משאבות חום גיאותרמיות הן אחת הטכנולוגיות הירוקות המסוגלות לפתור את בעיית ההתחממות הגלובלית על ידי צמצום פליטת הפחמן. אך כמו רוב מתחדשים האחרים, מקור אנרגיה זה מגיע עם בעיות משלו. אנשים המעוניינים להשתמש בטכנולוגיה זו צריכים להבין אותם היטב כדי למנוע עלויות מיותרות ולסייע במניעת השפעות שליליות על הסביבה.
משאבות חום גיאותרמיות
משאבות חום גיאותרמיות (GHP), הנקראות גם חילופי גיאוגרפיים, פועלות על ידי החלפת חום עם הקרקע בעומקים מתחת למספר מטרים, שם הטמפרטורות קבועות כל השנה.
מילים כדי לנחם חבר מתאבלמאמרים קשורים
- עובדות על אנרגיה סולארית
- לך תמונות ירוקות
- איך העסק שלי יכול להיות ירוק כדי לחסוך כסף
Energy.gov מסביר את סוגי ה- GHP המשמשים בבית ובעסקים.
- מערכת הלולאה הסגורה כוללת שלושה סוגים. הם אופקיים, אנכיים וקרקעיים. הם משתמשים במים מעורבבים עם נוזל קירור שמסתובב בצינורות סגורים כדי להחליף חום עם הקרקע או המים. מחליף חום מעל פני האדמה מעביר חום בין קירוריו ובין תמיסת הקפיאה בלולאות הסגורות.
- מערכות חילופי חום ישירות משתמשות בקירור ישירות בלולאות הסגורות התת קרקעיות כדי להחליף חום ואין להן מחליף החום המתווך.
- מערכות לולאה פתוחות שואבות ברציפות מים ממקורות חיצוניים כמו בארות או אגמים להחלפת חום ומחזירות אותם כפריקה.
דו'ח של אוניברסיטת אורגון (עמ '6) בוועידת הגיאותרמית העולמית בשנת 2015, מעריכים כי ישנם 1.4 מיליון מת'מים בארה'ב, מתוכם 90% מערכות לולאה סגורה ורק 10% הן מערכות לולאה פתוחה.
בעיות גנריות
אמנם ישנם מספר יתרונות למשאבות חום גיאותרמיות, אך ישנם גם חסרונות רבים. חלקן כלליות ואחרות בעיות ספציפיות למערכת.
עלות ראשונית
כולם מסכימים כי עלות ההתקנה הראשונית של GHP הינה גבוהה קשה לחישוב , מכיוון שזה תלוי בגודל הבית / הבניין, המשאבה, האדמה, האקלים ושדה הלולאה. חשוב לקבלן מנוסה בכדי להבטיח התקנה מוצלחת.
אומדנים ממפעל פרטי בתי אנרגיה עבור בית בגודל 2500 מ'ר, עולה כי מערכת לולאה אנכית בת 6 טון עולה 34,000 $, לולאה אופקית של 5 טון לחימום וקירור קורנת עולה 29,500 $, ולולאה אופקית של 5 טון בשילוב עם חימום סולארי עולה 47,500 $.
בתי אנרגיה מפרק את נושא העלויות באומרו, 'זה בערך כפול מהעלות של מערכת חימום, קירור ומים חמים קונבנציונליים, אך מערכות חימום / קירור גיאותרמיות יכולות להפחית את חשבונות השירות ב -40% עד 60%.'
היעדר אנשי מקצוע מוסמכים
טכנולוגיית GHP מורכבת ודורשת ידע בהיבטים שונים. ה איחוד מדענים מודאגים מציין כי מתקיני חימום וקירור רבים אינם 'מכירים את הטכנולוגיה', דבר המציב את התפשטותה ותחזוקתה. כמו כן, קשה למצוא קבלנים מוסמכים המסוגלים להתקין מערכות GHP באזורים מסוימים במדינה, מה שמוסיף עוד לעלות מערכת חימום גיאותרמית.
לא פרויקט DIY
משרד האנרגיה האמריקני מרתיע את הטיפול ב- GHP כפרויקט DIY. טכנולוגיה זו דורשת ידע מיוחד בתחומים רבים. להחליט המערכת המתאימה ביותר עבור בית או עסק, יש צורך בבדיקה יסודית של גורמים כמו גיאולוגיה, הידרולוגיה, זמינות קרקעות, דרישות חימום וקירור ומכשירים חשובים אחרים לחיסכון באנרגיה בבית. לא כל אחד יכול לחשב את הגודל האופטימלי של שדה הלולאה או המשאבה הדרושים כדי להפיק את המרב ממערכת זו.
הסרת כתמי שמן מחניה מבטון
שימוש בחשמל
חשמל הוא הכרחי להפעלת מדחס החום במערכות לולאה סגורה, ולשאיבת מים כל השנה במערכות לולאה פתוחה, כך ש- GHP הוא לא ניטרלי לחלוטין מפחמן.
