پمپ حرارتی زمین‌گرمایی

پمپ حرارتی ژئوترمال
پمپ حرارتی زمین‌گرمایی یا پمپ حرارتی منبع زمین (SHP) سامانه‌ای گرمایش یا سرمایش محور است که گرما را به زمین یا از زمین منتقل می‌کند. این سامانه از کرهٔ زمین به عنوان یک منبع گرمازا (در زمستان) یا گرما زدا (در تابستان) بهره می‌گیرد.
این طرح از دمای هوای معتدل در زمین جهت افزایش بهره‌وری و کاهش مخارج عملیاتی سامانه‌های گرمایشی و سرمایشی کمک گرفته و قادراست با گرمای خورشیدی ترکیب شده تا سامانه‌ای خورشیدی- زمینی را حتی با بهره‌وری بیشتر تشکیل دهد. پمپ‌های حرارتی منبع زمینی همچنین به عنوان پمپ‌های حرارتی ژئوترمال نیز شناخته می‌شوند، اگرچه دقیقاً گرما نه تنها از کرهٔ زمین بلکه از خورشید گرفته می‌شود. سامانه‌های مذکور بانام‌های دیگری نظیر سامانه مبادلهٔ زمینی، سامانه متصل به کرهٔ زمین، سامانه انرژی کرهٔ زمین شناخته می‌شوند. جوامع علمی و مهندسی اصطلاح سامانه مبادلهٔ زمینی یا پمپ‌های حرارتی منبع را ترجیح می‌دهند به این دلیل که مانع ایجاد سوء تعبیر و اشتباه گرفتن با نیروی ژئوترمال سنتی، که دمای بالای منبع حرارتی به منظور ایجاد نیروی الکتریسیته را مورد استفاده قرار می‌دهد، می‌شود. پمپ‌های حرارتی منبع زمین گرمای جذب شده در سطح کرهٔ زمین را از انرژی خورشیدی به‌دست می‌آورند. دمای زمین زیر۶متر به سختی با میانگین دمای سالیانه عرض جغرافیایی مربوط به سطح یکسان است. با اتکا به عرض جغرافیایی دمای هوا بالای ۶ متر از سطح کرهٔ زمین دمای تقریباً پایدار و ثابتی رابین ۱۰ تا ۱۶ درجهٔ سانتی گراد نگه می‌دارد، اگر که دمای هوا بخاطر وجود پمپ حرارتی بدون تغییر باقی بماند. مانند یک یخچال یا سامانه تهویهٔ هوا، این سامانه‌ها از یک پمپ حرارتی استفاده می‌کنند تا به انتقال گرما از زمین کمک کنند. پمپ‌های حرارتی قادرند گرما را از یک فضای سرد به یک فضای گرم، در مقابل جهت طبیعی جریان هوا، انتقال دهند ویا نیز قادرند جریان طبیعی گرما را از یک مکان گرم به یک مکان سرد افزایش دهند. مرکز پمپ حرارتی یک حلقهٔ سردساز که از یک چرخهٔ خنک‌کنندگی هم فشارش (تراکم) بخار، که حرارت را جابجا می‌کند، می‌باشد.
پمپ‌های حرارتی منبع هوایی نیز در ایجاد گرما نسبت به گرمایش برقی یا الکتریکی، حتی زمانی که گرما را از هوای سرد زمستانی بیرون می‌کشند، کارآمدتر هستند. یک پمپ حرارتی منبع زمینی گرما را با زمین مبادله می‌کند. این بیشتر یک انرژی کارآمد (به نفع انرژی) است زیرا دمای زیرزمین نسبت به دمای هوا در طول کل سال پایدارتر است. در نتیجه نوسانات فصلی عمیقاً کاهش می‌یابد. همانند یک غار یا اشکفت، دمای زمین درقسمتهای کم عمق و سطحی در طول زمستان گرمتر از هوای قسمت‌های بالا و نیز سردتر از هوای تابستانی است. یک پمپ حرارتی منبع زمینی گرمای زمین را در فصل زمستان (جهت گرمایش) استخراج می‌کند، دما را دوباره به سمت زمین در تابستان (جهت سرمایش) انتقال می‌دهد.
بعضی سامانه‌های طراحی شده فقط به یکی از این اهداف با توجه به وضعیت آب و هوا مورد استفاده قرارمی‌گیرند یعنی یا سرمایش ویا گرمایش.
سامانه‌های پمپ ژئوترمال به ضریب عملکرد بالا(COP) ۳ تا ۶، در سردترین شب‌های زمستان درمقایسه با ۲٫۵–۱٫۷۵ برای پمپ‌های حرارتی منبع هوایی در روزهای خنک می‌رسند. پمپ‌های حرارتی منبع زمینی (GSHPS) دارای بیشترین فناوری کارآمد انرژی جهت ایجاد HVAC و گرمایش آب هستند. هزینه‌های سازمانی این سامانه‌ها نسبت به سامانه‌های سنتی و رایج بیشتر است اما این تفاوت برمی گردد به ذخیرهٔ انرژی بین ۳ تا ۱۰سال و حتی مدت زمان کمتری دربخش فدرال، ایالات واعتبارات مالیاتی خدمات رفاهی. سامانه‌های پمپ حرارتی ژئوترمال توسط سازندگان گارانتی می‌شوند و عمر کاری آن‌ها حدود ۲۵سال برای اجزای داخلی و بیش از۵۰ سال برای حلقه‌های تعبیه شده درزمین برآورد می‌شود. همانطورکه در سال ۲۰۰۴ اتفاق افتاد، بالغ بریک میلیون واحد درسرتاسر جهان که GW۱۲ ظرفیت گرمایی و حرارتی ایجاد می‌کنند با رشد سالیانه حدود ۱۰٪، نصب شده‌است.