Тепловой насос наземного источника - Ground source heat pump

Тепловой насос в сочетании с накопителем тепла и холода

Тепловой насос геотермального (также геотермальной тепловой насос ) представляет собой система отопления / охлаждения для зданий , которые используют тип теплового насоса для передачи тепла к или от земли, пользуясь относительным постоянство температуры земли в течение сезонов. Земные тепловые насосы (GSHP) - или геотермальные тепловые насосы (GHP), как их обычно называют в Северной Америке - являются одними из самых энергоэффективных технологий для обеспечения отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха и нагрева воды с использованием гораздо меньшего количества энергии, чем можно получить при сжигании топлива. в котле / печи) или с помощью резистивных электронагревателей .

Эффективность выражается в виде коэффициента производительности (CoP), который обычно находится в диапазоне 3–6, что означает, что устройства обеспечивают от 3 до 6 единиц тепла на каждую единицу используемой электроэнергии. Затраты на установку выше, чем для других систем отопления, из-за необходимости устанавливать контуры заземления на больших площадях или просверливать отверстия, и по этой причине вместо них часто используются воздушные тепловые насосы .

История

Тепловой насос был описан Кельвином в 1853 году и разработан Peter Ritter фон Rittinger в 1855. Генриха Зелли запатентовал идею использования для отвода тепла от земли в 1912 году.

После экспериментов с морозильной камерой Роберт К. Уэббер построил первый наземный тепловой насос с прямым обменом в конце 1940-х годов, однако источники расходятся во мнениях относительно точных сроков его изобретения. Первый успешный коммерческий проект был реализован в здании Содружества (Портленд, Орегон). ) в 1948 году, и был назначен Национальный исторический памятник Инженерная механика по ASME . Профессор Карл Нильсен из Университета штата Огайо построил первую жилую версию с открытым контуром в своем доме в 1948 году.

Эта технология стала популярной в Швеции в 1970-х годах в результате нефтяного кризиса 1973 года , и с тех пор ее признание во всем мире медленно растет. Системы с открытым контуром доминировали на рынке до тех пор, пока разработка полибутиленовых труб в 1979 году не сделала системы с замкнутым контуром экономически жизнеспособными.

По состоянию на 2004 год во всем мире установлено более миллиона установок, обеспечивающих тепловую мощность 12 ГВт со скоростью роста 10% в год. Каждый год около 80 000 единиц устанавливается в США и 27 000 в Швеции. В Финляндии геотермальный тепловой насос был наиболее распространенным вариантом отопительной системы для новых отдельно стоящих домов в период с 2006 по 2011 год с долей рынка, превышающей 40%.

Договоренность

Внутреннее устройство

Тепловой насос типа жидкость-вода

Тепловой насос , который является центральным блоком , который становится нагревом и охлаждение установки для здания, поставляется в двух основных вариантах:

Тепловые насосы типа « жидкость-вода» (также называемые « вода-вода» ) представляют собой гидравлические системы, которые осуществляют отопление или охлаждение через здание по трубам к обычным радиаторам , системам теплого пола , радиаторам плинтуса и резервуарам для горячей воды . Эти тепловые насосы также предпочтительны для обогрева бассейнов. Тепловые насосы обычно эффективно нагревают воду только до 55 ° C (131 ° F), тогда как котлы обычно работают при 65–95 ° C (149–203 ° F). Размер радиаторов, рассчитанных на более высокие температуры, достигаемые котлами, может быть слишком мал для использования с тепловыми насосами, что потребует замены радиаторов большего размера при модернизации дома с котла на тепловой насос. При использовании для охлаждения температура циркулирующей воды обычно должна поддерживаться выше точки росы, чтобы атмосферная влажность не конденсировалась на радиаторе.

Тепловые насосы типа " жидкость-воздух" (также называемые " вода-воздух" ) выдают нагнетаемый воздух и чаще всего используются для замены устаревших печей с принудительной подачей воздуха и центральных систем кондиционирования воздуха. Существуют варианты, которые позволяют использовать сплит-системы, высокоскоростные системы и бесканальные системы. Тепловые насосы не могут достичь такой высокой температуры жидкости, как обычная печь, поэтому для компенсации им требуется более высокий объемный расход воздуха. При модернизации жилого помещения, возможно, придется расширить существующие воздуховоды, чтобы уменьшить шум от более высокого воздушного потока.

