Schlechte Dinge über Erdwärmepumpen

Erdwärmepumpen sind eine der grünen Technologien, die das Problem der globalen Erwärmung durch Reduzierung der CO2-Emissionen lösen können. Aber wie die meisten anderen erneuerbaren Energien bringt diese Energiequelle ihre eigenen Probleme mit sich. Menschen, die diese Technologie nutzen möchten, sollten sie gut verstehen, um unnötige Kosten zu vermeiden und negative Auswirkungen auf die Umwelt zu vermeiden.

Erdwärmepumpen

Geothermische Wärmepumpen (GHPs), auch Geo-Austausch genannt, arbeiten durch den Austausch von Wärme mit dem Boden in Tiefen von weniger als wenigen Metern, wo die Temperaturen das ganze Jahr über ungefähr konstant sind.

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Energie.gov erklärt die Arten von GHPs, die in Haushalten und Unternehmen verwendet werden.

• Das Closed-Loop-System hat drei Typen darin. Sie sind horizontal, vertikal und geschliffen. Sie verwenden Wasser gemischt mit einem Frostschutzmittel, das in geschlossenen Rohren zirkuliert, um Wärme mit dem Boden oder Wasser auszutauschen. Ein oberirdischer Wärmetauscher überträgt in geschlossenen Kreisläufen Wärme zwischen seinen Kältemitteln und der Frostschutzlösung.
• Direktwärmetauschersysteme verwenden Kältemittel direkt in den unterirdischen geschlossenen Kreisläufen, um Wärme auszutauschen, und haben keinen Zwischenwärmetauscher.
• Systeme mit offenem Kreislauf ziehen kontinuierlich Wasser aus externen Quellen wie Brunnen oder Seen zum Wärmeaustausch und führen es als Abfluss zurück.

Ein Bericht der Oregon University (S. 6) auf der Weltgeothermiekonferenz im Jahr 2015 schätzt, dass es in den USA 1,4 Millionen GHPs gibt, davon 90 % geschlossene Kreislaufsysteme und nur 10 % offene Kreislaufsysteme.

Allgemeine Probleme

Geothermische Wärmepumpen haben zwar mehrere Vorteile, aber auch viele Nachteile. Einige sind generisch und andere sind systemspezifische Probleme.

Anschaffungskosten

Alle sind sich einig, dass die anfänglichen Installationskosten eines GHP hoch sind, und schwer zu berechnen , da es von der Größe des Hauses/Gebäudes, der Pumpe, dem Boden, dem Klima und dem Schleifenfeld abhängt. Ein erfahrener Auftragnehmer ist wichtig, um eine erfolgreiche Installation zu gewährleisten.

Schätzungen von Privatunternehmen Energiehäuser für ein 2500 Quadratmeter großes Haus zeigen, dass ein 6-Tonnen-Vertikalschleifensystem 34.000 US-Dollar kostet, ein 5-Tonnen-Horizontalkreislauf für Strahlungsheizung und -kühlung 29.500 US-Dollar und ein 5-Tonnen-Horizontalkreislauf in Kombination mit Solarheizung 47.500 US-Dollar kostet.

Energiehäuser bricht die Kostenfrage auf , sagte: 'Das sind ungefähr doppelt so teuer wie ein herkömmliches Heiz-, Kühl- und Warmwassersystem, aber geothermische Heiz-/Kühlsysteme können die Stromrechnungen um 40 bis 60 % senken.'

Mangel an qualifizierten Fachkräften

Die GHP-Technologie ist komplex und erfordert Kenntnisse in verschiedenen Aspekten. Das Vereinigung besorgter Wissenschaftler stellt fest, dass viele Heizungs- und Kälteinstallateure mit der Technologie nicht vertraut sind, was wiederum deren Verbreitung und Wartung behindert. In bestimmten Regionen des Landes ist es auch schwierig, qualifizierte Auftragnehmer zu finden, die GHP-Systeme installieren können, was die Kosten einer Erdwärmeheizung zusätzlich erhöht.

Kein DIY-Projekt

Das US-Energieministerium rät davon ab, GHP als DIY-Projekt zu handhaben. Diese Technologie erfordert in vielen Bereichen spezielles Know-how. Zu entscheiden das am besten geeignete System für ein haus oder ein geschäft ist eine gründliche untersuchung von faktoren wie geologie, hydrologie, flächenverfügbarkeit, heiz- und kühlbedarf und anderen wichtigen energiespareinrichtungen im haus erforderlich. Es ist nicht jedem möglich, die optimale Größe des Schleifenfelds oder der Pumpe zu berechnen, die benötigt wird, um das Beste aus diesem System herauszuholen.

Stromverbrauch

Strom wird benötigt, um den Wärmekompressor in geschlossenen Kreislaufsystemen zu betreiben und um das ganze Jahr über in offenen Kreislaufsystemen Wasser zu pumpen, daher ist ein GHP nicht ganz klimaneutral.

