Złe rzeczy w geotermalnych pompach ciepła

Geotermalne pompy ciepła to jedna z zielonych technologii zdolnych do rozwiązania problemu globalnego ocieplenia poprzez redukcję emisji dwutlenku węgla. Ale podobnie jak większość innych odnawialnych źródeł energii, to źródło energii wiąże się z własnymi problemami. Osoby, które chcą korzystać z tej technologii, powinny dobrze ją rozumieć, aby uniknąć niepotrzebnych kosztów i zapobiec wszelkim negatywnym wpływom na środowisko.

Geotermalne pompy ciepła

Geotermalne pompy ciepła (GHP), zwane również geowymianą, działają poprzez wymianę ciepła z gruntem na głębokości poniżej kilku stóp, gdzie temperatury są w przybliżeniu stałe przez cały rok.

j&k wesele taniec wejściowy

Powiązane artykuły

Fakty dotyczące energii słonecznej
Idź zielone zdjęcia
Jak moja firma może stać się ekologiczna, aby zaoszczędzić pieniądze?

Energia.gov wyjaśnia rodzaje GHP stosowanych w domu i firmach.

System zamkniętej pętli ma w sobie trzy typy. Są poziome, pionowe i naziemne. Wykorzystują wodę zmieszaną z płynem niezamarzającym krążącym w zamkniętych rurach do wymiany ciepła z gruntem lub wodą. Wymiennik ciepła naziemny przenosi ciepło między swoimi czynnikami chłodniczymi a roztworem niezamarzającym w zamkniętych pętlach.
Systemy bezpośredniej wymiany ciepła wykorzystują czynniki chłodnicze bezpośrednio w podziemnych obiegach zamkniętych do wymiany ciepła i nie mają pośredniego wymiennika ciepła.
Systemy z obiegiem otwartym stale pobierają wodę ze źródeł zewnętrznych, takich jak studnie lub jeziora, w celu wymiany ciepła i zwracają ją jako zrzut.

Raport z Uniwersytetu Oregon (s. 6) na Światowej Konferencji Geotermalnej w 2015 r. szacuje się, że w Stanach Zjednoczonych jest 1,4 miliona GHP, z czego 90% to systemy z pętlą zamkniętą, a tylko 10% to systemy z pętlą otwartą.

Ogólne problemy

Chociaż istnieje kilka zalet geotermalnych pomp ciepła, istnieje również wiele wad. Niektóre są ogólne, a inne są problemami specyficznymi dla systemu.

Początkowy koszt

Wszyscy zgadzają się, że początkowy koszt instalacji GHP jest wysoki i trudne do obliczenia , ponieważ zależy to od wielkości domu/budynku, pompy, gleby, klimatu i pola pętli. Doświadczony wykonawca jest ważny dla zapewnienia pomyślnej instalacji.

Szacunki z prywatnego przedsiębiorstwa Domy energetyczne dla domu o powierzchni 2500 stóp kwadratowych pokazują, że 6-tonowa pętla pionowa kosztuje 34 000 USD, 5-tonowa pętla pozioma do ogrzewania i chłodzenia przez promienniki kosztuje 29 500 USD, a 5-tonowa pętla pozioma w połączeniu z ogrzewaniem słonecznym kosztuje 47 500 USD.

Domy energetyczne rozwiązuje problem kosztów , mówiąc: „To około dwa razy więcej niż koszt konwencjonalnego systemu ogrzewania, chłodzenia i ciepłej wody, ale geotermalne systemy ogrzewania/chłodzenia mogą obniżyć rachunki za media o 40% do 60%”.

Brak wykwalifikowanych specjalistów

Technologia GHP jest złożona i wymaga znajomości różnych aspektów. Związek Zaniepokojonych Naukowców Zauważa, że wielu instalatorów systemów grzewczych i chłodniczych „nie zna tej technologii”, co z kolei utrudnia jej rozpowszechnianie i konserwację. Trudno jest również znaleźć wykwalifikowanych wykonawców, którzy byliby w stanie zainstalować systemy GHP w niektórych regionach kraju, co dodatkowo zwiększa koszt geotermalnego systemu grzewczego.

Nie projekt DIY

Departament Energii USA odradza traktowanie GHP jako projektu DIY. Technologia ta wymaga specjalistycznej wiedzy w wielu dziedzinach. Zdecydować system najlepiej dopasowany w przypadku domu lub firmy konieczne jest dokładne zbadanie czynników, takich jak geologia, hydrologia, dostępność gruntów, wymagania dotyczące ogrzewania i chłodzenia oraz inne ważne urządzenia energooszczędne w domu. Nie każdy jest w stanie obliczyć optymalny rozmiar pola pętli lub pompy potrzebnej do maksymalnego wykorzystania tego systemu.

mieszane imiona dla dzieci czarno-białe

Wykorzystanie energii elektrycznej

Energia elektryczna jest niezbędna do pracy sprężarki ciepła w układach zamkniętych oraz do całorocznego pompowania wody w układach z układem otwartym, więc GHP jest nie całkowicie neutralny pod względem emisji dwutlenku węgla.

