и зимних экстремальных температур окружающего воздуха над землей. Дальше под поверхностью температура увеличивается в среднем примерно на 1°F на каждые 70 футов глубины. В некоторых регионах тектоническая и вулканическая активность может принести более высокие температуры и карманы перегретой воды и пара намного ближе к поверхности.
Три основных типа технологий используют Землю как источник тепла:
Геотермальная энергия считается возобновляемым ресурсом. Геотермальные тепловые насосы и геотермальные технологии прямого использования служат для обогрева и охлаждения, в то время как глубинные и усовершенствованные геотермальные технологии обычно используют гораздо более глубокие геотермальные ресурсы с более высокой температурой для выработки электроэнергии.
Земные тепловые насосы
Геотермальный тепловой насос использует естественную разницу между температурой надземного воздуха и температурой подземной почвы для перемещения тепла в поддержку конечного использования, такого как отопление помещений, охлаждение помещений (кондиционирование воздуха) и даже нагрев воды. Система геотермального источника или геообмена состоит из теплового насоса, соединенного с серией подземных труб. Трубы можно устанавливать либо в горизонтальные траншеи непосредственно под поверхностью земли, либо в вертикальные скважины, которые уходят под землю на несколько сотен футов. Тепловой насос обеспечивает циркуляцию теплоносителя, иногда воды, по трубам для перемещения тепла из точки в точку.
Геотермальная тепловая насосная система промышленного масштаба. Этот пример является демонстрационным проектом в университете.
Предоставлено: Craig Miller Productions, NREL 02409. Если температура земли выше температуры окружающего воздуха, тепловой насос может перекачивать тепло от земли к зданию. Тепловой насос также может работать в обратном направлении, перемещая тепло из окружающего воздуха в здании в землю, фактически охлаждая здание. Геотермальные тепловые насосы требуют небольшого количества электроэнергии для управления процессом нагрева/охлаждения. На каждую единицу электроэнергии, используемой для работы системы, тепловой насос может доставить в пять раз больше энергии, чем земля, что дает чистую энергетическую выгоду. Пользователи геотермальных тепловых насосов должны знать, что при отсутствии использования электроэнергии, вырабатываемой из возобновляемых источников, для управления процессом нагрева/охлаждения (например, режимы), системы геотермальных тепловых насосов могут не полностью обходиться без ископаемого топлива (например, на основе возобновляемых источников энергии).
Как работает?
Приведенные ниже шаги описывают, как тепловой насос работает в «режиме обогрева» — заборе тепла из земли и доставке его в здание — и в «режиме охлаждения», когда тепло отводится от здания и передается в землю.
Режим нагрева
Режим охлаждения
Надземный тепловой насос относительно недорог, при этом подземная установка контуров заземления (трубопроводов) составляет большую часть стоимости системы. Тепловые насосы могут обеспечивать потребности в отоплении и охлаждении помещений практически в любой части страны, а также их можно использовать для бытового горячего водоснабжения. Увеличение пропускной способности контуров трубопроводов может масштабировать эту технологию для более крупных зданий или мест, где большую часть года может потребоваться отопление и охлаждение помещений, а также нагрев воды.
Как выбрать между геотермальными и воздушными тепловыми насосами
Технология теплового насоса значительно более эффективна, чем традиционное отопление, вентиляция и кондиционирование воздуха (HVAC). Перемещая тепло из одного помещения в другое, тепловые насосы устраняют необходимость сжигания ископаемого топлива, что означает более чистый воздух, улучшенный комфорт и гораздо меньшее потребление энергии, что снижает счета за электроэнергию по сравнению с неэффективными системами отопления и охлаждения.
BlocPower специализируется на проектировании и установке систем тепловых насосов с воздушным источником (ASHP), но мы также выступаем за использование геотермальных (также известных как геотермальные) систем. Ниже мы обсудим функциональность наземных и воздушных тепловых насосов и объясним преимущества каждого варианта.
Если вы заинтересованы в недорогом переходе на современную систему отопления и охлаждения, BlocPower может вам помочь. Чтобы начать, ответьте на несколько вопросов о своем здании.
Геотермальные тепловые насосы против. Воздушные тепловые насосы: обзор
В Соединенных Штатах в большинстве домов есть топочные печи. Эти системы HVAC генерируют тепло для создания теплого воздуха, а затем нагнетают этот горячий воздух через воздуховоды. Это надежный процесс, но он не особенно эффективен: старая печь может иметь годовую эффективность использования топлива от 56% до 70%, что означает, что она теряет 30-44% выделяемого тепла.
