כמו אוכלוסיות עירוניות swell ומטרות אקלים להדק, שילוב אנרגיה מתחדשת בעיצוב הבניין הפך הכרחי ולא שאיפה.בין הטכנולוגיות היעילות ביותר להשגת ביצועים גבוהים, בניינים בעלי אזרחות נמוכה היא משאבת חום גיאותרמית (GHP) בניגוד משאבות חום שמקורן האוויר, אשר נאבקים בטמפרטורות קיצוניות, GHPs לנצל את המסה היציבה של כדור הארץ כדי לספק חימום יעיל וקירור לשנה עבור סביבות צפופה - שבו הם מחפשים את היתרונות של אנרגיה מתקדמת, בעוד שבסיסית כוח אמיתי, בעוד שמהווה את הצמיחה של הטכנולוגיה מתקדמת, בעוד שבסיסית כוח המשיכה לפתח את הצמיחה של הטכנולוגיה של סביבת העבודה שלה.

מה הם משאבות חום גאוותרמיות?

משאבות חום גאוותרמאליות, הידועות גם כמשאבות חום של קוד-קרקע, עבודה על ידי העברת חום בין בניין לבין הקרקע.הארץ שומרת טמפרטורה כמעט קבועה - באופן חד-משמעי בין 45 מעלות צלזיוס ל-75 מעלות צלזיוס בהתאם לקווי הרוח - רק כמה מטרים מתחת לפני השטח. בחורף, GHP שואב חום מן הקרקע ומתמקדת אותו לתוך הבניין; בקיץ, הופך את התהליך, מושך יותר חום ומושך אותו ממזג אוויר חם או מחשמל חזק יותר מאשר חימום.

רכיבי הליבה כוללים לולאה קרקעית (רשת קבורה של צינורות מלא מים או אנטי-קפאה), יחידת משאבת חום (הכניסה בתוך הבניין), מערכת הפצה (כגון רצפות קורנות או אוויר מאולץ) את הלולאה הקרקע ניתן להתקין אנכית במשמטורות -ide for Urban sites with a Limited קרקע - או אופקית במשכות חלל שבו ניתן להשתמש במים ישירות, אך סגורות יותר לסיבוכים משותפים.

יעילות נמדדת על ידי יעילות הביצועים (COP) עבור חימום ואת יחס יעילות האנרגיה (EER) עבור קירור. GHPs מודרני להשיג באופן שגרתי COPs של 3.5 עד 5.0, כלומר הם מספקים 3.5 עד 5 יחידות חום עבור כל יחידת חשמל נצרך.זה שיפור דרמטי על פני חימום התנגדות חשמלית קונבנציונלי (COP של 1.0) ואפילו גזים בעלי יעילות גבוהה (בדרך כלל 0.2, לעומת 0S) לעומת 25% של מערכות אנרגיה מסורתיות.

היתרונות של משאבות חום גאוותרמית באזורים עירוניים

היתרונות של GHPs הם מוגדלים בהגדרות עירוניות שבו מבנים פועלים סביב השנה וקיימות המנדטים לגדול נוקשה יותר.למטה הם היתרונות העיקריים, נחקרו לעומק.

אנרגיה יעילה ואפקט גריידי

מבנים עירוניים מהווים נתח משמעותי של הביקוש לחשמל, במיוחד במהלך שיאי הקיץ המונעים על ידי מיזוג אוויר. GHPs לשנות את העומס הזה: הם משתמשים בקרקע כשקע חום, צמצום הביקוש החשמלי לשיא ב-30% בהשוואה לשיטות קונבנציונליות. כי הם נעים חום ולא מייצרים אותו, GHPs צורכים הרבה פחות חשמל ליחידת פלט תרמי.

חיתוך טביעת רגל פחמן ואי חום עירוני מigation

GHPs לא לייצר בעירה באתר, כלומר אפס פליטות פחמן ישירות מהתחממות וקירור.כאשר בשילוב עם רשת חשמל נקייה, פליטות מחזור החיים שלהם גישה אפס.יתר, על ידי דחיית חום לתוך הקרקע במקום האוויר, GHPs לעזור להפחית את אפקט האי החום העירוני - תופעות שבהן ערים הן כמה מעלות חם יותר מאשר אזורים כפריים סביב מזג אווירי ארונות אוויר לתוך הרחוב, להחמיר את הטמפרטורות המקומיות; F3, 000 זה יכול להפחית את הפחתת פעילות גופנית 1 ליטרים של 1 ליטרים של 1F.

