Тепловой насос , работающий на основе геотермального тепла (также геотермальный тепловой насос ) — это система отопления/охлаждения для зданий, которая использует тип теплового насоса для передачи тепла в землю или из земли, используя относительное постоянство температур земли в течение сезонов. Тепловые насосы, работающие на основе геотермального тепла (GSHP) — или геотермальные тепловые насосы (GHP), как их обычно называют в Северной Америке — являются одними из самых энергоэффективных технологий для обеспечения HVAC и нагрева воды , используя гораздо меньше энергии, чем можно получить при сжигании топлива в котле/печи или при использовании резистивных электронагревателей .
Эффективность определяется как коэффициент полезного действия (CoP), который обычно находится в диапазоне 3–6, что означает, что устройства обеспечивают 3–6 единиц тепла на каждую единицу потребляемой электроэнергии. Затраты на установку выше, чем для других систем отопления, из-за необходимости установки контуров заземления на больших площадях или бурения скважин, и по этой причине грунтовый источник часто подходит при строительстве новых многоквартирных домов. [1] В противном случае вместо него часто используются воздушные тепловые насосы .
Тепловые насосы, использующие тепло грунта, используют разницу между температурой окружающей среды и температурой на различных глубинах земли.
Тепловые свойства земли вблизи поверхности [2] [3] можно описать следующим образом:
«Глубина проникновения» [3] определяется как глубина, на которой температурная переменная составляет менее 0,01 от изменения на поверхности, и это зависит от типа почвы:
Тепловой насос был описан лордом Кельвином в 1853 году и разработан Петером Риттером фон Риттингером в 1855 году. Генрих Цолли запатентовал идею использования его для извлечения тепла из земли в 1912 году. [4]
После экспериментов с морозильной камерой Роберт С. Уэббер построил первый прямой тепловой насос с геотермальным источником в конце 1940-х годов; однако источники расходятся во мнениях относительно точной даты его изобретения [4] [5] Первый успешный коммерческий проект был установлен в здании Содружества (Портленд, Орегон) в 1948 году и был признан Национальным историческим памятником машиностроения по версии ASME . [6] Профессор Карл Нильсен из Университета штата Огайо построил первую жилую версию открытого контура у себя дома в 1948 году. [7]
В результате нефтяного кризиса 1973 года геотермальные тепловые насосы стали популярными в Швеции и с тех пор медленно росли в мировом признании. Системы открытого цикла доминировали на рынке, пока разработка полибутиленовых труб в 1979 году не сделала системы закрытого цикла экономически жизнеспособными. [6]
По состоянию на 2004 год по всему миру было установлено более миллиона единиц, обеспечивающих 12 ГВт тепловой мощности с темпом роста 10% в год. [8] Ежегодно (по состоянию на 2011/2004 гг. соответственно) в США устанавливается около 80 000 единиц [9] и 27 000 единиц в Швеции. [8] В Финляндии геотермальный тепловой насос был наиболее распространенным выбором системы отопления для новых отдельных домов в период с 2006 по 2011 гг., а его доля на рынке превысила 40%. [10]
Тепловой насос — это центральный блок для отопления и охлаждения здания. Обычно он поставляется в двух основных вариантах:
Тепловые насосы «жидкость-вода» (также называемые «вода-вода ») представляют собой гидравлические системы, которые переносят отопление или охлаждение по зданию через трубы к обычным радиаторам , напольному отоплению , плинтусным радиаторам и водонагревателям . Эти тепловые насосы также предпочтительны для подогрева бассейна. Тепловые насосы обычно эффективно нагревают воду только до 55 °C (131 °F), тогда как котлы обычно работают при 65–95 °C (149–203 °F) [ требуется ссылка ] . Размер радиаторов, рассчитанных на более высокие температуры, достигаемые котлами, может быть слишком мал для использования с тепловыми насосами, что требует замены на более крупные радиаторы при модернизации дома с котла на тепловой насос. При использовании для охлаждения температура циркулирующей воды обычно должна поддерживаться выше точки росы , чтобы гарантировать, что атмосферная влажность не конденсируется на радиаторе.