בעיות מערכת לולאה סגורה
מערכות הלולאה הסגורה חולקות חסרונות נפוצים כמו השפעה של קרקעות על יעילות ונוכחות נוזל לרדיאטור. בעיות לולאה הקשורים לכיוון אופקי או אנכי קיימים גם כן, כמו גם חששות למערכות חילופי חום ישירות ומערכות בריכות.
סוגי קרקע
חוֹם אחסון והעברה הוא הטוב ביותר בקרקעות כבדות כגון חימר או סלע. אדמות חוליות אינן יכולות לאגור או להעביר חום רב ולכן יש צורך בשדות לולאה גדולים יותר. לירידה בלחות הקרקע מתחת ל -12.5% יש השפעה הרסנית על ביצועי משאבות החום מחקר שפורסם בשנת 2014 באנרגיות (עמ '3), בעוד שהעלייה בלחות הקרקע מעל 25% משפרת את העברת החום. אז קרקעות יבשות אינן מתאימות במיוחד במערכות חילופי חום ישירות.
נוֹזֵל לרָדִיאַטוֹר
מערכות הלולאה הסגורה משתמשות במים עם נוזל קירור להחלפת חום. נעשה שימוש בדגמים ישנים יותר מתנול שמתנדף במהירות ורעיל לאנשים ולבעלי חיים, ולכן כיום הוא אסור בחלקים רבים בארה'ב האתנול אינו רעיל כמו מתנול אך הוא יקר. דואג לכך אתילן גליקול עלול לדלוף ולזהם מקורות מי תהום הביא לכך שנמנע גם סוג זה של נוזל קירור לשימוש במערכות גיאותרמיות במדינות רבות. מלח (סידן כלורי) זו אפשרות טובה, אולם היא מאכלת, ולכן היא זקוקה לצינורות קופרוניקל. לפרופילן גליקול אין השפעות שליליות על אנשים או סביבה.
כל עוד המים המעורבים עם נוזל הקפאה מסתובבים בלולאות הסגורות אין השפעה סביבתית. עם זאת, אפילו דליפות קטנות עלולות להיות מסוכנות, לכן עדיף להישאר עם סוגים של תמלחות או פרופילן גליקול.
מערכת אופקית
ה עלון חדשות טכניות נמצא כי המערכת האופקית דורשת 1,500-3,000 מטרים רבועים של קרקע לכל טון חימום או קירור.
- שטח גדול הכרחי - אדמה זו מתאימה מאוחר יותר רק לגינון, אך לא לכל הרחבה של בנייה ביתית או אחרת. מערכות אלו אינן מתאימות לחידוש, מכיוון שלא יתכן שיהיה מספיק מקום פנוי.
- הבדלי טמפרטורה בעומקים רדודים של 3 עד 6 מטר יכולים להיות הבדלים בטמפרטורה עקב עונה, עומק קבורה וגשם המשפיעים על היעילות, למרות שמגבלת העומק מפחיתה את עלות חפירת הקרקע שהיא החלק היקר ביותר בהתקנת לולאה סגורה מערכת.
- נושאי קרקע - קרקעות סלעיות או רדודות אינן מתאימות למערכות אלו, ובמקרה כזה יש צורך במערכות אנכיות.
מערכת אנכית
זו המערכת היעילה ביותר מכיוון שהלולאות בצורת U עוברות עמוק באדמה של 150-450 מטר, מציין העלון הטכני. נושאים אחרים כוללים:
- הוֹצָאָה - הלולאות בצורת U ועומקם הופכות אותן ליקרות ביותר מכל מערכות ה- GHS.
- יש צורך בהתקנה מיומנת ובציוד יתר על כן, קידוחים לעומק זה זקוקים לקידוחים מיומנים ולציוד מיוחד שלא זמין בכל מקום.
מערכת החלפת חום ישירה (DX)
ה- DX משתמש בצינורות נחושת מלאים בקירור שקבור 4 עד 6 מטרים מתחת לאדמה. מערכת זו היא הוותיקה ביותר מכל דגמי ה- GHP ובעלת ההשפעה הסביבתית ביותר.
כמה זמן אחרי המוות הנשמה עוזבת את הגוף
- קורוזיה של צינורות נחושת שכיחה בקרקעות חומציות, ולכן DX אינו מתאים לקרקעות אלה, מסביר חבר ב פורום חילופי גיאוגרפיים . כדי למנוע זאת, יש לאסוף דגימות קרקע בעומק אותן יותקנו כדי לבדוק אם קיימים ריכוזים גבוהים של חומצות, כלורידים, מימן גופריתי, סולפטים או אמוניה, מה שמייקר את שלב התכנון. נחושת משמשת במקום PVC שכן הוא מוליך טוב יותר של חום.