חיסכון בעלויות וכלכלה במחזור החיים

עלויות ההתקנה הראשוניות עבור GHPs גבוהות יותר ממערכות קונבנציונליות - באופן חד -10,000 $ עד $ 30,000 עבור בית משפחתי יחיד, ובאופן משמעותי יותר עבור פרויקטים מסחריים גדולים.עם זאת, חיסכון תפעולי לטווח ארוך הם משמעותיים.לאה הקרקע יש תוחלת חיים של 50 + $ בונוסים, ואת יחידת משאבת חום מקורה נמשך 20-25 שנים, בדומה להשקעות מסורתיות עם חשבונות אנרגיה נמוכים יותר, תקופת תשלום פשוטה עבור מגוון רחב של 5 שנים של שירות עבור GH) נמוך יותר של 12 נקודות זכות נמוכה יותר של 12.

יעילות חלל ויתרונות אסתטיים

אדמה עירונית נמצאת בקרן, ומרחב גג לעתים קרובות הולך לחדרים מכניים או פאנלים סולאריים. GHPs לחסל את הצורך ביחידות מתכנסות בחוץ, שחרור גגות למרחבים ירוקים, מערך פוטו-וולטאי, או מתקני נוסעים.הלאה הקרקעית קבורת לחלוטין, בלתי נראית לאחר ההתקנה.עבור רטרופית, נמטוצות אנכיות דורשות רק טביעת רגל קטנה - באופן 6 אינץ' לכל חור בקוטר - אשר יכול להיות מסוגל אפילו שטח צפוף זה, אפילו חזק.

שיקולים לאינטגרציה עירונית

בעוד GHPs מציעים הטבות ברורות, שילובם לתוך מבנים עירוניים דורש תכנון טכני ורגולטורי זהיר.התתת הבאה מתארת גורמים קריטיים להצלחה.

הערכה באתר ואנליזה גיאוטכנית

לפני לציין GHP, מהנדסים חייבים להעריך תנאים תת-קרקעיים.סוג Soil, מוליכות תרמית, עומק מים קרקעיים וגאולוגיה כל השפעה על שיעורי העברת חום. בערים צפופות, נמטוצות עשויים להיות ממקדמים באמצעות מילוי, חימר, או סלע, כל שלב המשפיע ותרגול זמן.התגובה תרמית (TRTs) נערכים לעתים קרובות כדי למדוד התנהגות בפועל פרויקטים עירוניים, מודל תרמי של אספקת חום יכולה למנוע את הביצועים לטווח ארוך יותר.

סליחות ו Permitting

התקנות העירוניות GHP כפופות לרשת של תקנות מקומיות, מדינה ולאומיות. Permitting מכסה בדרך כלל קידוח (היתר הטוב), השימוש במים הקרקעיים (אם פותח-loop), ובניית תאימות קודים בערים רבות, נבות אנכיות סגורות חייבות לעמוד בסטנדרטים של הגנה על מים קרקעיים, וייתכן כי נדרשת ניתוק לשיבושים של סוכנויות הפעלה קפדניות.

ניהול חלל ואינטגרציה עם קיימות תשתיות

מבנים עירוניים לעתים קרובות יש שטח מרתף מוגבל עבור חדרים מכניים.GHP ציוד, כולל יחידת משאבת חום וטנקים חיץ, דורש בערך 15-20 מטרים רבועים לטון של יכולת.לקבוע ציוד זה במרתף, מוסכי חניה, או אפילו ארונות רטרופיט הוא בדרך כלל אפשרי, אבל תיאום עם שפע של מערכות אחסון מבנים וממ"מ (meical, חשמל, צנרת) מהנדסים קריטי לעתים קרובות, מבנים אנכיים, כולל שטח, כולל קירור, או הגבלות שטח, או קירור, כולל, 000, 000, או קירור, 000, 000, 000, חסומים, 000, 000, 000, 000, 000, 000, חסוכים, חסומים, חסומים ריקים) חייב, חסומים ריקים, 000 רגלים, חסוכים על ידי מחסנים שטח מבודדים, או קירור, או קירור, 000 רגלים, 000 רגלים, 000 רגלים, 000 רגלים, או סגורה על ידי מתקנים חמים, או סגורה על ידי מחסנים, 000 רגלים, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000 רגלים, 000, 000 רגלים, 000, 000, 000 רגל אחוריים, 000, 000, 000, 000,