Наземный теплообменник

Горизонтальная петля перед засыпкой землей.

В грунтовых тепловых насосах используется грунтовый теплообменник, контактирующий с грунтом или грунтовыми водами для извлечения или рассеивания тепла. Неправильная конструкция может привести к зависанию системы через несколько лет или к очень неэффективной работе системы; поэтому точный дизайн системы имеет решающее значение для успешной системы.

Трубопровод для контура заземления обычно изготавливается из полиэтиленовой трубы высокой плотности и содержит смесь воды и антифриза ( пропиленгликоль , денатурированный спирт или метанол ). Монопропиленгликоль имеет наименьший разрушительный потенциал, когда он может просочиться в землю, и поэтому он является единственным разрешенным антифризом в наземных источниках во все большем числе европейских стран.

По горизонтали

Горизонтальное поле с замкнутым контуром состоит из труб, расположенных на плоскости в земле. Выкапывается длинная траншея глубже линии промерзания , и внутри той же траншеи раскладываются U-образные или обтягивающие катушки. Неглубокие горизонтальные теплообменники 3–8 футов (0,91–2,44 м) испытывают сезонные температурные циклы из-за солнечной энергии и потерь передачи в окружающий воздух на уровне земли. Эти температурные циклы отстают от времени года из-за тепловой инерции, поэтому теплообменник будет собирать тепло, выделяемое солнцем на несколько месяцев раньше, в то время как в конце зимы и весной он отягощается из-за накопленного зимнего холода. Системы во влажном грунте или в воде, как правило, более эффективны, чем более сухие контуры заземления, поскольку вода проводит и сохраняет тепло лучше, чем твердые частицы в песке или почве. Если земля естественная сухая, шланги для замачивания можно закопать вместе с контуром заземления, чтобы она оставалась влажной.

Вертикальный

Бурение скважины под жилое отопление

Вертикальная система состоит из ряда скважин глубиной от 50 до 400 футов (15–122 м), снабженных U-образными трубами, по которым циркулирует теплоноситель, который поглощает (или отводит) тепло от (или к) земле. . Расстояние между скважинами составляет не менее 5–6 м, а глубина зависит от грунта и характеристик здания. В качестве альтернативы трубы могут быть объединены с фундаментными сваями, используемыми для поддержки здания. Вертикальные системы полагаются на миграцию тепла из окружающей геологической среды, если только они не пополняются энергией летом и в другое время, когда имеется избыток тепла. Вертикальные системы обычно используются там, где недостаточно доступной земли для горизонтальной системы.

Пары труб в отверстии соединяются с помощью U-образного поперечного соединителя на дне отверстия или состоят из двух труб из полиэтилена высокой плотности (HDPE) малого диаметра, термически сплавленных с образованием U-образного изгиба на дне. Пространство между стенкой ствола скважины и U-образными трубами обычно полностью залито цементным материалом или, в некоторых случаях, частично заполнено грунтовыми водами. Например, для отдельного дома, которому требуется 10 кВт (3 тонны ) тепловой мощности, может потребоваться три скважины глубиной от 80 до 110 м (от 260 до 360 футов).

Радиальное или направленное бурение

В качестве альтернативы рытью траншей петли можно прокладывать методом мини- горизонтально-направленного бурения (мини-ГНБ). Этот метод позволяет прокладывать трубопроводы под дворами, проездами, садами или другими сооружениями, не нарушая их, с затратами между рытьем траншей и вертикальным бурением. Эта система также отличается от горизонтального и вертикального бурения, поскольку петли устанавливаются из одной центральной камеры, что дополнительно уменьшает необходимое пространство на земле. Радиальное бурение часто устанавливается задним числом (после того, как объект был построен) из-за небольшого размера используемого оборудования и возможности бурения под существующими конструкциями.

