地热供暖(和制冷)是你家庭的好选择吗?

你是否像许多房主一样，既想节省家庭取暖和制冷费用，又想尽自己的一份力来拯救地球?一个地热家庭加热和冷却系统可以满足你的能源需求和个人气候目标。

在这篇文章中，我们将深入探究地热系统如何比传统的家用暖通空调更聪明地——而不是更辛苦地——帮助你节省金钱、能源和地球。

鉴于此，在美国，40%所有的能源消耗及其相关的温室气体(GHG)排放都来自于建筑——尤其是供暖和制冷——地热能应该是解决我们气候危机的很大一部分。

什么是家庭地热供暖?

源自希腊语，地热字面意思是“地球的热量”。

作为一个可再生能源的种类在美国，地热能生产涉及到提取热量如蒸汽或极热的水地球表面以下一英里或更多的地方蒸汽形式的热量驱动涡轮机为城市和城镇大规模发电。

相比之下，住宅地热暖通空调系统，通常称为geoexchange earth-coupled,或地球上的能源系统，依靠太阳的辐射能被吸收和储存在你的房子周围的土地。

从另一个角度来看，地热能是自然储存的太阳能，全年无休，全年无休。必威国际手机版

地热能如何为家庭工作?

约50％到达地球的所有太阳能量都被地球表面吸收了。

下面这张图展示了太阳辐射能是如何分布到地球及其大气层的:

以下霜线在美国，地球的温度保持相对恒定52℉在整个一年。(在极热或极冷的地区，这个温度范围可能更高或更低。)geoexchange暖通空调就是建立在这一事实之上的。

霜冻线在你所在地区的确切位置高度取决于你所在的纬度、土壤类型和气候条件。它可以是几英寸到100英寸表面以下。

如果你要做，一定要知道冰霜线在哪里DIY地热．

为了确保能获得恒温的热量，安装地热系统的人会铺设管道至少地下4到6英尺。有些水系在某些地方可能深达几百英尺。

在管道中，水、水-防冻剂混合物或制冷剂在地面和你的家之间循环。在水防冻液的情况下，食品级丙二醇是经常使用的。

这些液体将泥土的热量输送到你的室内。在那里，热量转移到空气中，为你的房子加热，可能还会加热你的家用热水。

在夏季，地热系统也会从你家里的空气中提取热量，并通过管道中的液体将其输送到地下。

闭式和开式循环地热系统

所有类型和规模的地热系统都使用埋或淹回路场给房子加热或冷却“回路”通常由油管制成高密度聚乙烯塑料(HDPE) # 2。少见的是，这些管子是用铜做的。

“环”可以是圆形的，u形的，重叠的，螺旋状的，或者像张开的手指一样展开的。

地热循环田主要有两种类型:封闭式和开放式。

地热闭环系统

在闭环系统中，地下管道布置在连续循环。同样的携带热量和分散热量的液体一直在里面流动。

闭环可以以许多不同的方式存在。最常见的是水平的(像跑道或弹簧)，垂直的(在地下很深的地方有一系列长的u形)，以及在附近的池塘或湖泊，以水平的方式设置。

水平循环:

• 当有大量的户外空间时，工作效果最好。
• 安装成本比垂直循环更低，因为它们不需要钻井。
• 由于更容易访问，需要更简单的维护。

垂直循环:

• 是你空间有限的唯一选择。
• 很大程度上不要打扰园林绿化。
• 为了防止损坏或泄漏，需要进行昂贵的大规模维修。

池循环:

• 如果你家附近有水域，可能会有用。
• 最容易修复的回路类型(不需要挖掘或挖掘)。
• 减少了挖掘成本，因为你不需要。

地热开环系统

在开环系统中，没有连续的油管或管道循环。相反，热量从供应的地下水或井水通过管道的一次性路径进入热泵。随后通过出口管道排放，通常在一个独立的位置，如排放池或回井。

这种技术使一个开环系统被称为“泵卸”地热。

开环地理交换系统今天不像封闭系统那么普遍。对于开环系统来说，当地的供水和水质有太多的变数，从长远来看是不经济的或可持续的。

例如，由于硬水在热泵冷凝器上产生矿物结垢是很常见的，或者由于生物污染产生的污垢问题，堵塞了管道和泵。

这两个问题都会导致开环系统中使用的地热泵的损坏和寿命缩短。

此外，由于对含水层和当地环境的潜在影响，安装和操作开环系统可能需要特殊许可。

然而，在开环和闭环系统中，地热热泵内部传热的基本原理是相同的。

地热泵是如何工作的?

