本文發表於《大眾科學》的前部落格網路，反映了作者的觀點，不一定反映《大眾科學》的觀點
我嘗試了一切：填補裂縫，吹入絕緣材料，更換漏風的窗戶，而且——我尤其為此感到自豪——安裝了一個氣密性極佳的郵箱槽蓋，它可以用在太空梭的對接模組中。然而，我的家庭供暖費用仍然令人恐懼和厭惡。在嘗試了多年的低技術解決方案後，我被高技術解決方案所吸引，而我一直聽到的一個就是地熱熱泵。
各種各樣的熱泵都給你一種打破物理定律的眩暈感。我家地下室的燃氣鍋爐效率為 80%；燃燒燃氣不可避免地會加熱廢氣以及散熱器中的水。電加熱器的效率幾乎為 100%。但是熱泵的效率可以超過 100%。一個 1000 瓦的電加熱器在一小時內釋放 3400 BTU 的熱量，但相同量的電力，用於執行熱泵，可能會將 15000 BTU 的熱量轉移到房屋中。
訣竅在於熱泵移動熱量而不是產生熱量。它基本上只是一個空調或冰箱。夏季，它為房屋降溫；冬季，它反向執行，透過冷凍室外來溫暖房屋。室外幾乎不會注意到（除非你身處熱泵密集的城市地區）——這就像向大海吐口水，幾乎不會影響大海，但會影響吐口水的人。無論外面變得多麼寒冷，總有一些熱量可以收集，儘管天氣越冷，任務就越困難。透過避免產生新的熱量，熱泵避開了樸素的效率限制。它仍然需要能量來執行，但能量是機械地使用（迴圈和壓縮製冷劑）而不是熱力學地使用。
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大多數熱泵從室外空氣中獲取熱量。地熱熱泵則從地下獲取熱量。事實上，“地熱”這個詞具有欺騙性。這些裝置不會利用間歇泉或火山熱點。在我們談論的深度，地下的熱量不是來自地球內部，而是來自太陽。“這種能量只是太陽能——它只是太陽能的另一種形式，” Ryan Energy Technologies 位於新澤西州 Union 的 Patrick Ryan 解釋說。更好的術語是“地源”熱泵，但“地熱”這個詞一直沿用下來，因為它聽起來更性感。
當陽光溫暖地表時，熱量會向下擴散——這是一個緩慢的過程，可以減弱每日和季節性溫度變化。在乾燥的土壤中，每深入三英尺，年溫度波動就會減半，因此地下溫度迅速接近平均地表溫度，在新澤西州這裡約為 55 華氏度。這已經非常接近典型的恆溫器設定，因此地源熱泵比空氣源熱泵的工作量更少，因此消耗的能量只有空氣源熱泵的一半或三分之一。
兩週前的週末，Ryan 向我展示了他在新澤西州西部鄉村地區的 Whitehouse Station 的一個專案（是的，新澤西州確實有西部鄉村地區）。該系統由水平管網組成，埋在業主現在正在種植蘋果園的大片草地地下八英尺處。水在管道中迴圈，溫度達到 45 度。它沒有完全達到 55 度的地面溫度，因為它流動得太快，無法與地面達到平衡。
流入地下室後，水進入熱交換器，在那裡水管纏繞在製冷劑管線上。水加熱製冷劑，冷卻至 40 度，然後流回室外再次升溫。然後泵機構壓縮製冷劑，在不增加任何熱量的情況下提高其溫度。最後，風扇將空氣吹過製冷劑盤管並進入房屋的管道。另一個盤管預熱生活熱水，也節省了這方面的費用。在夏季，是空氣加熱製冷劑，製冷劑加熱水，從而將熱量從房屋中吸走並推入地下。要觀看 Ryan 解釋該系統，請觀看我釋出到 YouTube 的手機影片。
不幸的是，經濟效益並不像技術那樣令人驚歎。2009 年，Ryan 給我的房子做了一個估算。我們的房產太小，無法進行水平環路，因此需要打三口 400 英尺深的井，深入到我們房子下方的三疊紀砂岩中。另一個複雜之處是我們必須用強制空氣取代我們的蒸汽供暖。熱泵不能用於蒸汽：溫差太大。總成本非常離譜，以至於我至今仍將其作為派對笑話：70,000 美元，外加獲得許可證和鑽探人員挖開我們的車道後重新鋪設車道的費用。州政府的退稅可以支付 10,000 美元，聯邦稅收抵免可以支付剩餘部分的三分之一，但任何義賣都無法彌補這筆費用。
更重要的是，很難知道我會節省多少錢。雖然熱泵使用的能量更少，但它們使用的是電能，按 BTU 計算，電能比天然氣貴好幾倍。我對我的淨節省的粗略估計是三分之一，在這種情況下，投資回收期將超過我的預期壽命。熱泵製造商 ClimateMaster 在這裡提供了另一個節省計算器。
其他人證實，為舊房子改造地熱供暖僅在有限的情況下才有意義。新澤西州 Teaneck 的 Tom Mandel 是該州首批嘗試地熱供暖的房主之一，他估計自己支付了 55,000 美元，每月節省 400 美元。因此，他懷疑自己是否能收回成本。他補充說，他的房子升溫時間比以前更長，並且當室外溫度降至 20 度以下時，需要電加熱器額外助力。
地熱對於新建築來說可能是有意義的，尤其是在沒有燃氣管道的地區。Alan Sexstone 回覆了我在 Twitter 上釋出的關於地熱使用者的請求，他說他和妻子 11 年前在西弗吉尼亞州 Morgantown 南部建造房屋時，決定採用地熱熱泵。該系統包括三口 100 英尺深的井，安裝成本約為 10,000 美元——大約是丙烷或電加熱的兩倍，但足夠低，以至於該系統幾乎肯定會收回成本。與 Mandel 一樣，Sexstone 說該系統在 20 度左右以下執行良好，低於 20 度時，他需要用燃木爐補充加熱。
我從 Twitter 上聽到的另一位房主兩年前在 Boulder 附近建造了一棟房子。他為他的地熱系統支付了 50,000 美元（稅收抵免前），並估計每年節省 1000 美元。在他的案例中，節省的部分原因在於他因太陽能電池陣列而獲得的較低的有效電價。
這裡有一種諷刺意味，因為地熱實際上應該更適合舊建築而不是新建築。新房子往往隔熱效果更好，這降低了它們的供暖成本，從而降低了節省的潛力。但是，這一事實必須與改造的額外成本和平均新房子的更大尺寸相權衡。
即使我有這筆錢，我也許最好用它來把我的整棟房子都像那個對接模組一樣緊緊地包裹起來。畢竟，為你的房子供暖的最終方法是不供暖。一些超級隔熱的房子依靠居住者的體溫保持溫暖。對於像我們這樣的舊房子來說，這很難做到，但在即將釋出的文章中，我將講述一位附近的房主幾乎做到了這件事的故事。
我還計劃重新探討地熱熱泵（以及太空梭——我下週將去觀看奮進號發射）這個話題，所以請在這裡或在 Twitter 上告訴我您的經驗。
地熱安裝工 Patrick Ryan。照片由 George Musser 拍攝。