Открытый цикл

В системе с открытым контуром (также называемой тепловым насосом грунтовых вод) вторичный контур перекачивает природную воду из колодца или водоема в теплообменник внутри теплового насоса. Поскольку химический состав воды не контролируется, возможно, потребуется защитить прибор от коррозии, используя различные металлы в теплообменнике и насосе. Накипь со временем может загрязнять систему и требует периодической очистки кислотой. Это гораздо большая проблема для систем охлаждения, чем для систем отопления. Система стоячих колонн - это специализированный тип разомкнутой системы, в которой вода забирается со дна глубокой скальной скважины, проходит через тепловой насос и возвращается в верхнюю часть скважины. Во все большем числе юрисдикций запрещены системы разомкнутого цикла, дренирующие воду на поверхность, поскольку они могут осушать водоносные горизонты или загрязнять скважины. Это вынуждает использовать более экологически безопасные нагнетательные скважины или замкнутую систему.

Пруд

12-тонная система пруда опускается на дно пруда

Замкнутая петля пруда состоит из бухт трубы, похожей на обтягивающую петлю, прикрепленную к раме и расположенную на дне пруда соответствующего размера или источника воды. Искусственные водоемы используются в качестве аккумуляторов тепла (с эффективностью до 90%) в некоторых центральных солнечных отопительных установках, которые позже извлекают тепло (аналогично наземным накопителям) с помощью большого теплового насоса для обеспечения централизованного теплоснабжения .

Прямой обмен (DX)

Прямой обмен геотермальных тепловых насосов (DX) является самым старым типом геотермальной технологии теплового насоса , где сам хладагент проходит через петлю заземления. Этот подход, разработанный в 1980-х годах, столкнулся с проблемами, связанными с системой управления хладагентом и маслом, особенно после запрета хладагентов CFC в 1989 году, и сейчас системы DX используются нечасто.

Установка

Из-за технических знаний и оборудования, необходимых для правильного проектирования и размеров системы (и установки трубопроводов, если требуется плавление тепла), установка системы GSHP требует услуг профессионала. Несколько установщиков опубликовали в реальном времени обзоры производительности системы в онлайн-сообществе недавних установок в жилых помещениях. International Pump Association Ground Источник тепла ( IGSHPA ), геотермальная организации Exchange (GEO), то канадский GeoExchange коалиция и Геотермальный тепловой насос ассоциации поддерживать списки квалифицированных монтажников в США, Канаде и Великобритании. Кроме того, подробный анализ теплопроводности грунта для горизонтальных систем и теплопроводности пласта для вертикальных систем обычно приводит к более точно спроектированным системам с более высокой эффективностью.

Тепловые характеристики

Охлаждающая способность обычно выражается в единицах БТЕ / час / ватт как коэффициент энергоэффективности (EER), в то время как тепловая мощность обычно сводится к безразмерным единицам как коэффициент производительности (COP). Коэффициент преобразования составляет 3,41 БТЕ / ч / ватт. Поскольку тепловой насос перемещает в три-пять раз больше тепловой энергии, чем потребляемая им электрическая энергия, общая выходная энергия намного больше, чем входная электрическая. Это приводит к чистому тепловому КПД более 300% по сравнению со 100% эффективностью лучистого электрического тепла. Традиционные печи сжигания и электрические нагреватели никогда не могут превышать 100% КПД. Тепловые насосы, работающие на земле, могут снизить потребление энергии - и соответствующие выбросы загрязняющих веществ - до 72% по сравнению с электрическим нагревом сопротивлением со стандартным оборудованием для кондиционирования воздуха.

Эффективные компрессоры, компрессоры с регулируемой скоростью и более крупные теплообменники способствуют повышению эффективности теплового насоса. Тепловые насосы для бытовых наземных источников питания, представленные сегодня на рынке, имеют стандартные значения COP от 2,4 до 5,0 и EER от 10,6 до 30. Чтобы получить сертификат Energy Star , тепловые насосы должны соответствовать определенным минимальным номинальным значениям COP и EER, которые зависят от грунтового теплообменника. тип. Для систем с замкнутым контуром КПД нагрева по ISO 13256-1 должен быть 3,3 или больше, а EER охлаждения должен быть 14,1 или больше.

Стандарты ARI 210 и 240 определяют сезонный коэффициент энергоэффективности (SEER) и сезонные коэффициенты эффективности отопления (HSPF) для учета влияния сезонных колебаний на тепловые насосы с воздушным источником. Эти числа обычно неприменимы, и их не следует сравнивать с номинальными характеристиками теплового насоса, работающего на земле. Однако Управление природных ресурсов Канады адаптировало этот подход для расчета типичных сезонно скорректированных HSPF для грунтовых тепловых насосов в Канаде. Значения NRC HSPF варьировались от 8,7 до 12,8 БТЕ / час / ватт (от 2,6 до 3,8 в безразмерных факторах, или от 255 до 375% средней сезонной эффективности использования электроэнергии) для наиболее густонаселенных регионов Канады.

