כל מה שצריך לדעת על משאבות חום גיאותרמיות: תפעול ומאפיינים

במאמרים קודמים שדיברנו עליהם חימום גיאותרמי. בו, אנו מזכירים שאחד המרכיבים הדרושים לשימוש בסוג זה של חימום הוא משאבת חום גיאותרמית, שפעולתה דומה לזו של משאבת החום הנפוצה. עם זאת, ההבדל העיקרי הוא שהוא משתמש באנרגיית חום המופקת מהקרקע לצורך פעולתו.

האם תרצו לדעת בפירוט כיצד פועלת משאבת חום גיאותרמית ומהם המאפיינים שלה? מידע זה יהיה שימושי מאוד אם אתם שוקלים להתקין מערכת מסוג זה בביתכם.

משאבת חום גיאותרמית

כדי להבין בפירוט מהי משאבת חום גיאותרמית, חיוני לזכור תחילה מהו חימום גיאותרמי. טכנולוגיה זו משתמשת בחום המופק מתחת לאדמה, מסלעים או מי תהום, לחימום בניין. החום מועבר על ידי מים חמים המוזרים דרך מערכת של צינורות תת קרקעיים שהותקנו במיוחד.

משאבת החום הגיאותרמית היא מרכיב מפתח במערכת זו. למעשה, השימוש בו התרחב עד כדי כך שוק משאבות החום צמח ב-20% מדי שנה בשנים האחרונות. אם אי פעם שמתם לב לחום הנפלט מהצינורות האחוריים של מקרר, כבר יש לכם מושג כללי איך זה עובד: המקרר מוציא חום מבפנים אל חוץ. משאבת החום הגיאותרמית עושה משהו דומה, אבל בכיוון ההפוך; כלומר, הוא לוקח חום מבחוץ (תת-קרקעי) ומעביר אותו אל פנים הבית.

פעולת משאבת חום גיאותרמית

עקרון הפעולה של משאבת החום הגיאותרמית דומה לזה של כל מערכת קירור, כגון מקרר או מזגן. המפתח בשתי המערכות הוא השימוש בנוזל קירור שמסתובב דרך מערכת צינורות. לנוזל זה יש את התכונה להתחמם כאשר הוא נדחס ולהתקרר כאשר הוא מתרחב.

במהלך החורף, נוזל הקירור, שנדחס וחומם, מסתובב דרך מחליף חום המעביר את האנרגיה הזו למערכת החימום של הבית. לאחר מכן הנוזל מתקרר ומתרחב, תהליך שבו הוא שוב בא במגע עם מקור גיאותרמי (החום מתת הקרקע) להיטען מחדש באנרגיה תרמית. מחזור זה חוזר על עצמו ללא הרף כדי לשמור על טמפרטורה נוחה בבית.

למרות שמשאבת החום משתמשת בחשמל כדי להעביר נוזל דרך המערכת, היעילות שלה גבוהה להפליא. מערכות מודרניות של משאבות חום גיאותרמיות יכולות לייצר עד 4 קילוואט חום עבור כל קילוואט חשמל שנצרך. יעילות זו אפשרית כי אין צורך לייצר חום, אלא פשוט לחלץ אותו מכדור הארץ, שם הטמפרטורות תמיד יציבות יותר מאשר על פני השטח.

בנוסף ישנן משאבות הפיכות, שיכולות לקרר את הבית גם בתקופת הקיץ. משאבות אלו פועלות הפוך, מוציאות חום מתוך הבית אל מתחת לאדמה. זה מושג באמצעות שסתום השולט על כיוון זרימת החום.

דרכים להפקת אנרגיה גיאותרמית

ישנן דרכים שונות לנצל את האנרגיה הגיאותרמית באמצעות משאבות חום. המשתמשים מכירים בדרך כלל שימוש באוויר חיצוני לחימום, אך במקרה של משאבות גיאותרמיות, מקור האנרגיה הוא חום המאוחסן מתחת לאדמה. סוג זה של אנרגיה נחשב מתחדשת y כמעט אינסופי, המספקת חימום לאורך כל השנה בצורה יעילה ובר קיימא.

