Špatné věci na geotermálních tepelných čerpadlech

Geotermální tepelná čerpadla jsou jednou ze zelených technologií schopných vyřešit problém globálního oteplování snížením emisí uhlíku. Ale stejně jako většina ostatních obnovitelných zdrojů, i tento zdroj energie má své vlastní problémy. Lidé, kteří chtějí tuto technologii používat, by o ní měli dobře rozumět, aby se vyhnuli zbytečným nákladům a pomohli předcházet negativním dopadům na životní prostředí.

Geotermální tepelná čerpadla

Geotermální tepelná čerpadla (GHP), nazývaná také geo-výměna, fungují výměnou tepla se zemí v hloubkách pod několika stopami, kde jsou teploty přibližně konstantní po celý rok.

• Fakta o sluneční energii
• Go Green Pictures
• Jak může moje firma ekologizovat a ušetřit peníze?

Energie.gov vysvětluje typy GHP používaných v domácnostech a podnicích.

• Systém uzavřené smyčky má v sobě tři typy. Jsou vodorovné, svislé a broušené. K výměně tepla se zemí nebo vodou používají vodu smíchanou s nemrznoucí směsí cirkulující v uzavřených trubkách. Tepelný výměník nad zemí přenáší teplo mezi chladivy a nemrznoucím roztokem v uzavřených smyčkách.
• Systémy přímé výměny tepla používají k výměně tepla chladiva přímo v podzemních uzavřených smyčkách a nemají zprostředkovaný výměník tepla.
• Systémy s otevřenou smyčkou nepřetržitě čerpají vodu z vnějších zdrojů, jako jsou studny nebo jezera, pro výměnu tepla a vracejí ji jako výtlak.

Zpráva Oregonské univerzity (str. 6) na světové geotermální konferenci v roce 2015 se odhaduje, že v USA je 1,4 milionu GHP, z toho 90% jsou systémy s uzavřenou smyčkou a pouze 10% jsou systémy s otevřenou smyčkou.

Obecné problémy

I když geotermální tepelná čerpadla mají několik kladů, existuje i mnoho nevýhod. Některé jsou obecné a jiné problémy specifické pro systém.

Počáteční náklady

Všichni souhlasí s tím, že počáteční náklady na instalaci GHP jsou vysoké a obtížně vypočítatelné , protože to závisí na velikosti domu / budovy, čerpadle, půdě, klimatu a smyčkovém poli. Pro zajištění úspěšné instalace je důležitý zkušený dodavatel.

Odhady ze soukromého podnikání Energetické domy pro dům o rozloze 2500 čtverečních stop ukazují, že 6tunový systém vertikální smyčky stojí 34 000 $, 5tunová horizontální smyčka pro sálavé vytápění a chlazení stojí 29 500 $ a 5tunová horizontální smyčka v kombinaci se solárním ohřevem stojí 47 500 $.

Energetické domy rozděluje problém nákladů Říká: To je zhruba dvojnásobek nákladů na konvenční systém vytápění, chlazení a ohřevu teplé vody, ale geotermální systémy vytápění / chlazení mohou snížit účty za služby o 40% až 60%.

Nedostatek kvalifikovaných odborníků

Technologie GHP je složitá a vyžaduje znalost různých aspektů. The Unie dotčených vědců konstatuje, že mnoho instalatérů vytápění a chlazení není obeznámeno s touto technologií, což zase brání jejímu šíření a údržbě. Je také obtížné najít kvalifikované dodavatele schopné instalovat systémy GHP v určitých regionech země, což dále zvyšuje náklady na geotermální systém vytápění.

Není to kutilský projekt

Americké ministerstvo energetiky nedoporučuje manipulovat s GHP jako s kutilským projektem. Tato technologie vyžaduje specializované know-how v mnoha oblastech. Rozhodnout systém nejvhodnější pro domácnost nebo podnik je nutné důkladné prozkoumání faktorů, jako je geologie, hydrologie, dostupnost půdy, požadavky na vytápění a chlazení a další důležitá energeticky úsporná zařízení v domě. Není možné, aby každý vypočítal optimální velikost smyčkového pole nebo pumpy, které jsou potřebné k maximálnímu využití tohoto systému.

Využití elektřiny

Elektřina je nezbytná k provozu tepelného kompresoru v uzavřených systémech a pro celoroční čerpání vody v systémech s otevřeným okruhem, takže GHP je není zcela uhlíkově neutrální.

