สิ่งเลวร้ายเกี่ยวกับปั๊มความร้อนใต้พิภพ

ปั๊มความร้อนใต้พิภพเป็นหนึ่งในเทคโนโลยีสีเขียวที่สามารถแก้ปัญหาภาวะโลกร้อนได้โดยการลดการปล่อยคาร์บอน แต่เช่นเดียวกับพลังงานหมุนเวียนอื่นๆ ส่วนใหญ่ แหล่งพลังงานนี้มาพร้อมกับปัญหาในตัวเอง ผู้ที่ต้องการใช้เทคโนโลยีนี้ควรมีความเข้าใจที่ดีเพื่อหลีกเลี่ยงค่าใช้จ่ายที่ไม่จำเป็นและช่วยป้องกันผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อมในเชิงลบ

ปั๊มความร้อนใต้พิภพ

ปั๊มความร้อนใต้พิภพ (GHPs) หรือที่เรียกว่า geo-exchange ทำงานโดยการแลกเปลี่ยนความร้อนกับพื้นดินที่ระดับความลึกต่ำกว่าสองสามฟุต ซึ่งอุณหภูมิจะคงที่ตลอดทั้งปีโดยประมาณ

จะเขียนอะไรให้คนที่สูญเสียพ่อไป

บทความที่เกี่ยวข้อง

ข้อเท็จจริงเกี่ยวกับพลังงานแสงอาทิตย์
โก กรีน พิคเจอร์ส
ธุรกิจของฉันจะกลายเป็นสีเขียวเพื่อประหยัดเงินได้อย่างไร

พลังงาน.gov อธิบายประเภทของ GHP ที่ใช้ในบ้านและธุรกิจ

ระบบวงปิดมีสามประเภทอยู่ภายใน เป็นแนวนอน แนวตั้ง และพื้น พวกเขาใช้น้ำผสมกับสารป้องกันการแข็งตัวที่หมุนเวียนอยู่ในท่อปิดเพื่อแลกเปลี่ยนความร้อนกับพื้นดินหรือน้ำ ตัวแลกเปลี่ยนความร้อนเหนือพื้นดินถ่ายเทความร้อนระหว่างสารทำความเย็นและสารละลายป้องกันการแข็งตัวในลูปปิด
ระบบแลกเปลี่ยนความร้อนโดยตรงใช้สารทำความเย็นโดยตรงในลูปปิดใต้ดินเพื่อแลกเปลี่ยนความร้อนและไม่มีตัวแลกเปลี่ยนความร้อนเป็นตัวกลาง
ระบบวงเปิดดึงน้ำอย่างต่อเนื่องจากแหล่งภายนอก เช่น บ่อน้ำหรือทะเลสาบเพื่อแลกเปลี่ยนความร้อนและส่งคืนเป็นการปล่อย

รายงานของมหาวิทยาลัยโอเรกอน (หน้า 6) ที่การประชุมความร้อนใต้พิภพโลกในปี 2558 ประมาณการว่ามี 1.4 ล้าน GHP ในสหรัฐอเมริกา โดย 90% เหล่านี้เป็นระบบวงจรปิด และมีเพียง 10% เท่านั้นที่เป็นระบบเปิด

ปัญหาทั่วไป

แม้ว่าปั๊มความร้อนใต้พิภพจะมีข้อดีหลายประการ แต่ก็มีข้อเสียหลายประการเช่นกัน บางส่วนเป็นปัญหาทั่วไปและบางส่วนเป็นปัญหาเฉพาะระบบ

ราคาเริ่มต้น

ทุกคนเห็นพ้องต้องกันว่าต้นทุนการติดตั้งเริ่มต้นของ GHP นั้นสูงและ คำนวณยาก เนื่องจากขึ้นอยู่กับขนาดของบ้าน/อาคาร ปั๊ม ดิน สภาพอากาศ และสนาม ผู้รับเหมาที่มีประสบการณ์มีความสำคัญต่อการติดตั้งให้สำเร็จ

ประมาณการจากบริษัทเอกชน บ้านพลังงาน สำหรับบ้านขนาด 2500 ตารางฟุต แสดงให้เห็นว่าระบบวนรอบแนวตั้งขนาด 6 ตันราคา 34,000 ดอลลาร์ ห่วงแนวนอนขนาด 5 ตันสำหรับการทำความร้อนและความเย็นแบบกระจายราคา 29,500 ดอลลาร์ และห่วงแนวนอนขนาด 5 ตันร่วมกับระบบทำความร้อนด้วยพลังงานแสงอาทิตย์ราคา 47,500 ดอลลาร์

