Jeotermal Isı Pompaları

Toprak bağlantılı, toprak kaynaklı veya su kaynaklı ısı pompaları olarak adlandırılan jeotermal ısı pompaları (GHP’ler), 1940’ların sonlarından beri kullanılmaktadır. Değişim ortamı olarak dış hava sıcaklığı yerine dünyanın sabit sıcaklığını kullanırlar.

Ülkenin birçok yerinde, yazın kavurucu sıcaktan kışın sıfırın altındaki soğuğa kadar mevsimsel aşırı sıcaklıklar yaşansa da, yer yüzeyinin birkaç metre altında, zemin nispeten sabit bir sıcaklıkta kalır. Enlemlere bağlı olarak, zemin sıcaklıkları 45°F (7°C) ile 75°F (21°C) arasında değişir. Bir mağara gibi, bu yer sıcaklığı kışın üstündeki havadan daha sıcak ve yazın havadan daha soğuktur. GHP, bir toprak ısı eşanjörü aracılığıyla dünya ile ısı alışverişi yaparak bundan faydalanır.

Herhangi bir ısı pompasında olduğu gibi, jeotermal ve su kaynaklı ısı pompaları da ısıtabilir, soğutabilir ve eğer varsa, evi sıcak su ile besleyebilir. Bazı jeotermal sistem modelleri, daha fazla konfor ve enerji tasarrufu için iki hızlı kompresörler ve değişken fanlar ile mevcuttur. Hava kaynaklı ısı pompalarına kıyasla daha sessizdirler, daha uzun ömürlüdürler, az bakım gerektirirler ve dış havanın sıcaklığına bağlı değildirler.

Çift kaynaklı ısı pompası, hava kaynaklı ısı pompasını jeotermal ısı pompasıyla birleştirir. Bu cihazlar, her iki sistemin de en iyisini birleştirir. Çift kaynaklı ısı pompaları, hava kaynaklı ünitelerden daha yüksek verimlilik derecelerine sahiptir, ancak jeotermal üniteler kadar verimli değildir. Çift kaynaklı sistemlerin ana avantajı, tek bir jeotermal üniteye göre kurulum maliyetinin çok daha düşük olması ve neredeyse aynı şekilde çalışmasıdır.

Bir jeotermal sistemin kurulum fiyatı aynı ısıtma ve soğutma kapasitesine sahip bir hava kaynaklı sistemin kurulum fiyatının birkaç katı olsa da, ek maliyetler 5 ila 10 yıl içinde enerji tasarrufu olarak size geri döner. Sistem ömrünün iç bileşenler için 24 yıla kadar ve toprak döngüsü için 50+ yıl olduğu tahmin edilmektedir. Amerika Birleşik Devletleri’nde her yıl yaklaşık 50.000 jeotermal ısı pompası kurulur. Daha fazla bilgi için Uluslararası Toprak Kaynaklı Isı Pompası Derneği’ni ziyaret edin.

Jeotermal Isı Pompası Sistemleri Çeşitleri

Dört temel toprak döngüsü sistemi türü vardır. Bunlardan üçü — yatay, dikey ve gölet/göl — kapalı devre sistemlerdir. Dördüncü sistem türü, açık döngü seçeneğidir. Bunlardan hangisinin en iyi olduğu, iklime, toprak koşullarına, mevcut araziye ve sahadaki yerel kurulum maliyetlerine bağlıdır. Bu yaklaşımların tümü, konut ve ticari bina uygulamaları için kullanılabilir.

Kapalı Döngü Sistemleri

Çoğu kapalı döngü jeotermal ısı pompası, bir antifriz solüsyonunu, toprağa gömülü veya suya batırılmış kapalı bir döngü – genellikle plastik borudan yapılmış – boyunca dolaştırır. Bir ısı eşanjörü, ısı pompasındaki soğutucu akışkan ile kapalı devredeki antifriz çözeltisi arasında ısıyı aktarır. Döngü yatay, dikey veya gölet/göl konfigürasyonunda olabilir.

