Выбор и установка геотермальных тепловых насосов | Министерство энергетики

Узнайте, как работает система геотермального теплового насоса, насколько она может быть рентабельной, а также о других ее преимуществах.

Поделиться историю

  • Рассказать об этом на Facebook
  • Рассказать об этом на Twitter

Поделиться Все варианты обмена для: Геотермальный тепловой насос: как это работает

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

Учитывая все внимание, которое в наши дни уделяется солнечной энергии, вы можете быть удивлены, узнав, что одно из самых многообещающих решений для высоких затрат на энергию находится не в небе, а глубоко под вашим газоном.

Читайте дальше, чтобы понять, как работают геотермальные тепловые насосы, сколько они стоят и являются ли они разумной инвестицией.

Стоят ли геотермальные тепловые насосы своих денег?

Сверхэффективные геотермальные тепловые насосы обеспечивают чистое и бесшумное отопление и охлаждение, сокращая счета за коммунальные услуги до 70 процентов. «Благодаря этой технологии каждый мог бы сидеть на вершине своего запаса энергии в течение всей жизни», — говорит эксперт TOH по сантехнике и отоплению Ричард Третуи.

Система геотермального теплового насоса

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 тепло и избавляются от него через наружный воздух. Геотермальные системы, напротив, передают тепло через длинные петли заполненных жидкостью труб, закопанных в землю.

Геотермальное отопление и охлаждение

Как давным-давно обнаружили наши предки, жившие в пещерах, если вы уйдете достаточно глубоко под землю, температура земли останется на постоянном уровне 50 градусов или около того, независимо от того, насколько жарко или холодно будет снаружи. Таким образом, в то время как обычный тепловой насос «воздух-источник» изо всех сил пытается извлечь тепло из морозного зимнего воздуха или сбросить его в летнюю жару, его аналог «земля-источник» сравнительно легко извлекает и распределяет тепло через 50-градусную температуру. жидкость, циркулирующая в контуре заземления.

Читайте также:
Бесконтактные кухонные смесители | Смесители с датчиком движения REACT от Pfister

Эффективность

Вот почему геотермальному тепловому насосу требуется всего один киловатт-час электроэнергии для производства почти 12,000 95 БТЕ охлаждения или обогрева. (Чтобы произвести такое же количество БТЕ, стандартный тепловой насос в 2.2-градусный день потребляет 50 киловатт-часа.) Геотермальные системы в два раза эффективнее самых популярных кондиционеров и почти на XNUMX процентов эффективнее лучших газовых печей. , круглый год.

Еще одно преимущество заключается в том, что нет необходимости в шумном наружном вентиляторе для перемещения воздуха через змеевики компрессора. Геотермальные агрегаты просто перекачивают жидкость, поэтому их можно припарковать в помещении, защищенном от непогоды. На большинство из них предоставляется 10-летняя гарантия, но они могут прослужить гораздо дольше. За 29 лет с тех пор, как Джим Партин, один из первых последователей этой технологии, установил один в своем доме в Стилуотере, штат Оклахома, он заменил только два контактных выключателя.

Система геотермального теплового насоса

Части теплового насоса: Как и в обычных тепловых насосах, 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 регулируется реверсивным клапаном, определяет, поступает ли тепло в дом зимой (показано) или выводится из него летом. С добавлением пароохладителя остаточное тепло из системы также может дополнять обычный водонагреватель, еще больше снижая счета за электроэнергию.

Расходы и налоговые льготы

Несмотря на эти преимущества, в прошлом году в США было установлено всего 47,000 XNUMX геотермальных блоков. Это всего лишь крошечный скачок по сравнению с примерно миллионом обычных тепловых насосов, проданных за тот же период, хотя стоимость геотермальных тепловых насосов примерно одинакова.