บ้านพลังงาน แบ่งลงปัญหาค่าใช้จ่าย โดยกล่าวว่า 'นี่เป็นค่าใช้จ่ายประมาณสองเท่าของระบบทำความร้อน ความเย็น และน้ำร้อนทั่วไป แต่ระบบทำความร้อน/ระบายความร้อนใต้พิภพสามารถลดค่าสาธารณูปโภคได้ 40% ถึง 60%'

ขาดผู้เชี่ยวชาญที่ผ่านการรับรอง

เทคโนโลยี GHP นั้นซับซ้อนและต้องใช้ความรู้ในด้านต่างๆ ดิ สหภาพนักวิทยาศาสตร์ที่เกี่ยวข้อง ตั้งข้อสังเกตว่าผู้ติดตั้งระบบทำความร้อนและความเย็นจำนวนมาก 'ไม่คุ้นเคยกับเทคโนโลยี' ซึ่งจะเป็นอุปสรรคต่อการแพร่กระจายและการบำรุงรักษา นอกจากนี้ยังเป็นการยากที่จะหาผู้รับเหมาที่มีคุณสมบัติที่สามารถติดตั้งระบบ GHP ในบางภูมิภาคของประเทศได้ ซึ่งจะทำให้ต้นทุนของระบบทำความร้อนใต้พิภพเพิ่มขึ้นอีกด้วย

ไม่ใช่โครงการ DIY

กระทรวงพลังงานสหรัฐไม่สนับสนุนการจัดการ GHP เป็นโครงการ DIY เทคโนโลยีนี้ต้องการความรู้เฉพาะทางในหลาย ๆ ด้าน ในการตัดสินใจ ระบบที่เหมาะสมที่สุด สำหรับบ้านหรือธุรกิจ การตรวจสอบปัจจัยต่างๆ เช่น ธรณีวิทยา อุทกวิทยา ความพร้อมของที่ดิน ข้อกำหนดด้านความร้อนและความเย็น และอุปกรณ์ประหยัดพลังงานที่สำคัญอื่นๆ ในบ้านเป็นสิ่งที่จำเป็น เป็นไปไม่ได้ที่ทุกคนจะคำนวณขนาดสนามลูปหรือปั๊มที่เหมาะสมที่สุดเพื่อใช้ประโยชน์สูงสุดจากระบบนี้

วิธีดูแลไผ่นำโชค

การใช้ไฟฟ้า

จำเป็นต้องใช้ไฟฟ้าในการรันคอมเพรสเซอร์ความร้อนในระบบวงปิด และสำหรับการสูบน้ำตลอดทั้งปีในระบบเปิด ดังนั้น GHP จึงเป็น ไม่เป็นกลางคาร์บอนอย่างสมบูรณ์

ปัญหาระบบวงปิด

ระบบวงปิดมีข้อเสียร่วมกัน เช่น ผลกระทบของดินต่อประสิทธิภาพและการมีอยู่ของสารป้องกันการแข็งตัว ปัญหาลูป ที่เกี่ยวข้องกับการวางแนวแนวนอนหรือแนวตั้งก็มีอยู่เช่นกัน เช่นเดียวกับความกังวลเกี่ยวกับระบบแลกเปลี่ยนความร้อนโดยตรงและระบบบ่อ

ประเภทของดิน

ความร้อน การจัดเก็บและการถ่ายโอน ดีที่สุดในดินหนักเช่นดินเหนียวหรือหิน ดินปนทรายไม่สามารถเก็บหรือถ่ายเทความร้อนได้มาก ดังนั้นจำเป็นต้องมีทุ่งวงใหญ่ ความชื้นในดินที่ต่ำกว่า '12.5% มีผลกระทบร้ายแรงต่อประสิทธิภาพของปั๊มความร้อน' ผลการศึกษาปี 2014 ที่ตีพิมพ์ในนิตยสาร Energy (หน้า 3) ในขณะที่ความชื้นในดินที่เพิ่มขึ้นสูงกว่า 25% ช่วยเพิ่มการถ่ายเทความร้อน ดินแห้งจึงไม่เหมาะโดยเฉพาะในระบบแลกเปลี่ยนความร้อนโดยตรง