Для сравнения устройств с тепловыми насосами друг с другом, независимо от других компонентов системы, Американским институтом хладагентов (ARI), а недавно и Международной организацией по стандартизации было установлено несколько стандартных условий испытаний . Стандартные значения ARI 330 предназначены для замкнутых тепловых насосов с заземлением и предполагают температуру воды во вторичном контуре 25 ° C (77 ° F) для кондиционирования воздуха и 0 ° C (32 ° F) для отопления. Эти температуры типичны для установок на севере США. Стандартные рейтинги ARI 325 были предназначены для тепловых насосов с открытым контуром и заземлением и включают два набора рейтингов для температур грунтовых вод: 10 ° C (50 ° F) и 21 ° C (70 ° F). ARI 325 выделяет больше электроэнергии для перекачки воды, чем ARI 330. Ни один из этих стандартов не пытается учесть сезонные колебания. Стандартные характеристики ARI 870 предназначены для теплонасосов с прямым обменом на грунт. ASHRAE перешла на ISO 13256-1 в 2001 году, который заменяет ARI 320, 325 и 330. Новый стандарт ISO дает несколько более высокие рейтинги, потому что он больше не учитывает электричество для водяных насосов.

В почве без искусственного добавления или отвода тепла на глубине несколько метров и более сохраняется относительно постоянная температура круглый год. Эта температура примерно соответствует среднегодовой температуре воздуха в выбранном месте, обычно 7–12 ° C (45–54 ° F) на глубине 6 метров (20 футов) на севере США. Поскольку эта температура остается более постоянной, чем температура воздуха в течение всего сезона, наземные тепловые насосы работают с гораздо большей эффективностью при экстремальных температурах воздуха, чем кондиционеры и воздушные тепловые насосы.

Анализ теплопередачи

Проблема при прогнозировании теплового отклика грунтового теплообменника (GHE) заключается в разнообразии вовлеченных временных и пространственных масштабов. Четыре пространственных шкалы и восемь временных шкал участвуют в теплопередаче GHE. Первым пространственным масштабом, имеющим практическое значение, является диаметр ствола скважины (~ 0,1 м), и связанное с ним время составляет порядка 1 часа, в течение которого влияние теплоемкости материала обратной засыпки является значительным. Второе важное пространственное измерение - это половина расстояния между двумя соседними скважинами, которая составляет порядка нескольких метров. Соответствующее время составляет порядка месяца, в течение которого важно тепловое взаимодействие между соседними скважинами. Самый большой космический масштаб может составлять десятки метров и более, например, полудлина скважины и горизонтальный масштаб скопления GHE. Используемый временной масштаб равен сроку службы GHE (десятилетия).

Краткосрочная почасовая температурная реакция грунта жизненно важна для анализа энергии систем тепловых насосов, работающих на земле, и для их оптимального управления и работы. Напротив, долгосрочное реагирование определяет общую осуществимость системы с точки зрения жизненного цикла. Обращение ко всему спектру временных масштабов требует огромных вычислительных ресурсов.

Основные вопросы, которые инженеры могут задать на ранних этапах проектирования GHE: (а) какова скорость теплопередачи GHE как функция времени, учитывая конкретную разницу температур между циркулирующей жидкостью и землей, и (b ) какова разница температур как функция времени при требуемой скорости теплообмена. На языке теплопередачи эти два вопроса, вероятно, можно выразить следующим образом: ${\ displaystyle q_ {l} = [T_ {f} (t) -T_ {0}] / R (t)}$

где T _f - средняя температура циркулирующей жидкости, T ₀ - эффективная невозмущенная температура грунта, q _l - скорость теплопередачи GHE в единицу времени на единицу длины (Вт / м), а R - полное тепловое сопротивление (м ^. К / Вт). R ( t ) часто является неизвестной переменной, которую необходимо определить с помощью анализа теплопередачи. Несмотря на то, что R ( t ) является функцией времени, аналитические модели исключительно разделяют его на независимую от времени часть и зависящую от времени часть, чтобы упростить анализ.

