地源熱泵制冷制熱都不是問題

 據科技網站arstechnica北京時間8月7日報道，谷歌系初創公司Dandelion近日大力推廣地源熱泵技術，認為該技術的復興能夠為低碳環保提供便利。同時，該技術也具有極大潛力，擁有商業價值。以下為報道詳細內容：

谷歌系初創公司Dandelion和美國光伏發電公司SolarCity一樣，都試圖在家庭溫控系統上有所作為，而Dandelion希望普及的則是一項有著幾十年歷史的節能型制熱與制冷技術。

這一技術名為“地源熱泵”或“地熱熱泵”，在這幾十年里，用于無數家庭提高或降低溫度。在油價昂貴的寒冷地區，這一技術的應用尤為廣泛。該技術利用地表淺層相對穩定的溫度，借助填有水/防凍溶液（Dandelian公司采用的是食品級別的丙二醇），提高或降低房屋內部的溫度。雖然“地源熱泵”并非新型技術，但是Dandelion表示，該技術在安裝流程、商業模式方面已取得一定的進展，這會更加吸引用戶使用內置該技術的系統。

這一點尤為重要。因為在全球商業環境中，此類系統，不論是升溫還是制冷，仍舊嚴重依賴燃燒化石燃料——冬夏運行空調，都十分消耗能源（“地源熱泵”技術同樣需要電能輔助，下文會進行解釋。）。

“地源熱泵”技術如何工作？

　　Dandelion家居示意圖

在北半球，地表淺層的土壤的溫度幾乎總是與該區域全年平均氣溫接近（根據美國能源部數據，大約為10℃-15℃）。季節性溫度變化較小。因此，地源熱泵安裝人員可以將填充了溶液的管道水平或垂直放置在地下。

借助熱泵，管道中循環的溶液，在冬天將熱量從地面傳遞到建筑物內，提升溫度；在夏天，溶液可將熱量傳遞出建筑物。根據美國2007年的《環境研究報告》顯示，地源熱泵的“能源消耗僅為最節能的常規替代產品的25％至30％”。

當然，該系統也有一定的缺陷。使用恰當的地源熱泵技術十分重要——安裝的關鍵取決于住宅的位置、房屋的大小、土壤組成以及其他相關條件。由于熱泵需要一定的電力供其運行，因此其避免使用溫室氣體的性能，同樣取決于當地事業單位使用可再生能源的多少?！董h境研究報告》文章指出，有人擔心，用于為某些地源熱泵供電的能源，相較于供給于較新的高效率爐，能源消耗更甚。所以并不是每個家庭都需要立刻采用該技術。

哪里才是Dandelion發展的關鍵？

Dandelion公司表示，其簡化了家庭使用地源熱泵所需做出的決定。這家初創公司出自谷歌母公司Alphabet的moonshot實驗室，即曾經的Google X。這一實驗室已經為許多高級項目注資，如自駕車（Waymo）、頭戴式移動電腦（Google Glass）和醫療診斷（Verily）等項目。

筆者與Dandelion的CEO詹姆斯·庫阿奇（James Quazi）談論了該項目。庫阿奇表示，Dandelian現在只安裝兩級熱泵，這一技術相較于變頻熱泵而言，并不算新技術。變頻熱泵可以通過熱泵壓縮機調節制冷與制熱工作。但是，庫阿奇認為兩級熱泵技術是已經“經過檢驗”的技術，而且規避更為尖端的技術，也可以為公司降低成本。畢竟，對于公司而言，展示地源溫控并不奢侈，也是重要的一部分。

具體來說，Dandelion的系統使用了一個包含溫度交換器的熱泵，與一個或兩個400英尺長的管道相連，這些管道垂直埋在一個或兩個四英寸寬的鉆孔中。（“500英尺一般是客戶采用的最大值，因為再深就需要獲得采礦許可證了。”，庫阿奇表示。）

