Coisas ruins sobre bombas de calor geotérmicas

Sistema de malha fechada horizontal

As bombas de calor geotérmicas são uma das tecnologias verdes capazes de resolver o problema do aquecimento global, reduzindo as emissões de carbono. Mas, como a maioria das outras energias renováveis, essa fonte de energia apresenta seus próprios problemas. As pessoas que desejam usar essa tecnologia devem ter um bom conhecimento dela para evitar custos desnecessários e ajudar a prevenir quaisquer impactos ambientais negativos.



Bombas de calor geotérmicas

As bombas de calor geotérmicas (GHPs), também chamadas de geo-troca, funcionam trocando calor com o solo em profundidades abaixo de alguns pés, onde as temperaturas são aproximadamente constantes durante todo o ano.



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Energy.gov explica os tipos de GHPs usados ​​em residências e empresas.





  • O sistema de malha fechada tem três tipos dentro dele. Eles são horizontais, verticais e no solo. Eles usam água misturada a um anticongelante que circula em canos fechados para trocar calor com o solo ou com a água. Um trocador de calor acima do solo transfere calor entre seus refrigerantes e a solução anticongelante nos circuitos fechados.
  • Os sistemas de troca direta de calor usam refrigerantes diretamente nos circuitos fechados subterrâneos para trocar calor e não têm o trocador de calor intermediário.
  • Os sistemas de circuito aberto retiram água continuamente de fontes externas, como poços ou lagos, para a troca de calor e a devolvem como descarga.

Um relatório da Oregon University (p. 6) na Conferência Geotérmica Mundial em 2015, estima-se que existam 1,4 milhões de GHPs nos EUA, desses 90% são sistemas de malha fechada e apenas 10% são sistemas de malha aberta.

Problemas Genéricos

Embora existam vários prós nas bombas de calor geotérmicas, também há muitos contras. Alguns são genéricos e outros são problemas específicos do sistema.



Custo inicial

Todos concordam que o custo de instalação inicial de um GHP é alto, e difícil de calcular , pois depende do tamanho da casa / edifício, da bomba, do solo, do clima e do campo circular. Um empreiteiro experiente é importante para garantir uma instalação bem-sucedida.

Estimativas de empresas privadas Casas de energia para uma casa de 2.500 pés quadrados, mostre que um sistema de loop vertical de 6 toneladas custa $ 34.000, um loop horizontal de 5 toneladas para aquecimento e resfriamento radiante custa $ 29.500 e um loop horizontal de 5 toneladas combinado com aquecimento solar custa $ 47.500.



Casas de energia analisa a questão do custo , dizendo, 'Isso é cerca do dobro do custo de um sistema convencional de aquecimento, resfriamento e água quente, mas os sistemas de aquecimento / resfriamento geotérmico podem reduzir as contas de serviços públicos em 40% a 60%.'



Falta de profissionais qualificados

A tecnologia GHP é complexa e requer conhecimento de vários aspectos. O Union Of Concerned Scientists observa que muitos instaladores de aquecimento e resfriamento 'não estão familiarizados com a tecnologia', o que, por sua vez, dificulta sua difusão e manutenção. Também é difícil encontrar empreiteiros qualificados capazes de instalar sistemas GHP em certas regiões do país, aumentando ainda mais o custo de um sistema de aquecimento geotérmico.

Não é um projeto DIY

O Departamento de Energia dos EUA desencoraja o tratamento do GHP como um projeto DIY. Esta tecnologia requer know-how especializado em muitas áreas. Decidir o sistema mais adequado para uma casa ou empresa, é necessário um exame completo de fatores como geologia, hidrologia, disponibilidade de terreno, requisitos de aquecimento e resfriamento e outros dispositivos de economia de energia importantes na casa. Não é possível para todos calcular o tamanho ideal do campo do loop ou da bomba necessária para obter o máximo deste sistema.

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Uso de eletricidade

A eletricidade é necessária para fazer funcionar o compressor de calor em sistemas de circuito fechado e para bombear água durante todo o ano em sistemas de circuito aberto, portanto, um GHP é não completamente neutro em carbono.