- מקררים הם הבעיה הסביבתית הגדולה ביותר עם DX. אפילו סדקים קטנים עלולים לשחרר אותם ולהוביל להתחממות כדור הארץ. דגמים קודמים השתמשו בכלורופלואור פחמנים (CFC) ו הידרוכלור פלואורונים (HCFC). ה פרוטוקול מונטריאול אסר על השימוש בהם כיוון שהם פגעו בשכבת האוזון. התחליפים שלהם פלואורו-פחמנים (FCs) ו hydrofluorocarbons (HFC) יכולים לגרום להתחממות כדור הארץ והם אסורים על פי אמנת פרוטוקול קיוטו בנושא שינויי אקלים. בשנת 2016, הסוכנות להגנת הסביבה (EPA) פרסמה המלצות שמטרתן לשלול כימיקלים אלה ורשמה אותם כבלתי מקובלים. EPA גם לא ממליץ על R410A הקירור הפופולרי האחרון מכיוון שגם הוא גורם לפליטת חממות.
- מומחים לבנייה ירוקה קובעים כי אין זה חוקי לשפוך את הקירור המזהם בכוונה או במקרה.
ב -2001, מדענים מאוניברסיטת אורגון (עמ '2) הכריז על מערכות DX כסיכון סביבתי ולא ממליץ עליהן. זה אסור בחלקים מסוימים של ארה'ב, בגלל מגבלות סביבתיות מקומיות, על פי Energy.gov.
מערכות לולאה סגורות
מערכות לולאה סגורה יכולות גם להשתמש בגופי מים כדי להחליף חום. עם זאת, יש לכך גם כמה בעיות.
- מים רדודים מראים שינויים בטמפרטורות, ויש סיכוי שצנרת עלולה להיפגע במקורות מים ציבוריים, על פי עלון החדשות הטכניות.
- רק בריכות בעלות עומק מינימלי וכמות מים נדרשים, מועילות על פי Energy.gov. יהיה עליך למצוא מקום בנייה עם התנאים המתאימים ביותר לשימוש באפשרות זו.
דאגות מערכת לולאה פתוחה
מערכות פתוחות שואבות מים מבאר או מים רדודים כמו אגמים ובריכות. כאמור, הם אינם משתמשים בתדירות גבוהה בארה'ב, אך אנשים עדיין צריכים להיות מודעים לחסרונות הפוטנציאליים שלהם.
- זרימת מים לא מספקת יכולה להתרחש אם הבאר שנחפרה לולאה אינה עמוקה מספיק, או עקב נסיגה מוגזמת מהאקוויפר, על פי תוכנית האנרגיה של אוניברסיטת וושינגטון מחקר (עמ '5). סתימת סתימה של שקיעה בהיעדר מים מספקים. An איידהו גיאותרמית הדו'ח ציין כי הביקוש העונתי לשימושים חלופיים כמו מתזים בקיץ יכול להשפיע על כמויות המים הזמינות למשאבת החום.
- איכות המים אינו זהה בכל מקום ובכל השנה. פסולת באגמים היא בעיה. קנה המידה בגלל מרבצי סיד ממים כבדים זקוק לטיפול בכימיקלים להסרה.
- על פי תוכנית האנרגיה של אוניברסיטת וושינגטון (עמוד 5) קשה להסיר צמיחה ביולוגית, בפרט חיידקים, לאחר שהוקמה ללא שימוש בכימיקלים.
- הדוח הגיאותרמי של איידהו ממליץ למצוא אתר מתאים לפריקה לפני התקנת מערכת מי התהום הפתוחה. קרקעות חוליות יכולות לספוג פריקה בקלות, אך אם האדמה קשה, קידוח נוסף לפריקה יכול להכפיל את עלות הקידוח, מה שהופך אותה ליקרה כמו מערכת לולאה סגורה. כאשר מים נשאבים מהאגמים, ההזרמה מוזרמת אליהם בחזרה.
- יש להגשים את כל ההגבלות המקומיות בנוגע לפריקה בהתאם ל- Energy.gov.
- עלויות התפעול גבוהות, על פי מחקר תוכנית האנרגיה של אוניברסיטת מדינת וושינגטון (עמ '5), מכיוון שמשאבות צריכות לפעול כל השנה כדי להכניס מים למערכת ולצאת ממנה. התחזוקה שלהם היא גם נושא מרכזי.
- במקרה של בארות, יש לקחת בחשבון מגבלות סביבתיות ומים מקומיות, שכן מים זמינים עשויים להיות מוגבלים על פי עלון החדשות הטכניות.
- בארות עמודות עומדות המשאבות מים מאקוויפר להוריד את שולחן המים.
האם יש צד בהיר?
אמנם נראה כי משאבות חום גיאותרמיות הן קשות ויקרות, אך ישנם יתרונות רבים למערכת. ממשלות ועמותות סביבתיות כגון שלום ירוק ואיגוד המדענים המודאגים מקדמים אנרגיה גיאותרמית. מכיוון שביצועי משאבות חום גיאותרמיות קשורים זה לזה לגורמים סביבתיים רבים, אין מדובר בטכנולוגיית Plug and Play. כאשר בוחנים מערכת גיאותרמית, ניתוח פרטים בודדים של בניינים והאזור לבחירת המערכת הנכונה, יחד עם תכנון והתקנה נכונים, הם צעדים הכרחיים בכדי ליהנות מהטוב ביותר מטכנולוגיה זו.
