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Möchten Sie Energie sparen und Geld für das Heizen und Kühlen Ihres Hauses sparen? Die Antwort liegt nicht nur direkt unter Ihrer Nase, sondern möglicherweise auch direkt unter Ihren Füßen!
Unterhalb der Frostgrenze, ein paar Meter vom Boden entfernt, herrscht eine Durchschnittstemperatur von etwa 30 Grad Celsius. Die Wärme stammt von einer Schicht aus heißem, geschmolzenem Gestein, das tief in der Erdkruste liegt und Magma heißt. Magma kann Temperaturen von 2400 Grad Celsius erreichen, und da diese Wärme abhängig von der geografischen Breite in die Höhe strahlt, können die Bodentemperaturen zwischen 45 ° F und 75 ° F variieren. Dies schafft eine schöne, zuverlässige und nachhaltige Wärmequelle, die für unsere Heizungs- und Kühlungsbedürfnisse genutzt werden kann.
Diese konstante Temperatur der Erde wird in einer Geothermie genutzt oder Erdwärmepumpe. Im Gegensatz zu einem Ofen, der Erdgas oder Öl verbrennt, um im Winter Wärme zu erzeugen, konzentriert die Erdwärmepumpe die im Boden befindliche Wärme direkt unter der Oberfläche. Geothermie kann nicht nur zum Heizen und Kühlen unseres Hauses verwendet werden, sondern auch zum Heizen unseres Brauchwassers.
Wie ein Geothermiesystem funktioniert
Wie kommt diese Magie zustande? Nun, es ist wirklich ziemlich einfach. Das Erdwärmesystem ist eine Wärmepumpe, die die Erde als Wärmesenke (Sommer) oder Wärmequelle (Winter) nutzt.
Ein geothermisches System verwendet eine Reihe von Rohren (die unter der Frostgrenze im Boden vergraben sind), die als Schleife bezeichnet werden. Rohre in der Schleife bestehen meist aus Kunststoff und sind mit einer Wasser- und Frostschutzlösung gefüllt. Eine Pumpe zirkuliert die Wasserlösung zur Wärmepumpe im Haus. Dort verwenden ein Kompressor und ein Wärmetauscher das Nennwasser von 55 Grad, um das Haus zu heizen oder zu kühlen.
Im Winter ist die Luft (z. B. 10 Grad Fahrenheit) kälter als die Erdtemperatur unter Tage (z. B. 55 Grad Fahrenheit). Das Erdwärmesystem zirkuliert die Wasserlösung durch den Erdkreislauf und absorbiert die Erdwärme. Das nominelle 55-Grad-Wasser wird zur Wärmepumpe oder zum Ofen gebracht, um bei Bedarf weiter erwärmt und dann durch Rohrleitungen im ganzen Haus verteilt zu werden.
Im Sommer ist die Luft (z. B. 90 Grad Fahrenheit) heißer als im Untergrund (55 Grad Fahrenheit). Hier absorbiert der Erdwärmetauscher die Wärme im Haus und das System zirkuliert die Wasserlösung durch den Erdkreislauf, um sie abzukühlen und die Wärme in den Boden abzuleiten. Das kühle Wasser wird dann vom Wärmetauscher verwendet und über Leitungen im ganzen Haus verteilt, um das Haus zu kühlen.
Kosten und Eigenschaften geothermischer Systeme
- Geothermie ist ein sehr energieeffizientes Heiz- und Kühlsystem für Erdwärmepumpen mit Energieeinsparungen im Vergleich zu herkömmlichen Gasumwälzungssystemen und Luftwärmepumpen zwischen 25 und 50 Prozent. Die Amortisationszeit liegt zwischen 5 und 10 Jahren, ist aber im Vergleich zu viel kürzer Eine rein elektrische Widerstandsheizung und -kühlung, bei der die Geothermie bis zu 75 Prozent weniger Strom verbraucht. Ab dem 1. Januar 2017 kann die Geothermie nur dann eine Steuergutschrift in Höhe von 300 US-Dollar erhalten, wenn das Wärmepumpensystem die DOE Energy Star SEER- und COP-Standards erfüllt. Frühere Steuergutschriften endeten am 31. Dezember 2016. In einigen Fällen kann die Erdwärme mit einem Luftbehandlungsgerät in einem vorhandenen Ofen nachgerüstet werden. Sie können auch Erdwärmepumpen finden, die über einen eigenen integrierten Luftbehandler verfügen. Wenn Ihr Haus über eine Warmwasser-Fußleistenheizung verfügt, kann es auch mit einer geothermischen Anlage nachgerüstet werden.