Probleme mit geschlossenen Regelkreisen

Die Systeme mit geschlossenem Kreislauf haben gemeinsame Nachteile wie den Einfluss von Schmutz auf die Effizienz und das Vorhandensein von Frostschutzmitteln. Schleifenprobleme in Bezug auf die horizontale oder vertikale Ausrichtung sind ebenso vorhanden wie Bedenken bei Systemen mit direktem Wärmeaustausch und Teichsystemen.

Bodenarten

Hitze Lagerung und Übertragung ist am besten in schweren Böden wie Ton oder Fels. Sandige Böden können nicht viel Wärme speichern oder übertragen, daher sind größere Schleifenfelder erforderlich. Eine Abnahme der Bodenfeuchtigkeit unter 12,5% hat verheerende Auswirkungen auf die Leistung von Wärmepumpen-Zustände eine 2014 in Energies veröffentlichte Studie (S. 3), während eine Erhöhung der Bodenfeuchtigkeit über 25 % die Wärmeübertragung verbessert. Trockene Böden sind daher insbesondere in direkten Wärmeaustauschsystemen nicht geeignet.

Frostschutzmittel

Die Systeme mit geschlossenem Kreislauf verwenden Wasser mit einem Frostschutzmittel für den Wärmeaustausch. Ältere Modelle verwendet Methanol das schnell verdunstet und für Menschen und Tiere giftig ist, daher ist es heute in vielen Teilen der USA verboten. Ethanol ist nicht so giftig wie Methanol, aber teuer. Bedenken, dass Ethylenglykol auslaufen und Grundwasserquellen kontaminieren könnten, hat dazu geführt, dass diese Art von Frostschutzmitteln in vielen Bundesstaaten auch für den Einsatz in geothermischen Systemen verboten ist. Sole (Calciumchlorid) ist eine gute Option, ist jedoch korrosiv und benötigt Kupfer-Nickel-Rohre. Propylenglykol hat keine negativen Auswirkungen auf Mensch oder Umwelt.

Solange das mit dem Frostschutzmittel vermischte Wasser in den geschlossenen Kreisläufen zirkuliert, gibt es keine Umwelteinflüsse. Allerdings können selbst kleine Lecks gefährlich sein, daher ist es am besten, bei Frostschutzmitteln mit Sole oder Propylenglykol zu bleiben.

Horizontales System

Das Technische Nachrichten-Bulletin stellt fest, dass das Horizontal-System 1.500 bis 3.000 Quadratfuß Land für jede Tonne Heizen oder Kühlen benötigt.

Große Fläche notwendig - Dieses Grundstück ist später nur noch für den Gartenbau geeignet, nicht aber für eine Erweiterung des Hauses oder sonstiger Hochbau. Diese Systeme sind nicht zum Nachrüsten geeignet, da eventuell nicht genügend Platz zur Verfügung steht. Temperaturunterschiede - In geringen Tiefen von 3 bis 6 Fuß können Temperaturunterschiede aufgrund der Jahreszeit, der Verschüttungstiefe und des Niederschlags die Effizienz beeinträchtigen, obwohl die Begrenzung der Tiefe die Kosten für den Bodenaushub senkt, der den teuersten Teil der Installation eines geschlossenen Kreislaufs darstellt System. Bodenprobleme - Felsige oder flache Böden sind für diese Systeme nicht geeignet, in diesem Fall sind vertikale Systeme erforderlich.

Vertikales System

Dies ist das effizienteste System, da die U-förmigen Schleifen 150-450 Fuß tief in den Boden reichen, stellt das Technical News Bulletin fest. Weitere Themen sind:

Aufwand - Die U-förmigen Schlaufen und ihre Tiefe machen sie zum teuersten aller GHS-Systeme. Fachkundige Installation und Ausrüstung erforderlich - Darüber hinaus erfordert das Bohren in diese Tiefen erfahrene Bohrer und spezielle Ausrüstung, die nicht überall verfügbar ist.

Direktes Wärmeaustauschsystem (DX)

Der DX verwendet Kupferrohre, die mit Kältemitteln gefüllt sind, die 4 bis 6 Fuß unter der Erde vergraben sind. Dieses System ist das älteste aller GHP-Modelle und hat die größte Umweltbelastung.

• Korrosion von Kupferrohren ist in sauren Böden üblich, daher ist DX für diese Böden nicht geeignet, erklärt ein Mitglied von Geo-Austauschforum . Um dies zu verhindern, müssen Bodenproben in der Tiefe, in der sie eingebaut werden, auf hohe Konzentrationen von Säuren, Chloriden, Schwefelwasserstoffen, Sulfaten oder Ammoniak entnommen werden, was die Planung teuer macht. Kupfer wird anstelle von PVC verwendet, da es ein besserer Wärmeleiter ist.
• Kältemittel sind das größte Umweltproblem bei DX. Selbst kleine Risse könnten sie freisetzen und zur globalen Erwärmung führen. Frühere Modelle verwendeten Fluorchlorkohlenwasserstoffe (FCKW) und Fluorchlorkohlenwasserstoffe (HCFC). Das Montreal-Protokoll hat ihre Verwendung verboten, da sie die Ozonschicht beschädigt haben. Ihre Ersatzstoffe Fluorkohlenwasserstoffe (FC) und teilhalogenierte Fluorkohlenwasserstoffe (HFKW) können die globale Erwärmung verursachen und sind durch das Kyoto-Protokoll über Klimaänderungen verboten. Im Jahr 2016 wurde die Umweltschutzbehörde (EPA) gab Empfehlungen zur schrittweisen Abschaffung dieser Chemikalien heraus und listete sie als inakzeptabel auf. EPA empfiehlt auch nicht R410A das neueste beliebte Kältemittel, da es auch Treibhausgasemissionen verursacht.
• Green Building-Experten sagen, dass es illegal ist, die umweltschädlichen Kältemittel absichtlich oder versehentlich zu verschütten.

