Dåliga saker om geotermiska värmepumpar

Geotermiska värmepumpar är en av de gröna teknikerna som kan lösa problemet med global uppvärmning genom att minska koldioxidutsläppen. Men som de flesta andra förnybara energikällor kommer denna energikälla med sitt eget problem. Människor som vill använda denna teknik bör ha en god förståelse för den för att undvika onödiga kostnader och hjälpa till att förhindra negativa miljöpåverkan.

Geotermiska värmepumpar

Geotermiska värmepumpar (GHP), även kallade geo-exchange, fungerar genom att utbyta värme med marken på ett djup under några fot, där temperaturen är ungefär konstant året runt.

vigselring på höger hand menande

relaterade artiklar

Fakta om solenergi
Gå gröna bilder
Hur kan mitt företag gå grönt för att spara pengar

Energy.gov förklarar vilka typer av GHP som används i hemmet och företag.

Systemet med sluten slinga har tre typer inom sig. De är horisontella, vertikala och markerade. De använder vatten blandat med ett frostskyddsmedel som cirkulerar i slutna rör för att utbyta värme med marken eller vattnet. En värmeväxlare över marken överför värme mellan kylmedlen och frostskyddslösningen i de slutna slingorna.
Direktvärmeväxlingssystem använder köldmedier direkt i de underjordiska slutna slingorna för att utbyta värme och har inte den mellanliggande värmeväxlaren.
Öppna slingor drar kontinuerligt vatten från externa källor som brunnar eller sjöar för värmeväxling och returnerar det som utsläpp.

En Oregon University-rapport (s. 6) vid världens geotermiska konferens 2015 uppskattar att det finns 1,4 miljoner växthusgaser i USA, av dessa 90% är slutna kretslopp och endast 10% är öppna kretsloppssystem.

Generiska problem

Även om det finns flera fördelar med geotermiska värmepumpar, finns det också många nackdelar. Vissa är generiska och andra är systemspecifika problem.

Startavgift

Alla är överens om att den initiala installationskostnaden för en GHP är hög och svårt att beräkna , eftersom det beror på husets / byggnadens storlek, pumpen, marken, klimatet och slingan. En erfaren entreprenör är viktig för att säkerställa en lyckad installation.

Uppskattningar från privata företag Energibostäder för ett hus på 2500 kvadratmeter visar att ett vertikalt slingasystem på 6 ton kostar $ 34 000, en horisontell slinga för 5 ton för strålningsuppvärmning och kylning kostar $ 29 500 och en 5 ton horisontell slinga i kombination med solvärme kostar $ 47 500.

Energibostäder bryter ner kostnadsfrågan , säger, 'Det här är ungefär dubbelt så mycket som ett konventionellt värme-, kyl- och varmvattensystem, men geotermiska värme- / kylsystem kan minska energiräkningarna med 40% till 60%.'

Brist på kvalificerade proffs

GHP-teknik är komplex och kräver kunskap om olika aspekter. De Union of Concerned Scientists konstaterar att många installatörer för uppvärmning och kylning inte är bekanta med tekniken, vilket i sin tur hindrar spridning och underhåll. Det är också svårt att hitta kvalificerade entreprenörer som kan installera GHP-system i vissa regioner i landet, vilket ytterligare ökar kostnaden för ett geotermiskt värmesystem.

Inte ett DIY-projekt

Det amerikanska energidepartementet avskräcker hantering av GHP som ett DIY-projekt. Denna teknik kräver specialkunskap inom många områden. Att bestämma systemet som passar bäst för ett hem eller företag är en grundlig undersökning av faktorer som geologi, hydrologi, marktillgänglighet, värme- och kylbehov och andra viktiga energibesparande enheter i huset nödvändigt. Det är inte möjligt för alla att beräkna den optimala storleken på slingfältet eller pumpen som behövs för att få ut det mesta av detta system.

negativ påverkan på människan på miljön

Elanvändning

Elektricitet är nödvändigt för att driva värmekompressorn i system med slutna slingor, och för att pumpa upp vatten hela året i öppna slingor, så är en GHP inte helt koldioxidneutralt.