Тепловые насосы «жидкость-воздух» (также называемые «вода-воздух ») вырабатывают принудительный воздух и чаще всего используются для замены устаревших печей с принудительным воздухораспределением и центральных систем кондиционирования воздуха. Существуют вариации, которые позволяют использовать сплит-системы, высокоскоростные системы и системы без воздуховодов. Тепловые насосы не могут достичь такой же высокой температуры жидкости, как обычная печь, поэтому для компенсации им требуется более высокий объемный расход воздуха. При модернизации жилого помещения может потребоваться расширение существующей системы воздуховодов, чтобы снизить шум от более высокого потока воздуха.
Тепловые насосы с использованием грунтового источника используют грунтовый теплообменник, контактирующий с грунтом или грунтовыми водами, для извлечения или рассеивания тепла. Неправильная конструкция может привести к замерзанию системы через несколько лет или к очень неэффективной работе системы; таким образом, точная конструкция системы имеет решающее значение для успешной работы системы [11]
Трубопровод для контура заземления обычно изготавливается из полиэтиленовой трубы высокой плотности и содержит смесь воды и антифриза ( пропиленгликоля , денатурированного спирта или метанола ). Монопропиленгликоль имеет наименьший потенциал повреждения при утечке в землю и, следовательно, является единственным разрешенным антифризом в грунтовых источниках во все большем числе европейских стран.
Горизонтальное замкнутое поле состоит из труб, которые выстроены в плоскости в земле. Выкапывается длинная траншея , глубже линии промерзания , и в той же траншее разбрасываются U-образные или обтягивающие катушки. Неглубокие горизонтальные теплообменники 3–8 футов (0,91–2,44 м) испытывают сезонные температурные циклы из-за солнечного притока и потерь при передаче в окружающий воздух на уровне земли. Эти температурные циклы отстают от сезонов из-за тепловой инерции, поэтому теплообменник будет собирать тепло, отложенное солнцем на несколько месяцев раньше, при этом будучи отягощенным поздней зимой и весной из-за накопленного зимнего холода. Системы во влажной земле или в воде, как правило, более эффективны, чем более сухие контуры заземления, поскольку вода проводит и сохраняет тепло лучше, чем твердые частицы в песке или почве. Если земля естественно сухая, шланги для замачивания могут быть закопаны вместе с контуром заземления, чтобы поддерживать его влажным.
Вертикальная система состоит из ряда скважин глубиной от 50 до 400 футов (15–122 м), оснащенных U-образными трубами, по которым циркулирует теплонесущая жидкость, которая поглощает (или отдает) тепло из (или в) землю. [12] [13] Скважины располагаются на расстоянии не менее 5–6 м друг от друга, а глубина зависит от характеристик грунта и здания. В качестве альтернативы трубы могут быть интегрированы с фундаментными сваями, используемыми для поддержки здания. Вертикальные системы полагаются на миграцию тепла из окружающей геологии, если только они не подзаряжаются летом и в другое время, когда имеется избыток тепла. Вертикальные системы обычно используются там, где недостаточно доступной земли для горизонтальной системы.
Пары труб в скважине соединяются с помощью U-образного крестообразного соединителя в нижней части скважины или состоят из двух трубок из полиэтилена высокой плотности (HDPE) малого диаметра, термически сплавленных для образования U-образного изгиба в нижней части. [14] Пространство между стенкой скважины и U-образными трубами обычно полностью заделывается цементным материалом или, в некоторых случаях, частично заполняется грунтовыми водами. [15] Например, для отдельно стоящего дома, требующего 10 кВт (3 тонны ) тепловой мощности, может потребоваться три скважины глубиной от 80 до 110 м (от 260 до 360 футов). [16]
В качестве альтернативы рытью траншей петли можно прокладывать с помощью мини- горизонтально-направленного бурения (мини-ГНБ). Этот метод позволяет прокладывать трубы под дворами, подъездными дорожками, садами или другими сооружениями, не нарушая их, со стоимостью между стоимостью рытья траншей и вертикального бурения. Эта система также отличается от горизонтального и вертикального бурения, поскольку петли устанавливаются из одной центральной камеры, что еще больше сокращает необходимое пространство на земле. Радиальное бурение часто устанавливается ретроактивно (после того, как недвижимость была построена) из-за небольшого характера используемого оборудования и возможности бурения под существующими конструкциями.