In 2001, Wissenschaftler der Oregon University (S. 2) haben DX-Systeme als Umweltrisiko eingestuft und nicht empfohlen. Laut Energy.gov ist es in einigen Teilen der USA aufgrund lokaler Umweltbeschränkungen verboten.

Teichsysteme mit geschlossenem Kreislauf

Geschlossene Kreislaufsysteme können auch Wasserkörper zum Wärmeaustausch nutzen. Diese haben jedoch auch einige Probleme.

• Flaches Wasser weist Temperaturschwankungen auf, und laut Technical News Bulletin besteht die Möglichkeit, dass Rohrleitungen in öffentlichen Wasserquellen beschädigt werden.
• Nur Teiche mit einer erforderlichen Mindesttiefe und Wassermenge sind laut Energy.gov sinnvoll. Sie müssen einen Bauplatz mit genau den richtigen Bedingungen finden, um diese Option zu nutzen.

Bedenken bezüglich des Open-Loop-Systems

Offene Systeme schöpfen Wasser aus einem Brunnen oder seichten Gewässern wie Seen und Teichen. Wie bereits erwähnt, werden sie in den USA nicht so häufig verwendet, aber die Menschen sollten sich ihrer potenziellen Nachteile bewusst sein.

• Ein unzureichender Wasserfluss kann auftreten, wenn der für die Schleife gegrabene Brunnen nicht tief genug ist oder aufgrund von übermäßigen Entnahmen aus dem Grundwasserleiter, gemäß a Energieprogramm der Washington State University studieren (S. 5). Sedimentation verstopft Filter, wenn nicht genügend Wasser vorhanden ist. Ein Idaho Geothermie Der Bericht stellte fest, dass sich die saisonale Nachfrage nach alternativen Nutzungen wie Sprinklern im Sommer auf die für die Wärmepumpe verfügbaren Wassermengen auswirken kann.
• Wasserqualität ist nicht überall und das ganze Jahr über gleich. Schmutz in Seen ist ein Problem. Kalkablagerungen durch schweres Wasser erfordern eine Behandlung mit Chemikalien zur Entfernung.
• Nach Angaben des Energieprogramms der Washington State University (S. 5) sind biologisches Wachstum, insbesondere Bakterien, ohne den Einsatz von Chemikalien schwer zu entfernen.
• Der Idaho Geothermal Report empfiehlt, vor der Installation des offenen Grundwassersystems einen geeigneten Standort für die Einleitung zu finden. Sandige Böden können leicht Abfluss absorbieren, aber wenn der Boden hart ist, kann ein zusätzlicher Bohrer für den Abfluss die Bohrkosten verdoppeln und es so teuer wie ein geschlossenes Kreislaufsystem machen. Bei der Wasserentnahme aus Seen wird der Abfluss dorthin zurückgeführt.
• Alle lokalen Beschränkungen bezüglich der Einleitung müssen laut Energy.gov ebenfalls eingehalten werden.
• Die Betriebskosten sind laut der Studie des Washington State University Energy Program (S. 5) hoch, da die Pumpen das ganze Jahr über laufen müssen, um Wasser in das System ein- und auszuleiten. Auch ihre Pflege ist ein großes Thema.
• Bei Brunnen müssen lokale Umwelt- und Wasserbeschränkungen berücksichtigt werden, da das verfügbare Wasser laut Technical News Bulletin möglicherweise begrenzt ist.
• Stehende Säulenbrunnen, die Wasser aus einem Grundwasserleiter pumpen den Wasserspiegel senken.

Gibt es eine helle Seite?

Obwohl es den Anschein hat, dass Erdwärmepumpen schwierig und kostspielig sind, bietet das System viele Vorteile. Regierungen und gemeinnützige Umweltorganisationen wie Greenpeace und Union of Concerned Scientists fördern die Geothermie. Da die Leistung von Erdwärmepumpen mit vielen Umweltfaktoren verknüpft ist, handelt es sich nicht um eine Plug-and-Play-Technologie. Bei der Betrachtung eines geothermischen Systems sind die Analyse einzelner Gebäudedetails und des Gebiets zur Auswahl des richtigen Systems sowie die richtige Planung und Installation notwendige Schritte, um das Beste aus dieser Technologie zu genießen.