恆溫12°C的秘訣 美國首個地源熱泵示範計畫粉墨登場

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2023年,紐約開了第一槍,規範大多數的新建築禁止使用天然氣。此舉也讓地源熱泵(Geothermal Heat Pumps)迎來商機。今年6月,美國麻州弗雷明漢市市長為全美第一個地源熱泵示範計畫剪綵。地源熱泵系統善用地底終年穩定的溫度,為建築物提供更環保的冷暖空調。不過在計畫初期,仍面臨安裝成本高等問題。



美國麻州弗雷明漢城市為美國地源熱泵的示範街區,圖為將連接地源熱泵的街道。圖片來源:HEET

隨著全球氣候變遷,無論是在酷暑開冷氣,還是在寒冬開暖氣,收到帳單的那一刻,不免大吃一驚,可是在地底深處,全年都保持在12°C左右,若可以善用地源熱泵,一年四季,室內都能維持舒適的氣溫。

地源熱泵取代天然氣管線 冬夏兩用又節能減碳

據《Grist》報導,美國麻州弗雷明漢(Framingham)啟動了全美首個地源熱泵示範街區計畫,把地底的天然氣管線換成地源熱泵的調節管線,橫跨共31棟民宅和五棟商業建築,冬夏兩用,又節能環保。雖然這項技術並不新鮮,但這是天然氣公司第一次利用這項技術。不僅提供了另一種商業模式的選擇,對電力公司來說,這也是去碳化的大好機會,可望加速邁向淨零排放目標。

地源熱泵系統是利用地底穩定的溫度,進行能量交換。據《WBUR》報導,電力公司Eversource Energy位於麻州的計畫案,深入地下182至213公尺,總共要鑽88個孔。Eversource清潔技術部門經理伯斯沃茲(Eric Bosworth)表示,基本上就是一系列的管道和孔洞,在社區內移轉熱能。他進一步補充,這就像在鑽水井,唯一只差在他們是斜角鑽孔。

《Grist》指出,地源熱泵系統的媒介是液體,由防凍劑丙二醇跟水混合而成,該溶液會吸收地源熱能量,循環至建築物內部,夏季將室內的熱量導入水中,降低室內的氣溫,冬季從水中提取熱量,提升室內的氣溫。


地源熱泵系統利用地底穩定的溫度,進行能量交換。照片來源:City of Framingham, MA

地源熱泵系統的潛在優勢:高能效、降低碳排

據《Grist》報導,地源熱泵系統網絡的「性能係數」(COP)為6,亦即每投入1個單位的能量,可得到6個單位的熱量。相比之下,燃氣暖爐的COP小於1,可見地源熱泵的能效明顯比較高。美國能源部的數據顯示,建築物的排放量相當驚人,大約占美國總排放量的三分之一,而使用地源熱泵系統可大幅減少建築物的碳排放。

據《Canary Media》報導,美國建築物正逐步從化石燃料轉為用電力取暖和降溫,但隨著燃料成本上升,電費帳單也可能讓消費者越來越吃不消。美國能源部估計,如果在全美廣泛應用地源熱泵系統,可大幅減少電力需求,降低用戶的電費。

施作成本高昂,電力公司獨力負擔吃不消

Eversource位於弗雷明漢小鎮的地源熱泵,預算大約是1800萬美元,管線將貫穿街區內的主要道路,連接36棟住宅和商業建築。據《Grist》報導,長期來看,將維護老舊天然氣管線的經費轉為投資較環保的熱泵,可能更具經濟效益。然而,對於一套新推出的系統來說,未來用戶收到的帳單會有什麼變化還很難說。

事實上,地源熱泵網絡系統的構想最初來自約五、六年前,非營利氣候解決方案孵化器HEET labs向各大電力公司的遊說。據《CBC》報導,地源熱泵系統與天然氣的基礎設施相似,皆要埋管道和分配系統。只不過,熱泵系統利用地底熱源的能量,而非天然氣,更加環保。

然而,系統初期安裝成本較高,若完全由電力公司吸收有些吃不消,電力公司也考慮讓住戶承擔部分成本;同時,為了讓客戶參與該專案,Eversource提供特別優惠,以加速普及和應用。據《Canary Media》報導,在當地開設廚浴設備公司的理查(Gina Richard),也有參與Eversource的示範計畫,她表示願意負擔一部分的升級成本,因為她自己的系統在未來五年左右就不能再使用,對她來說,這是雙贏的局面。如果有機會節省電費,就算要花錢做系統升級,她也願意負擔。



美國麻州啟動了全美第一個地源熱泵示範計畫。照片來源:擷取自麻州能源暨環境事務執行辦公室 Facebook

法規阻礙、地形限制 地源熱泵仍考驗重重

2023年,紐約率先開了第一槍,在大多數新建築禁止使用天然氣。地源熱泵系統看似迎來商機。不過,《WBUR》報導,並非所有地區都適合這種系統,例如農村社區或地底有永凍土的地區,恐怕不適合施作大規模地源熱泵系統。

《Canary Media》也指出,目前的法規仍未與時俱進,在美國許多地區仍要求公用事業公司提供天然氣服務,讓他們難以轉型。然而,隨著更多試驗計畫順利完成,監管機構有可能放寬這些限制,目前除了麻州、紐約州,科羅拉多州、馬里蘭州、明尼蘇達州、佛蒙特州和華盛頓州也透過修法,來鼓勵裝設地源熱泵系統。

地源熱泵系統有莫大的發展潛力,雖然初期安裝成本比較高,但長期下來的安全和環保效益不容小覷。如果電力公司、政府和消費者可以齊力推展,可望為各國加速實現淨零排放目標,並且為用戶營造終年舒適的生活環境。

參考資料 

Grist(2024年6月27日),The secret to decarbonizing buildings might be right beneath your feet

CanaryMedia(2024年6月4日),Massachusetts kicks off first pilot to shift gas utilities to clean heat

波士頓公共廣播電台(2024年3月8日),A project in Mass. tests a future for gas utilities without fossil fuels

CBC(2024年2月8日),This gas utility will heat customers' homes without gas

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