Вот в чем загвоздка: вам нужно закопать много труб — от 1,500 до 1,800 футов для типичного дома площадью 2,000 квадратных футов. (Фактическая длина должна быть рассчитана экспертом на основе оптимальной нагрузки на отопление и охлаждение дома.) Установка такого размера может стоить до 20,000 XNUMX долларов США, в зависимости от состояния почвы и объема копания и бурения.

Читайте также:
Комплект стеклоочистителей с подогревом - Everblades Щетки стеклоочистителей с подогревом

Например, в доме на большом участке можно использовать трубы, проложенные горизонтально в длинных траншеях глубиной 4 фута. Для домов на небольших участках или скалистых уступах может потребоваться три или четыре отверстия, пробуренные примерно на 300 футов по прямой, что является гораздо более дорогостоящим процессом.

Даже с такими значительными первоначальными инвестициями геотермальные системы настолько скупы на энергию, что период окупаемости чрезвычайно короток. Исследование, проведенное Технологическим институтом ВВС, подсчитало, что в среднем требуется всего семь-восемь лет, чтобы окупить затраты.

Ваша фактическая точка безубыточности зависит от местных тарифов на коммунальные услуги, затрат на земляные работы/бурение, от того, насколько хорошо ваш дом изолирован, от эффективности выбранной вами модели и от того, какие стимулы предоставляет ваше государство или коммунальные службы. Хороший установщик, который хорошо разбирается в отоплении и охлаждении, а также в местной геологии, сможет сделать эти расчеты за вас.

Текущий федеральный стимул ограничен стандартной налоговой льготой в размере 300 долларов США для установок Energy Star HVAC. (Канадцы, модернизирующие существующий дом с помощью геотермальной энергии, имеют право на получение федерального гранта в размере 3,500 долларов.)

Некоторые дальновидные коммунальные предприятия предложили домовладельцам, желающим внедрить эту технологию, кредиты под низкие проценты. «Это взаимовыгодное соглашение, — говорит Стив Розенсток, менеджер по энергетическим решениям Edison Electric Institute, ассоциации коммунальных предприятий. «Коммунальные предприятия снижают пиковый спрос на отопление и охлаждение, поскольку их клиенты значительно сокращают счета за электроэнергию».

А поскольку пластиковые контуры заземления должны прослужить 50 и более лет, выгода для домовладельцев и окружающей среды может быть рассчитана на несколько поколений.

Основы

Что это: Электрическая система отопления и охлаждения, которая передает тепло между вашим домом и землей с помощью жидкости, циркулирующей по длинным петлям подземных труб.

Как это работает: Внутренний тепловой насос использует основной цикл охлаждения — испарение, сжатие, конденсацию и расширение — для улавливания и отвода тепла от земли и к земле, чтобы обогревать дом зимой и охлаждать его летом.

Читайте также:
Буферные резервуары с водяным отоплением, часть 2 - Калибровка | Р. Л. Деппманн

Преимущества: Сокращает счета за отопление и охлаждение дома на 30–70 процентов. Устраняет шумные наружные компрессоры и вентиляторы. Сокращение выбросов парниковых газов эквивалентно посадке 750 деревьев или снятию с дороги двух автомобилей.

Что искать: Для получения федеральных налоговых льгот насосы должны соответствовать стандартам эффективности Energy Star. Для систем с обратной связью вам нужен EER 14.1 и COP (коэффициент производительности) 3.3.

Где взять это: Чтобы найти производителей, посетите веб-сайт Консорциума геотермальных тепловых насосов. Чтобы найти квалифицированных установщиков и проектировщиков, знающих местную геологию и способных определить размеры систем для достижения максимальной эффективности, посетите веб-сайт Международной ассоциации геотермальных тепловых насосов.

Сколько стоит: Стоимость установки системы, включая контуры заземления, тепловой насос и средства управления, составляет 15,000 20,000–XNUMX XNUMX долларов США. База данных государственных стимулов для возобновляемых источников энергии содержит актуальную информацию о государственных программах стимулирования.