לסוג זה של מערכת יתרון ברור על פני שיטות חימום אחרות התלויות באקלים החיצוני, כגון אווירותרמי. בעוד שמשאבת חום קונבנציונלית מורידה את יעילותה כאשר הטמפרטורה החיצונית קרה מדי, המשאבה הגיאותרמית לעולם אינה מאבדת מיעילותה, שכן התת-קרקע שומרת על טמפרטורה יציבה, ללא קשר לתנאי מזג האוויר על פני השטח.

סוגי משאבות חום גיאותרמיות: אנכית ואופקית

ישנם שני סוגים עיקריים של משאבות חום גיאותרמיות, הנבדלות באופן התקנת הצינורות השואבים חום מתת הקרקע:

• משאבות חום גיאותרמיות אנכיות: הם הפופולריים ביותר והם מותקנים בעומקים שבין 150 ל-200 רגל מתחת לפני השטח. בתצורה זו מוחדרים צינורות לתוך נקבים אנכיים באדמה, דרכם מסתובב נוזל אנטיפריז שמעלה את החום לנוזל הקירור של המערכת.
• משאבות חום גיאותרמיות אופקיות: במקרה זה, הצינורות ממוקמים קרוב יותר לפני השטח, בעומק של כ-6 מטרים, מפוזרים אופקית. סוג זה של התקנה דורש יותר מקום, מה שהופך אותו לאידיאלי עבור חלקות אדמה גדולות. למרות שהמשאבה האנכית פחות יקרה, היא גם יכולה להיות פחות יעילה מבחינת העברת חום.

בשתי המערכות ניתן להתקין את גשושי החליפין בקרקע הקרובה לגופי מים, כגון נהרות, אגמים או לגונות, מבלי שהדבר יפגע ביעילות המערכת.

לכידה גיאותרמית במים

גרסה מעניינת של מערכות גיאותרמיות היא איסוף מים גיאותרמי, שבו צינורות מוכנסים ישירות לגוף מים, כגון אגמים או נהרות. מערכת זו פשוטה וזולה יותר מבחינת התקנה ומספקת יעילות רבה כל עוד המשאב הימי זמין.

השקעה ראשונית ותשואה כלכלית

אחד החסמים העיקריים העומדים בפני אלו השוקלים התקנת משאבת חום גיאותרמית הוא העלות הראשונית שלה. מערכות גיאותרמיות דורשות השקעה משמעותית בתחילת הדרך, שכן יש צורך לבצע מחקרים קודמים של השטח, קידוחים ורכישת ציוד מיוחד.

בבית משפחה, למשל, התקנת מערכת גיאותרמית יכולה לעלות בין 6.000 ו 13.000 יורו. עם זאת, חשוב להדגיש שלמרות שההשקעה הראשונית גבוהה, מערכות משאבות חום גיאותרמיות מאפשרות חיסכון משמעותי בטווח הארוך. ההערכה היא שמשתמשים יכולים להפחית את צריכת האנרגיה בחימום בין 30% ל-70%, ובמקרה של קירור בין 20% ל-50%. בהתאם לשימוש, חיסכון זה מאפשר להפחית את ההשקעה הראשונית בתקופה שנע בין 5 ל-10 שנים.

השימוש בטכנולוגיה זו לא רק מועיל לבעל המערכת, אלא גם לאיכות הסביבה, שכן צריכת מקורות אנרגיה בלתי מתחדשים מצטמצמת באופן דרסטי, ואיתה גם פליטת גזי חממה.

משאבות חום גיאותרמיות הן אופציה אידיאלית עבור אלו המחפשים למזער את ההשפעה הסביבתית לטווח ארוך שלהם תוך הבטחת מערכת חימום וקירור יעילה וחסכונית.