Problem med slutna slingor

Systemen med slutna slingor delar vanliga nackdelar som jordens påverkan på frostskyddets effektivitet och förekomst. Loop-problem relaterade till horisontell eller vertikal orientering är också närvarande, liksom problem med direkt värmeväxlingssystem och dammsystem.

Jordtyper

Värme lagring och överföring är bäst i tunga jordar som lera eller sten. Sandjord kan inte lagra eller överföra mycket värme så att större slingfält är nödvändiga. Minskning av markfuktighet under '12,5% har en förödande inverkan på värmepumparnas prestanda ' en 2014-studie publicerad i Energies (s. 3), medan ökning av markfuktighet över 25% förbättrar värmeöverföringen. Så torra jordar är inte lämpliga särskilt i direktvärmeväxlingssystem.

Frostskydd

Systemen med slutna slingor använder vatten med frostskydd för värmeväxling. Äldre modeller som används metanol som avdunstar snabbt och är giftigt för människor och djur, så det är nu förbjudet i många delar av USA. Etanol är inte lika giftigt som metanol men är dyrt. Bekymmer det Etylenglykol kan läcka och förorena grundvattenkällor har lett till att denna typ av frostskyddsmedel också har förbjudits för användning i geotermiska system i många stater. Saltlösning (kalciumklorid) är ett bra alternativ, men det är frätande, så det behöver cupronickel-rör. Propylenglykol har inga negativa effekter på människor eller miljö.

Så länge vattnet blandat med frostskyddsmedlet cirkulerar i de slutna slingorna finns det inget miljöpåverkan. Men även små läckor kan vara farliga, så det är bäst att hålla fast med saltlösning eller propylenglykol typer av frostskyddsmedel.

Horisontellt system

De Teknisk nyhetsbulletin finner att det horisontella systemet kräver 1 500-3 000 kvadratmeter mark för varje ton värme eller kyla.

Stort område nödvändigt - Denna mark är senare lämplig endast för trädgårdsskötsel, men inte för någon utvidgning av hem eller annan byggnadskonstruktion. Dessa system är inte lämpliga för eftermontering, eftersom det kanske inte finns tillräckligt med utrymme tillgängligt.
Temperaturskillnader - På grunda djup på 3 till 6 fot kan det finnas skillnader i temperatur på grund av säsong, begravningsdjup och nederbörd som påverkar effektiviteten, även om djupbegränsningen minskar kostnaden för markgrävning, vilket är den dyraste delen av installationen av en sluten slinga systemet.
Jordfrågor - Steniga eller grunda jordar är inte lämpliga för dessa system, i vilket fall vertikala system är nödvändiga.

Vertikalt system

Detta är det mest effektiva systemet eftersom de U-formade öglorna går 150-450 fot djupt i marken, konstaterar Technical News Bulletin. Andra frågor inkluderar:

Bekostnad - De U-formade öglorna och deras djup gör dem till de dyraste av alla GHS-system.
Kompetent installation och nödvändig utrustning - Dessutom kräver borrning till dessa djup skickliga borrare och specialutrustning som inte finns överallt.

Direkt värmeväxlingssystem (DX)

DX använder kopparrör fyllda med köldmedium begravda 4 till 6 fot under marken. Detta system är det äldsta av alla GHP-modeller och har störst miljöpåverkan.

hur man får reda på om någon har dött

Korrosion av kopparrör är vanligt i sura jordar, så DX är inte lämplig för dessa jordar, förklarar en medlem på Geo Exchange Forum . För att förhindra detta måste jordprover samlas på det djup som de kommer att installeras för att kontrollera höga koncentrationer av syror, klorider, vätesulfider, sulfater eller ammoniak, vilket gör planeringssteget dyrt. Koppar används istället för PVC eftersom det är en bättre värmeledare.
Köldmedier är det största miljöproblemet med DX. Även små sprickor kan frigöra dem och leda till global uppvärmning. Tidigare modeller använde klorfluorkolväten (CFC) och hydroklorfluorer (HCFC). De Montrealprotokollet har förbjudit deras användning eftersom de skadade ozonskiktet. Deras ersättare fluorkolväten (FC) och fluorkolväten (HFC) kan orsaka global uppvärmning och är förbjudna enligt Kyotoprotokollkonventionen om klimatförändringar. År 2016 kom Environmental Protection Agency (EPA) utfärdat rekommendationer som syftar till att avveckla dessa kemikalier och listade dem som oacceptabla. EPA rekommenderar inte heller R410A det senaste populära köldmediet eftersom det också orsakar växthusgasutsläpp.
Green Building-experter säger att det är olagligt att spilla förorenande köldmedier antingen genom avsikt eller av misstag.