В системе с открытым контуром (также называемой грунтовым тепловым насосом) вторичный контур перекачивает природную воду из скважины или водоема в теплообменник внутри теплового насоса. Поскольку химический состав воды не контролируется, прибор может нуждаться в защите от коррозии путем использования различных металлов в теплообменнике и насосе. Накипь может загрязнять систему с течением времени и требовать периодической очистки кислотой. Это гораздо большая проблема для систем охлаждения, чем для систем отопления. [17] Система стоячих колонных скважин представляет собой специализированный тип системы с открытым контуром, в которой вода забирается со дна глубокой скважины, проходит через тепловой насос и возвращается наверх скважины. [18] Все большее число юрисдикций запрещают системы с открытым контуром, которые сливаются на поверхность, поскольку они могут осушить водоносные горизонты или загрязнить скважины. Это заставляет использовать более экологически безопасные нагнетательные скважины или систему с закрытым контуром.
Закрытый контур пруда состоит из витков трубы, похожих на петлю, прикрепленную к раме и расположенную на дне пруда или источника воды соответствующего размера. Искусственные пруды используются в качестве накопителей тепла (эффективность до 90%) в некоторых центральных солнечных отопительных установках, которые затем извлекают тепло (аналогично наземному хранению) с помощью большого теплового насоса для подачи тепла в систему централизованного теплоснабжения . [19] [20]
Прямой обмен геотермального теплового насоса (DX) является старейшим типом технологии геотермального теплового насоса, где сам хладагент проходит через контур заземления. Разработанный в 1980-х годах, этот подход столкнулся с проблемами с системой управления хладагентом и маслом, особенно после запрета хладагентов CFC в 1989 году, и системы DX теперь используются редко. [ необходима цитата ]
Из-за технических знаний и оборудования, необходимых для правильного проектирования и расчета размера системы (и установки трубопровода, если требуется термосплав), установка системы GSHP требует услуг профессионала. Несколько установщиков опубликовали обзоры производительности системы в режиме реального времени в интернет-сообществе недавних жилых установок. Международная ассоциация геотермальных тепловых насосов ( IGSHPA ), [21] Организация геотермального обмена (GEO), [22] Канадская коалиция GeoExchange и Ассоциация геотермальных тепловых насосов ведут списки квалифицированных установщиков в США, Канаде и Великобритании. [23] Кроме того, подробный анализ теплопроводности почвы для горизонтальных систем и теплопроводности пласта для вертикальных систем, как правило, приводит к более точно спроектированным системам с более высокой эффективностью. [24]
Охлаждающая способность обычно выражается в единицах БТЕ/час/ватт как коэффициент энергоэффективности (EER), в то время как нагревательная способность обычно сводится к безразмерным единицам как коэффициент производительности (COP). Коэффициент преобразования составляет 3,41 БТЕ/час/ватт. Поскольку тепловой насос перемещает в три-пять раз больше тепловой энергии, чем потребляемой им электроэнергии, общая выходная энергия намного больше, чем потребляемая электрическая энергия. Это приводит к чистой тепловой эффективности более чем на 300% по сравнению с лучистым электрическим теплом, имеющим 100% эффективность. Традиционные печи сгорания и электрические нагреватели никогда не могут превысить 100% эффективность. Тепловые насосы с использованием грунтового источника могут снизить потребление энергии и соответствующие выбросы загрязняющих веществ в атмосферу до 72% по сравнению с электрическим резистивным отоплением со стандартным оборудованием для кондиционирования воздуха. [25]
