地熱供暖和製冷/地下環路和開環來源

地下環路和開環來源

地面源熱泵和空氣源熱泵之間的主要區別在於我們從哪裡獲取/傳送熱量。地面源熱泵從地下獲取熱量或將熱量送入地下，而空氣源熱泵從空氣中獲取熱量並將其送入空氣。熱泵的裝置略有不同，因為它使用水-製冷劑盤管，而不是空氣-製冷劑盤管，但一旦主盤管得到處理，熱泵系統就不會有太大區別。

因此，地面源熱泵的更高效率與地下環路及其如何有效地允許熱泵執行有關。地面源熱泵更高效有兩個原因：地面調溫，以及熱量的流體容量。

地面調溫是由於地面不充當完美的熱量導體，因此地面上方空氣的溫度變化範圍比地面本身的溫度變化範圍更大。

熱量的流體容量與流體/氣體傳熱的能力有關。空氣由於其氣態，其熱量儲存能力遠低於水。這種差異相當大，因此使用水傳熱的系統可以比必須依靠空氣作為傳熱介質的系統更快地傳遞更多的熱量。

由於我們感興趣的是地熱供暖和製冷中熱量傳遞的效率，因此提高效率勝過其他方法，使用水等流體是提高地熱系統效率的關鍵組成部分。

一旦我們決定了傳熱介質（空氣或水），下一步就是如何將熱量從建築物外部的來源傳送到建築物內部。使用空氣系統從地下傳熱可能是可能的，但這將需要移動大量空氣才能完成傳熱。可以使用更少的水，因此地下環路設計用於與水一起使用。

從地下某個位置傳熱取決於三件事：

傳輸介質與地面接觸的表面積有多大
地下環路周圍地面的熱傳導率有多高
土壤在傳熱時的溫度是多少

表面積越大，熱傳遞越大，地面的傳導率越高，熱傳遞越大，溫度差異越大，熱量傳遞越多。

由於地面溫度在每個緯度都保持相對穩定，並且向極地方向移動時滯後於空氣溫度，因此我們可以說，外部空氣與地面溫度之間的差異在緯度越高時越大。因此，地下環路本身在緯度越高時越有效。

需要注意的是，由於水的熱傳導能力優於大多數型別的土壤，因此沼澤地區和地下水位高的地區比干燥的沙質土壤更適合地下環路。

出於這個原因，許多人嘗試將他們的地下盤管放置在河流、溪流和湖泊中。這種做法的主要反對意見是，從魚類棲息地中去除熱量會導致棲息地規模減小，從而導致其能夠容納的魚類數量減少。例如，可以看出，在湖泊中放置地下環路會導致該湖泊的冰層深度增加，如果湖泊足夠小，並且在湖泊中放置了足夠的地下環路，其效果將導致湖泊凍結到底部，殺死所有魚類。出於這個原因，應限制放置在湖泊中的地下環路數量。

由於水是更好的熱量導體，地熱應該從溪流或井中獲取，在某些情況下，這已經成功地實施，對生態的影響很小，這似乎是合理的。但是，開環系統的一個問題是，來自系統機械部件的汙染物會滲透到原本原始的環境中，此外，如果安裝不夠仔細，會導致流域之間的交叉汙染等。將汙染物限制在環路內，透過閉合環路被認為是更好的形式。除了閉合環路外，我們還可以使用防凍劑，在亞極地和極地氣候中，防凍劑是必須的。應選擇防凍劑，以最大限度地減少在發生洩漏或水管破裂的情況下對生態的危害。

但這並不意味著你不能使用溪流或井，事實上，垂直地下環路通常透過挖井並放置一個環路來實現，透過使用抹灰在層之間進行密封來將水密封在其自身的地層中。對於垂直環路系統，抹灰在某些司法管轄區是法律要求，因此已開發出特殊的技術，使其易於實現。

無論如何，可供所有人使用的河流、溪流和湖泊數量有限，因此這是一種例外，而不是規則。相反，大多數地下環路只是基於從地面本身提取熱量。