2001, forskare vid Oregon University (s. 2) förklarade DX-system som en miljörisk och rekommenderar dem inte. Det är förbjudet i vissa delar av USA på grund av lokala miljörestriktioner, enligt Energy.gov.

Pond Closed Loop Systems

System med slutna slingor kan också använda vattenkroppar för att utbyta värme. Dessa har dock också några problem.

Grunt vatten visar variationer i temperaturerna, och det finns chanser att rörledningar kan skadas i offentliga vattenkällor, enligt Technical News Bulletin.
Endast dammar som har ett minimum av djup och mängd vatten är användbara enligt Energy.gov. Du måste hitta en byggplats med precis rätt förutsättningar för att använda detta alternativ.

Öppen orosystem

Öppna system hämtar vatten från en brunn eller grunt vatten som sjöar och dammar. Som nämnts används de inte så ofta i USA, men människor bör fortfarande vara medvetna om deras potentiella nackdelar.

Otillräckligt flöde av vatten kan uppstå om brunnen som grävts för slingan inte är tillräckligt djup eller på grund av alltför stora uttag från vattenlevande vatten, enligt en Washington State University Energy Program studie (s. 5). Sedimentation täpper filter i frånvaro av tillräckligt med vatten. Ett Idaho Geotermisk rapporten konstaterade att säsongsefterfrågan på alternativ användning som sprinkler på sommaren kan påverka de tillgängliga vattenmängderna för värmepumpen.
Vattenkvalitet är inte samma överallt och året runt. Skräp i sjöar är ett problem. Skalning på grund av kalkavlagringar från tungt vatten behöver behandlas med kemikalier för avlägsnande.
Biologisk tillväxt, särskilt bakterier, är svåra att ta bort när de väl har etablerats utan användning av kemikalier, enligt Washington State University Energy Program (s.5).
Idaho Geothermal Report rekommenderar att man hittar en lämplig plats för utsläpp innan man installerar grundvattensystemet med öppen slinga. Sandjord kan lätt absorbera utsläpp, men om jorden är hård kan en extra borrning för utsläpp fördubbla borrkostnaden, vilket gör det lika dyrt som ett system med sluten slinga. När vatten dras från sjöar matas utsläpp tillbaka till det.
Alla lokala begränsningar avseende urladdning måste också uppfyllas enligt Energy.gov.
Enligt Washington State University Energy Program-studien (s. 5) är driftskostnaderna höga, eftersom pumpar måste gå hela året för att få vatten in och ut ur systemet. Deras underhåll är också en stor fråga.
Vid brunnar måste lokala miljö- och vattenbegränsningar beaktas, eftersom tillgängligt vatten kan vara begränsat enligt Technical News Bulletin.
Stående kolonnbrunnar som pumpar vatten från en vattenlevande burk sänk vattnet.

Finns det en ljus sida?

Även om det kan verka som att geotermiska värmepumpar är svåra och kostsamma, finns det många fördelar med systemet. Regeringar och miljöorganisationer som Grön fred och Union of Concerned Scientists främjar geotermisk energi. Eftersom prestanda från geotermiska värmepumpar är sammankopplade med många miljöfaktorer är det inte en plug and play-teknik. När man överväger ett geotermiskt system är det nödvändiga steg för att analysera enskilda detaljer om byggnader och området för att välja rätt system, tillsammans med korrekt planering och installation, för att njuta av det bästa från denna teknik.