Problemas de sistema de loop fechado

Sistema de malha fechada vertical

Os sistemas de malha fechada compartilham desvantagens comuns, como impacto dos solos na eficiência e presença de anticongelante. Problemas de loop relacionadas à orientação horizontal ou vertical também estão presentes, assim como as preocupações com sistemas de troca direta de calor e sistemas de lagoas.

Tipos de solo

Aquecer armazenamento e transferência é melhor em solos pesados, como argila ou rocha. Solos arenosos não podem armazenar ou transferir muito calor, portanto, campos de loop maiores são necessários. A diminuição da umidade do solo abaixo de '12,5% tem um impacto devastador no desempenho dos estados das bombas de calor um estudo de 2014 publicado na Energies (p. 3), enquanto o aumento da umidade do solo acima de 25% melhora a transferência de calor. Portanto, os solos secos não são adequados, especialmente em sistemas de troca direta de calor.

Anticongelante

Os sistemas de circuito fechado usam água com um anticongelante para a troca de calor. Modelos mais antigos usados metanol que evapora rapidamente e é tóxico para pessoas e animais, por isso agora é proibido em muitas partes dos EUA. O etanol não é tão tóxico quanto o metanol, mas é caro. Preocupa-se que Etilenoglicol poderia vazar e contaminar as fontes de água subterrânea fez com que esse tipo de anticongelante também fosse proibido para uso em sistemas geotérmicos em muitos estados. Salmoura (cloreto de cálcio) é uma boa opção, porém é corrosivo, por isso necessita de tubos de cuproníquel. O propilenoglicol não tem efeitos adversos nas pessoas ou no meio ambiente.

Enquanto a água misturada com o anticongelante estiver circulando nos circuitos fechados, não haverá influência ambiental. No entanto, mesmo pequenos vazamentos podem ser perigosos, por isso é melhor usar os anticongelantes do tipo salmoura ou propilenoglicol.

Sistema Horizontal

O Boletim Técnico de Notícias descobre que o sistema horizontal requer 1.500-3.000 pés quadrados de terra para cada tonelada de aquecimento ou resfriamento.

  • Grande área necessária - Este terreno é posteriormente adequado apenas para jardinagem, mas não para qualquer ampliação da casa ou outra construção civil. Esses sistemas não são adequados para retrofit, pois pode não haver espaço suficiente disponível.
  • Diferenças de temperatura - Em profundidades rasas de 3 a 6 pés, podem haver diferenças de temperatura devido à estação, profundidade de soterramento e chuva afetando a eficiência, embora limitar a profundidade reduza o custo de escavação do solo, que é a parte mais cara da instalação de um circuito fechado sistema.
  • Problemas de solo - Solos rochosos ou rasos não são adequados para esses sistemas, caso em que sistemas verticais são necessários.

Sistema Vertical

Este é o sistema mais eficiente, já que os loops em forma de U vão de 150 a 450 pés de profundidade no solo, observa o Boletim de Notícias Técnicas. Outros problemas incluem:

  • Despesa - Os loops em forma de U e sua profundidade os tornam os mais caros de todos os sistemas GHS.
  • Instalação qualificada e equipamento necessário - Além disso, a perfuração a essas profundidades exige perfuradores qualificados e equipamentos especiais que não estão disponíveis em todos os lugares.

Sistema de troca direta de calor (DX)

O DX usa tubos de cobre cheios de refrigerantes enterrados 4 a 6 pés abaixo do solo. Este sistema é o mais antigo de todos os modelos GHP e tem o maior impacto ambiental.

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  • A corrosão de tubos de cobre é comum em solos ácidos, então DX não é adequado para esses solos, explica um membro da Fórum Geo Exchange . Para evitar isso, amostras de solo devem ser coletadas na profundidade em que serão instaladas para verificação de altas concentrações de ácidos, cloretos, sulfuretos de hidrogênio, sulfatos ou amônia, tornando cara a etapa de planejamento. O cobre é usado em vez do PVC, pois é um melhor condutor de calor.
  • Os refrigerantes são o principal problema ambiental do DX. Mesmo pequenas rachaduras podem liberá-los, levando ao aquecimento global. Modelos anteriores usavam clorofluorcarbonos (CFCs) e hidroclorofluorons (HCFCs). O Protocolo de Montreal proibiu seu uso, pois danificavam a camada de ozônio. Seus substitutos, os fluorcarbonos (FCs) e os hidrofluorcarbonos (HFCs), podem causar o aquecimento global e são proibidos pela Convenção do Protocolo de Kyoto sobre Mudanças Climáticas. Em 2016, o Agência de Proteção Ambiental (EPA) emitiu recomendações com o objetivo de eliminar esses produtos químicos e os listou como inaceitáveis. EPA também não recomenda R410A o mais recente refrigerante popular, pois também causa emissões de gases de efeito estufa.
  • Os especialistas em Green Building afirmam que é ilegal derramar os refrigerantes poluentes intencionalmente ou por acidente.