Problémy se systémem uzavřené smyčky

Systémy uzavřené smyčky sdílejí společné nevýhody, jako je vliv půdy na účinnost a přítomnost nemrznoucí směsi. Problémy se smyčkou jsou také přítomny ve vztahu k horizontální nebo vertikální orientaci, stejně jako u systémů přímé výměny tepla a systémů rybníků.

Druhy půdy

Teplo skladování a přenos je nejlepší v těžkých půdách, jako je jíl nebo hornina. Písečné půdy nemohou ukládat nebo přenášet mnoho tepla, takže jsou nezbytná větší pole smyčky. Pokles půdní vlhkosti pod '12,5% má zničující dopad na výkon stavů tepelných čerpadel studie z roku 2014 publikovaná v Energies (str. 3), zatímco zvýšení vlhkosti půdy nad 25% zlepšuje přenos tepla. Suché půdy tedy nejsou vhodné zejména v systémech přímé výměny tepla.

Nemrznoucí směs

Systémy uzavřené smyčky používají pro výměnu tepla vodu s nemrznoucí směsí. Použité starší modely methanolu který se rychle odpařuje a je toxický pro lidi a zvířata, takže je nyní v mnoha částech USA zakázán. Ethanol není tak toxický jako methanol, ale je drahý. Znepokojuje to Ethylenglykol Mohlo by dojít k úniku a kontaminaci zdrojů podzemní vody, což vedlo k zákazu použití tohoto typu nemrznoucí směsi v geotermálních systémech v mnoha státech. Solanka (chlorid vápenatý) je dobrá volba, ale je korozivní, takže potřebuje měďnaté trubky. Propylenglykol nemá žádné nepříznivé účinky na lidi ani na životní prostředí.

Pokud voda smíchaná s nemrznoucí směsí cirkuluje v uzavřených smyčkách, není zde žádný vliv na životní prostředí. I malé netěsnosti však mohou být nebezpečné, proto je nejlepší držet se nemrznoucích směsí se solankou nebo propylenglykolem.

Horizontální systém

The Bulletin technických zpráv zjistí, že horizontální systém vyžaduje 1 500–3 000 čtverečních stop půdy pro každou tunu vytápění nebo chlazení.

Velká plocha nutná - Tento pozemek je později vhodný pouze pro zahrádkářství, ale nikoli k žádnému rozšiřování bytové nebo jiné stavební konstrukce. Tyto systémy nejsou vhodné pro dodatečnou montáž, protože nemusí být k dispozici dostatek místa. Teplotní rozdíly - V mělkých hloubkách 3 až 6 stop mohou existovat rozdíly v teplotě v závislosti na ročním období, hloubce pohřbu a srážkách, které ovlivňují účinnost, i když omezení hloubky snižuje náklady na hloubení půdy, což je nejdražší část instalace uzavřené smyčky Systém. Problémy s půdou - Kamenné nebo mělké půdy nejsou pro tyto systémy vhodné, v takovém případě jsou nutné vertikální systémy.

Vertikální systém

Jedná se o nejúčinnější systém, protože smyčky ve tvaru písmene U jdou do hloubky 150 až 450 stop v půdě, uvádí technický zpravodaj. Mezi další problémy patří:

Výdaje - Smyčky ve tvaru písmene U a jejich hloubka z nich činí nejdražší ze všech systémů GHS. Je nutná odborná instalace a vybavení - Navíc vrtání do těchto hloubek vyžaduje kvalifikované vrtáky a speciální vybavení, které není k dispozici všude.

Systém přímé výměny tepla (DX)

DX používá měděné trubky naplněné chladivy zakopané 4 až 6 stop pod zemí. Tento systém je nejstarší ze všech modelů GHP a má největší dopad na životní prostředí.

• Koroze měděných trubek je v kyselých půdách běžná, proto DX není pro tyto půdy vhodný, vysvětluje člen na Fórum pro geo burzu . Aby se tomu zabránilo, musí se vzorky půdy odebírat v hloubce, ve které budou instalovány, aby se zkontrolovaly vysoké koncentrace kyselin, chloridů, sirovodíků, síranů nebo amoniaku, čímž se fáze plánování prodraží. Měď se používá místo PVC, protože je to lepší vodič tepla.
• Chladiva jsou hlavním problémem životního prostředí u DX. Mohly by je uvolnit i malé praskliny, které by vedly ke globálnímu oteplování. Dřívější modely používaly chlorfluoruhlovodíky (CFC) a hydrochlorofluorony (HCFC). The Montrealský protokol zakázal jejich použití, protože poškozovaly ozonovou vrstvu. Jejich náhražky fluorovaných uhlovodíků (FC) a fluorovaných uhlovodíků (HFC) mohou způsobit globální oteplování a jsou zakázány Úmluvou o změně klimatu Kjótského protokolu. V roce 2016 Agentura na ochranu životního prostředí (EPA) vydala doporučení zaměřená na postupné vyřazování těchto chemických látek a uvedla je jako nepřijatelné. EPA také nedoporučuje R410A nejnovější populární chladivo, protože také způsobuje emise skleníkových plynů.
• Odborníci na ekologické budovy prohlašují, že je nezákonné rozlití znečišťujících chladiv úmyslně nebo náhodou.

V roce 2001 vědci na Oregonské univerzitě (str. 2) prohlásil systémy DX za environmentální riziko a nedoporučuje je. Podle Energy.gov je v některých částech USA zakázáno z důvodu místních environmentálních omezení.

Systémy uzavřené smyčky rybníků

Systémy uzavřené smyčky mohou také využívat vodní tělesa k výměně tepla. Mají však také několik problémů.

• Mělké vody vykazují kolísání teplot a podle Bulletinu technických zpráv existuje pravděpodobnost poškození potrubí ve veřejných vodních zdrojích.
• Podle Energy.gov jsou užitečné pouze rybníky, které mají požadovanou minimální hloubku a množství vody. Abyste mohli tuto možnost využít, budete muset najít místo stavby se správnými podmínkami.

Open Loop System Concerns

Otevřené systémy čerpají vodu ze studny nebo mělkých vod, jako jsou jezera a rybníky. Jak již bylo uvedeno, v USA se nepoužívají tak často, ale lidé by si měli být vědomi svých potenciálních nevýhod.

• Nedostatečný průtok vody může nastat, pokud studna vykopaná pro smyčku není dostatečně hluboká, nebo v důsledku nadměrného odběru z vodonosné vrstvy, podle Energetický program Washingtonské státní univerzity studie (str. 5). Sedimentační ucpávání filtrů v nepřítomnosti dostatečného množství vody. An Idaho geotermální zpráva uvádí, že sezónní poptávka po alternativních použitích, jako jsou sprinklery v létě, může ovlivnit množství vody dostupné pro tepelné čerpadlo.
• Kvalita vody není všude a po celý rok stejný. Trosky v jezerech jsou problém. Usazování vodního kamene způsobené vápennými usazeninami z těžké vody vyžaduje odstranění chemikálií.
• Podle Energetického programu Washingtonské státní univerzity (str. 5) je biologický růst, zejména bakterie, těžko odstranitelný, jakmile se vytvoří bez použití chemikálií.
• Zpráva o geotermální energii Idaho doporučuje najít vhodné místo pro vypouštění před instalací systému podzemní vody s otevřenou smyčkou. Písčitá půda může snadno absorbovat vypouštění, ale pokud je půda tvrdá, další vrták pro vypouštění může zdvojnásobit náklady na vrtání, což je stejně nákladné jako systém s uzavřenou smyčkou. Když je voda čerpána z jezer, vypouštění je přiváděno zpět do ní.
• Všechna místní omezení týkající se vybíjení musí být splněna také podle Energy.gov.
• Podle studie Washingtonského univerzitního energetického programu (str. 5) jsou provozní náklady vysoké, protože čerpadla musí běžet celý rok, aby se do systému dostávala voda. Jejich údržba je také hlavní otázkou.
• V případě studní je třeba vzít v úvahu místní environmentální a vodní omezení, protože dostupná voda může být omezena podle Bulletinu technických zpráv.
• Stojaté sloupové studny, které čerpají vodu z vodonosné nádoby spusťte vodní hladinu.

Existuje světlá stránka?

I když se může zdát, že geotermální tepelná čerpadla jsou obtížná a nákladná, má systém mnoho výhod. Vlády a ekologické neziskové organizace jako např Zelený mír a Union of Concerned Scientists propagují geotermální energii. Protože výkon geotermálních tepelných čerpadel je propojen s mnoha faktory prostředí, nejedná se o technologii typu plug and play. Při zvažování geotermálního systému jsou nezbytnými kroky k tomu, abyste si z této technologie mohli užít to nejlepší, analýza jednotlivých detailů budov a oblasti pro výběr správného systému spolu se správným plánováním a instalací.