地热泵——也被称为地源热泵(GSHP)——是所有与地球耦合的HVAC系统的中心部分，它将你的家与地下连接起来。它将热量从地球传递到你的家，然后再传递回来。

为了达到这一目的，泵的工作原理与冰箱、冰柜和空调相同。在所有这些情况下，泵的工作与热流的自然趋势相反，即热流从暖流向冷。

地源热泵采用汽化和冷凝的循环，包括对制冷剂加压和减压，使其经历从液体到蒸汽的相变，然后再变回来。

在土工交换系统使用循环水或水-防冻剂混合物的情况下，在泵中有一个两步传热过程，也称为水源地热热泵。(这类泵名称中的“水”指的是管道内的水或水/防冻液混合物，不向地面、地表或外部的家庭用水)。

首先，管道内的液体从土壤或地下水中吸收热量，并将其带到泵。然后，在泵的一个热交换器中，热量转移到制冷剂，使其变暖。压缩机中温制冷剂压力的增加会进一步提高温度。最终，制冷剂蒸发。

然后，热的制冷剂蒸汽吹过一个制冷剂-空气热交换器，带走热量，把它送到你家里的空气管道中。

一旦热量被移走，制冷剂又变回液体，准备再次开始循环。

到了夏天，这一过程就反过来了。制冷剂从室内空气中吸收热量，因为空气在风管中循环，最终通过热泵。当制冷剂通过热交换器时，将热量传递给水或水-防冻液混合物。

然后，热能离开你的家，进入地下循环。在那里，地面把热能吸收回来。

这是一张说明地热泵工作原理的概图:

用于家庭供暖和制冷的地热热泵的类型

目前市场上几乎所有的地热热泵都采用两步传热过程，将储存在土壤或地下水中的热能输送到你的家中。它们的操作已在前一节中说明。

然而，如果房主在闭环地热系统中选择了铜管，制冷剂通过管道循环，而不是水或水/防冻剂。

地交换热泵中的R410A

目前最常用的制冷剂是R410A，这是一种氢氟碳化合物(HFC)强大的温室气体．由于氢氟碳化合物对气候变化的影响，国际协议要求各国立即开始逐步减少氢氟碳化合物的使用。研究寻找更环保的制冷剂正在进行中。

DX土用热泵

在一个直接交换地热热泵——也被称为DX土工或直接膨胀泵——从土壤到制冷剂的热量传递非常简单和直接。这是因为铜的高导电性。因此，与使用两级泵的系统相比，能源效率甚必威竞猜至更高。

所有地热热泵的容量都以吨为单位。

1吨= 12000 BTU/小时。= 3.5千瓦

一个普通大小的美国家庭使用3吨加热和冷却能力。要确定你的房子的最佳大小，算出你的热负荷第一。

地热能值得吗?

地理交换系统的高安装成本可能很高，但在节约能源和提高效率方面的回报将转化为一个系统，它将为自己买单必威竞猜2 - 7日年．

根据美国环境保护局在美国，地热系统可以通过以下方式减少能源消耗25 - 50%与空气源热泵系统相比。地热泵的效率可达600%！(相比之下，油炉80%的效率被认为是不错必威竞猜的。)

性能系数(COP)

性能系数(COP)是衡量地源热泵能源效率的一个指标。必威竞猜COP为1.0 = 100%的效率。必威竞猜

GSHP可以很容易地获得COP4或5．

能源效率比率(必威竞猜EER)

