Varmepumper til brug i bygninger

I 2017 lukkede Ball State University i Indiana den sidste af de fire kulfyrede kedler, der havde opvarmet deres campus i årtier. I stedet borede man omkring 3.600 borehuller under campusområdet og forbandt dem via to energistationer med varmepumper, der opvarmer og køler campusområdet. Systemet kostede omkring $65 millioner, og universitetet forpligtede sig til at reducere sine drivhusgasemissioner med næsten 80.000 tons om året (Wikimedia Commons har flere filer relateret til Ball State University).

En jordvarmepumpe er ikke en ny energikilde. It is a multiplier: it uses electricity to move heat that is already in the ground into a building, and delivers three to five units of heat for each unit of electricity it uses (IEA, 2022). Den er moden, pålidelig og stille. Det er også dyrt at installere, hvilket er grunden til denne side bruger så meget tid på omkostninger som på fysik.

Hvad det er

En varmepumpe er en maskine, der bruger jordvarme til at producere varme. jordsløjfe af plastrør begravet i skyttegrave eller faldet i boringer, fyldt med vand og frostvæske; en Varmepumpe til brugsvand på størrelse med et køleskab, normalt indendørs; og en Varmefordelingssystem, såsom radiatorer eller gulvvarme. Om vinteren optager væsken i kredsløbet varme fra jorden, og varmepumpen koncentrerer den til 35-55 °C for huset. Om sommeren kan den samme maskine køre i omvendt retning, så bygningen køles og varmen sendes tilbage til jorden.

Små huse med haver kan bruge vandrette sløjfer lagt 1 til 2 m dyb. De fleste andre bygninger bruger lodrette boringer, typisk 15 til 150 m dybe; et fritliggende hus, der har brug for 10 kW varme kan have brug for tre borehuller på 80 til 110 m (Wikipedia, jordvarmepumpe). Hele gader og campusser kan dele et felt af boringer gennem en termisk netværk: et vandkredsløb med omgivelsestemperatur, der forbinder mange bygninger, hver med sin egen varmepumpe.

Sådan virker det

En varmepumpe er et køleskab vendt på hovedet. En arbejdsvæske (kølemiddel) fordamper ved lav temperatur i en varmeveksler, der er tilsluttet jordsløjfen, og absorberer varme. En kompressor presser dampen sammen, hvilket øger dens temperatur. I en anden varmeveksler kondenserer den og frigiver varmen i vandet, der går til radiatorerne. En ekspansionsventil sænker trykket, og cyklussen starter igen.

Multiplikatoren. Den leverede varme divideret med den anvendte elektricitet er ydelseskoefficienten, COP. Det bedste en varmepumpe nogensinde kan gøre er Carnot COP:

COP_max = T_hot / (T_hot − T_cold), med temperaturer i kelvin.

Levering af vand ved 40 °C (313 K) fra jorden ved 5 °C (278 K) efter varmevekslertab giver 313 / 35 ≈ 8.9. Rigtige maskiner når groft halv af Carnot-figuren, så omkring 4,5. To ting følger direkte af ligningen:

• Løftet er vigtigere end noget andet. Hver grad mellem kilden og radiatorerne koster effektivitet. Ved at hæve fremløbstemperaturen fra 35 °C til 55 °C falder vores modellerede jordkilde-COP fra ca. 4,5 til 3,0. Større radiatorer eller gulvvarme, som arbejder ved lavere temperaturer, gør enhver varmepumpe bedre.
• Kildetemperaturen er vigtig. Udendørsluften er koldeste, præcis når der er mest brug for varme. Ved −7 °C og 55 °C flow falder en luftkildeenhed i vores model til ca. 2,3; jorden ved ca. 10 °C giver 3,0 ved samme flowtemperatur. Det er hele fordelen ved jorden.

Jorden er et langsomt batteri. Et par meter nede forsvinder de daglige svingninger; ved 10 til 20 m sidder jorden tæt på den lokale gennemsnitlige årlige lufttemperatur, og dybere opvarmes den med ca. 0,025 °C pr. meter (Wikipedia, Geotermiske varmepumper). Varmen i den kommer for det meste fra Solen, der opvarmer overfladen, ikke fra Jordens kerne. Et borehul, der kun udvinder varme, afkøler langsomt bjerget omkring det i årenes løb, og et tætpakket felt med borehuller kan køle hurtigere end jorden kommer sig. At sende varmen tilbage om sommeren ved at afkøle bygninger holder balancen. Det er derfor, delte netværk, der blander varme- og kølebelastninger, fungerer så godt.