Могу ли я переоборудовать один? Модернизация системы заземления не представляет сложности, если возможно заглубление контура заземления. Дому потребуются воздуховоды для распределения прохладного воздуха в жаркие дни. Эти же воздуховоды могут обеспечивать теплый воздух зимой.

Некоторые геотермальные тепловые насосы могут подключаться к существующему устройству обработки воздуха, другие устройства поставляются со встроенным устройством обработки воздуха. Дома с водяным отоплением также могут использовать геотермальные системы, хотя могут потребоваться дополнительные радиаторы, поскольку эти системы не достигают более высоких температур котлов, работающих на топливе. (Это не проблема для лучистого теплого пола, который работает при более низких температурах.)

Выбор и установка геотермальных тепловых насосов

Идентификатор энергосбережения

При выборе и установке геотермального теплового насоса учитывайте эффективность нагрева и охлаждения, экономичность системы и характеристики вашего объекта. Обязательно найдите квалифицированного установщика.

Эффективность нагрева и охлаждения геотермальных тепловых насосов

Тепловая эффективность геотермальных и водяных тепловых насосов определяется их коэффициентом полезного действия (КПД), который представляет собой отношение количества тепла в БТЕ на БТЕ подводимой энергии. Их эффективность охлаждения определяется коэффициентом энергоэффективности (EER), который представляет собой отношение отводимого тепла (в БТЕ в час) к электроэнергии, необходимой (в ваттах) для работы устройства.

Читайте также:
Игровые стулья против офисных стульев: какой стиль более эргономичен? Эргономичные тенденции

Ищите этикетку ENERGY STAR®, которая указывает, что устройство соответствует критериям ENERGY STAR. Производители высокоэффективных геотермальных тепловых насосов (GHP) добровольно используют этикетку EPA ENERGY STAR на соответствующем оборудовании и соответствующей документации по продуктам. Многие GHP отмечены знаком ENERGY STAR Министерства энергетики США (DOE) и Агентства по охране окружающей среды (EPA).

Эти геотермальные нагревательные и охлаждающие устройства, установленные в подвале нового дома, связаны со сложной системой подземных змеевиков, чтобы поддерживать комфортную температуру в помещении. | Фото предоставлено ©iStockphoto/BanksPhotos

Экономика геотермальных тепловых насосов

Хотя стоимость покупки и установки системы GHP для жилых помещений часто выше, чем у других систем отопления и охлаждения, правильно подобранные и установленные GHP обеспечивают больше энергии на единицу потребляемой энергии, чем обычные системы. Для дополнительной экономии GHP, оснащенные устройством, называемым «пароохладителем», могут нагревать воду для бытовых нужд. В период летнего охлаждения отводимое от дома тепло используется для бесплатного нагрева воды. Зимой расходы на нагрев воды снижаются примерно на 50%.

В зависимости от таких факторов, как климат, состояние почвы, выбранные вами функции системы, а также доступное финансирование и стимулы, вы можете окупить свои первоначальные инвестиции через несколько лет за счет более низких счетов за коммунальные услуги. И — при включении в ипотеку — ваши инвестиции в GHP могут с самого начала приносить положительный денежный поток. Также можно включить покупку системы GHP в «энергоэффективную ипотеку», которая покроет это и другие энергосберегающие улучшения в доме. Банки и ипотечные компании могут предоставить дополнительную информацию по этим кредитам.

Существуют также специальные средства финансирования и поощрения, которые помогут компенсировать расходы на добавление GHP в ваш дом. Эти положения доступны от федеральных, государственных и местных органов власти; поставщики электроэнергии; и банки или ипотечные компании, которые предлагают энергоэффективные ипотечные кредиты для энергосберегающих улучшений дома. Прежде чем совершить окончательную покупку, убедитесь, что интересующая вас система подходит для доступных поощрений.

Оценка вашего участка для геотермального теплового насоса

Температура почвы на мелководье относительно постоянна на всей территории Соединенных Штатов, поэтому геотермальные тепловые насосы (GHP) можно эффективно использовать практически везде. Однако конкретные геологические, гидрологические и пространственные характеристики вашей земли помогут вашему местному поставщику/установщику системы определить наилучший тип контура заземления для вашего объекта.

