本文发表于《大众科学》的前博客网络，反映了作者的观点，不一定反映《大众科学》的观点
我尝试了一切：填补裂缝，吹入绝缘材料，更换漏风的窗户，而且——我尤其为此感到自豪——安装了一个气密性极佳的邮箱槽盖，它可以用在航天飞机的对接模块中。然而，我的家庭供暖费用仍然令人恐惧和厌恶。在尝试了多年的低技术解决方案后，我被高技术解决方案所吸引，而我一直听到的一个就是地热热泵。
各种各样的热泵都给你一种打破物理定律的眩晕感。我家地下室的燃气锅炉效率为 80%；燃烧燃气不可避免地会加热废气以及散热器中的水。电加热器的效率几乎为 100%。但是热泵的效率可以超过 100%。一个 1000 瓦的电加热器在一小时内释放 3400 BTU 的热量，但相同量的电力，用于运行热泵，可能会将 15000 BTU 的热量转移到房屋中。
诀窍在于热泵移动热量而不是产生热量。它基本上只是一个空调或冰箱。夏季，它为房屋降温；冬季，它反向运行，通过冷冻室外来温暖房屋。室外几乎不会注意到（除非你身处热泵密集的城市地区）——这就像向大海吐口水，几乎不会影响大海，但会影响吐口水的人。无论外面变得多么寒冷，总有一些热量可以收集，尽管天气越冷，任务就越困难。通过避免产生新的热量，热泵避开了朴素的效率限制。它仍然需要能量来运行，但能量是机械地使用（循环和压缩制冷剂）而不是热力学地使用。
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大多数热泵从室外空气中获取热量。地热热泵则从地下获取热量。事实上，“地热”这个词具有欺骗性。这些设备不会利用间歇泉或火山热点。在我们谈论的深度，地下的热量不是来自地球内部，而是来自太阳。“这种能量只是太阳能——它只是太阳能的另一种形式，” Ryan Energy Technologies 位于新泽西州 Union 的 Patrick Ryan 解释说。更好的术语是“地源”热泵，但“地热”这个词一直沿用下来，因为它听起来更性感。
当阳光温暖地表时，热量会向下扩散——这是一个缓慢的过程，可以减弱每日和季节性温度变化。在干燥的土壤中，每深入三英尺，年温度波动就会减半，因此地下温度迅速接近平均地表温度，在新泽西州这里约为 55 华氏度。这已经非常接近典型的恒温器设置，因此地源热泵比空气源热泵的工作量更少，因此消耗的能量只有空气源热泵的一半或三分之一。
两周前的周末，Ryan 向我展示了他在新泽西州西部乡村地区的 Whitehouse Station 的一个项目（是的，新泽西州确实有西部乡村地区）。该系统由水平管网组成，埋在业主现在正在种植苹果园的大片草地地下八英尺处。水在管道中循环，温度达到 45 度。它没有完全达到 55 度的地面温度，因为它流动得太快，无法与地面达到平衡。
流入地下室后，水进入热交换器，在那里水管缠绕在制冷剂管线上。水加热制冷剂，冷却至 40 度，然后流回室外再次升温。然后泵机构压缩制冷剂，在不增加任何热量的情况下提高其温度。最后，风扇将空气吹过制冷剂盘管并进入房屋的管道。另一个盘管预热生活热水，也节省了这方面的费用。在夏季，是空气加热制冷剂，制冷剂加热水，从而将热量从房屋中吸走并推入地下。要观看 Ryan 解释该系统，请观看我发布到 YouTube 的手机视频。
不幸的是，经济效益并不像技术那样令人惊叹。2009 年，Ryan 给我的房子做了一个估算。我们的房产太小，无法进行水平环路，因此需要打三口 400 英尺深的井，深入到我们房子下方的三叠纪砂岩中。另一个复杂之处是我们必须用强制空气取代我们的蒸汽供暖。热泵不能用于蒸汽：温差太大。总成本非常离谱，以至于我至今仍将其作为派对笑话：70,000 美元，外加获得许可证和钻探人员挖开我们的车道后重新铺设车道的费用。州政府的退税可以支付 10,000 美元，联邦税收抵免可以支付剩余部分的三分之一，但任何义卖都无法弥补这笔费用。
更重要的是，很难知道我会节省多少钱。虽然热泵使用的能量更少，但它们使用的是电能，按 BTU 计算，电能比天然气贵好几倍。我对我的净节省的粗略估计是三分之一，在这种情况下，投资回收期将超过我的预期寿命。热泵制造商 ClimateMaster 在这里提供了另一个节省计算器。
其他人证实，为旧房子改造地热供暖仅在有限的情况下才有意义。新泽西州 Teaneck 的 Tom Mandel 是该州首批尝试地热供暖的房主之一，他估计自己支付了 55,000 美元，每月节省 400 美元。因此，他怀疑自己是否能收回成本。他补充说，他的房子升温时间比以前更长，并且当室外温度降至 20 度以下时，需要电加热器额外助力。
地热对于新建筑来说可能是有意义的，尤其是在没有燃气管道的地区。Alan Sexstone 回复了我在 Twitter 上发布的关于地热用户的请求，他说他和妻子 11 年前在西弗吉尼亚州 Morgantown 南部建造房屋时，决定采用地热热泵。该系统包括三口 100 英尺深的井，安装成本约为 10,000 美元——大约是丙烷或电加热的两倍，但足够低，以至于该系统几乎肯定会收回成本。与 Mandel 一样，Sexstone 说该系统在 20 度左右以下运行良好，低于 20 度时，他需要用燃木炉补充加热。
我从 Twitter 上听到的另一位房主两年前在 Boulder 附近建造了一栋房子。他为他的地热系统支付了 50,000 美元（税收抵免前），并估计每年节省 1000 美元。在他的案例中，节省的部分原因在于他因太阳能电池阵列而获得的较低的有效电价。
这里有一种讽刺意味，因为地热实际上应该更适合旧建筑而不是新建筑。新房子往往隔热效果更好，这降低了它们的供暖成本，从而降低了节省的潜力。但是，这一事实必须与改造的额外成本和平均新房子的更大尺寸相权衡。
即使我有这笔钱，我也许最好用它来把我的整栋房子都像那个对接模块一样紧紧地包裹起来。毕竟，为你的房子供暖的最终方法是不供暖。一些超级隔热的房子依靠居住者的体温保持温暖。对于像我们这样的旧房子来说，这很难做到，但在即将发布的文章中，我将讲述一位附近的房主几乎做到了这件事的故事。
我还计划重新探讨地热热泵（以及航天飞机——我下周将去观看奋进号发射）这个话题，所以请在这里或在 Twitter 上告诉我您的经验。
地热安装工 Patrick Ryan。照片由 George Musser 拍摄。