Det sæsonmæssige tal. COP på et specifikationsark måles ved en testbetingelse. Det, der tæller, er den sæsonbestemte ydelsesfaktor (SPF): Varmen leveret over et helt år divideret med al den elektricitet, der bruges, inklusive pumper og reservevarmere. Felttests måler SPF, og den er altid lavere end laboratorie-COP.

Grænserne

• Fysik. Carnot-grænsen begrænser COP for en given lift; intet kølemiddel eller kompressor undslipper den. Rigtige maskiner er allerede på omkring halvdelen af det, og de bedste på lidt mere.
• Kapacitet i jorden. Hver meter borehul kan kun levere nogle få titals watt varme, afhængigt af bjerget og grundvandet, så en bygnings varmebehov bestemmer, hvor mange meter der skal bores. Boring er den største enkeltomkostning.
• Plads og adgang. Borerigge har brug for adgang; tætte byblokke, fredede bygninger og små grunde kan ikke have nogen steder at bore.
• Bygningskvalitet. Et utæt hus med små radiatorer har brug for en høj fremløbstemperatur, hvilket reducerer COP; isolering og større emittere kommer ofte først.
• Elpriser. Driftsomkostningerne afhænger af prisen på elektricitet divideret med prisen på det brændstof, det erstatter. Hvor elektricitet koster mere end tre gange så meget som gas pr. kWh, som i Storbritannien, har varmepumpen brug for en årlig COP på næsten 3 bare for at komme op på driftsomkostningerne.
• Færdigheder. Godt design og idriftsættelse gør en stor forskel for ægte SPF, og installatørfærdigheder er knappe i mange lande.


Virkelige projekter, målt

Projekt	Hvor, hvornår	Skala	Hvad der rapporteres
Fraunhofer ISE felttest, WPsmart på lager	Tyskland, eksisterende boliger bygget mellem 1850 og 2001, overvågning fra 2017	Luft- og jordbaserede systemer i beboede boliger	Årlig SPF: jordkilde omkring 4,1 (område omkring 3,3 til 4,7), luftkilde omkring 3,1 (område omkring 2,5 til 3,8) (Fraunhofer ISE)
Ball State University geotermisk system	Muncie, Indiana, USA, færdig 2017	Omkring 3.600 boringer, to energistationer, omkring $65 millioner	Udskiftede alle fire kulfyrede kedler; universitetet forpligtede sig til at udlede næsten 80.000 tons mindre drivhusgas om året (Wikipedia)
Eversource netværksbaseret geotermisk pilot	Framingham, Massachusetts, USA, 2024	About three dozen homes and municipal buildings on a one-mile loop	Første utility-drevne varmenetværk i USA; en skoleadministrationsbygning, en brandstation og offentlige boliger blandt brugerne; omkring $18.6 millioner; netværket er planlagt til at fordoble i størrelse (PBS NewsHour, 2025)
Hoteller i nærheden af Colorado Mesa University	Grand Junction, Colorado, USA	16 bygninger, 1.2 millioner kvadratmeter, på en delt omgivende loop	Leverer 90 % af campussens opvarmning og køling; universitetet rapporterer om energibesparelser på $1,5 mio. om året (US DOE case study)
Kedel opgradering ordning	England og Wales, 2022 til 2026	82.651 tilskud udbetalt til varmepumper og biomassekedler i april 2026	Jordvarme er et lille mindretal: 98 % af ansøgningerne var til luft-til-vand varmepumper (DESNZ, 2026)

Europas femte generation af varmenetværk, sløjfer med omgivelsestemperatur, der deler varme mellem bygninger gennem individuelle varmepumper, er blevet gennemgået på tværs af snesevis af steder (Buffa et al., 2019). Deres effektivitet afhænger i høj grad af, hvor godt opvarmning og køling kræver balance.

Hvad det koster

En varmepumpe genererer ikke elektricitet, så sammenligningen med vores benchmark for hele anlægget (solcelleanlæg på taget ved ca. 0,19 USD pr. kWh i Fan væg model, inden for Lazards juni 2026-område af $0.09 to $0,20 for kommerciel tagsolenergi) er indirekte: en jordvarmepumpe omdanner hver kWh af denne solenergi til omkring fire kWh varme. Den direkte konkurrent er en gaskedel, og det rimelige mål er omkostningerne pr. kWh varme inklusive installationen.

Vi bruger britiske tal, fordi de er offentlige og nye: median installerede omkostninger fra Boiler Upgrade Scheme for januar til marts 2026 (£ 27.352 for jordkilde, £ 13.100 for luftkilde, begge inklusive moms) (DESNZ); den £ 7.500 bevilling; prisloft enhedspriser for oktober til december 2026 på 26,32p pr kWh af elektricitet og 7,97p pr kWh af gas (Ofgem); Fraunhofer felt SPF’er; et hjem ved hjælp af 12.000 kWh varme om året; og 20 år med en 7% real diskonteringsrente, som på vores vind side.For gaskedel antager vi £ 3.000 installeret og 90% effektivitet.