Читайте также:
Глянцевые полы, Глянцевые напольные покрытия - Все производители в области архитектуры и дизайна

Геология

При проектировании контура заземления необходимо учитывать такие факторы, как состав и свойства почвы и горных пород (которые могут влиять на скорость теплопередачи). Например, почва с хорошими свойствами теплопередачи требует меньшего количества трубопроводов для сбора определенного количества тепла, чем почва с плохими свойствами теплопередачи. Количество доступного грунта также влияет на конструкцию системы — поставщики систем в районах с обширными твердыми породами или почвой, слишком мелкой для рытья траншей, могут устанавливать вертикальные контуры заземления вместо горизонтальных контуров.

гидрология

Наличие грунтовых или поверхностных вод также играет роль в принятии решения о том, какой тип контура заземления использовать. В зависимости от таких факторов, как глубина, объем и качество воды, поверхностные водоемы могут использоваться в качестве источника воды для разомкнутой системы или в качестве хранилища для змеевиков трубопроводов в замкнутой системе. Подземные воды также могут использоваться в качестве источника для систем с открытым контуром при условии надлежащего качества воды и соблюдения всех правил сброса подземных вод.

Прежде чем приобрести систему с открытым контуром, убедитесь, что ваш поставщик/установщик системы полностью изучил гидрологию вашего участка, чтобы вы могли избежать потенциальных проблем, таких как истощение водоносного горизонта и загрязнение грунтовых вод. Антифризные жидкости, циркулирующие по замкнутым системам, обычно практически не представляют опасности для окружающей среды.

Наличие земли

Размер и расположение вашей земли, ваш ландшафт и расположение подземных коммуникаций или спринклерных систем также влияют на дизайн вашей системы. Горизонтальные контуры заземления (как правило, наиболее экономичные) обычно используются для вновь построенных зданий с достаточным количеством земли. Вертикальные установки или более компактные горизонтальные установки «Slinky™» часто используются для существующих зданий, поскольку они сводят к минимуму нарушение ландшафта.

Установка геотермальных тепловых насосов

Для правильной установки трубопровода необходимы специальные технические знания и оборудование, поэтому установка системы GHP не является проектом «сделай сам». Чтобы найти квалифицированного установщика, обратитесь в местную коммунальную компанию, в Международную ассоциацию геотермальных тепловых насосов или в Организацию геотермального обмена, чтобы получить списки квалифицированных установщиков в вашем районе. Монтажники должны быть сертифицированы и иметь опыт. Спросите рекомендации у владельцев систем, которым уже несколько лет, и проверьте их.

Читайте также:
Инженерное объяснение: 6 различных типов турбокомпрессоров и преимущества каждой установки

Грунтовый теплообменник в системе GHP состоит из системы труб с замкнутым или разомкнутым контуром. Наиболее распространенным является замкнутый контур, в котором полиэтиленовая труба высокой плотности закапывается горизонтально на глубину от 4 до 6 футов или вертикально на глубину от 100 до 400 футов. Эти трубы заполнены экологически безопасным раствором антифриза/воды, который действует как теплообменник. Зимой жидкость в трубах извлекает тепло из земли и переносит его в здание. Летом система реверсирует и забирает тепло из здания и отдает его в более прохладную землю.

Воздуховоды в доме распределяют нагретый или охлажденный воздух по всему дому, как и обычные системы. Коробку, в которой находится внутренний змеевик и вентилятор, иногда называют устройством обработки воздуха, потому что он пропускает воздух дома через тепловой насос для нагрева или охлаждения. Обработчик воздуха содержит большой вентилятор и фильтр, как и обычные кондиционеры.

Обратитесь в свою страховую компанию, чтобы убедиться, что геотермальный тепловой насос застрахован. Даже если ваш провайдер покроет вашу систему, лучше сообщить ему в письменной форме о том, что вы являетесь владельцем новой системы.

