במאבק על יעילות אנרגטית, הטכנולוגיה מאפשרת לנו לנצל מקורות אנרגיה כמו שמש, רוח או מים כדי להאיר, להזיז ולחמם או לקרר את בתינו. השלב הבא עשוי להיות להסתכל למטה מתחת לרגלינו, כמה מטרים מעל פני הקרקע, שם הטמפרטורה חמה וקבועה כל הזמן. שוב, מדובר על רתימת האנרגיה שסביבנו. רוב החום שמגיע אלינו מהשמש נספג בקרום כדור הארץ ונשאר מתחת לאדמה. הודות ל- משאבות חום גיאותרמיות, נוכל לנצל את החום מהמחתרת כדי לחמם או לקרר את הבית שלנו.
במאמר זה אנו הולכים להסביר לכם מה הן משאבות חום גיאותרמיות, המאפיינים שלהן, פעולתן, יעילותן ועוד ועוד.
מהן משאבות חום גיאותרמיות
א משאבת חום גיאותרמית זוהי מערכת חימום וקירור המשתמשת באנרגיה התרמית האצורה בכדור הארץ כדי לווסת את הטמפרטורה בבניין או בבית. בניגוד למערכות מסורתיות השורפות דלק מאובנים או משתמשות בחשמל לייצור חום או קור, משאבות חום גיאותרמיות יעילות וידידותיות יותר לסביבה.
משאבות אלו מנצלות את העובדה שבמרחק של מטרים ספורים מתחת לאדמה הטמפרטורה נשארת קבועה לאורך כל השנה, ללא קשר לתנאי מזג האוויר החיצוניים. המשמעות היא שמשאבות חום גיאותרמיות יכולות לספק גם חימום בחורף וגם קירור בקיץ ביעילות ובקיימות.
כיצד פועלות משאבות חום גיאותרמיות
El הפעלת משאבת חום גיאותרמית הוא מבוסס על המחזור התרמודינמי ומשתף טכנולוגיה עם סוגים אחרים של משאבות חום, כגון אלו המשמשות בציוד מיזוג אוויר קונבנציונלי. עם זאת, במקום להפיק חום מהאוויר, משאבות חום גיאותרמיות שואבות אותו מתחת לאדמה. לשם כך הם משתמשים במעגל סגור של צינורות קבורים המחליפים חום עם כדור הארץ.
המערכת יכולה לפעול בשתי דרכים עיקריות:
- במצב חימום: המשאבה שואבת חום מהקרקע ומעבירה אותו למערכת החימום של הבית.
- במצב קירור: במהלך הקיץ התהליך מתהפך, וחום מופק מפנים הבית ומועבר לקרקע.
המחזור מורכב מהמרכיבים הבסיסיים הבאים:
- מַדחֵס: הוא אחראי להגברת הלחץ של נוזל העברת החום, לחמם אותו כדי ליצור את הטמפרטורה הרצויה בתוך הבית.
- מְאַדֶה: מכשיר שמפחית את לחץ הנוזל, מוריד את הטמפרטורה שלו כך שיוכל ללכוד חום מהקרקע.
- מַעֲבֶה: היכן מועבר חום למערכת החימום או הקירור של הבית.
- שסתום הרחבה: השסתום המווסת את זרימת נוזל הקירור, ומאפשר את המשך המחזור.
תהליך מחזורי זה של אידוי ועיבוי הוא המאפשר למערכת לפעול הן לחימום והן לקירור, תוך התאמה לצרכי הבית בכל עונה בשנה.
התקנות עם משאבות גיאותרמיות
ישנם מספר סוגים של מתקנים גיאותרמיים בהתאם לסידור הקולטים המחליפים חום עם הקרקע. עלינו לקחת בחשבון גורמים כמו זמינות השטח ומאפייני השטח כדי לבחור את הסוג המתאים ביותר. התצורות הנפוצות ביותר הן:
לכידה גיאותרמית אופקית
סוג זה של התקנה מאופיין על ידי א הנחה אופקית של צינורות לאורך חלקה. הצינורות ממוקמים לרוב בעומק של בין 1 ל-2 מטר.