Varmeanlæg	Installerede omkostninger	Driftsomkostninger pr. kWh varme	Samlede omkostninger pr. kWh varme, uden tilskud	Med støtten på £7.500
Gas kedel til salg	£ 3.000 (antaget)	8.9p	11.2p	ikke støtteberettiget
Luft-til-vand varmepumpe, SPF 3.1	£13,100	8,5p	18.8p	13.9p
Varmepumpe med jordvarme, SPF 4.1	£27,352	6.4p	27.9p	22.0p

• Vores beregning. Løbende gebyrer og vedligeholdelse er udeladt; de er ens på tværs af mulighederne.*


Bordet er ubehageligt, og det skal det også være.I danske priser koster en jordvarmepumpe til et enkelt hjem omkring dobbelt så meget pr. kWh varme som gas, selv med støtten, næsten udelukkende på grund af installationen. Driftsomkostningerne er allerede lavere. Billedet ændres, når:

• El er billigere i forhold til gas, som i Sverige, Norge og Frankrig, eller med en tidsafhængig takst.
• Jordsløjfen holder længere end 20 år. Velinstallerede boringer forventes at overleve flere varmepumper; fordelt på 50 år i stedet for 20, falder de årlige omkostninger til sløjfen med ca. en fjerdedel.
• Mange bygninger deler et borefelt, skære design, mobilisering og boring omkostninger pr hjem, og lade kølebelastninger genoplade jorden.
• Alternativet er olie, LPG eller direkte elektrisk opvarmning, som koster mere end gas.
• Bygningen har brug for både køling og opvarmning, som det samme system leverer til en lille ekstra omkostning.

Hvor det kan vinde, og hvor det ikke kan

Det kan vinde:

• Campusser, hospitaler, kontorer og nye boligområder, hvor et borefelt betjener mange bygninger, og der er behov for både opvarmning og køling.
• Off-gas-grid hjem og gårde erstatter olie eller LPG.
• I kolde klimaer, hvor luft-til-vand varmepumper kæmper i de koldeste uger og jorden holder sin temperatur.
• Gader genopbygger deres gasnetværk. Forsyningsselskabsdrevne varmenetværk, som Framingham’s, kunne erstatte aldrende gasrør med fælles vandsløjfer.
• Nybyggeri, hvor der kan bores boringer før fundamenter og gulvvarme holder fremløbstemperaturen lav.


Det kan ikke vinde:

• Enkelt eksisterende boliger, hvor gas er billig og el dyrt, som omkostningstabellen viser, medmindre installationsprisen falder kraftigt.
• Tætte, gamle byblokke uden plads til at bore.
• Dårligt isolerede bygninger med små radiatorer, indtil bygningen er forbedret.
• Som en kilde til elektricitet. Den bruger elektricitet; den laver det ikke.

Hvad er bevist, plausibelt og spekulativt

Bevist: Carnot-grænsen og betydningen af lav temperaturløft; stabile jordtemperaturer; årlige SPF’er målt i marken omkring 4 for veldesignede systemer med jordkilde; årtier med pålidelig drift i Sverige, Schweiz, Tyskland og Nordamerika; campus-skalasystemer, der erstatter kul og gas.


Plausibelt: forsyningsselskabsejede termiske netværk, der gør jordvarme tilgængelig for almindelige gader; meget billigere boring gennem bedre rigge, standarddesign og skala; borefelter, der lagrer sommervarme til vinterbrug.

Spekulativ: Installerede omkostninger tæt på dem for en gaskedel til enkelthuse; varmepumper langt overstiger 60% af Carnot-grænsen i feltet; dybe boringer (500 m og mere) bliver billige nok til brug i tætte byer.

Åbne forskningsspørgsmål

• Billigere boring. Boring kan være den største omkostning ved et jord-kilde system. Hurtigere borerigge, lavere tætte arrays, energipæle i fundamenter og horisontal retningsbestemt boring har alle brug for reelle omkostningsdata.
• Netværksdesign. Hvordan dimensioneres fælles sløjfer og borefelter, så opvarmning og køling balancerer over årtier, og hvem skal eje dem.
• Ægte ydeevne i stor skala. Uafhængig overvågning af netværk som Framingham’s: årlig SPF, pumpeenergi, jordtemperaturtendenser og kunderegninger.
• Kølemidler med lavt GWP. Propan- og CO2-varmepumper med høj effektivitet og sikker installation indendørs.
• Neteffekter. Hvordan millioner af varmepumper ændrer vinterens spidsbelastning, og hvordan jordvarmesystemer reducerer den sammenlignet med luftvarme.
• Retrofit stier. Den billigste ordre på isolering, radiator opgraderinger og varmepumper til forskellige typer af hjem.

