Jeotermal Isı Pompaları

Bazen GeoExchange, toprak bağlantılı, toprak kaynaklı ya da su kaynaklı ısı pompaları olarak isimlendirilen jeotermal ısı pompaları (GHP'ler), 1940'ların sonlarından beri kullanılıyor. Değişim ortamı olarak dış hava sıcaklığı yerine dünyanın nispeten sabit sıcaklığını kullanırlar.

Ülkenin pek çok yerinde, yazın kavurucu sıcaktan kış aylarında sıfırın altındaki soğuğa kadar mevsimsel aşırı sıcaklıklar yaşansa da, yer yüzeyinin birkaç metre altında, zemin nispeten sabit bir sıcaklıkta kalır. Enlemlere bağlı şekilde, zemin sıcaklıkları 45°F (7°C) ile 75°F (21°C) arasında değişir. Bir mağara gibi, bu yer sıcaklığı kış aylarında üzerindeki havadan daha sıcak ve yazın havadan daha soğuktur. GHP, bir toprak ısı eşanjörü aracılığı ile toprakla ısı alışverişi yaparak yüksek verimli hale gelmek için bu çok daha uygun sıcaklıklardan yararlanır.

Herhangi bir ısı pompasında olduğu gibi, jeotermal ve su kaynaklı ısı pompaları da ısıtabilir, soğutabilir ve eğer var ise, evi sıcak suyla 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 pompası ile birleştirir. Bu cihazlar, her iki sistemin de en iyisini birleştirir. Çift kaynaklı ısı pompaları, hava kaynaklı ünitelerden daha yüksek verimlilik derecelerine sahiptir, fakat jeotermal üniteler kadar verimli değildir. Çift kaynaklı sistemlerin en temel avantajı, tek bir jeotermal üniteye göre kurulum maliyetinin çok daha düşük olması ve nerdeyse aynı şekilde çalışmasıdır.

Bir jeotermal sistemin kurulum fiyatı, aynı ısıtma ve soğutma kapasitesine sahip bir hava kaynaklı sistemin kurulum fiyatının birkaç katı olsa da, enerji maliyeti ve Bölgenizdeki mevcut teşvikler. Sistem ömrünün iç bileşenler için 24 yıla kadar ve toprak döngüsü için 50+ yıl olduğu tahmin edilmektedir. ABD Birleşik Devletleri'nde her sene 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. İklim, toprak şartları, mevcut arazi ve yerel kurulum maliyetleri gibi çeşitli faktörler, saha için hangisinin en iyi olduğunu belirler. Bu yaklaşımların tümü, konut ve ticari bina uygulamaları için kullanılabilir.

Kapalı Döngü Sistemleri
Çoğu kapalı döngü jeotermal ısı pompası, bir antifriz solüsyonunu, toprağa gömülü ya da suya batırılmış, genelde yüksek yoğunluklu plastik tip bir borudan yapılmış kapalı bir döngü boyunca dolaştırır. Bir ısı eşanjörü, ısı pompasındaki soğutucu akışkan ile kapalı devredeki antifriz çözeltisi arasında ısıyı aktarır.

Doğrudan değişim adı verilen bir tür kapalı devre sistem, bir ısı eşanjörü kullanmaz ve bunun yerine soğutucuyu yatay ya da dikey bir konfigürasyonda toprağa gömülü bakır boru yolu ile pompalar. Doğrudan değişim sistemleri daha çok büyük bir kompresör gerektirir ve en iyi biçimde nemli topraklarda çalışır (kimi zaman toprağı nemli tutmak için ek sulama gerektirir), fakat bakır boruları aşındırıcı topraklara kurmaktan kaçınmalısınız. Bu sistemler soğutucuyu zeminde dolaştırdığından, yerel çevre düzenlemeleri bazı yerlerde kullanımlarını yasaklayabilir.

Yatay
Bu kurulum türü, özellikle yeterli arazinin mevcut olduğu yeni inşaatlar için konut kurulumları için genelde en ideal maliyetlidir. En az dört fit derinliğinde hendekler gerektirir. En yaygın yerleşim düzenleri, biri altı fitte ve diğeri dört fitte gömülü iki boru ya da iki fit genişliğinde bir hendekte zeminde beş fitte yan yen temel yerleştirilmiş iki boru kullanır. Slinky™ boru döngüleme yöntemi, daha kısa bir hendekte daha fazla boruya izin verir, bu da kurulum maliyetlerini düşürür ve alışılmış yatay uygulamalarda olmayan alanlarda yatay montajı mümkün kılar.

Dikey
Büyük ticari binalar ve okullar, yatay döngüler için gerekli arazi alanı engelleyici olacağından, genelde 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 dört inç çapında) yaklaşık 20 fit aralıklarla ve 100 ila 400 fit derinliğinde delinir. Altta bir U-büküm ile bir ilmek oluşturacak biçimde bağlen temeln iki boru, deliğe sokulur ve performansı artırmak için derzlenir. Dikey döngüler yatay boru (yani manifold) ile bağlanır, hendeklere yerleştirilir ve binadaki ısı pompasına bağlanır.

Gölet/Göl
Site yeterli su kütlesine sahipse, bu en uygun maliyetli seçenek olabilir. Binadan suya bir besleme hattı borusu yer altından geçirilir ve donmayı engellemek için yüzeyin en az sekiz fit altında daireler halinde sarılır. Bobinler sadece minimum hacim, derinlik ve kalite gereksinimlerini karşılayan bir su kaynağına yerleştirilmelidir.

Açık Döngü Sistemi
Bu tip sistem, direk olarak GHP sisteminde dolaşan ısı değişim sıvısı olarak kuyu ya da yüzey suyu kullanır. Sistemde dolaştıktan sonra su, kuyu, doldurma kuyusu ya da yüzey deşarjı yolu ile toprağa geri döner. Bu seçenek, sadece 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 ya da bir jeotermal kaynağın dış hava ile bir kombinasyonu (yani bir soğutma kulesi), diğer bir teknoloji seçeneğidir. Hibrit yaklaşımlar, özellikle soğutma ihtiyaçlarının ısıtma ihtiyaçlarından büyük oranda daha büyük olduğu durumlarda etkilidir. Yerel jeolojinin izin vermiş olduğu yerlerde, "duran sütun kuyusu" diğer bir seçenektir. Açık döngü sisteminin bu varyasyonunda, bir ya da daha fazla derin dikey kuyu açılır. Ayakta duran bir kolonun altından su çekilir ve yukarıya geri döndürülür. Pik ısıtma ve soğutma zamanlarında, 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.