זהו הפורמט החסכוני והקל ביותר להתקנה, אך הוא דורש כמות גדולה של מקום. לכן, הוא נפוץ יותר בבתים צמודי קרקע שיש בהם חלקות אדמה גדולות. על מגרשים קטנים, אפשרות זו לא תמיד כדאית.
לכידה גיאותרמית אנכית
באזורים שבהם אין מספיק מקום להתקנה אופקית, הבחירה נעשית עבור לכידה אנכית. במקרה זה קודחים בארות עמוקות, בין 50 ל-150 מטר, בהן מותקנים הגשושיות הגיאותרמיות.
למרות שהיא דורשת יותר השקעה ראשונית בשל המכונות המיוחדות לקידוח, אפשרות זו היא בדרך כלל יעילה יותר, שכן בעומק גדול יותר, הקרקע שומרת על טמפרטורה קבועה וגבוהה יותר.
לכידה במים (אגמים או נהרות)
אם יש לכם גישה לאגם, נהר או מאגר מים סמוכים, אפשר גם להתקין קולטים גיאותרמיים במקווי מים אלו. באמצעות טכניקה זו, המערכת מחליפה חום במים, מה שיכול להיות יעיל מאוד בגלל הקיבולת התרמית של המים.
עם זאת, החיסרון העיקרי של מערכת זו הוא שלא תמיד היא זמינה, שכן היא תלויה בקרבה למקור מים מתאים.
יתרונות וחסרונות של משאבות חום גיאותרמיות
יתרון
- חסכון באנרגיה: משאבות חום גיאותרמיות הן יעילות ביותר, עם יחסי ביצועים (COP) שיכולים להגיע ל-4 או 5. המשמעות היא שעל כל קוט"ש חשמל שנצרך, הן מייצרות בין 4 ל-5 קוט"ש של אנרגיה תרמית.
- קיימות: מערכת זו משתמשת במקור אנרגיה מתחדש הזמין בכל ימות השנה, התורם להפחתת פליטת CO2 ולשימוש בדלקים מאובנים.
- צדדיות: משאבות חום גיאותרמיות משמשות לא רק לחימום, אלא גם לקירור ולהפקת מים חמים ביתיים (DHW).
- עֲמִידוּת: מערכות גיאותרמיות ידועות באורך החיים שלהן, העולה בקלות על 20 עד 30 שנות חיים שימושיים.
- השקעה לטווח ארוך: למרות שההשקעה הראשונית עשויה להיות גבוהה, עלויות התפעול והתחזוקה נמוכות, ולכן הן מופחתות בתקופה סבירה.
חסרונות
- עלות ראשונית גבוהה: ההשקעה הראשונית יכולה להיות ניכרת, במיוחד במערכות עם איסוף אנכי. עם זאת, זה בדרך כלל מחזיר את עצמו תוך פחות מ-10 שנים הודות לחיסכון באנרגיה.
- דורש מקום: סוג זה של התקנה עשוי לדרוש מקום ניכר עבור מערכות איסוף אופקיות.
- מחקר גיאוטכני: בהתאם למאפייני השטח, יש צורך לבצע מחקרים קודמים שיכולים לייקר עלויות.
- זמן החזר: למרות שמשאבות חום גיאותרמיות הן יעילות מאוד, במקרים מסוימים הן יכולות לקחת עד 7-10 שנים כדי לשלם את עצמן.
בכל מקרה, משאבות חום גיאותרמיות הן השקעה מצוינת לטווח ארוך, הן מהבחינה הכלכלית והן מהבחינה האקולוגית. הודות לביצועים הגבוהים וצריכת האנרגיה הנמוכה שלה, יותר ויותר אנשים בוחרים במערכת זו עבור בתיהם.