Эффективные компрессоры, компрессоры с переменной скоростью и более крупные теплообменники способствуют повышению эффективности теплового насоса. Бытовые геотермальные тепловые насосы, представленные на рынке сегодня, имеют стандартные COP от 2,4 до 5,0 и EER от 10,6 до 30. [26] [27] Чтобы соответствовать требованиям Energy Star , тепловые насосы должны соответствовать определенным минимальным показателям COP и EER, которые зависят от типа геотермального теплообменника. Для систем с замкнутым контуром COP отопления по ISO 13256-1 должен быть 3,3 или выше, а EER охлаждения должен быть 14,1 или выше. [28]
Стандарты ARI 210 и 240 определяют сезонный коэффициент энергоэффективности (SEER) и сезонные коэффициенты производительности отопления (HSPF) для учета влияния сезонных колебаний на воздушные тепловые насосы. Эти цифры обычно неприменимы и не должны сравниваться с номинальными характеристиками геотермальных тепловых насосов. Однако Министерство природных ресурсов Канады адаптировало этот подход для расчета типичных сезонно скорректированных HSPF для геотермальных тепловых насосов в Канаде. [16] HSPF NRC варьировались от 8,7 до 12,8 БТЕ/ч/ватт (от 2,6 до 3,8 в безразмерных факторах или от 255% до 375% сезонной средней эффективности использования электроэнергии) для наиболее густонаселенных регионов Канады.
Для сравнения приборов с тепловыми насосами друг с другом, независимо от других компонентов системы, Американский институт хладагентов (ARI) и совсем недавно Международная организация по стандартизации установили несколько стандартных условий испытаний . Стандартные рейтинги ARI 330 были предназначены для тепловых насосов с замкнутым контуром, использующих теплоту грунта, и предполагают температуру воды вторичного контура 25 °C (77 °F) для кондиционирования воздуха и 0 °C (32 °F) для отопления. Эти температуры типичны для установок на севере США. Стандартные рейтинги ARI 325 были предназначены для тепловых насосов с открытым контуром, использующих теплоту грунта, и включают два набора рейтингов для температур грунтовых вод 10 °C (50 °F) и 21 °C (70 °F). ARI 325 предусматривает больше электроэнергии для перекачивания воды, чем ARI 330. Ни один из этих стандартов не пытается учитывать сезонные колебания. Стандартные рейтинги ARI 870 предназначены для тепловых насосов с прямым обменом, использующих теплоту грунта. В 2001 году ASHRAE перешла на стандарт ISO 13256–1, который заменил ARI 320, 325 и 330. Новый стандарт ISO устанавливает несколько более высокие рейтинги, поскольку он больше не предусматривает расходы на электроэнергию для водяных насосов. [26]
Почва без искусственного добавления или вычитания тепла и на глубине нескольких метров или более сохраняет относительно постоянную температуру круглый год. Эта температура примерно соответствует среднегодовой температуре воздуха в выбранном месте, обычно 7–12 °C (45–54 °F) на глубине 6 метров (20 футов) на севере США. Поскольку эта температура остается более постоянной, чем температура воздуха в течение всех сезонов, тепловые насосы с использованием грунтового источника работают с гораздо большей эффективностью во время экстремальных температур воздуха, чем кондиционеры и тепловые насосы с использованием воздуха.