שיתוף פעולה עם בעלי מניות

פרויקטים עירוניים מוצלחים GHP דורשים מוקדם, שיתוף פעולה מתמשך בין אדריכלים, מהנדסים מבניים, מומחי גיאוטכניים, ורשויות העירייה.אדריכלים חייבים להתאים מיקומים של עיצובים בסיסיים; מהנדסים מכניים בגודל משאבות חום עבור עומסי שיא; ומתכננים עירוניים עשויים לדרוש דיווח שנתי על ביצועי מערכת.מעורבות קהילתית היא גם ערך, שכן תושבים ועשרות נמלים עשויים להיות מודאגים לגבי קידוח רעש או תחזוקה ארוכת טווח.

השפעות כלכליות וסביבתיות ב- Scale

מעבר לבניינים בודדים, אימוץ GHP העירוני יוצר יתרונות כלכליים וסביבתיים עירוניים.מערכת GHP אזורית יכולה לשרת מבנים מרובים באמצעות לולאה קרקע משותפת, צמצום דרמטי בעלויות ההתקנה ושיפור המגוון העומס. בערים כמו שטוקהולם ופריז, רשתות גיאוותרמאל בקנה מידה גדול של אלפי בתים, תוך מינוף של אקוויפרים עמוקים או היווצרות סלעים.

השפעות סביבתיות מתרחבות מעבר להפחתה של פחמן.GHPs לא לצרוך מים למקרר (כמו מגדלי evaporative), הפחתת המתח על אספקת מים עירונית.הם גם מבטלים את הצורך בשיקום עם פוטנציאל התחממות עולמי גבוה (GWP) נפוץ בצריפים קונבנציונליים - למרות שאין זה שווה כי GHP קירור עדיין קיים אך סגורה, מכובשת, בנוסף לפירוק של יחידות קירור של שכונות איכות צפופה.

הערכות פחמן מחזור חיים מראות באופן עקבי כי GHPs לנטרל את כל מערכות HVAC האחרות לאורך תקופה של 30 שנים.אפילו חשבונאות עלות פחמן של קידוח וייצור צינורות, חיסכון תפעולי טיפ את האיזון בתוך 1-3 שנים.זה הופך את GHPs אסטרטגיה מרכזית עבור ערים עם מדיניות בנייה אגרסיבי אפס אפס, כגון החוק המקומי של ניו יורק 97, אשר מעניש פליטות ותגמולים יעילים.

מחקרים ודוגמאות

פרויקטים עירוניים רבים של GHP מפגינים את יכולתה של הטכנולוגיה על פני אקלים שונים וסוגי בנייה.

בסביבה הקרובה של Freiburg City Hall, גרמניה

האולם העירוני של פרייבורג הוא דוגמה הדגל של שילוב GHP העירוני.המבנה משתמש במערכת גיאותרמית עם 20 נבות, כל 110 מטר עמוק, לספק חימום וקירור.מתכנן לעמוד בסטנדרט Passivhaus, הבניין צורך פחות מ-15 קילו-וואט/מבורג מדי שנה לחימום - חלק ממבני פרויקט קוד-מינימיום.

One Bryant Park (בנק אוף אמריקה מגדל), ניו יורק

אחד בריאןט פארק, הושלם בשנת 2009, נשאר אחד משחקני השחקים היעילים ביותר בצפון אמריקה.מערכת GHP שלה כולל 44 נמטוצות אנכיות קידוח 1,300 רגל לתוך סלע, בשילוב עם אחסון קרח והתחדשות. משאבות החום לשרת את אזורי המטר של הבניין, בעוד צמח ההתחדשות מטפל בפרויקט הליבה.

מחוז ⁇ stafältet

בסטוקהולם, מחוז השימוש המעורב של ⁇ סט מסתמך על צמח גיאותרמאל מרכזי עם 200 נחורות, כל 300 מטר עמוק, לשרת 7,000 בתים ו-100,000 מ'2 של שטח מסחרי.המערכת נועדה לספק 90% מהחום של הקהילה ו-70% מהקירור שלה, עם גיבוי מחום.הפרויקט הראה ירידה של 40% לעומת בניית GHP הפרט, הודות למחויבות משותפת ל מאובנים של 2040 חופשיות.

אפשרויות לעתיד וחדשנות טכנולוגית

העשור הבא מבטיח התקדמות משמעותית שתהפוך את אימוץ GHP העירוני לנגיש יותר ויעיל יותר.

