Geotermisk värme representerar ungefär två procent av den totala värmemarknaden i USA, med mer än 1,3 miljoner system installerade. Ett geotermiskt system bränner inte fossila bränslen för att skapa värme. Den överför värme. Och det är dess charm: Att överföra värme tar mindre energi än att producera värme.
Hur geotermiska system fungerar
För att utnyttja värmen som lagras på jorden fångar och omvandlar ett geotermiskt system värmen för användning i hemmet. Systemkomponenter inkluderar en rörslinga, en vätska för att absorbera och överföra värme och en värmepumpsenhet för att bearbeta värmen för användning. För att fånga värme cirkulerar vätska genom ett rör som är nedgrävt i marken. När den cirkulerar absorberar den jordens lagrade värme, som förblir konstant vid 50 till 60 grader Fahrenheit 10 fot under marknivån.
Den uppvärmda vätskan kommer in i en värmepumpsenhet. I denna enhet absorberas värmen från den rörledda vätskan av ett flytande köldmedium förseglat i enheten. Det köldmediet avdunstar och komprimeras, vilket höjer temperaturen till cirka 100 grader Fahrenheit.
Nu en gas, köldmediet passerar genom en värmeväxlare där värmen avlägsnas och pumpas in i huset. Med borttagen värme svalnar kylmediet. Den återgår till sitt flytande tillstånd och fortsätter att cirkulera, absorberar kontinuerligt och använder värmen som överförs från jorden genom rörvätskan.
Effektiv uppvärmning med lågt underhåll
Geotermiska värmepumpar har blivit ganska effektiva. Deras uppvärmningseffektivitet indikeras av prestanda-koefficienten, eller COP, förhållandet mellan värme som tillhandahålls per brittisk värmeenhet (Btu) av energiintag.
Energy Star-klassade värmepumpar har en COP för uppvärmning som börjar på 2,8, vilket innebär att för varje enhet energi som används för att driva systemet levereras 2,8 enheter värme.
Geotermiska system är enkla att underhålla. En korrekt installerad och begravd slinga kan ta nästan 50 år. Det mekaniska installeras inomhus och kräver vanligtvis endast periodiska kontroller och filterbyten.
System med slutna slingor
Geotermiska värmesystem fungerar antingen som slutna eller öppna slingor. Att bestämma vilken slinga som ska användas beror på platsfaktorer som markkomposition, landskapsarkitektur och underjordiska verktyg.
En sluten slinga använder vätskelösningen i en förseglad rörslinga som installeras horisontellt eller vertikalt under jord.
Horisontella slingor används när det finns tillräckligt med användbar mark tillgänglig. Rör installeras i diken som grävts cirka sex meter djupt och 100 till 600 fot långa, beroende på systemets storlek.
Vertikala slingor är det enda valet när det finns begränsat utrymme tillgängligt, om husägaren inte vill att landskapet ska störas eller där många stenar skulle påträffas när man gräver. För att installera röret borras hål med liten diameter 100 till 400 fot djup med välborrningsutrustning. Vertikala öglor är anslutna till huset via ett horisontellt underjordiskt rör. Vid borrning för vertikala slingor gäller källor för borrning.
Ett förseglat system kan också placeras i botten av en damm om det finns en damm tillgänglig på fastigheten. Dammslingor kan vara det mest ekonomiska alternativet eftersom mycket av grävningskostnaden kan elimineras.
Open-Loop-system
Ett system med öppen slinga använder värmen från brunnvatten snarare än värme från jorden. Grundvatten, som också förblir vid en relativt konstant temperatur året runt, transporteras in i värmepumpsenheten och värmen extraheras med en metod som liknar systemet med slutna slingor.
Vattnet cirkulerar inte utan passerar och elimineras. Det kan släppas ut i ett dike, dräneringsplattor eller en damm. Det kan också återföras till vattenbordet genom en returbrunn borrad i marken. Med oro för sjunkande och förorenade akviferer är det dock viktigt att kontrollera lokala förhållanden och koder innan man beslutar om denna typ av system.
Kostnader och återbetalning
Första installationskostnader och utrustningskostnader för geotermiska värmepumpar varierar beroende på den lokala marknadens löptid, systemets typ och storlek och platsen. Det råder ingen tvekan om att systemet kommer att kosta mer i början än en konventionell fossilbränsleugn.
Om ett hem inte har kanalarbete kan en husägare behöva lägga till det i kostnaden. Men ett litet hem som använder baseboardvärme kan avstå från kanalinstallationen.
Grova uppskattningar sätter ett geotermiskt marksystem på 1 000 till 2 500 dollar per ton kapacitet. Massor av kapacitet, enligt Department of Energy's Federal Energy Management Program, motsvarar 12 000 Btu per timme. I värmeklimat uppskattas att ett ton kapacitet behövs för varje 550 kvadratmeter.
Kostnadsöverklagandet av geotermisk värme ligger i återbetalningen av driften. Systemet levererar mer energi per förbrukad enhet än konventionella system, upp till 400 procent effektivitet jämfört med 75 till 90 procent effektivitet för fossila bränsleugnar.
Enligt Jim Bose, verkställande direktör för International Ground Source Heat Pump Association vid Oklahoma State University i Stillwater, OK, kunde ett befintligt hem med en äldre ugn förvänta sig en effektivitetsförbättring på cirka 50 procent genom att byta till geotermisk. Ett nytt hem med den bästa ugnen för fossila bränslen förväntar sig en förbättring på 30 procent.
Få ut det mesta av ditt geotermiska system
Förvänta dig inte att ett nytt system löser dina värmeproblem såvida du inte minskar din värmebelastning. Försegla alla läckor. Kontrollera att strippningen i väder är i god form och att kanalsystemet inte läcker. Eliminera utkast. Överväg att göra en värmeförlust / värmeförstärkning / läckageutvärdering av hemmet.
Hitta ett företag som är certifierat, med personer utbildade specifikt inom geotermisk teknik, och få mer än att bjuda. Be om referenser och ring dessa husägare. Be om att se installationer som företaget har slutfört.
Diskutera fördelarna med ett hybridsystem. En markvärmepump kan läggas till en befintlig luftugn och använda dess fläkt. Värmepumpar med dubbla källor är billigare att installera och effektivare än enbart luftkällenheten. Fråga om fläktar med variabel hastighet och kompressorer med flera hastigheter i systemet för att förbättra komfort och effektivitet.
Tänk på systemets förmåga att producera varmvatten. En anordning som kallas en "avvärmningsapparat" kan komplettera produktionen av varmvatten genom att använda överskottsvärmen när systemet är i drift. För dem som vill att systemet ska tillgodose alla varmvattenbehov finns det vissa system med full efterfrågan som använder en separat enhet för tappvarmvattenanvändning.