Bu yaklaşımın doğrudan değişim adı verilen bir çeşidi, bir ısı eşanjörü kullanmaz ve bunun yerine soğutucuyu yatay veya dikey bir konfigürasyonda toprağa gömülü bakır boru içinden pompalar. Doğrudan değişim sistemleri daha büyük bir kompresör gerektirir ve nemli topraklarda en iyi sonucu verir (bazen toprağı nemli tutmak için ek sulama gerektirir), ancak bakır boruları aşındırıcı topraklara kurmaktan kaçınmalısınız. Bu sistemler soğutucuyu zeminde dolaştırdığından, yerel çevre düzenlemeleri bazı yerlerde kullanımlarını yasaklayabilir.

Yatay

Bu tür kurulum, özellikle yeterli arazinin mevcut olduğu yeni inşaatlar için konut kurulumları için genellikle en uygun maliyetlidir. yan yana yerleştirilmiş iki boru kullanır. boru döngüleme yöntemi, daha kısa bir hendekte daha fazla boruya izin verir, bu da kurulum maliyetlerini düşürür ve geleneksel yatay uygulamalarda olmayan alanlarda yatay montajı mümkün kılar.

Dikey

Büyük ticari binalar ve okullar, yatay döngüler için gerekli arazi alanı engelleyici olacağından, genellikle dikey sistemler kullanır. Dikey döngüler, toprağın hendek açmak için çok sığ olduğu durumlarda da kullanılır ve mevcut peyzaj düzenlemesine olan rahatsızlığı en aza indirirler. Dikey bir sistem için, delikler (yaklaşık 4 inç çapında) delinir. Bu deliklere, bir halka oluşturmak için altta bir U-büküm ile bağlanan iki boru girer. Dikey döngüler yatay boru (yani manifold) ile bağlanır, hendeklere yerleştirilir ve binadaki ısı pompasına bağlanır.

Gölet/Göl

Site yeterli su kütlesine sahipse, bu en düşük maliyetli seçenek olabilir. Binadan suya bir besleme hattı borusu yer altından geçirilir ve donmayı önlemek için yüzeyin en az sekiz fit altında daireler halinde sarılır. Bataryalar yalnızca minimum hacim, derinlik ve kalite kriterlerini karşılayan bir su kaynağına yerleştirilmelidir.

Açık Döngü Sistemi

Bu tip sistem, doğrudan GHP sisteminde dolaşan ısı değişim sıvısı olarak kuyu veya yüzey suyu kullanır. Sistemde dolaştıktan sonra su, kuyu, doldurma kuyusu veya yüzey deşarjı yoluyla toprağa geri döner. Bu seçenek, yalnızca yeterli miktarda nispeten temiz su kaynağının olduğu ve yeraltı suyu deşarjına ilişkin tüm yerel yasa ve yönetmeliklerin karşılandığı durumlarda açıkçası pratiktir.

Hibrit Sistemler

Birkaç farklı jeotermal kaynağı kullanan hibrit sistemler veya bir jeotermal kaynağın dış havayla (yani bir soğutma kulesi) kombinasyonu başka bir teknoloji seçeneğidir. Hibrit yaklaşımlar, özellikle soğutma ihtiyaçlarının ısıtma ihtiyaçlarından önemli ölçüde daha büyük olduğu durumlarda etkilidir. Yerel jeolojinin izin verdiği yerlerde, “duran sütun kuyusu” başka bir seçenektir. Açık döngü sisteminin bu varyasyonunda, bir veya daha fazla derin dikey kuyu açılır. Ayakta duran bir kolonun altından su çekilir ve üstüne geri döndürülür. Pik ısıtma ve soğutma dönemlerinde, sistem geri dönen suyun tamamını yeniden enjekte etmek yerine bir kısmını tahliye edebilir ve bu da çevreleyen akiferden kolona su akışına neden olabilir. Boşaltma döngüsü, ısı atımı sırasında kolonu soğutur, ısı çıkarma sırasında ısıtır ve gerekli delik derinliğini azaltır.