Problemy z systemem zamkniętej pętli

Systemy z obiegiem zamkniętym mają wspólne wady, takie jak wpływ gleby na wydajność i obecność środka przeciw zamarzaniu. Problemy z pętlą związane z orientacją poziomą lub pionową są również obecne, podobnie jak problemy z systemami bezpośredniej wymiany ciepła i systemami stawów.

Rodzaje gleby

Ciepło przechowywanie i przenoszenie najlepiej sprawdza się na ciężkich glebach, takich jak glina czy skała. Gleby piaszczyste nie mogą przechowywać ani przenosić dużo ciepła, dlatego konieczne są większe pola pętli. Spadek wilgotności gleby poniżej „12,5% ma niszczący wpływ na działanie pomp ciepła” badanie z 2014 roku opublikowane w Energies (s. 3), natomiast wzrost wilgotności gleby powyżej 25% poprawia wymianę ciepła. Dlatego suche gleby nie nadają się szczególnie w systemach bezpośredniej wymiany ciepła.

Płyn przeciw zamarzaniu

Systemy obiegu zamkniętego wykorzystują do wymiany ciepła wodę z płynem niezamarzającym. Używane starsze modele metanol który szybko odparowuje i jest toksyczny dla ludzi i zwierząt, dlatego jest obecnie zakazany w wielu częściach Stanów Zjednoczonych. Etanol nie jest tak toksyczny jak metanol, ale jest drogi. Obawy, że Glikol etylenowy może przeciekać i skazić źródła wód gruntowych, co doprowadziło do zakazu stosowania tego rodzaju środków przeciw zamarzaniu w wielu stanach. Solanka (chlorek wapnia) to dobra opcja, jednak jest żrąca, więc wymaga rur z miedzioniklu. Glikol propylenowy nie ma negatywnego wpływu na ludzi i środowisko.

Dopóki woda zmieszana z płynem niezamarzającym krąży w zamkniętych pętlach, nie ma wpływu na środowisko. Jednak nawet niewielkie wycieki mogą być niebezpieczne, dlatego najlepiej jest trzymać się środków przeciw zamarzaniu typu solanka lub glikol propylenowy.

System poziomy

Techniczny biuletyn informacyjny stwierdza, że system poziomy wymaga 1500-3000 stóp kwadratowych ziemi na każdą tonę ogrzewania lub chłodzenia.

Konieczny duży obszar - Ta działka nadaje się później tylko na ogrodnictwo, ale nie na jakąkolwiek rozbudowę domu lub innego budownictwa. Systemy te nie nadają się do modernizacji, ponieważ może nie być wystarczająco dużo miejsca.
Różnice temperatur - Na płytkich głębokościach od 3 do 6 stóp mogą wystąpić różnice temperatur ze względu na porę roku, głębokość zakopania i opady wpływające na wydajność, chociaż ograniczenie głębokości zmniejsza koszt wykopu gruntu, który jest najdroższą częścią instalacji pętli zamkniętej system.
Problemy z glebą - Gleby skaliste lub płytkie nie są odpowiednie dla tych systemów, w takim przypadku konieczne są systemy pionowe.

System pionowy

Jest to najbardziej wydajny system, ponieważ pętle w kształcie litery U sięgają 150-450 stóp w głąb gleby, zauważa Technical News Bulletin. Inne problemy obejmują:

Koszt - Pętle w kształcie litery U i ich głębokość sprawiają, że są one najdroższym ze wszystkich systemów GHS.
Wymagana wykwalifikowana instalacja i sprzęt equipment - Co więcej, wiercenie na te głębokości wymaga wykwalifikowanych wiertaczy i specjalistycznego sprzętu, którego nie wszędzie jest dostępny.

System bezpośredniej wymiany ciepła (DX)

DX wykorzystuje miedziane rury wypełnione czynnikami chłodniczymi zakopane od 4 do 6 stóp pod ziemią. Ten system jest najstarszym ze wszystkich modeli GHP i ma największy wpływ na środowisko.

jak zrobić pokrowce na siedzenia samochodowe

Korozja rur miedzianych jest powszechna w glebach kwaśnych, więc DX nie jest odpowiedni dla tych gleb, wyjaśnia członek Forum wymiany geograficznej . Aby temu zapobiec, próbki gleby muszą być pobierane z głębokości, na której zostaną zainstalowane, w celu sprawdzenia wysokich stężeń kwasów, chlorków, siarkowodoru, siarczanów lub amoniaku, co sprawia, że etap planowania jest kosztowny. Zamiast PVC stosuje się miedź, ponieważ jest ona lepszym przewodnikiem ciepła.
Czynniki chłodnicze są głównym problemem środowiskowym związanym z DX. Nawet małe pęknięcia mogą je uwolnić, prowadząc do globalnego ocieplenia. Wcześniejsze modele wykorzystywały chlorofluorowęglowodory (CFC) i hydrochlorofluorony (HCFC). Protokół Montrealski zakazał ich stosowania, ponieważ uszkadzały warstwę ozonową. Ich substytuty fluorowęglowodory (FC) i wodorofluorowęglowodory (HFC) mogą powodować globalne ocieplenie i są zakazane przez Konwencję z Kioto w sprawie zmian klimatu. W 2016 roku Agencja Ochrony Środowiska (EPA) wydał zalecenia mające na celu stopniowe wycofywanie tych chemikaliów i wymienił je jako niedopuszczalne. EPA również nie zaleca R410A najnowszy popularny czynnik chłodniczy, ponieważ również powoduje emisję gazów cieplarnianych.
Eksperci ds. zielonego budownictwa twierdzą, że rozlewanie zanieczyszczających czynników chłodniczych, umyślne lub przypadkowe, jest nielegalne.