Em 2001, cientistas da Oregon University (p. 2) declarou os sistemas DX um risco ambiental e não os recomendou. É proibido em algumas partes dos EUA, devido a restrições ambientais locais, de acordo com Energy.gov.

Sistemas de circuito fechado de lagoa

Os sistemas de circuito fechado também podem usar corpos d'água para trocar calor. No entanto, eles também apresentam alguns problemas.

  • Águas rasas apresentam variações nas temperaturas, e há chances de que encanamentos sejam danificados em mananciais públicos, de acordo com o Boletim Técnico.
  • Apenas lagoas que têm uma profundidade mínima necessária e quantidade de água são úteis de acordo com Energy.gov. Você precisará encontrar um local de construção com as condições certas para utilizar esta opção.

Preocupações com o sistema de loop aberto

Sistema de Loop Aberto

Os sistemas abertos retiram água de um poço ou de águas rasas, como lagos e lagoas. Conforme observado, eles não são usados ​​com tanta frequência nos EUA, mas as pessoas ainda devem estar cientes de suas desvantagens potenciais.

  • O fluxo inadequado de água pode ocorrer se o poço cavado para o loop não for profundo o suficiente, ou devido a retiradas excessivas do aquífero, de acordo com um Programa de Energia da Washington State University estudo (p. 5). Filtros de obstrução de sedimentação na ausência de água suficiente. A Geotérmica de Idaho O relatório observou que a demanda sazonal para usos alternativos, como sprinklers no verão, pode afetar as quantidades de água disponíveis para a bomba de calor.
  • Qualidade da água não é o mesmo em todos os lugares e durante todo o ano. Os detritos nos lagos são um problema. Descamação devido a depósitos de calcário de água pesada precisa de tratamento com produtos químicos para remoção.
  • O crescimento biológico, em particular as bactérias, é difícil de remover uma vez estabelecido sem o uso de produtos químicos, de acordo com o Washington State University Energy Program (p. 5).
  • O Relatório Geotérmico de Idaho aconselha encontrar um local adequado para descarga antes de instalar o sistema de água subterrânea em circuito aberto. Solos arenosos podem facilmente absorver a descarga, mas se o solo for duro, uma broca adicional para descarga pode dobrar o custo de perfuração, tornando-o tão caro quanto um sistema de circuito fechado. Quando a água é retirada dos lagos, a descarga é realimentada.
  • Todas as restrições locais relacionadas à descarga também devem ser atendidas de acordo com Energy.gov.
  • Os custos operacionais são altos, de acordo com o estudo do Programa de Energia da Universidade do Estado de Washington (p. 5), já que as bombas precisam funcionar o ano todo para fazer entrar e sair água do sistema. Sua manutenção também é um grande problema.
  • No caso de poços, devem ser consideradas as restrições ambientais e hídricas locais, visto que a disponibilidade de água pode ser limitada conforme Boletim Técnico de Notícias.
  • Poços de coluna em pé que bombeiam água de um aquífero podem abaixe o lençol freático.

Existe um lado bom?

Embora possa parecer que as bombas de calor geotérmicas são difíceis e caras, o sistema tem muitas vantagens. Governos e organizações ambientais sem fins lucrativos, como Paz verde e a Union of Concerned Scientists promove a energia geotérmica. Como o desempenho das bombas de calor geotérmicas está interligado a muitos fatores ambientais, não é uma tecnologia plug and play. Ao considerar um sistema geotérmico, a análise de detalhes individuais dos edifícios e da área para escolher o sistema certo, juntamente com o planejamento e instalação adequados, são passos necessários para aproveitar o melhor desta tecnologia.