Различные модели для независимого от времени и зависящего от времени R можно найти в справочных материалах. Кроме того, часто выполняется испытание теплового отклика для детерминированного анализа теплопроводности грунта с целью оптимизации размера кольцевого поля, особенно для крупных коммерческих площадок (например, более 10 скважин).

Сезонное хранение тепла

Тепловой насос в сочетании с накопителем тепла и холода

Эффективность геотермальных тепловых насосов можно значительно повысить за счет использования сезонного накопления тепловой энергии и межсезонной передачи тепла. Тепло, улавливаемое и сохраняемое в термальных банках летом, может эффективно использоваться зимой. Эффективность аккумулирования тепла увеличивается с увеличением масштаба, поэтому это преимущество наиболее существенно в коммерческих или централизованных системах отопления .

Комбисистемы Geosolar использовались для обогрева и охлаждения теплицы с использованием водоносного горизонта для хранения тепла. Летом теплицу охлаждают холодной грунтовой водой. Это нагревает воду в водоносном горизонте, которая может стать источником тепла для обогрева зимой. Комбинация аккумулирования холода и тепла с тепловыми насосами может сочетаться с регулированием воды / влажности. Эти принципы используются для обеспечения возобновляемым теплом и возобновляемым охлаждением для всех типов зданий.

Также эффективность существующих небольших тепловых насосов может быть повышена за счет добавления больших, дешевых, заполненных водой солнечных коллекторов. Они могут быть встроены в ремонтируемую автостоянку или в стены или конструкции крыши путем установки однодюймовых полиэтиленовых труб во внешний слой.

Воздействие на окружающую среду

Агентство по охране окружающей среды США (EPA) назвало наземные тепловые насосы наиболее энергоэффективными, экологически чистыми и экономичными системами кондиционирования помещений. Тепловые насосы обладают значительным потенциалом сокращения выбросов, особенно там, где они используются как для отопления, так и для охлаждения и где электричество производится из возобновляемых источников.

GSHP обладают непревзойденной тепловой эффективностью и производят нулевые выбросы на местном уровне, но их электроснабжение включает компоненты с высокими выбросами парниковых газов, если только владелец не выбрал 100% возобновляемые источники энергии . Следовательно, их воздействие на окружающую среду зависит от характеристик электроснабжения и имеющихся альтернатив.

Экономию выбросов парниковых газов от теплового насоса по сравнению с обычной печью можно рассчитать по следующей формуле:

${\ displaystyle GHG \ Savings = HL \ left ({\ frac {FI} {AFUE \ times 1000 {\ frac {kg} {ton}}}}} - {\ frac {EI} {COP \ times 3600 {\ frac { sec} {hr}}}} \ right)}$

• HL = сезонная тепловая нагрузка ≈ 80 ГДж / год для современного особняка на севере США.
• FI = интенсивность выбросов топлива = 50 кг (CO ₂ ) / ГДж для природного газа, 73 для мазута, 0 для 100% возобновляемых источников энергии, таких как ветер, гидро-, фотоэлектрические или солнечные тепловые.
• AFUE = КПД печи ≈ 95% для современной конденсационной печи
• COP = коэффициент полезного действия теплового насоса ≈ 3,2 с учетом сезонных колебаний для теплового насоса северной части США.
• EI = интенсивность выбросов электроэнергии ≈ 200–800 тонн (CO ₂ ) / ГВтч, в зависимости от структуры электростанций в регионе (уголь против природного газа против атомной, гидро-, ветровой и солнечной)

Наземные тепловые насосы всегда производят меньше парниковых газов, чем кондиционеры, масляные печи и электрическое отопление, но печи, работающие на природном газе, могут быть конкурентоспособными в зависимости от интенсивности выбросов парниковых газов в местном электроснабжении. В таких странах, как Канада и Россия, с инфраструктурой электричества с низким уровнем выбросов, бытовой тепловой насос может сэкономить 5 тонн углекислого газа в год по сравнению с масляной печью, или примерно столько же, сколько убрать с дороги средний легковой автомобиль. Но в таких городах, как Пекин или Питтсбург, которые сильно зависят от угля для производства электроэнергии, тепловой насос может привести к выбросам углекислого газа на 1-2 тонны больше, чем печь на природном газе. Однако для районов, не обслуживаемых инфраструктурой коммунального природного газа, лучшей альтернативы не существует.

