地热技术进入家庭

5年前，洛伦家发生了液化石油气爆炸，她和丈夫幸免于难，但是他们家那栋具有历史意义的房子却所剩无几。等到他们重建房屋时，便想要在新家里避免使用化石燃料。洛伦记得自己曾在一篇文章中读到，一位建筑师在他位于纽约市下曼哈顿地区的房子那里钻出了地热井，来为房子取暖和降温的事情……
　　地热系统的使用呈上升趋势

　　有人认为，使用地热能源就意味着要开发利用地下几公里处深的温泉的力量，来推动涡轮机发电。他们还将地热能与小型地震联系在一起，例如，2009年末在加利福尼亚州北部和瑞士发生的小地震，使得许多大型的地热深度钻井项目被迫停止。

　　但是，却有另外一种利用地热能的方法，这种方法所需范围更小。地球有一条土层冰冻线，而在这条线之下，地球的温度常年保持不变，地源热泵地热系统就利用这条冰冻线之下的常温来为建筑物取暖和降温。

　　这条土层冰冻线的位置由于各地纬度不同而有所变化，在美国，它的深度一般是3到6米。而在这个深度下，温度就保持在50华氏度左右，上下变动不过两三度。这也是地下洞穴冬暖夏凉的原因。

　　这种地热技术并不新鲜。地源热泵的第一例成功商业安装产生在1946年，在美国俄勒冈州西北部港市波特兰的一栋办公大楼里。地源热泵技术在美国中西部和南部使用最为广泛，据美国能源部报告，该国三分之二的地热系统都是坐落在中西部和南部。

　　美国能源部能源效率与可再生能源办公室的首席运营官史蒂文·乔克说，使用地源热泵的趋势正在稳步上升。乔克说，根据最新数据，在2009年，美国从制造商那里用船运来了大约11.54万台热泵，而这个数字“是10年前数字的3倍”。他还说，在那一年，新建成的房屋中有3.5%都安装了地源热泵。

　　地源热泵工作原理

　　地源热泵的工作原理与家用电冰箱的工作原理一致。电冰箱里面的热泵将冰箱中食物的热气转运到冰箱外面的房间里。你在冰箱背部或者底部感受到的热气就是被热泵转运出来的热。地源热泵就从地下水中吸取热能，这比空气源热泵更加高效。

　　从地下水中吸取热能有两种途径，这两种途径都需要钻井和挖掘，而钻井和挖掘也是导致地热系统比较昂贵的原因之一。第一种途径是开放环路式的地热系统，热泵直接从地井中的地下水里吸取能源或热量；第二种途径是闭合环路式的地热系统，该系统将混有无毒防冻剂的水在高密度聚乙烯管道中循环利用。这种高密度聚乙烯管型材料可以在垂直的地井中深入地底，或者当有充足的土地空间时，这些塑料管道也可以水平铺设在地沟里，埋在土层冰冻线之下。（学校有时候就利用足球场来在地底铺设这些曲线般盘卷的线圈）。

　　业内人士半开玩笑地说，该地源热泵技术之所以如此低调不引人注目，原因之一就是它深埋在地下。

　　“你能在屋顶上看见太阳能电池板，在远方的地平线看见风力涡轮机，但如果钻头钻床在你的后院挖井时，你邻居正好不在家，那么他们就根本不知道你使用了绿色的暖气装置。”美国的国家和国际地热倡议组织执行理事杰克·迪恩纳说，该组织是一家非营利贸易组织。

　　地源热泵系统的优势及问题

　　地源热泵技术到底有多么绿色环保呢？它所使用的唯一一种非可再生能源就是电能。当然，每月的用电开支会增大，但是该地热系统却可以节省冬天的燃料费用。洛伦家就是这样，冬天不需要再支付任何燃料费用了。而夏天用于空调的电能费用也可以减少一半，甚至可以减少三分之二。
“能够节省的费用是根据美国具体地区的不同而变化，并且还要看你是不是在与天然气、液化石油气或者电能比赛，比比谁更节约钱。”华盛顿州立大学已退休的资深科学家戈登·布卢姆奎斯特这样说道。布卢姆奎斯特曾研究、设计了几百个地热系统工程项目，他还发现并修理过很多地热系统故障。他说：“如果每千瓦电的价格是10美分，那么使用热泵来产生等量的电热能只需要花费2.5美分。”

　　布卢姆奎斯特说，由于缺少精通地热系统技术的工程师和安装者，所以地热市场的成长受到阻碍，而人才的缺乏也导致了地热系统的高昂价格。他的这一观点与许多专家不谋而合。布卢姆奎斯特说：“在很多地方，我们都没有经验丰富的基础设施团队，所以就有了风险，会出现问题，而这也抬高了价格。”

　　5年前，洛伦和丈夫都无法找到一个成功设计并安装了闭合环路式地热系统的人。但现在的情况就不同了，于是他们集合了一个分布广泛而遥远的团队：在纽约州卡南代瓜市的设计师，来自纽约州波西米亚市的地质学家，纽约州汉普顿贝斯市的钻孔者，还有当地的一位采暖通风与空调安装者，他曾经安装过几个开放环路式的地热系统。

　　美国政府也意识到了该领域人才的不足。地热交换组织执行长约翰·凯利说，美国能源部将复苏法案基金中的大约107万美元用于投资建立国家级的行业认证标准，来培养地热系统安装领域所包含的各种职业，如设计者、工程师、安装专家以及钻孔者等等。地热交换组织是一家非营利的贸易组织，它将与俄克拉荷马州立大学的国际地源热泵协会协调合作，共同来实施完成这项建立行业标准的工作。

　　美国政府为地热系统提供免税激励

　　同时，美国政府也开始重视另一个问题，这是那些想要安装地热系统的消费者们所面对的一个重大阻碍：先期成本。地热系统的价格有时是传统暖气和空调系统的两倍。另外，要钻一个地热井也很昂贵。美国国会2009年通过了一条法案，只要在2016年12月31日之前安装任何的地热系统，就给个人房屋的户主提供该系统成本的30%的课税减免，而商业项目则可以减免10%的额度。

　　包括纽约州在内的许多州都提供了免税激励政策。并且，由于这些地热系统减轻了用电高峰时期电力网所承受的负担，因此许多电力公司都提供电费折扣。

　　4年前，洛伦家的房子需要3口井来支持地热系统，花费为9200美元。这些“井”深约160米，它们实际上是约13厘米宽的凿洞。除了钻井的花费，他们所支付的价格还包括将管道下放到井里，用薄泥浆填塞固定管道，将这三条线路融化为一体，成为一个多支管道，并且挖出一条约6米深的沟，来连接井底和地下室里的热泵，在这些沟中铺设管道为热泵提供地下水并将用过的水返回到井底。现在，放眼看看洛伦家的草坪，这些地下的水管装置全都看不见。

　　那么结果会怎样呢？在未来2到3年内，洛伦家的地热系统很可能就会把它自己的成本节约回来。一开始确实有个阶段很苦恼，但是他们觉得现在不论是夏天还是冬天都非常舒服。