地热供暖和制冷/地下环路和开环来源

地下环路和开环来源

地面源热泵和空气源热泵之间的主要区别在于我们从哪里获取/发送热量。地面源热泵从地下获取热量或将热量送入地下，而空气源热泵从空气中获取热量并将其送入空气。热泵的设备略有不同，因为它使用水-制冷剂盘管，而不是空气-制冷剂盘管，但一旦主盘管得到处理，热泵系统就不会有太大区别。

因此，地面源热泵的更高效率与地下环路及其如何有效地允许热泵运行有关。地面源热泵更高效有两个原因：地面调温，以及热量的流体容量。

地面调温是由于地面不充当完美的热量导体，因此地面上方空气的温度变化范围比地面本身的温度变化范围更大。

热量的流体容量与流体/气体传热的能力有关。空气由于其气态，其热量储存能力远低于水。这种差异相当大，因此使用水传热的系统可以比必须依靠空气作为传热介质的系统更快地传递更多的热量。

由于我们感兴趣的是地热供暖和制冷中热量传递的效率，因此提高效率胜过其他方法，使用水等流体是提高地热系统效率的关键组成部分。

一旦我们决定了传热介质（空气或水），下一步就是如何将热量从建筑物外部的来源传送到建筑物内部。使用空气系统从地下传热可能是可能的，但这将需要移动大量空气才能完成传热。可以使用更少的水，因此地下环路设计用于与水一起使用。

从地下某个位置传热取决于三件事：

传输介质与地面接触的表面积有多大
地下环路周围地面的热传导率有多高
土壤在传热时的温度是多少

表面积越大，热传递越大，地面的传导率越高，热传递越大，温度差异越大，热量传递越多。

由于地面温度在每个纬度都保持相对稳定，并且向极地方向移动时滞后于空气温度，因此我们可以说，外部空气与地面温度之间的差异在纬度越高时越大。因此，地下环路本身在纬度越高时越有效。

需要注意的是，由于水的热传导能力优于大多数类型的土壤，因此沼泽地区和地下水位高的地区比干燥的沙质土壤更适合地下环路。

出于这个原因，许多人尝试将他们的地下盘管放置在河流、溪流和湖泊中。这种做法的主要反对意见是，从鱼类栖息地中去除热量会导致栖息地规模减小，从而导致其能够容纳的鱼类数量减少。例如，可以看出，在湖泊中放置地下环路会导致该湖泊的冰层深度增加，如果湖泊足够小，并且在湖泊中放置了足够的地下环路，其效果将导致湖泊冻结到底部，杀死所有鱼类。出于这个原因，应限制放置在湖泊中的地下环路数量。

由于水是更好的热量导体，地热应该从溪流或井中获取，在某些情况下，这已经成功地实施，对生态的影响很小，这似乎是合理的。但是，开环系统的一个问题是，来自系统机械部件的污染物会渗透到原本原始的环境中，此外，如果安装不够仔细，会导致流域之间的交叉污染等。将污染物限制在环路内，通过闭合环路被认为是更好的形式。除了闭合环路外，我们还可以使用防冻剂，在亚极地和极地气候中，防冻剂是必须的。应选择防冻剂，以最大限度地减少在发生泄漏或水管破裂的情况下对生态的危害。

但这并不意味着你不能使用溪流或井，事实上，垂直地下环路通常通过挖井并放置一个环路来实现，通过使用抹灰在层之间进行密封来将水密封在其自身的地层中。对于垂直环路系统，抹灰在某些司法管辖区是法律要求，因此已开发出特殊的技术，使其易于实现。

无论如何，可供所有人使用的河流、溪流和湖泊数量有限，因此这是一种例外，而不是规则。相反，大多数地下环路只是基于从地面本身提取热量。