สารป้องกันการแข็งตัว

ระบบวงปิดใช้น้ำที่มีสารป้องกันการแข็งตัวเพื่อแลกเปลี่ยนความร้อน รุ่นเก่าๆใช้ เมทานอล ที่ระเหยเร็วและเป็นพิษต่อคนและสัตว์ ดังนั้นตอนนี้จึงถูกห้ามใช้ในหลายพื้นที่ของสหรัฐอเมริกา เอทานอลไม่เป็นพิษเท่าเมทานอล แต่มีราคาแพง กังวลว่า เอทิลีนไกลคอล อาจรั่วไหลและปนเปื้อนแหล่งน้ำใต้ดินได้ทำให้สารป้องกันการแข็งตัวประเภทนี้ถูกห้ามใช้ในระบบความร้อนใต้พิภพในหลายรัฐ น้ำเกลือ (แคลเซียมคลอไรด์) เป็นตัวเลือกที่ดี แต่มีฤทธิ์กัดกร่อน ดังนั้นจึงต้องใช้ท่อคิวโปรนิกเกิล โพรพิลีนไกลคอลไม่มีผลเสียต่อคนหรือสิ่งแวดล้อม

ตราบใดที่น้ำที่ผสมกับสารป้องกันการแข็งตัวไหลเวียนอยู่ในวงปิดก็ไม่มีผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อม อย่างไรก็ตาม แม้การรั่วไหลเพียงเล็กน้อยก็อาจเป็นอันตรายได้ ดังนั้นจึงควรใช้สารป้องกันการแข็งตัวประเภทน้ำเกลือหรือโพรพิลีนไกลคอล

ระบบแนวนอน

ดิ กระดานข่าวทางเทคนิค พบว่าระบบแนวนอนต้องการพื้นที่ 1,500-3,000 ตารางฟุตสำหรับการทำความร้อนหรือความเย็นทุกๆ ตัน

จำเป็นต้องใช้พื้นที่ขนาดใหญ่ - ต่อมาที่ดินนี้เหมาะสำหรับทำสวนเท่านั้น แต่ไม่ต่อเติมบ้านหรือสิ่งปลูกสร้างอื่นๆ ระบบเหล่านี้ไม่เหมาะสำหรับการติดตั้งเพิ่มเติม เนื่องจากอาจมีพื้นที่ไม่เพียงพอ
ความแตกต่างของอุณหภูมิ - ที่ระดับความลึก 3 ถึง 6 ฟุต อาจมีความแตกต่างของอุณหภูมิตามฤดูกาล ความลึกของการฝัง และปริมาณน้ำฝนที่ส่งผลต่อประสิทธิภาพ แม้ว่าการจำกัดความลึกจะช่วยลดต้นทุนในการขุดดินซึ่งเป็นส่วนที่แพงที่สุดในการติดตั้งวงปิด ระบบ.
ปัญหาดิน - ดินที่เป็นหินหรือดินตื้นไม่เหมาะกับระบบเหล่านี้ ซึ่งในกรณีนี้จำเป็นต้องมีระบบแนวตั้ง

ระบบแนวตั้ง

นี่เป็นระบบที่มีประสิทธิภาพมากที่สุดเนื่องจากห่วงรูปตัวยูนั้นลึก 150-450 ฟุตในดิน ปัญหาอื่น ๆ ได้แก่ :

ค่าใช้จ่าย - ห่วงรูปตัวยูและความลึกทำให้ราคาแพงที่สุดในบรรดาระบบ GHS ทั้งหมด
ทักษะการติดตั้งและอุปกรณ์ที่จำเป็น - นอกจากนี้ การเจาะลึกเหล่านี้ยังต้องการสว่านที่มีทักษะและอุปกรณ์พิเศษที่ไม่มีในทุกที่

ระบบแลกเปลี่ยนความร้อนโดยตรง (DX)

DX ใช้ท่อทองแดงที่เต็มไปด้วยสารทำความเย็นที่ฝังอยู่ใต้พื้นดิน 4 ถึง 6 ฟุต ระบบนี้เป็นระบบที่เก่าแก่ที่สุดในบรรดารุ่น GHP และมีผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อมมากที่สุด