Hvad en fungerende prototype ville kræve

Varmepumper er i sig selv modne; de nyttige idéer ligger i billigere jordsløjfer, fælles netværk og smartere styring. En fungerende model skal levere målt varme, med målt strøm ind og varme ud.

Fase	Arbejde	Beslutningen det muliggør	Omkostninger	Tid
1. Skrivebordsundersøgelse	Varmebehov i virkelige bygninger, jorddata fra geologiske undersøgelser, loop design med standard software, omkostningsoverslag fra borefirmaer	Er idéen billigere pr. kW end dagens boringer?	$5k to $20k	2 til 3 måneder
2. Prøvesnore	Et boringer eller et nyt jord-til-jord varmeveksler design med en termisk respons test, en lille varmepumpe, varme og el målere, jord temperatur sensorer	Målt varme pr. meter og SPF over en vinter	$30k to $80k	6 til 12 måneder
3. Gadepilot	5 til 20 bygninger på en delt loop, et års målte data, kunderegninger	Reelle omkostninger pr. husstand og pr. kWh varme	$0.5M to $3M	18 til 24 måneder


Hvem vi har brug for

• Geologer og hydrogeologer at aflæse jorden og modellere borefelter.
• Boring entreprenører villige til at afprøve nye metoder og dele reelle omkostninger.
• Varmepumpe- og HVAC-ingeniører til design, idriftsættelse og overvågning.
• Fjernvarme- og forsyningsselskaber for delte netværk og ejerskabsmodeller.
• Byggefysikspecialister til eftermontering af sekvensering og lavtemperaturstrålere.
• Økonomer og takstdesignere at prissætte varme retfærdigt og belønne fleksibilitet.

Har du en bedre idé?

Nogle af fondens medlemmer har måske kontakter, der kunne høre et pitch for en stærk energiidé. For at blive pitchet, skal en idé have et en fungerende, virkelighedsnær model, der rent faktisk producerer strøm; for en varme idé som denne, det betyder en model, der leverer målt varme, med sin output og dens elforbrug logges på instrumenter, ikke hævdet. Papiridéer er også velkomne: Hvis fysikken og tallene er solide, kan vi offentliggøre dem her på hjemmesiden. Men at rejse kapital uden en fungerende model er meget vanskeligt, og intet her er et løfte om finansiering, afkast eller introduktioner.

Send din idé gennem bidragsformular med det problem, den løser, fysikkontrollen, en grov omkostning pr. kWh varme og den billigste test, der kan bevise, at den er forkert. Hvis du har en fungerende model, skal du medtage dens målte output og hvordan du målte det. Energikilder siden sammenligner dette og de andre alternativer på idé radaren.

Kilder

1. Wikipedia. Ball State University: geotermisk system færdig i 2017.
2. IEA (2022). Fremtidens varmepumper.
3. Fraunhofer ISE. WPsmart im Bestand: varmepumper i eksisterende bygninger, felttest.
4. Wikipedia. Jordvarmepumpe: borehul dybder, jordtemperaturer og den geotermiske gradient.
5. Institut for Energisikkerhed og Netto Null (2026). Statistik for kedelopgraderingsordningen, april 2026, tabellerne Q1.1A og 1.1.
6. Ofgem (2026). Energiprisloftets enhedspriser, 1. oktober til 31. december 2026.
7. PBS NewsHour (2025). Usandsynlig alliance bygger renere geotermisk energi netværk i Massachusetts samfund.
8. U.S. Department of Energy. Geotermisk varmepumpe case study: Colorado Mesa University.
9. Buffa, S., Cozzini, M., D’Antoni, M., Baratieri, M. og Fedrizzi, R. (2019). 5th generation district heating and cooling systems: a review of existing cases in Europe. Fornybar og bæredygtig energi anmeldelser 104, 504-522.
10. Staffell, I., Brett, D., Brandon, N. og Hawkes, A. (2012). En gennemgang af indenlandske varmepumper. Energi og Miljø 5, 9291.
11. Lazard (June 2026). Udjævnede energiomkostninger, version 19.
12. Local Solar System Foundation. Den åbne model med ventilatorvæg: Solcelleanlægget på taget er benchmarket til $0,19 pr. kWh.
13. I: Achenbach, P.R. og Kusuda, T. (1965). Jordens temperatur og termisk diffusivitet på udvalgte stationer i USA. National Bureau of Standards Report 8972.
14. Wikipedia. Damp-kompression køling: fordamperen, kompressoren, kondensatoren og ekspansionsventilen.
15. Wikipedia. Retningsbestemt boring: Boring uden grøft i en lav bue.