Тепловые насосы не производят активно тепло. Вместо этого они используют хладагент для сбора и передачи тепловой энергии. Тепловой насос с воздушным источником выполняет это, получая тепло из окружающего воздуха, используя процесс, аналогичный стандартному кондиционеру.
В отличие от кондиционеров, воздушные тепловые насосы имеют реверсивный клапан что позволяет им обеспечивать как обогрев и охлаждение. Для более подробного обзора того, как работает воздушное отопление, прочитайте: Что такое воздушный тепловой насос (ASHP)? Ваш путеводитель.
Геотермальные тепловые насосы используют тот же базовый процесс, но источником тепла и радиатором является, как вы уже догадались, земля. Ниже линии промерзания (глубина под уровнем земли, на которой замерзают грунтовые воды) земля поддерживает стабильную температуру круглый год, которая не колеблется в зависимости от условий наружного воздуха.
Передавая энергию из земли, а не извлекая энергию из наружного воздуха, геотермальные системы могут обеспечить недорогое отопление и охлаждение в течение всего года, а благодаря небольшой разнице температур внутри здания они не теряют большую эффективность в экстремальных погодных условиях. .
Тепловые насосы с воздушным источником Vs. Геотермальные тепловые насосы: какая модернизация имеет смысл?
С точки зрения эксплуатации, основное различие между наземными и воздушными тепловыми насосами заключается в эффективности. Поскольку геотермальные насосы собирают и передают тепло от земли, при работе они потребляют меньше электроэнергии, чем воздушные тепловые насосы.
Однако геотермальные тепловые насосы имеют некоторые практические недостатки:
- Установка геотермального теплового насоса является дорогостоящей и разрушительной. Горизонтальные геотермальные тепловые насосы требуют большой площади трубопровода, установленной ниже линии промерзания, то есть на несколько футов ниже уровня земли. Для вертикальных систем требуются скважины, пробуренные в земле на несколько сотен футов; оборудование, необходимое для бурения этих отверстий, требует доступа с улицы, а также вертикального зазора для работы. Конечно, тяжелое копание означает большие трудозатраты. Программы энергетического стимулирования могут сделать инвестиции более доступными, но геотермальные системы легко в два раза дороже, чем воздушные тепловые насосы. .
- Важны свойства и характеристики почвы. Предпочтение отдается материалам с высокой теплопроводностью и низким удельным сопротивлением. Эти параметры должны быть определены геологической съемкой. Обратите внимание, что бурение через скалу, такую как гранит, будет непомерно дорого.
- Некоторые города могут отказать в разрешении. Получение необходимых разрешений на раскопки может быть трудным или невозможным, особенно если проект нарушит работу тротуаров или других мест общего пользования. В городских районах может потребоваться перекрытие улиц, что может стать препятствием для сделки.
- Геотермальные тепловые насосы могут не обеспечивать такой гибкости. Мини-сплит-система, мульти-сплит-система или система воздушного теплового насоса с переменным расходом хладагента (VRF) может подавать воздух непосредственно в комнату, позволяя арендаторам контролировать температуру в своем собственном пространстве. Геотермальные тепловые насосы обычно используют систему обработки воздуха и воздуховоды для подачи горячего или холодного воздуха по всему зданию через воздушные регистры. Это не всегда так — некоторые производители предлагают геотермальные системы с настенными блоками с индивидуальными термостатами, — но, как правило, потребители имеют больше гибкости с воздушными тепловыми насосами. В некоторых случаях геотермальная система может обеспечивать горячую воду низкой температуры для обогрева помещения.
BlocPower может помочь вам найти правильную систему теплового насоса для вашей собственности.
Вывод: в большинстве городов лучшим выбором являются воздушные тепловые насосы. Однако если вы замените обычную систему HVAC на воздушный или геотермальный тепловой насос, независимо от того, какую технологию вы выберете, вы будете использовать гораздо меньше энергии.
Поскольку цены на газ и нефть растут намного быстрее, чем на электричество, сейчас самое время перейти на электрическое отопление и охлаждение.
Если вы изучаете возможность модернизации HVAC, BlocPower может помочь вам сделать следующие шаги. От проектирования до установки мы обеспечиваем упрощенный процесс перехода на воздушные тепловые насосы с рейтингом Energy Star.
Наши соглашения об энергоснабжении (ESA) позволяют владельцам зданий проводить модернизацию, сохраняя при этом свой бюджет, и в среднем Клиенты BlocPower экономят 20-40% на свои счета за отопление и охлаждение по сравнению с неэффективными системами HVAC.