ค่าจักรเย็บผ้าซิงเกอร์ตามซีเรียลนัมเบอร์

การกัดกร่อนของท่อทองแดงเป็นเรื่องปกติในดินที่เป็นกรด ดังนั้น DX จึงไม่เหมาะกับดินเหล่านี้ ฟอรัมแลกเปลี่ยนภูมิศาสตร์ . เพื่อป้องกันปัญหานี้ ต้องเก็บตัวอย่างดินที่ระดับความลึกที่จะติดตั้งเพื่อตรวจสอบกรด คลอไรด์ ไฮโดรเจนซัลไฟด์ ซัลเฟต หรือแอมโมเนียที่มีความเข้มข้นสูง ทำให้ขั้นตอนการวางแผนมีราคาแพง ใช้ทองแดงแทน PVC เนื่องจากเป็นตัวนำความร้อนได้ดีกว่า
สารทำความเย็นเป็นปัญหาสิ่งแวดล้อมที่สำคัญกับ DX แม้แต่รอยแตกเล็กๆ ก็ปล่อยมันออกมาได้ซึ่งนำไปสู่ภาวะโลกร้อน รุ่นก่อนหน้านี้ใช้คลอโรฟลูออโรคาร์บอน (CFCs) และไฮโดรคลอโรฟลูออรอน (HCFCs) ดิ พิธีสารมอนทรีออล ได้สั่งห้ามการใช้งานเนื่องจากทำให้ชั้นโอโซนเสียหาย สารทดแทนฟลูออโรคาร์บอน (FCs) และไฮโดรฟลูออโรคาร์บอน (HFCs) ของพวกมันสามารถทำให้เกิดภาวะโลกร้อนและเป็นสิ่งต้องห้ามตามอนุสัญญาพิธีสารเกียวโตว่าด้วยการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศ ในปี 2559 สำนักงานคุ้มครองสิ่งแวดล้อม (EPA) ออกคำแนะนำเพื่อยุติการใช้สารเคมีเหล่านี้และระบุว่าไม่เป็นที่ยอมรับ EPA ยังไม่แนะนำ R410A สารทำความเย็นที่ได้รับความนิยมล่าสุดเนื่องจากทำให้เกิดการปล่อยก๊าซเรือนกระจกเช่นกัน
ผู้เชี่ยวชาญด้านอาคารสีเขียวระบุว่าการทำสารทำความเย็นที่ก่อมลพิษหกรั่วไหลโดยเจตนาหรือโดยอุบัติเหตุเป็นสิ่งผิดกฎหมาย

ในปี 2544 นักวิทยาศาสตร์จากมหาวิทยาลัยโอเรกอน (หน้า 2) ประกาศว่าระบบ DX มีความเสี่ยงต่อสิ่งแวดล้อมและไม่แนะนำ เป็นสิ่งต้องห้ามในบางส่วนของสหรัฐอเมริกา เนื่องจากข้อจำกัดด้านสิ่งแวดล้อมในท้องถิ่น ตาม Energy.gov

ระบบวงปิดบ่อ

ระบบวงปิดยังสามารถใช้แหล่งน้ำเพื่อแลกเปลี่ยนความร้อน อย่างไรก็ตาม สิ่งเหล่านี้ก็มีปัญหาเล็กน้อยเช่นกัน

น้ำตื้นแสดงการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิ และมีโอกาสที่ท่ออาจได้รับความเสียหายในแหล่งน้ำสาธารณะ ตามรายงานของ Technical News Bulletin
เฉพาะบ่อที่มีความลึกและปริมาณน้ำขั้นต่ำที่จำเป็นเท่านั้นที่มีประโยชน์ตาม Energy.gov คุณจะต้องหาจุดก่อสร้างที่มีเงื่อนไขที่เหมาะสมเพื่อใช้ตัวเลือกนี้

ความกังวลของระบบ Open Loop

ระบบเปิดดึงน้ำจากบ่อน้ำหรือน้ำตื้น เช่น ทะเลสาบและบ่อน้ำ ตามที่ระบุไว้ พวกเขาไม่ได้ใช้บ่อยเท่าในสหรัฐอเมริกา แต่ผู้คนควรตระหนักถึงข้อเสียที่อาจเกิดขึ้น