能源效率比(E必威竞猜ER)是量化泵效率的另一种方法。地热泵的额定等级通常介于两者之间13-20，但可以高达30.．

COP和EER越高越好。

地热家庭能源系统成本

了解地热供热和制冷在节约能源和提高效率方面对你有多么重要，可能会减轻你的价签冲击。必威竞猜

一个完整的系统为2000平方。在美国，一套2万到3万美元的房子很容易就能买到。然而，除了节省能源外，还有一些方法可以证明高昂的初始支出是合理的。

3吨容积，EER为28.7的地源热泵成本约为4500美元今天。十年前，这个价值是7500美元．

泵的保修期通常是10年以上。他们的实际预期寿命往往会消失两倍的时间或更多的．此外，地下管道可以持续使用50年以上．

对地热的税收抵免和其他激励措施

地热住宅暖通空调吸引人的额外奖励是强有力的税收激励和国家退税。

2020年12月底，联邦税收抵免延长到2023年。到2022年，这一比例将保持在26%，到2023年将降至22%。

参观国家可再生能源和效率激励数据库必威竞猜了解更多减少家庭地热能源系统总成本的其他方法。

关于地热家庭能源系统的环保考虑

有兴趣降低碳足迹的房主可以通过与地球耦合的家庭能源设置轻松做到这一点。

橡树岭国家实验室(ORNL)对六个地源热泵项目的案例分析发现，地球交换系统减少了碳排放高达65%．

另一个报告ORNL发现为美国所有的独户住宅安装地热系统每年会产生以下结果:

• 二氧化碳排放量减少45%
• 节能48%
• 夏季用电高峰减少56%

地热家庭供热和制冷在哪里效果最好?

好消息是，地理交换系统在美国的所有地方都运行良好。哪个系统最适合你取决于有几个因素与您的物业相关的:

• 地质
• 水文
• 空间特征

地质因素

在设计地球交换能量系统时，必须考虑到土壤类型、含水量和地下岩石的存在。

水文方面的考虑

你所在地区地下水位的高度对你的地热系统设计有直接影响，尤其是如果你正在考虑一个垂直循环系统。

如果你正在考虑在附近的池塘里放置一个水平的环，确保水的深度和体积在全年都是足够和恒定的。

土地可用性

你有足够的空间来安装卧式地热系统吗?现有的地下设施是否会干扰水平或垂直环线的布置?

对于所有这些问题，请咨询地热专家，设计最佳的能源系统，以满足您的所有需求，并与(而不是违背)您的土地和水的特性。

地热泵如何安装?

DIY地热正变得越来越流行，尽管大多数房主寻找合格的安装。地热交换组织有一个数据库按州划分的地质专家。

最常见的geoexchange家庭能源系统是一个闭环设置，使用塑料管和水/防冻液混合物流过它。

闭环装置埋在你家附近的地下。真正的热泵位于你的地下室或车库内。

水平闭环系统的特点

水平闭环被放置在至少4 - 6英尺深深达10英尺400英尺长．通常用反铲或小型挖掘机挖沟就足够了。

一旦放置在沟渠中，管道就会被回填覆盖。约500 - 600英尺。每吨地源热泵的容量需要1条管道。

垂直闭环系统的特点

垂直闭环可能会消失100 - 400英尺。下来。对于每吨泵的容量，a4英寸钻直径孔相隔20英尺从其他垂直循环。需要先进的钻井设备来挖掘垂直回路系统。

一般来说，垂直循环系统比水平循环系统需要更少的油管。300 - 600英尺。每吨泵的容量需要1吨管子。

地热暖通空调系统的内部部件

所有的地热系统——不管是闭环还是开环设计——都有相似的特点内部你的家。

首先，地下管道通过地板或墙壁进入。它与位于地下室的热泵相连。没有像传统供暖和制冷系统那样的外部压缩机。

现有的管道系统或已到位的空气处理系统可用于完成您的地热家庭能源设置。如果不是，新的管道系统必须安装至少一个大的鼓风机和过滤器，以运输热或冷的空气在你的房子周围的房间。

家用地热供热和制冷的要点

根据美国环境保护署在美国，地热供暖和制冷系统是你能找到的最高效、经济和环保的能源系统。

地热能是100%可再生能源，就在你脚下，随时可用。

对于一些业主来说，最初的安装成本可能令人望而却步，但考虑到节能、税收抵免和其他激励措施，回收期很短(通常是2-7年)。

地理交换系统在任何地方都能很好地工作，因为它们依赖于冰线以下的恒定温度。

可能有几种不同的循环系统。理想的选择取决于你的物业的特点。

与其他类型的暖通空调系统相比，用于家庭供暖和制冷的地球耦合能源系统的碳足迹非常低。因此，地热家庭能源系统是解决我们气候危机的一个组成部分。