مضخة الحرارة الجوفية: كيف تعمل

للحصول على أقصى درجات الراحة والحفاظ على الطاقة ، ابدأ بحفر حفرة

التوضيح من قبل

يعمل نظام التدفئة والتبريد الذي يتم تشغيله كهربائياً على نقل الحرارة بين منزلك والأرض باستخدام سائل يتم تدويره عبر حلقات طويلة من الأنابيب تحت الأرض.

كيف تعمل

نظرًا لكل الاهتمام الذي توليه الطاقة الشمسية في هذه الأيام ، قد تتفاجأ عندما تعلم أن أحد الحلول الواعدة لتكاليف الطاقة المرتفعة ليس في السماء بل يتم دفنه تحت أعشابك. توفر مضخات الحرارة الحرارية الأرضية الفائقة تسخينًا وتبريدًا هادئين مع خفض فواتير الخدمات بنسبة تصل إلى 70٪. يقول ريتشارد تريثوي ، خبير السباكة والتدفئة في شركة TOH: "مع هذه التقنية ، يمكن للجميع أن يجلسوا على رأس إمدادات الطاقة طوال حياتهم".

من حيث المبدأ ، تعمل مضخة الحرارة الحرارية الأرضية مثل المضخة الحرارية التقليدية ، عن طريق استخدام سائل تبريد عالي الضغط لالتقاط وتحريك الحرارة بين الداخل والخارج. الفرق هو أن الأنظمة التقليدية تجمع حرارتها - وتتخلص منها - عبر الهواء الخارجي. في المقابل ، تنقل النظم الحرارية الأرضية الحرارة عبر حلقات طويلة من الأنابيب المملوءة بالسوائل المدفونة في الأرض.

كما اكتشف أسلافنا الذين يسكنون الكهوف منذ فترة طويلة ، إذا ذهبت بعيدًا بما فيه الكفاية تحت الأرض ، تظل درجة حرارة الأرض عند درجة حرارة ثابتة تبلغ 50 درجة أو نحو ذلك ، بغض النظر عن درجة حرارة الجو أو البرودة. لذلك بينما تكافح المضخة الحرارية التقليدية "مصدر الهواء" للبحث عن الحرارة من الهواء الشتوي المتجمد أو إلقاؤها في مصاعد الصيف ، فإن نظيرها "المصدر الأرضي" لديه مهمة سهلة نسبياً في استخراج الحرارة وصرفها خلال درجة حرارة 50 درجة. السائل المتداول في حلقة الأرض. لهذا السبب لا يستغرق الأمر سوى كيلو واط واحد من الكهرباء لمضخة الحرارة الحرارية لإنتاج ما يقرب من 12000 وحدة حرارية بريطانية من التبريد أو التدفئة. (لإنتاج نفس العدد من Btus ، تستهلك مضخة حرارية قياسية في يوم 95 درجة 2.2 كيلو واط / ساعة.) تتميز النظم الحرارية الأرضية بضعف كفاءة مكيفات الهواء الأعلى تصنيفًا وأكثر كفاءة بنسبة 50 بالمائة تقريبًا من أفضل أفران الغاز ، على مدار السنة.

ميزة أخرى هي أنه ليست هناك حاجة لمروحة خارجية صاخبة لتحريك الهواء من خلال ملفات الضاغط. تقوم الوحدات الحرارية الأرضية ببساطة بضخ السائل ، بحيث يمكن إيقافها في الداخل ، آمنة من العناصر. يأتي معظمهم مع ضمانات لمدة 10 سنوات ، لكنهم قد يستمرون لفترة أطول. في السنوات الـ 29 التي انقضت منذ أن قام جيم بارتين ، أحد أوائل من تبنوا التكنولوجيا ، بتركيب واحد في منزله ستيلووتر ، أوكلاهوما ، قام باستبدال اثنين فقط من مفاتيح الاتصال.

التوضيح من قبل

أجزاء مضخة الحرارة

كما هو الحال مع المضخات الحرارية العادية ، يعمل المبرد الموجود في مضخة حرارية أرضية في حلقة من خلال ضاغط ومكثف وصمام تمدد ومبخر ، ويقوم بجمع الحرارة في إحدى نهايته ويتخلى عنها في الطرف الآخر. يحدد اتجاه تدفق مادة التبريد ، والذي يتم التحكم فيه بواسطة صمام الانعكاس ، ما إذا كانت الحرارة تتحرك في المنزل في فصل الشتاء (كما هو موضح) أو يتم سحبها منه في الصيف. مع إضافة جهاز desuperheater ، يمكن للدفء المتبقي من النظام أيضًا أن يكمل سخان ماء تقليدي ، مما يقلل من فواتير الطاقة.

التكاليف والحوافز الضريبية

على الرغم من هذه الفوائد ، تم تركيب 47000 وحدة فقط من الطاقة الحرارية الأرضية في الولايات المتحدة في العام الماضي. إنها مجرد بقعة صغيرة مقارنةً بمليون مضخة حرارة تقليدية تم بيعها خلال نفس الفترة ، على الرغم من أن مضخات الحرارة من مصدر الأرض تكلف نفسها تقريباً. إليكم المشكلة: يجب عليك دفن الكثير من الأنابيب - حوالي 1500 إلى 1800 قدم لمنزل نموذجي مساحته 2000 قدم مربع. (يجب أن يحسب الطول الفعلي من قبل خبير ، بناءً على أحمال التدفئة والتبريد المثالية للمنزل.) قد يكلف التثبيت الذي يصل حجمه إلى 20 ألف دولار ، اعتمادًا على ظروف التربة ومقدار الحفر والحفر. على سبيل المثال ، قد يكون المنزل الذي يقع على مساحة كبيرة قادراً على استخدام أنابيب موضوعة أفقياً في خنادق طويلة بعمق 4 أقدام. قد تتطلب المنازل الموجودة على قطع صغيرة أو حواف صخرية ثلاثة أو أربعة ثقوب تم حفرها على بعد 300 قدم على التوالي ، وهي عملية أكثر تكلفة بكثير.