Преимущества геотермальных тепловых насосов

Самым большим преимуществом GHP является то, что они потребляют на 25-50% меньше электроэнергии, чем обычные системы отопления или охлаждения. Это означает, что GHP использует одну единицу электроэнергии для перемещения трех единиц тепла от земли. По данным Агентства по охране окружающей среды, геотермальные тепловые насосы могут снизить потребление энергии и соответствующие выбросы до 44% по сравнению с тепловыми насосами с воздушным источником и до 72% по сравнению с электрическим отоплением со стандартным оборудованием для кондиционирования воздуха. GHP также улучшают контроль влажности, поддерживая относительную влажность в помещении около 50%, что делает GHP очень эффективными во влажных помещениях.

Системы геотермальных тепловых насосов обеспечивают гибкость конструкции и могут быть установлены как в новых, так и в модернизируемых условиях. Кроме того, аппаратное обеспечение может занимать меньше места, чем обычная система HVAC, что, возможно, освобождает место для других целей. Системы GHP также обеспечивают превосходное «зональное» кондиционирование пространства, позволяя нагревать или охлаждать разные части вашего дома до разных температур.

Читайте также:
Ажурные лазерные ламбрекины и шторы - Etsy Гонконг

На подземные трубопроводы, связанные с системами GHP, часто распространяется гарантия от 25 до 50 лет, а тепловые насосы часто служат 20 и более лет. Кроме того, компоненты в жилом пространстве легко доступны, что повышает фактор удобства и помогает обеспечить своевременное техническое обслуживание.

В GHP нет внешних конденсаторных блоков, таких как кондиционеры, поэтому можно не беспокоиться о шуме снаружи дома. Двухскоростная система GHP настолько тихая внутри дома, что пользователи обычно не знают, что она работает.

Новости КлиматМастер

Самый образовательный блог об HVAC в жилых домах в стране, в котором публикуются статьи и видео о системах HVAC, а также информация о геотермальных системах.

темы:

Что такое геотермальная энергия и как с ее помощью обогреть/охладить дом?

Что такое геотермальный дом

Опубликовано: Джо Парсонс

Если вы слышали о геотермальной энергии, вы можете подумать, что она используется исключительно в местах, которые обнажают элементы земного ядра, такие как горячий источник или гейзер. Но дело в том, что где бы вы ни оказались на нашей планете, под вашими ногами всегда будет около пятидесятиградусной температуры, и зимой, и летом.

Именно здесь геотермальные системы отопления и охлаждения играют жизненно важную роль в возобновляемых источниках энергии, используя постоянную температуру земли. Согласно epa.gov, «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».

Иллюстрация геотермальной энергии и температуры грунта

Во многих случаях, используя петлевую трубу, геотермальные системы могут мобилизовать температуру земли для циркуляции тепла и охлаждения в любом доме. Он невероятно эффективен и требует гораздо меньшего использования ископаемого топлива. При поиске возобновляемых способов обогрева и охлаждения дома трудно превзойти геотермальные тепловые насосы.

Как работают геотермальные тепловые насосы?

Техническая сторона геотермальной энергии и способы ее использования могут показаться сложными, но не все так уж незнакомо. В наших домах есть приборы, в которых уже используются некоторые фундаментальные технологии, необходимые для работы этих устройств. Например, основной цикл охлаждения, который мы видим в каждом оконном кондиционере, каждом холодильнике, даже для охлаждения наших автомобилей, может использовать воду для создания комфортной атмосферы.

Читайте также:
12 вещей, которые нужно знать перед покупкой винилового напольного покрытия | Источник этажа Америки

В типичном применении с принудительной подачей воздуха воздух продувается через змеевики горячего газа, нагревающего дом, затем хладагент охлаждается воздухом и снова превращается в жидкость, и процесс повторяется. Это же оборудование можно использовать для охлаждения дома летом, просто перекачивая хладагент в обратном направлении.