Жидкости, используемые в замкнутых контурах, могут быть биоразлагаемыми и нетоксичными, но хладагентом, используемым в шкафу теплового насоса и в контурах прямого обмена, до недавнего времени был хлордифторметан , который является озоноразрушающим веществом. Несмотря на то, что они безвредны, будучи изолированными, утечки и неправильная утилизация по окончании срока службы способствуют увеличению озоновой дыры . Для нового строительства этот хладагент постепенно заменяется озонобезопасным, но сильнодействующим парниковым газом R410A . EcoCute водонагреватель представляет собой тепловой насос с воздушным источником , который использует углекислый газ в качестве его рабочего текучей среды вместо хлорфторуглеродов . Системы с разомкнутым контуром (т. Е. Те, которые используют грунтовые воды, в отличие от систем с замкнутым контуром, использующих скважинный теплообменник) необходимо уравновесить путем повторного закачки отработанной воды. Это предотвращает истощение водоносного горизонта и загрязнение почвы или поверхностных вод рассолом или другими соединениями из-под земли.

Перед бурением необходимо понять подземную геологию, и бурильщики должны быть готовы к герметизации ствола скважины, включая предотвращение проникновения воды между пластами. Прискорбным примером является проект геотермального отопления в Штауфен-им-Брайсгау , Германия, который, по-видимому, является причиной значительного ущерба историческим зданиям там. В 2008 году сообщалось, что центр города поднялся на 12 см после того, как первоначально опустился на несколько миллиметров. Бурение проходило через водоносный горизонт с естественным давлением, и через ствол скважины эта вода попадала в слой ангидрита, который при намокании расширяется, образуя гипс. Набухание прекратится, когда ангидрит полностью прореагирует, и реконструкция центра города «нецелесообразна, пока не прекратится поднятие». К 2010 году герметизация скважины не была завершена. К 2010 году некоторые районы города поднялись на 30 см.

Экономика

Геотермальные тепловые насосы характеризуются высокими капитальными затратами и низкими эксплуатационными расходами по сравнению с другими системами отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха . Их общая экономическая выгода зависит в первую очередь от относительных затрат на электроэнергию и топливо, которые сильно меняются во времени и по всему миру. Исходя из недавних цен, тепловые насосы с грунтовым источником в настоящее время имеют более низкие эксплуатационные расходы, чем любой другой традиционный источник тепла почти во всем мире. Природный газ - единственное топливо с конкурентоспособными эксплуатационными затратами, и только в нескольких странах, где он исключительно дешев или где электричество чрезвычайно дорого. В целом домовладелец может сэкономить от 20% до 60% в год на коммунальных услугах, переключившись с обычной системы на систему с заземлением.

До недавнего времени капитальные затраты и срок службы системы изучались гораздо реже, а окупаемость инвестиций сильно варьируется. Самые последние данные анализа стимулирующих выплат за 2011–2012 годы в штате Мэриленд показали, что средняя стоимость бытовых систем составляет 1,90 доллара США за ватт, или около 26 700 долларов США за типичную домашнюю систему (4 тонны / 14 кВт). Более раннее исследование показало, что общая стоимость установки системы с тепловой мощностью 10 кВт (3 тонны) для отдельно стоящего сельского дома в США составляла в среднем 8000–9000 долларов в долларах США 1995 года. Более поздние исследования показали, что средняя стоимость системы такого же размера в 2008 году составила 14 000 долларов США. Министерство энергетики США оценивает цену в 7500 долларов на своем веб-сайте, последний раз обновлявшийся в 2008 году. Один источник в Канаде разместил цены в диапазоне от 30 000 до 34 000 канадских долларов. Быстрый рост стоимости системы сопровождался быстрым повышением эффективности и надежности. Известно, что капитальные затраты увеличиваются за счет экономии на масштабе, особенно для систем с разомкнутым контуром, поэтому они более рентабельны для больших коммерческих зданий и более суровых климатических условий. Первоначальная стоимость может быть в два-пять раз больше, чем обычная система отопления в большинстве жилых домов, новых или существующих. При модернизации стоимость установки зависит от размера жилой площади, возраста дома, характеристик изоляции, геологии местности и местоположения собственности. Правильная конструкция системы воздуховодов и механический воздухообмен должны учитываться при первоначальной стоимости системы.