Arten von geothermischen Systemen
Erdwärmepumpensysteme mit Erdschleifen werden am häufigsten als geschlossenes System installiert. Das heißt, die Flüssigkeit im Kreislauf wird ständig umgewälzt. Systeme mit offenem Kreislauf sind seltener und verwenden einen Grundbrunnen, einen See, einen Fluss oder anderes Oberflächenwasser als Flüssigkeit für den Wärmetauscher. Das Wasser wird dann nach Gebrauch wieder in den Boden oder in den Wasserkörper abgelassen.
Systeme mit geschlossenem Regelkreis werden normalerweise als horizontale Regelkreise, vertikale Regelkreise oder Wasserkörpersysteme installiert. Wasserkörpersysteme nutzen Oberflächenwasserkörper als konstante Wärmequelle im Gegensatz zum Boden. Sehen wir uns diese drei verschiedenen Methoden an.
Horizontalschleife: Horizontalschleifensysteme sind am wirtschaftlichsten zu installieren, aber einer ihrer Nachteile ist die Menge an Land, die zum Installieren der horizontalen Erdschleifen erforderlich ist. Ein geothermisches System kann abhängig von der Größe und der Belastung des Hauses eine Rohrlänge von 1.500 bis 3.000 Fuß oder mehr erfordern. Wenn Sie das erforderliche Land zur Verfügung haben, besteht die häufigste Wohnmethode darin, zwei Rohre nebeneinander in einem fünf Fuß tiefen Graben oder ein Rohr in einem sechs Fuß tiefen Graben und das andere in einem vier Fuß tiefen Graben zu verlegen.
Eine dritte Methode kann angewendet werden, wenn das erforderliche Land für längere Rohrleitungen nicht ohne weiteres verfügbar ist. Diese Methode umschlingt oder umwickelt das Rohr in tieferen, kurzen Gräben. Dies ermöglicht den erforderlichen Oberflächenkontakt mit dem Boden, jedoch bei einer geringeren horizontalen Grabenlänge.
Vertikale Schlaufe: Das vertikale Schlaufensystem wird in Situationen verwendet, in denen das erforderliche Land eng ist oder Böden nicht für Gräben geeignet sind. Das Vertikalsystem ist teurer als das Horizontalsystem und verwendet eine Reihe von Bohrungen. Die Löcher haben einen nominalen Durchmesser von 4 Zoll und einen Abstand von etwa 20 Zoll. Die Tiefen hängen von der Systemkonstruktion und den Böden ab, können sich jedoch auf eine Tiefe von 100 bis 400 Fuß belaufen. Die Rohre werden durch jedes Bohrloch nach unten und hinten geführt und durch ein Krümmergrabenrohr auf der Oberseite verbunden, das das System mit der Wärmepumpe im Haus verbindet.
Gewässer: Eine andere, weniger verbreitete Methode zur Erfassung der Grundwärme ist die Verwendung eines Gewässers in der Nähe wie eines Teichs oder Sees. Bei dieser Methode verläuft das Kunststoffrohr von der Wärmepumpe zum Wasserkörper und wird in Spulen von 8 bis 10 Fuß unter der Wasseroberfläche angeordnet. Der Wasserkörper muss eine ausreichende Größe haben, um die geothermischen Wärmelasten zu tragen und die richtige Tiefe zu haben. Die Koordination und Genehmigung durch lokale und staatliche Behörden ist häufig erforderlich.
Kosten eines geothermischen Systems
Die Kosten für die Installation eines Erdwärmesystems hängen von der Art des verwendeten Kreislaufsystems und der Größe des Erdwärmesystems selbst ab. Die Kosten für ein horizontales Erdwärmesystem für Erdschleifen betragen in 2017 USD etwa 2.700, 00 USD pro Tonne. Wenn Sie sich für ein vertikales Schleifensystem entscheiden, steigen die Kosten erheblich, da die Bohrkosten je nach Boden, Standortzugang und Größe des Systems 30.000 bis 40.000 USD oder mehr betragen können.
In der richtigen Anwendung kann Geothermie eine kostengünstige und umweltfreundliche Lösung für das Heizen und Kühlen von Häusern sein. Es ist einen Blick wert, besonders wenn die Antwort direkt unter Ihren Füßen liegt.