حتى مع هذا الاستثمار الكبير في المقدمة ، فإن أنظمة الطاقة الحرارية الأرضية شاقة للغاية لدرجة أن فترة الاسترداد قصيرة للغاية. حسبت دراسة أجراها معهد القوات الجوية للتكنولوجيا أن الأمر يستغرق في المتوسط ​​سبع إلى ثماني سنوات فقط لاسترداد التكاليف. تعتمد نقطة التعادل الفعلية على معدلات المرافق المحلية ، وتكاليف الحفر / الحفر ، ومدى عزل منزلك ، وكفاءة النموذج الذي تختاره ، وما هي الحوافز التي توفرها الولاية أو الأدوات المساعدة. سيتمكن المثبت الجيد الذي لديه دراية بالتسخين والتبريد وكذلك الجيولوجيا المحلية من إجراء هذه الحسابات لك.

يقتصر الحافز الفيدرالي الحالي على الاعتماد الضريبي القياسي بقيمة 300 دولار لمنشآت Energy Star HVAC. (يعد الكنديون تحديثًا للمنزل الموجود مع الحصول على طاقة حرارية أرضية مؤهلين للحصول على منحة فدرالية تبلغ 3500 دولارًا). وقد قدمت بعض الأدوات المساعدة في التفكير المستقل قروضًا منخفضة الفائدة لأصحاب المنازل المستعدين لتبني هذه التقنية. يقول ستيف روزنستوك ، مدير حلول الطاقة في معهد إديسون للكهرباء ، وهو اتحاد للمرافق: "إنه ترتيب يربح فيه الجميع". "تعمل المرافق على تقليل الطلب الأقصى على التدفئة والتبريد حيث يخفض عملائها بشكل كبير فواتير الكهرباء". ولأن الحلقات الأرضية البلاستيكية يجب أن تدوم 50 عامًا أو أكثر ، فإن المكافأة لأصحاب المنازل والبيئة ، يمكن أن تستمر لعدة أجيال.

أساسيات

ما هو عليه

نظام تدفئة وتبريد يعمل بالكهرباء يقوم بنقل الحرارة بين منزلك والأرض باستخدام السائل المتداول من خلال حلقات طويلة من الأنابيب تحت الأرض.

كيف تعمل

تستخدم المضخة الحرارية الداخلية دورة تبريد أساسية - التبخر والضغط والتكثيف والتوسع - لالتقاط الحرارة وصرفها من وإلى الأرض لتدفئة المنزل في فصل الشتاء وتبريده في فصل الصيف.

لماذا تريد واحدة

تخفيض فواتير التدفئة والتبريد في المنزل بنسبة 30 إلى 70 في المئة. يزيل الضواغط والمراوح الخارجية. يقلل من انبعاثات غازات الدفيئة بما يعادل زراعة 750 شجرة أو أخذ سيارتين عن الطريق.

عن ماذا تبحث

للحصول على ائتمانات ضريبية فدرالية ، يجب أن تفي المضخات بمعايير كفاءة Energy Star. لأنظمة الحلقة المغلقة ، تحتاج إلى EER من 14.1 و COP (معامل الأداء) قدره 3.3.

أين يمكن الحصول عليها

للعثور على الشركات المصنعة ، تفضل بزيارة موقع الويب Geothermal Heat Pump Consortium. للعثور على أخصائيين تركيب ومصممين مدربين يعرفون الجيولوجيا المحلية وكيفية تحديد حجم الأنظمة لتحقيق أقصى قدر من الكفاءة ، انتقل إلى موقع International International Source Heat Pump Association الخاص بالاتحاد.

ما هي تكلفتها

تم تثبيت ما بين 15000 و 20000 دولار للنظام ، بما في ذلك الحلقات الأرضية والمضخة الحرارية وأجهزة التحكم. توفر قاعدة بيانات حوافز الدولة للطاقة المتجددة (dsireusa.org) معلومات محدّثة عن برامج الحوافز الحكومية.

هل يمكنني التعديل التحديثي واحد؟

لا يعد تعديل نظام مصدر الأرض أمرًا صعبًا ، طالما أن دفن حلقة الأرض أمر ممكن. سيحتاج المنزل إلى قنوات لتوزيع الهواء البارد في الأيام الحارة. يمكن لهذه القنوات نفسها توفير الهواء الدافئ في فصل الشتاء. يمكن لبعض مضخات الحرارة الحرارية الأرضية أن تصل إلى معالج الهواء الموجود ، بينما تأتي الوحدات الأخرى مزودة بمقبس هواء متكامل. يمكن للمنزل الذي يحتوي على تسخين بالماء الساخن استخدام أنظمة الطاقة الحرارية الأرضية أيضًا ، على الرغم من الحاجة إلى مشعات إضافية لأن هذه الأنظمة لا تصل إلى درجات الحرارة العالية للغلايات التي تعمل بالوقود. (هذه ليست مشكلة بالنسبة للحرارة الأرضية المشعة ، والتي تعمل في درجات حرارة منخفضة.)