Проблема прогнозирования термического отклика грунтового теплообменника (GHE) [29] заключается в разнообразии задействованных временных и пространственных масштабов. В теплопередаче GHE задействованы четыре пространственных масштаба и восемь временных масштабов. Первый пространственный масштаб, имеющий практическое значение, — это диаметр скважины (~ 0,1 м), а связанное с ним время составляет порядка 1 часа, в течение которого влияние теплоемкости материала засыпки является значительным. Вторым важным пространственным измерением является половина расстояния между двумя соседними скважинами, которая составляет порядка нескольких метров. Соответствующее время составляет порядка месяца, в течение которого важно тепловое взаимодействие между соседними скважинами. Самый большой пространственный масштаб может составлять десятки метров и более, например, половина длины скважины и горизонтальный масштаб кластера GHE. Задействованный временной масштаб равен сроку службы GHE (десятилетия). [30]
Краткосрочный почасовой температурный отклик грунта имеет жизненно важное значение для анализа энергии систем тепловых насосов с использованием грунтового источника и для их оптимального управления и эксплуатации. Напротив, долгосрочный отклик определяет общую осуществимость системы с точки зрения жизненного цикла. Рассмотрение полного спектра временных масштабов требует огромных вычислительных ресурсов.
Основные вопросы, которые инженеры могут задать на ранних стадиях проектирования GHE, следующие: (a) какова скорость теплопередачи GHE как функция времени, учитывая определенную разницу температур между циркулирующей жидкостью и землей, и (b) какова разница температур как функция времени, учитывая требуемую скорость теплообмена. На языке теплопередачи эти два вопроса, вероятно, можно выразить как
где T f — средняя температура циркулирующей жидкости, T 0 — эффективная невозмущенная температура грунта, q l — скорость теплопередачи ГТО в единицу времени на единицу длины (Вт/м), а R — общее тепловое сопротивление (м . К/Вт). R ( t ) часто является неизвестной переменной, которую необходимо определить с помощью анализа теплопередачи. Несмотря на то, что R ( t ) является функцией времени, аналитические модели исключительно разлагают ее на независимую от времени часть и зависящую от времени часть для упрощения анализа.
Различные модели для не зависящего от времени и зависящего от времени R можно найти в ссылках. [12] [13] Кроме того, часто проводится испытание теплового отклика для проведения детерминированного анализа теплопроводности грунта с целью оптимизации размера поля контура, особенно для крупных коммерческих объектов (например, более 10 скважин).
Эффективность тепловых насосов, использующих тепло грунта, можно значительно повысить, используя сезонное хранение тепловой энергии и межсезонную передачу тепла. [31] Тепло, собранное и сохраненное в тепловых банках летом, можно эффективно извлекать зимой. Эффективность хранения тепла увеличивается с масштабированием, поэтому это преимущество наиболее значимо в коммерческих или районных системах отопления .
Комбинированные геосолнечные системы использовались для обогрева и охлаждения теплицы с использованием водоносного слоя для хранения тепла. [20] [32] Летом теплица охлаждается холодной грунтовой водой. Это нагревает воду в водоносном слое, которая может стать источником тепла для отопления зимой. [32] [33] Сочетание хранения холода и тепла с тепловыми насосами можно сочетать с регулированием воды/влажности. Эти принципы используются для обеспечения возобновляемого тепла и возобновляемого охлаждения [34] для всех видов зданий.
Также эффективность существующих небольших установок тепловых насосов может быть улучшена путем добавления больших, дешевых, заполненных водой солнечных коллекторов. Их можно интегрировать в подлежащую капитальному ремонту парковку или в стены или конструкции крыши путем установки однодюймовых полиэтиленовых труб во внешний слой.
Агентство по охране окружающей среды США (EPA) назвало геотермальные тепловые насосы наиболее энергоэффективными, экологически чистыми и экономически выгодными системами кондиционирования помещений из всех существующих. [35] Тепловые насосы обладают значительным потенциалом сокращения выбросов, особенно там, где они используются как для отопления, так и для охлаждения, и где электроэнергия производится из возобновляемых ресурсов.
GSHP имеют непревзойденную тепловую эффективность и не производят локальных выбросов, но их электроснабжение включает компоненты с высоким уровнем выбросов парниковых газов, если только владелец не выбрал 100% возобновляемое энергоснабжение . Таким образом, их воздействие на окружающую среду зависит от характеристик электроснабжения и доступных альтернатив.
