W walce o efektywność energetycznatechnologia pozwala nam wykorzystywać źródła energii, takie jak słońce, wiatr czy woda, do oświetlania, poruszania się oraz ogrzewania lub chłodzenia naszych domów. Następnym krokiem może być spojrzenie w dół pod naszymi stopami, kilka metrów nad ziemią, gdzie temperatura jest zawsze ciepła i stała. Ponownie chodzi o wykorzystanie otaczającej nas energii. Większość ciepła docierającego do nas ze słońca jest pochłaniana przez skorupę ziemską i pozostaje pod ziemią. Dzięki geotermalne pompy ciepłamożemy wykorzystać ciepło z ziemi do ogrzewania lub chłodzenia naszego domu.
W tym artykule wyjaśnimy, czym są geotermalne pompy ciepła, ich charakterystyka, działanie, wydajność i wiele więcej.
Czym są geotermalne pompy ciepła
A geotermalna pompa ciepła Jest to system ogrzewania i chłodzenia, który wykorzystuje energię cieplną zmagazynowaną w Ziemi do regulowania temperatury w budynku lub domu. W przeciwieństwie do tradycyjnych systemów spalających paliwa kopalne lub wykorzystujących energię elektryczną do wytwarzania ciepła lub chłodu, geotermalne pompy ciepła są bardziej wydajne i przyjazne dla środowiska.
Pompy te wykorzystują fakt, że kilka metrów pod ziemią temperatura utrzymuje się na stałym poziomie przez cały rok, niezależnie od zewnętrznych warunków pogodowych. Oznacza to, że geotermalne pompy ciepła mogą skutecznie i w sposób zrównoważony zapewnić zarówno ogrzewanie zimą, jak i chłodzenie latem.
Jak działają geotermalne pompy ciepła
El działanie geotermalnej pompy ciepła Opiera się na cyklu termodynamicznym i dzieli technologię z innymi typami pomp ciepła, takimi jak te stosowane w konwencjonalnych urządzeniach klimatyzacyjnych. Zamiast jednak pobierać ciepło z powietrza, geotermalne pompy ciepła pobierają je spod ziemi. Aby to zrobić, używają zamkniętego obwodu zakopanych rur, które wymieniają ciepło z ziemią.
System może działać na dwa główne sposoby:
- W trybie ogrzewania: Pompa pobiera ciepło z gruntu i przekazuje je do systemu grzewczego domu.
- W trybie chłodzenia: Latem proces ten ulega odwróceniu, a ciepło jest pobierane z wnętrza domu i przekazywane do gruntu.
Cykl składa się z następujących podstawowych elementów:
- Kompresor: Odpowiada za zwiększenie ciśnienia nośnika ciepła, podgrzewając go do uzyskania pożądanej temperatury wewnątrz domu.
- Parownik: Urządzenie zmniejszające ciśnienie płynu, obniżając jego temperaturę tak, aby mógł on pobrać ciepło z gruntu.
- Skraplacz: Miejsce, w którym ciepło jest przekazywane do systemu ogrzewania lub chłodzenia domu.
- Zawór rozprężny: Zawór regulujący przepływ płynu chłodniczego, umożliwiający kontynuację cyklu.
Ten cykliczny proces parowania i kondensacji umożliwia systemowi funkcjonowanie zarówno w zakresie ogrzewania, jak i chłodzenia, dostosowując się do potrzeb domu o każdej porze roku.
Instalacje z pompami geotermalnymi
Istnieje kilka rodzajów instalacji geotermalnych w zależności od rozmieszczenia kolektorów wymieniających ciepło z gruntem. Aby wybrać najbardziej odpowiedni typ, musimy wziąć pod uwagę takie czynniki, jak dostępność przestrzeni i charakterystyka terenu. Najczęstsze konfiguracje to:
Poziome ujęcie geotermalne
Ten typ instalacji charakteryzuje się: układanie poziome rur na całej działce. Rury umieszcza się zwykle na głębokości od 1 do 2 metrów.
Jest to format najtańszy i najłatwiejszy w montażu, wymaga jednak dużej ilości miejsca. Dlatego częściej spotyka się go w domach jednorodzinnych, które posiadają duże działki. Na małych działkach ta opcja nie zawsze jest opłacalna.
Pionowe wychwytywanie geotermalne
W obszarach, w których nie ma wystarczającej ilości miejsca na montaż poziomy, należy dokonać wyboru przechwytywanie pionowe. W tym przypadku wiercone są studnie głębinowe o głębokości od 50 do 150 metrów, w których instalowane są sondy geotermalne.
Chociaż wymaga to większych inwestycji początkowych ze względu na wyspecjalizowane maszyny do wiercenia, ta opcja jest zwykle bardziej wydajna, ponieważ na większej głębokości grunt utrzymuje bardziej stałą i wyższą temperaturę.
Przechwytywanie w wodzie (jeziorach lub rzekach)
Jeśli masz dostęp do pobliskiego jeziora, rzeki lub zbiornika wodnego, istnieje również możliwość zainstalowania w tych zbiornikach kolektorów geotermalnych. Dzięki tej technice system wymienia ciepło z wodą, co może być bardzo wydajne ze względu na pojemność cieplną wody.
Jednak główną wadą tego systemu jest to, że nie zawsze jest on dostępny, ponieważ zależy od bliskości odpowiedniego źródła wody.
Zalety i wady geotermalnych pomp ciepła
Zaleta
- Efektywności energetycznej: Geotermalne pompy ciepła są bardzo wydajne, a ich współczynniki wydajności (COP) mogą sięgać 4 lub 5. Oznacza to, że na każdą kWh zużytej energii elektrycznej generują od 4 do 5 kWh energii cieplnej.
- Zrównoważony rozwój: System ten wykorzystuje dostępne przez cały rok odnawialne źródło energii, co przyczynia się do ograniczenia emisji CO2 i wykorzystania paliw kopalnych.
- Wszechstronność: Geotermalne pompy ciepła służą nie tylko do ogrzewania, ale także do chłodzenia i produkcji ciepłej wody użytkowej (CWU).
- Trwałość: Systemy geotermalne są znane ze swojej trwałości, która z łatwością przekracza 20–30 lat użytkowania.
- Długoterminowa inwestycja: Chociaż początkowa inwestycja może być wysoka, koszty eksploatacji i utrzymania są niskie, dlatego amortyzują się w rozsądnym okresie.
Wady
- Wysoki koszt początkowy: Początkowa inwestycja może być znaczna, zwłaszcza w systemach ze zbieraniem pionowym. Zwykle jednak zwraca się on w czasie krótszym niż 10 lat dzięki oszczędności energii.
- Wymaga miejsca: Ten typ instalacji może wymagać znacznej przestrzeni w przypadku poziomych systemów zbierania.
- Badania geotechniczne: W zależności od charakterystyki terenu konieczne jest przeprowadzenie wcześniejszych badań, które mogą zwiększyć koszty.
- Czas zapłaty: Chociaż geotermalne pompy ciepła są bardzo wydajne, w niektórych przypadkach ich zwrot może zająć nawet 7–10 lat.
W każdym razie geotermalne pompy ciepła są doskonałą inwestycją długoterminową, zarówno z ekonomicznego, jak i ekologicznego punktu widzenia. Dzięki wysokiej wydajności i niskiemu zużyciu energii coraz więcej osób wybiera ten system do swoich domów.