טכניקות עיבוד ומתקנים משופרות

קידוח רוטן ורקטי נשאר המרכיב הגבוה ביותר.חדשנות כגון קידוח סטורי, קידוח כיוון, ועבודות רובוטיות הן צמצום זמן ההתקנה ועלות. Sonic drills, למשל, יכול להיות נשא דרך רוק 30% מהר יותר מאשר שיטות רוטאריות מסורתיות.חברות גם לפתח מערכות לולאה קומפקטיות, מודולריות שניתן להתקין במשחת כלים קיימים, ובכך לחסל את הצורך בטכניקות נפרדות אלה למחסומים מתקדמים יותר.

סוללות ג'ותרמאל ו-Thermal Storage

אחסון אנרגיה תרמי עונתי (STES) - לעתים קרובות נקרא סוללות גיאותרמיות - מאפשר מבנים לאחסן חום קיץ באדמה לשימוש חורף, או חורף קר בקיץ. גישה זו מייעלת את האיזון התרמי של לולאה הקרקע, למנוע הידרדרות של יעילות לאורך זמן. בפרויקטים עירוניים גדולים, STES ניתן לצמד עם אספנים אנרגיה תרמית או פסולת ממרכזי נתונים כדי לטעון את לולאה הקרקע, להשיג טיהור נטו-אפס קירור ומחזור של מספר 1.

שילוב עם מערכות ניהול בנייה חכמות

בקרה מתקדמת וחיישנים IoT מאפשרים ניטור בזמן אמת של ביצועי GHP, טמפרטורות לולאה הקרקע וצריכת אנרגיה. אלגוריתמים חיזויים חיזויים של משאבת חום על בסיס תחזיות מזג אוויר ודפוסי דיקור, שיפור היעילות על ידי 10-15% נוספים. בערים חכמות, מערכות אלה יכולות להשתתף בתוכניות של אחריות הביקוש, לשפוך במהלך שיאים על ידי בניית מסה או אחסון אנרגיה תרמית.

מדיניות ומגמות שוק

ממשלות ברחבי העולם הן יותר ויותר מניפולציה או ריכוז של GHPs. ביצועי האנרגיה המתוקנת של האיחוד האירופי של צו בנייה (EPBD) כולל הוראות עבור משאבות חום מקור קרקעיים בבניינים ציבוריים חדשים. בארה"ב, חוק ניכוי האינפלציה הרחיב את אשראי המס 25C ל-30% עבור מתקני GHP ללא קופות, ואת תשתית השקעות ו- 8 מיליארד דולר עבור אנרגיה נקייה, כולל אנליסטים תעשייתיים יותר.

מסקנה

משאבות חום גאוותרמאליות אינן עוד טכנולוגיה נישה המוגבלת לבתים כפריים או מוסדות עשירים.כפי שהמאמר הזה הראה, הן מציעות פתרון מוכח, מדרגי עבור מבנים עירוניים כדי להשיג חיסכון דרמטי באנרגיה, להפחית פליטות פחמן, ולשפר את הנוחות - בעוד שהן מתייחסות למגבלות חלל ונטל רשתות.הדוגמאות מוצלחות מ- Freiburg לניו יורק מראות כי הערכת אתר זהירה, ניווט רגולטורי, ושיתוף פעולה בין-תחומי בין-תחומי הם המפתח למפתחות לפיתוח של מרכזי של מרכזי של מרכזי של מרכזי של מרכזי של מרכזי של GHP, אך ורקדבנים מתקדמים, אך לא יתפתחו, עם פיתוח, עם פיתוח גמישים, ללא ספק, עם פיתוח, ללא פיתוח, ללא הגבלה, פיתוח גמישים, עם פיתוח, עם פיתוח, פיתוח גמישים חדשים, פיתוח, פיתוח, וחדשנות, אך פיתוח, ללא הגבלה, עם פיתוח גמישים, עם פיתוח, עם פיתוח גמישים, פיתוח, פיתוח חום, פיתוח, פיתוח, פיתוח, פיתוח, פיתוח, פיתוח, פיתוח מתקדם, פיתוח מתקדם, פיתוח מתקדם יותר, פיתוח, פיתוח מתקדם של פיתוח מתקדם, ללא פיתוח, פיתוח, פיתוח, פיתוח, פיתוח, פיתוח, פיתוח, פיתוח מתקדם של פיתוח מתקדם של פיתוח גמישים, פיתוח, פיתוח מתקדם יותר, פיתוח מתקדם של