管道內充滿著水和丙二醇的混合溶液，捕獲周圍土壤的相對溫度。然后將該混合溶液，借助熱泵，傳送到熱交換器。通過壓縮機工作，溶液可達到56℃，這一溫度可以為房屋提供溫暖。

Dandelion公司如何鉆孔，這一點值得一提。庫阿奇表示：“一般來說，鉆孔人員會采用現有的設備。”這意味著，Dandelion公司經常會使用采礦用的鉆頭在地面鉆孔，寬度為6英寸。然后安裝人員卻只插入兩根1.25英寸寬的管道，底部由U型管道連接。但實際上，6英寸對比2.5英寸，可謂大材小用?，F在，Dandelion正在改造傳統機械設備，只需鉆孔寬約4英寸，這就意味著鉆孔的后期清理過程更加高效，鉆孔過程更加經濟。

此外，該公司表示，公司已經購買了一些定制鉆機，將在紐約州北部進行鉆孔修改（這也是Dandelion公司首次安裝其設備）。在這個地區，在處理巖石之前，會遇到一些如庫阿奇所說的“松散的土壤”。在傳統的地源熱泵安裝中，該區域的土壤需要被稱為套管的鋼管加固。

然而，安裝套管使得垂直式地源熱泵的價格差異很大。因為鉆孔人員無法在項目進行之前確定每個項目需要多少費用。這也讓公司與客戶在報價過程中，困難重重。與此不同的是，庫阿奇表示，Dandelion將使用共振聲波鉆頭在鉆孔中液化土壤。這將允許鉆孔人員在“大約10分鐘內”安裝長達60英尺的套管。

在美國本土努力前進

　　Dandelion細節展示

庫阿奇表示，他的許多團隊成員曾經為SolarCity工作，所以他們試圖采用類似的商業模式，幫助該公司在地源熱泵領域取得成功。簡而言之，即瞄準經濟環保市場，并從中擴大。

對于地源熱泵而言，這個市場目前就在紐約州。在那里，有時候會出現極端天氣，許多房屋依靠昂貴的燃油或丙烷來取暖。蒲公英將針對一定住宅面積的家庭（“大型豪宅不是我們的目標市場”，庫阿奇說）進行安裝。公司傾向于那些采用加壓空氣系統進行加熱和冷卻的房屋，因為這與其系統兼容。

此外，紐約有大量的核能和可再生水力發電機用于其電網，更加節能。使用電力為地源熱泵供電并不一定會在當地造成給更多的化石燃料消化。庫阿奇坦白表示，Dandelion系統不會為所有家庭提供補助——他表示，如果用天然氣為地源熱泵供能，由于天然氣價格低廉，使用該系統也并不會獲得補貼。但是，如果客戶符合標準，庫阿奇表示，Dandelion公司已經將安裝流程標準化，安裝一個系統大約需要2萬美元，也可以每月分期支付150美元，提前進行安裝。

與現在的所有軟件一樣，該系統也自帶軟件客戶端，以便公司能夠確定維護的時間與地點?？蛻舳说臄祿治鐾瑯訒蚩蛻粽故酒渌澕s的費用。庫阿奇表示，通過收集相關數據，公司可以進行預測性的故障檢測。

目前，該公司正在努力為幾十位符合要求的客戶進行設備安裝，這些客戶將從這樣一個系統中獲益良多。安裝在9月下旬會正式開始。在這些安裝之后，公司計劃在2017年底/2018年初短暫休息，重新組合并重新關注銷售和營銷事宜，然后在晚些時候再次開始為新客戶安裝設備。

根據Navigant Research為高級能源經濟協會編寫的報告顯示，美國地熱熱泵的銷售和安裝市場在過去六年穩步增長，“從2011年的9360萬美元增長到2016年的1.543億美元，相較于2015年（1.451億美元），其增速為6%。” Dandelion希望這些增長在2017年更加壯大。