Экономию выбросов парниковых газов при использовании теплового насоса по сравнению с обычной печью можно рассчитать по следующей формуле: [39]
Тепловые насосы на основе геотермального источника всегда производят меньше парниковых газов, чем кондиционеры, масляные печи и электрическое отопление, но печи на природном газе могут быть конкурентоспособными в зависимости от интенсивности парниковых газов местного электроснабжения. В таких странах, как Канада и Россия с низкоэмиссионной электрической инфраструктурой, тепловой насос для жилых помещений может сэкономить 5 тонн углекислого газа в год по сравнению с масляной печью, или примерно столько же, сколько убирает с дороги среднестатистический легковой автомобиль. Но в таких городах, как Пекин или Питтсбург, которые сильно зависят от угля для производства электроэнергии, тепловой насос может привести к выбросам углекислого газа на 1 или 2 тонны больше, чем печь на природном газе. Однако для районов, не обслуживаемых коммунальной инфраструктурой природного газа, лучшей альтернативы не существует.
Жидкости, используемые в замкнутых контурах, могут быть разработаны так, чтобы быть биоразлагаемыми и нетоксичными, но хладагент, используемый в шкафу теплового насоса и в контурах прямого обмена, до недавнего времени был хлордифторметаном , который является озоноразрушающим веществом. [26] Хотя он безвреден, пока находится в замкнутом пространстве, утечки и неправильная утилизация в конце срока службы способствуют увеличению озоновой дыры . Для нового строительства этот хладагент постепенно выводится из эксплуатации в пользу озонобезопасного, но мощного парникового газа R410A . Системы открытого цикла (т. е. те, которые забирают грунтовые воды, в отличие от систем закрытого цикла, использующих скважинный теплообменник) должны быть сбалансированы путем повторного закачивания отработанной воды. Это предотвращает истощение водоносного слоя и загрязнение почвы или поверхностных вод рассолом или другими соединениями из-под земли. [ необходима цитата ]
Перед бурением необходимо понять геологию подземных пород, а бурильщики должны быть готовы запечатать скважину, в том числе предотвратить проникновение воды между пластами. Печальным примером является проект геотермального отопления в Штауфен-им-Брайсгау , Германия, который, по-видимому, стал причиной значительного ущерба историческим зданиям там. В 2008 году сообщалось, что центр города поднялся на 12 см [40] после первоначального опускания на несколько миллиметров. [41] Бурение вскрыло водоносный горизонт с естественным давлением, и через скважину эта вода попала в слой ангидрида, который расширяется при намокании, образуя гипс. Разбухание прекратится, когда ангидрит полностью прореагирует, и реконструкция центра города «нецелесообразна, пока не прекратится подъем». К 2010 году запечатывание скважины не было завершено. [42] [43] [44] К 2010 году некоторые части города поднялись на 30 см [45]
Тепловые насосы на основе геотермального источника характеризуются высокими капитальными затратами и низкими эксплуатационными расходами по сравнению с другими системами HVAC . Их общая экономическая выгода зависит в первую очередь от относительной стоимости электроэнергии и топлива, которая сильно варьируется с течением времени и по всему миру. Исходя из последних цен, тепловые насосы на основе геотермального источника в настоящее время имеют более низкие эксплуатационные расходы, чем любой другой традиционный источник отопления почти везде в мире. Природный газ является единственным топливом с конкурентоспособными эксплуатационными расходами, и только в нескольких странах, где он исключительно дешев или где электричество исключительно дорого. [39] В целом, домовладелец может сэкономить от 20% до 60% в год на коммунальных услугах, перейдя с обычной системы на систему геотермального источника. [46] [47]
Капитальные затраты и срок службы системы до недавнего времени изучались гораздо меньше, а окупаемость инвестиций сильно варьируется. Быстрый рост цен на системы сопровождался быстрым повышением эффективности и надежности. Известно, что капитальные затраты выигрывают от экономии масштаба , особенно для систем с открытым контуром, поэтому они более рентабельны для крупных коммерческих зданий и более суровых климатических условий. Первоначальная стоимость может быть в два-пять раз выше, чем у обычной системы отопления в большинстве жилых помещений, новых построек или существующих. При модернизации стоимость установки зависит от размера жилой площади, возраста дома, характеристик изоляции, геологии местности и местоположения собственности. Правильная конструкция системы воздуховодов и механический воздухообмен должны быть учтены в первоначальной стоимости системы.