W 2001, naukowcy z Uniwersytetu Oregon (s. 2) deklaruje, że systemy DX stanowią zagrożenie dla środowiska i nie zaleca ich. Według Energy.gov jest to zabronione w niektórych częściach USA ze względu na lokalne ograniczenia środowiskowe.

Systemy pętli zamkniętej stawu

Systemy z obiegiem zamkniętym mogą również wykorzystywać zbiorniki wodne do wymiany ciepła. Jednak mają one również kilka problemów.

Jak podaje Technical News Bulletin, płytkie wody wykazują wahania temperatur i istnieje prawdopodobieństwo, że rurociągi w publicznych źródłach wody mogą ulec uszkodzeniu.
Według Energy.gov przydatne są tylko stawy, które mają wymaganą minimalną głębokość i ilość wody. Aby skorzystać z tej opcji, musisz znaleźć miejsce na budowę z odpowiednimi warunkami.

Obawy dotyczące systemu otwartej pętli

Systemy otwarte pobierają wodę ze studni lub płytkich wód, takich jak jeziora i stawy. Jak wspomniano, nie są one tak często używane w Stanach Zjednoczonych, ale ludzie powinni nadal zdawać sobie sprawę z ich potencjalnych wad.

Niewystarczający przepływ wody może wystąpić, jeśli studnia wykopana pod pętlę nie jest dostatecznie głęboka lub z powodu nadmiernych wycofań z warstwy wodonośnej, zgodnie z Program Energetyczny Uniwersytetu Stanowego w Waszyngtonie studium (s. 5). Filtry sedymentacyjne zatykają się przy braku wystarczającej ilości wody. Na Energia geotermalna w Idaho Raport zauważył, że sezonowe zapotrzebowanie na alternatywne zastosowania, takie jak tryskacze latem, może wpływać na ilości wody dostępnej dla pompy ciepła.
Jakość wody nie wszędzie i przez cały rok jest taki sam. Problemem są zanieczyszczenia w jeziorach. Kamień z powodu osadów wapiennych z ciężkiej wody wymaga uzdatniania chemikaliami w celu usunięcia.
Zgodnie z Programem Energetycznym Uniwersytetu Stanu Waszyngton (s. 5) wzrost biologiczny, w szczególności bakterie, jest trudny do usunięcia, gdy zostanie ustalony bez użycia chemikaliów.
Raport geotermalny Idaho zaleca znalezienie odpowiedniego miejsca do zrzutu przed zainstalowaniem systemu wód gruntowych z otwartą pętlą. Gleby piaszczyste mogą łatwo wchłonąć zrzut, ale jeśli gleba jest twarda, dodatkowe wiertło do zrzutu może podwoić koszt wiercenia, co czyni go tak kosztownym jak system z pętlą zamkniętą. Kiedy woda jest pobierana z jezior, odprowadzana jest do niej z powrotem.
Wszystkie lokalne ograniczenia dotyczące zrzutu muszą być również spełnione zgodnie z Energy.gov.
Według badania Programu Energetycznego Uniwersytetu Stanu Waszyngton (s. 5) koszty operacyjne są wysokie, ponieważ pompy muszą pracować przez cały rok, aby dostarczać wodę do i z systemu. Ich utrzymanie jest również poważnym problemem.
W przypadku studni należy wziąć pod uwagę lokalne ograniczenia środowiskowe i wodne, ponieważ dostępna woda może być ograniczona zgodnie z Biuletynem Nowości Technicznych.
Stojące studnie kolumnowe, które pompują wodę z puszki wodonośnej obniżyć poziom wód gruntowych.

Czy istnieje jasna strona?

Choć może się wydawać, że geotermalne pompy ciepła są trudne i kosztowne, system ma wiele zalet . Rządy i organizacje non-profit zajmujące się ochroną środowiska, takie jak Zielony pokój oraz Union of Concerned Scientists promują energię geotermalną. Ponieważ wydajność geotermalnych pomp ciepła jest powiązana z wieloma czynnikami środowiskowymi, nie jest to technologia plug and play. Rozważając instalację geotermalną, analiza poszczególnych szczegółów budynków i terenu w celu doboru odpowiedniego systemu, wraz z odpowiednim planowaniem i montażem, są niezbędnymi krokami, aby cieszyć się tym, co najlepsze z tej technologii.