Капитальные затраты могут быть компенсированы за счет государственных субсидий; например, Онтарио предложил 7000 долларов за бытовые системы, установленные в 2009 финансовом году. Некоторые электрические компании предлагают специальные тарифы для клиентов, которые устанавливают геотермальный тепловой насос для отопления или охлаждения своего здания. Там, где электрические станции имеют большие нагрузки в летние месяцы и простаивают зимой, это увеличивает продажи электроэнергии в зимние месяцы. Тепловые насосы также снижают пиковую нагрузку летом за счет повышения эффективности тепловых насосов, что позволяет избежать дорогостоящего строительства новых электростанций. По тем же причинам другие коммунальные компании начали оплачивать установку геотермальных тепловых насосов в домах потребителей. Они сдают системы своим клиентам за ежемесячную плату, что дает клиенту общую чистую экономию.

Срок службы системы больше, чем у обычных систем отопления и охлаждения. Хорошие данные о сроке службы систем еще не доступны, потому что технология слишком недавняя, но многие ранние системы все еще работают сегодня после 25–30 лет с регулярным обслуживанием. Гарантия на большинство кольцевых полей составляет от 25 до 50 лет, и предполагается, что срок ее службы составляет не менее 50–200 лет. Земляные тепловые насосы используют электроэнергию для отопления дома. Более высокие инвестиции по сравнению с обычными масляными, пропановыми или электрическими системами могут окупиться за счет экономии энергии через 2–10 лет для жилых систем в США. По сравнению с системами, работающими на природном газе, срок окупаемости может быть намного дольше или вообще отсутствовать. Срок окупаемости более крупных коммерческих систем в США составляет 1–5 лет, даже по сравнению с природным газом. Кроме того, поскольку геотермальные тепловые насосы обычно не имеют наружных компрессоров или градирен, риск вандализма снижается или устраняется, что потенциально увеличивает срок службы системы.

Земельные тепловые насосы признаны одной из самых эффективных систем отопления и охлаждения на рынке. Они часто являются вторым по рентабельности решением в экстремальных климатических условиях (после когенерации ), несмотря на снижение теплового КПД из-за температуры грунта. (Подземный источник более теплый в климате, который требует сильного кондиционирования воздуха, и более прохладный в климате, который требует сильного отопления.) Финансовая жизнеспособность этих систем зависит от надлежащего размера грунтовых теплообменников (GHE), которые обычно вносят наибольший вклад в общие капитальные затраты на системы GSHP.

Затраты на обслуживание коммерческих систем в США исторически составляли от 0,11 до 0,22 доллара за м ² в год в долларах 1996 года, что намного меньше, чем в среднем 0,54 доллара за м ² в год для обычных систем отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха.

Правительства, продвигающие возобновляемые источники энергии, скорее всего, будут предлагать стимулы для потребительских (жилых) или промышленных рынков. Например, в США льготы предлагаются как на уровне штата, так и на федеральном уровне. В Соединенном Королевстве программа поощрения за возобновляемое тепло обеспечивает финансовый стимул для производства возобновляемого тепла на основе показаний счетчиков на ежегодной основе в течение 20 лет для коммерческих зданий. Внутренняя программа поощрения использования возобновляемых источников тепла должна быть введена весной 2014 года на семь лет и будет основана на условном тепле.

Смотрите также

• Теплообменник с заземлением
• Солнечное тепловое охлаждение
• Возобновляемое тепло
• Международная ассоциация наземных тепловых насосов
• Глоссарий геотермального отопления и охлаждения
• Единый механический код

использованная литература

внешние ссылки

• Геотермальные тепловые насосы ( EERE / USDOE ).
• Расчет стоимости
• Консорциум геотермальных тепловых насосов
• Международная ассоциация наземных тепловых насосов
• Ассоциация наземных тепловых насосов (GSHPA)

Часть серии по
Возобновляемая энергия
Биотопливо Биомасса Биогаз Геотермальный Гидроэнергетика Солнечная энергия Приливная сила Мощность волны Ветровая энергия
Темы по странам Маркетинговые и политические тенденции
v т е