Капитальные затраты могут быть компенсированы государственными субсидиями; например, Онтарио предложило 7000 долларов за жилые системы, установленные в 2009 финансовом году. Некоторые электроэнергетические компании предлагают специальные цены клиентам, которые устанавливают геотермальный тепловой насос для отопления или охлаждения своего здания. [48] Там, где электростанции имеют большую нагрузку в летние месяцы и простаивают зимой, это увеличивает продажи электроэнергии в зимние месяцы. Тепловые насосы также снижают пик нагрузки летом из-за повышенной эффективности тепловых насосов, тем самым избегая дорогостоящего строительства новых электростанций. По тем же причинам другие коммунальные компании начали платить за установку геотермальных тепловых насосов в домах клиентов. Они сдают системы в аренду своим клиентам за ежемесячную плату, что дает чистую общую экономию для клиента.
Срок службы системы дольше, чем у обычных систем отопления и охлаждения. Хорошие данные о сроке службы системы пока недоступны, поскольку технология слишком новая, но многие ранние системы все еще работают сегодня после 25–30 лет при плановом обслуживании. Большинство кольцевых полей имеют гарантию на 25–50 лет и, как ожидается, прослужат не менее 50–200 лет. [46] [49] Тепловые насосы на основе геотермального источника используют электричество для отопления дома. Более высокие инвестиции по сравнению с обычными системами на масле, пропане или электричестве могут окупиться в виде экономии энергии в течение 2–10 лет для жилых систем в США. [50] [47] [49] Срок окупаемости для более крупных коммерческих систем в США составляет 1–5 лет, даже по сравнению с природным газом. [47] Кроме того, поскольку геотермальные тепловые насосы обычно не имеют наружных компрессоров или градирен, риск вандализма снижается или устраняется, что потенциально продлевает срок службы системы. [51]
Тепловые насосы на основе грунтового источника признаны одной из самых эффективных систем отопления и охлаждения на рынке. Они часто являются вторым наиболее экономически эффективным решением в экстремальных климатических условиях (после когенерации ), несмотря на снижение тепловой эффективности из-за температуры грунта. (Источник грунта теплее в климате, требующем сильного кондиционирования воздуха, и холоднее в климате, требующем сильного отопления.) Финансовая жизнеспособность этих систем зависит от адекватного размера теплообменников грунта (GHE), которые, как правило, вносят наибольший вклад в общие капитальные затраты систем GSHP. [52]
Расходы на техническое обслуживание коммерческих систем в США исторически составляли от 0,11 до 0,22 долл. США за м2 в год в ценах 1996 года, что намного меньше среднего показателя в 0,54 долл. США за м2 в год для обычных систем HVAC. [6]
Правительства, которые продвигают возобновляемую энергию, вероятно, предложат стимулы для потребительского (жилого) или промышленного рынков. Например, в Соединенных Штатах стимулы предлагаются как на уровне штата, так и на федеральном уровне правительства. [53]
![{\displaystyle q_{l}=[T_{f}(t)-T_{0}]/R(t)}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/3219a6a4b98c827283b5d8ef9e77ab61e7c6f711)
{{citation}}: CS1 maint: отсутствует местоположение издателя ( ссылка ){{cite journal}}: Цитировать журнал требует |journal=( помощь ){{cite book}}: |journal=проигнорировано ( помощь ){{cite journal}}: Цитировать журнал требует |journal=( помощь )