Hvordan fungerer jordvarme?

Hej spørg om fysik
Jeg hedder J A, og er 16 år gammel. Jeg har haft skrevet til jer et par gange før, og er rigtig glad for jeres svar.

Jeg kan ikke helt forstå, hvordan den vedvarende energikilde jordvarme fungerer. Med jordvarme, mener jeg den som er tilgængelig for private boliger, hvor man graver en slange ned i jorden, hvor der aldrig kommer minusgrader. I slangen er der en væske der cirkulerer ved hjælp fra en pumpe.

Jeg vil gerne vide, hvordan de få grader under jorden kan opvarme et hus til omkring 20 grader celsius? Det er ret svært at finde et svar på nettet, men så vidt jeg har læst mig frem til, vedrører det en form for kompres. 

Med venlig hilsen
J A

Jordvarme til private virker som et køleskab bare omvendt. Man graver f.eks. 400 m rør en meters penge ned i jorden, alternativt hvis det kniber med pladsen, kan man bore et antal boringer tilsvarende lodret ned.

Den lodrette boring har den fordel, at temperaturen normalt stiger, jo længere ned man kommer. Igennem røret sender man så antifrostvæske, det kan f.eks. være saltvand. Det går til en varmeveksler, og den anden side af varmeveksleren har forbindelse til en kølekompressors kolde side. Det er den side, der normalt er inde i køleskabet eller inde i dybfryseren. Udgangssiden er den varme side, normalt udenpå dybfryseren, eller bag på køleskabet, og denne varme side anvendes så til opvarmning af bolig eller varmt vand.

Sådan fungerer varmepumpen

Det man altså gør, er at flytte varmeenergi fra jorden, som så nedkøles, til huset som så opvarmes. En proces af den art er mest økonomisk, hvis man ikke skal flytte over for stor en temperaturdifferens, altså lavest mulig temperatur inde i huset, højst mulig i græsplænen. Kølemaskinen, eller her kalder man det en varmepumpe, er en maskine som kan flytte varmeenergi fra et koldt sted til et varmere.

Den naturlige proces er, at varmeenergien af sig selv bevæger sig fra varme steder til koldere. Des større temperaturforskel den skal flytte energien over, des mere energi bruger varmepumpen. En varmepumpe kan flytte mange gange den energi, den får tilført.

Ved husopvarmning fra en kølerør i græsplænen, er det der sker oftest (ved dårlig dimensionering), at vandet i jorden fryses rundt om kølerørene om vinteren, dvs. temperaturen er omrking 0˚C - uafhængigt af om det er koldere udenfor (vandet kan nå ned på -10 ˚C, når det er værst). Inde i huset er det bedst med gulvvarme eller store radiatorer, fordi man så kan nøjes med en lavere temperatur af vandet end ved radiatorer. Vores kølemaskine flytter varme fra plænen ind i huset.  

Det koster et varmepumpeanlæg

Man kan godt få et forhold, så man f.eks. kan flytte 5x så meget energi ind i huset (eller mere), som kompressoren anvender. Varmen til jordvarme (den evt. frosne jord der skal tøs) kommer så senere på året fra solen, som opvarmer jorden, og denne opvarmning tør og/eller opvarmer så isen om kølerøret i græsplænen. Det sker så i løbet af efteråret.

Afhængigt af design, varmepumpe og vejr, kan der godt blive frosset mange decimeter jord omkring rørene, men der bør normalt ikke ske idag. Her i landet giver den type varmepumper på årsbasis 3-5 gange så meget energi til huset, som de bruger. Et normalt varmepumpe villaanlæg ligger normalt et sted imellem 100 000 kr. og 200 000 kr.

Luft til luft varmepumper

Tabet, når det er koldt, ses tydeligt ved luft til luft (fjerner varme fra udendørs luft og afgiver til indendørs luft), varmepumper som ofte anvendes i sommerhuse. Der bruger kompressoren måske 20 % af den energi man får i huset ved +7 ˚C, men bliver temperaturen -15 grader, bruger man måske ¾ af den energi, der går til huset, og ved -2o ˚C kan man lige så godt bruge el-varme. 

Her i landet er gennemsnittet på årsbasis nok, at luft til luftvarmepumper afgiver 2-2,5 gange så meget varmeenergi, som de bruger af elektrisk energi. Et luft til luftvarmeanlæg omkring 6 kW ligger omkring 10 000 kr. til 25 000 kr.

Der kan være nogle væsentlige forskelle på, hvor godt de anlæg der er luft -til -luft  passer til det nordiske klima (det er i princip det samme som air-condition-anlæg, og en del af det der sælges, er faktisk sådanne anlæg beregnet for varmt klima, der bare går den modsatte vej), og der er anlæg på markedet, som ikke er optimale ved selv moderate negative temperaturer. Bemærk, at der kan være store forskelle i støjniveauet fra varmepumpeenehden (luft-luft udendørs, jordvarme normalt indendørs) og for luft til luft anlæg desuden den indendørs blæsers støjniveau. Effektiviteten af varmepumpen kan være meget varierende, det der viser dette er et tal som betegnes COP, des højere des bedre økonomisk.

Det er et område, hvor det kan betale sig at undersøge markedet nøje, specielt med henblik på hvordan pumperne klarer sig ved lave udendørs temperaturer. Groft set som mange andre steder, de dyre er bedre end de billige. Tilbagebetalingstiden af begge typer ligger imellem 7 og 15 år, sammenlignet med el-varme og afhængig af typen af anlæg og hus.

 

Med venlig hilsen
Malte Olsen