Разница с тем, как работает геотермальная система отопления и охлаждения, заключается просто во взаимодействии с землей и ее постоянной температурой. Специалисты по геотермальной технологии ClimateMaster описывают ее как перемещение или «выкачку» тепла из земли или в землю, чтобы сделать дом комфортным.

как работает тепловой насос

Поскольку ключевым компонентом любого геотермального теплового насоса является контакт с землей, ему нужна точка соединения с землей. Геотермальные скважины могут быть установлены вертикально или горизонтально в соответствии с имеющейся площадью земли. Петли вставляются в скважины и заполняются термораствором, чтобы обеспечить надлежащий контакт с землей, что приводит к оптимальной теплопередаче.

National Geographic поясняет: «Трубы, образующие контур заземления, обычно изготавливаются из полиэтилена и могут быть зарыты в землю горизонтально или вертикально, в зависимости от особенностей местности. Если водоносный горизонт доступен, инженеры могут предпочесть спроектировать систему «открытого цикла», в которой скважина бурится в подземные воды. Вода закачивается, проходит через теплообменник, а затем возвращается в тот же водоносный горизонт посредством «обратной закачки».

В геотермальной системе этот цикл повторяется до тех пор, пока в вашем доме не будет достигнута желаемая температура. Преимущества буквального выкачивания тепла из дома или в дом из самой земли заключаются не только в том, что это экологично, но и в том, что оно окупается меньшими затратами как на отопление, так и на охлаждение.

вертикальная геотермальная петля

Подходят ли вам геотермальные тепловые насосы?

Многие домовладельцы и предприятия сделали энергоэффективность и сокращение своего углеродного следа одними из первых в списке своих приоритетов. Возобновляемая энергия — это, безусловно, то, что могут дать геотермальные тепловые насосы. Если вы домовладелец, взвешивающий последствия воздействия современной жизни на экосистему, геотермальная энергия более чем заслуживает внимания. Его преимущества также не являются односторонними.

Читайте также:
Теплообменник из гофрированной нержавеющей стали 90 футов 3/4 в конфигурации высотой 4 фута - SunMaxx Solar

В среднем геотермальные системы на 400% более эффективны по сравнению с традиционными газовыми или масляными печами, эффективность которых составляет около 75-98%. В целом около 70% энергии, используемой геотермальными тепловыми насосами, поступает из возобновляемых источников. По данным comfort-pro.com, экономия энергии за счет геотермальных систем охлаждения — это, безусловно, причина номер один для рассмотрения этого типа технологии. Геотермальный тепловой насос ClimateMaster снижает затраты на энергию в среднем на 30-70%, поэтому домовладельцы обычно могут окупить инвестиции в геотермальную установку за счет экономии энергии через пять-семь лет. По данным Агентства по охране окружающей среды США, геотермальные системы отопления и охлаждения имеют самую низкую стоимость в течение всего срока службы по сравнению с традиционными системами.

геотермальная экономия графика

И, возможно, наиболее удобным преимуществом является то, что геотермальные системы, как правило, имеют право на скидки и требуют меньше обслуживания, чем обычные блоки. Поскольку основные компоненты геотермальной системы отопления и охлаждения заглублены, используя преимущества температуры, которая находится просто в земле, на них часто предоставляется гарантия до пятидесяти лет. Жизненный цикл геотермального теплового насоса внутри дома составляет в среднем двадцать пять лет, что делает его одной из самых долговечных систем на рынке.

Если у вас есть существующий дом с высокими счетами за электроэнергию, это, скорее всего, означает, что вы в настоящее время используете пропан, нефть или электричество для отопления и охлаждения. А если вы домовладелец, готовящийся к новому строительству с геотермальной системой, вы можете сэкономить на отоплении и охлаждении с первого дня. Таким образом, независимо от того, что относится к вам, геотермальное решение может быть именно тем, что вы ищете.

Рейтинг
( Пока оценок нет )
Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: