Geotermisk värmepump: hur det fungerar

För den ultimata komforten och energibesparingen, börja med att gräva ett hål

Illustration av

Ett elektriskt drivet, geotermiskt värme- och kylsystem överför värme mellan ditt hus och jorden med hjälp av vätska som cirkuleras genom långa slingor av underjordiskt rör.

Hur det fungerar

Med tanke på all uppmärksamhet som betalas till solenergi idag kan du bli förvånad över att veta att en av de mest lovande lösningarna på höga energikostnader inte är uppe i himlen men begravd djupt under din gräsmatta. Supereffektiva geotermiska värmepumpar ger ren, tyst uppvärmning och kylning samtidigt som man sänker energiförbrukningen med upp till 70 procent. "Med den här tekniken kan alla sitta ovanpå sin livstids energiförsörjning", säger TOH VVS-värmekompetent Richard Trethewey.

I princip fungerar en jordvärmepump som en vanlig värmepump, genom att använda högtryckskylmedel för att fånga och flytta värmen mellan inomhus och ute. Skillnaden är att konventionella system samlar upp värmen och blir av med det - genom ytterluften. Geotermiska system, däremot, överför värme genom långa slingor av vätskefylld rör som är begravd i marken.

Som våra grottboendefäder upptäckte för länge, om du går tillräckligt långt under jorden, stannar jordens temperatur konstant 50 grader, oavsett hur varmt eller kallt det blir utanför. Så medan en konventionell värmepump med "luftkälla" kämpar för att skölja upp värmen från att frysa vinterluften eller dumpa den i sommarsvällen, har dess "jordkälla" motpart det relativt enkelt jobb att extrahera och utbetala värme genom 50 grader vätska cirkulerar i sin jordslinga. Därför tar det bara en kilowatt-timme elektricitet för en geotermisk värmepump för att producera nästan 12 000 Btu kylning eller uppvärmning. (För att producera samma antal Btus, förbrukar en standardvärmepump på 95 grader dag 2, 2 kilowatt-timmar.) Geotermiska system är dubbelt så effektiva som de högklassiga luftkonditioneringsanläggningarna och nästan 50 procent effektivare än de bästa gasugnarna, året runt.

En annan fördel är att det inte finns något behov av en bullrig utomhusfläkt för att flytta luft genom kompressorns spolar. Geotermiska enheter pumpar bara vätska, så de kan parkeras inomhus, säkert från elementen. De flesta kommer med 10 års garanti, men de kan vara mycket längre. Under de 29 åren sedan Jim Partin, en av teknikens tidigaste adopters, installerade en i sitt Stillwater, Oklahoma, hus, har han ersatt endast två kontaktomkopplare.

Illustration av

Värmepumpdelar

Som med vanliga värmepumpar, köler kylmediet i en värmepump i en slinga genom en kompressor, kondensor, expansionsventil och förångare, uppsamlar värme i ena änden och ger upp den på den andra. Kylmedelsflödet, som styrs av backventilen, bestämmer huruvida värmen flyttar in i huset på vintern (visad) eller dras ut av den på sommaren. Med tillägg av en desuperheater kan återstående värme från systemet också komplettera en konventionell varmvattenberedare, vilket ytterligare reducerar energireklerna.

Kostnader och skatteincitament

Trots dessa fördelar installerades bara 47 000 geotermiska enheter förra året i USA. Det är bara ett litet blip jämfört med de cirka en miljon konventionella värmepumpar som säljs under samma period, även om värmepumpar från grundkälla kostar ungefär samma för att köpa. Här är gnidningen: Du måste begrava mycket rör - ca 1.500 till 1.800 fot för ett typiskt 2 000 kvadratmeter hem. (Den faktiska längden bör beräknas av en expert baserat på de optimala värme- och kylbelastningarna för huset.) En inställning som storleken skulle kunna kosta så mycket som $ 20.000 att installera, beroende på markförhållandena och hur mycket grävning och borrning som är involverad. Ett hus på ett stort parti kan till exempel använda rör som ligger horisontellt i långa, 4-fots djupa grävningar. Hus på små partier eller steniga ledningar kan kräva tre eller fyra hål borrade cirka 300 meter rakt ner, en mycket dyrare process.

Även med denna betydande front-end-investering är geotermiska system så energibesparande att återbetalningsperioden är anmärkningsvärt kortfattad. En studie från Air Force Institute of Technology beräknade att det i genomsnitt bara tar sju till åtta år att återhämta kostnaderna. Din faktiska jämnpunkt beror på lokala nyttjandepriser, utgrävnings- / borrkostnader, hur bra ditt hus är isolerat, effektiviteten hos den modell du väljer och vilka incitament som staten eller verktygen erbjuder. En bra installatör som är kunnig om uppvärmning och kylning samt din lokala geologi kommer att kunna göra dessa beräkningar för dig.

Den nuvarande federala incitamenten är begränsad till standard $ 300 skattkredit för Energy Star HVAC installationer. (Kanadensare eftermontera ett befintligt hem med geotermisk kvalificera sig för ett federalt bidrag på $ 3.500.) Vissa framåtblickande verktyg har erbjudit lån med låg ränta till husägare villiga att anta tekniken. "Det är en win-win-ordning", säger Steve Rosenstock, energilösningschef på Edison Electric Institute, en förening av verktyg. "Verktygen minskar efterfrågan på uppvärmning och kylning, eftersom kunderna dramatiskt sänker sina elräkningar." Och eftersom plastjordslingorna ska ligga i 50 år eller mer, kan utbetalningen för husägare och för miljön vara i generationer.

Det grundläggande

Vad det är

Ett elektriskt drivet värme- och kylsystem som överför värme mellan ditt hus och jorden genom att använda vätska som cirkuleras genom långa slingor av underjordiska rör.

Hur det fungerar

En inomhus värmepump använder en grundläggande kylcykelindunstning, kompression, kondensation och expansion - för att fånga och fördela värme från och till marken för att värma huset på vintern och kyla det på sommaren.

Varför skulle du vilja ha en

Skärmar uppvärmnings- och kylräkningar med 30 till 70 procent. Eliminerar bullriga utomhuskompressorer och fläktar. Minskar växthusgasutsläppen med motsvarande att plantera 750 träd eller ta två bilar av vägen.

Vad ska man leta efter

För federala skattekrediter måste pumpar uppfylla Energy Star effektivitetsstandarder. För system med sluten slinga behöver du en EER på 14, 1 och en COP (prestandekoefficient) på 3.3.

Var får man det

För att hitta tillverkare, besök webbplatsen för geotermisk värmepumpkonsortium. För att hitta utbildade installatörer och designers som känner till den lokala geologin och hur man mäter system för maximal effektivitet, gå till International Ground Source Heat Pump Associations hemsida.

Vad det kostar

$ 15, 000 - $ 20, 000 installerat för systemet, inklusive jordslingor, värmepump och kontroller. Databasen med statliga incitament för förnybar energi (dsireusa.org) ger aktuell information om statliga incitamentsprogram.

Kan jag omforma en?

Att ommontera ett jordkällsystem är inte svårt, så länge som grävning av jordslingan är möjlig. Ett hus behöver kanaler för att distribuera sval luft på heta dagar. De samma kanalerna kan ge varm luft på vintern. Vissa geotermiska värmepumpar kan ansluta till en befintlig luftbehandlare, andra enheter har sin egen integrerade luftbehandlare. Hus med varmvattenuppvärmning kan också använda geotermiska system, även om ytterligare radiatorer kan behövas, eftersom dessa system inte når de högre temperaturerna hos bränsleeldade pannor. (Det är inte ett problem för strålande golvvärme, som arbetar vid lägre temperaturer.)