การไหลของน้ำไม่เพียงพออาจเกิดขึ้นได้หากบ่อที่ขุดสำหรับห่วงไม่ลึกเพียงพอหรือเนื่องจากการถอนออกจากชั้นหินอุ้มน้ำมากเกินไป โครงการพลังงานมหาวิทยาลัยแห่งรัฐวอชิงตัน Washington ศึกษา (น. 5) ตะกอนอุดตันกรองในกรณีที่ไม่มีน้ำเพียงพอ อัน ไอดาโฮความร้อนใต้พิภพ รายงานระบุว่าความต้องการใช้ทางเลือกตามฤดูกาล เช่น สปริงเกลอร์ในฤดูร้อน อาจส่งผลต่อปริมาณน้ำสำหรับปั๊มความร้อน
คุณภาพน้ำ ไม่เหมือนกันทุกที่และตลอดทั้งปี ขยะในทะเลสาบเป็นปัญหา ตะกรันเนื่องจากตะกอนปูนขาวจากน้ำที่มีน้ำหนักมากจำเป็นต้องบำบัดด้วยสารเคมีเพื่อกำจัด
การเจริญเติบโตทางชีวภาพ โดยเฉพาะอย่างยิ่งแบคทีเรีย ยากที่จะกำจัดเมื่อสร้างขึ้นโดยไม่ต้องใช้สารเคมี ตามโครงการพลังงานของมหาวิทยาลัยแห่งรัฐวอชิงตัน (หน้า 5)
รายงานความร้อนใต้พิภพของไอดาโฮแนะนำให้หาสถานที่ที่เหมาะสมสำหรับการปล่อยน้ำทิ้งก่อนที่จะติดตั้งระบบน้ำบาดาลแบบวงเปิด ดินทรายสามารถดูดซับการปล่อยประจุได้ง่าย แต่ถ้าดินแข็ง การเจาะเพิ่มเติมสำหรับการปล่อยประจุจะเพิ่มค่าใช้จ่ายในการขุดเป็นสองเท่า ทำให้มีราคาแพงเท่ากับระบบวงปิด เมื่อน้ำถูกดึงออกมาจากทะเลสาบ การปล่อยน้ำจะถูกป้อนกลับคืนสู่สภาพเดิม
ข้อ จำกัด ในท้องถิ่นทั้งหมดเกี่ยวกับการปลดปล่อยจะต้องเป็นไปตาม Energy.gov
ค่าใช้จ่ายในการดำเนินงานสูงตามการศึกษาโครงการพลังงานของมหาวิทยาลัยแห่งรัฐวอชิงตัน (หน้า 5) เนื่องจากปั๊มต้องทำงานตลอดทั้งปีเพื่อนำน้ำเข้าและออกจากระบบ การบำรุงรักษาของพวกเขาก็เป็นประเด็นสำคัญเช่นกัน
ในกรณีของบ่อน้ำ จะต้องพิจารณาข้อจำกัดด้านสิ่งแวดล้อมและน้ำในท้องถิ่น เนื่องจากอาจมีการจำกัดปริมาณน้ำตามประกาศข่าวทางเทคนิค
บ่อน้ำเสาตั้งซึ่งสูบน้ำจากถังน้ำแข็ง ลดระดับน้ำลง

มีด้านสว่างหรือไม่?

แม้ว่าปั๊มความร้อนใต้พิภพจะยากและมีราคาแพง แต่ก็มีข้อดีหลายประการสำหรับระบบ รัฐบาลและองค์กรไม่แสวงหากำไรด้านสิ่งแวดล้อมเช่น กรีนพีซ และสหภาพนักวิทยาศาสตร์ที่เกี่ยวข้องส่งเสริมพลังงานความร้อนใต้พิภพ เนื่องจากประสิทธิภาพของปั๊มความร้อนใต้พิภพเชื่อมโยงกับปัจจัยด้านสิ่งแวดล้อมหลายประการ จึงไม่ใช้เทคโนโลยีแบบพลักแอนด์เพลย์ เมื่อพิจารณาระบบความร้อนใต้พิภพ การวิเคราะห์รายละเอียดของอาคารและพื้นที่ในการเลือกระบบที่เหมาะสม ตลอดจนการวางแผนและการติดตั้งที่เหมาะสม เป็นขั้นตอนที่จำเป็นในการเพลิดเพลินกับสิ่งที่ดีที่สุดจากเทคโนโลยีนี้