Газар доорх дулааны насосны систем

In 2017 Ball State University in Indiana shut the last of the four coal-fired boilers that had heated its campus for decades. Түүний оронд 3600 орчим нүх ухаж, хоёр эрчим хүчний станцаар дамжуулан дулаан насостой холбож, сургуулийн байрыг халааж, сэрүүн байлгажээ. Энэ системийн өртөг нь 65 сая ам.доллар байсан бөгөөд их сургууль нь жилд 80,000 тонн хүлэмжийн хий ялгаруулж байгаагаа мэдэгдсэн байна (Wikipedia, Ball State University).

Газар доорх дулааны насосны хувьд шинэ эрчим хүчний эх үүсвэр биш юм. 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). Энэ нь нарийн, найдвартай, тайван. Энэ нь мөн суурилуулахад үнэтэй байдаг, энэ бол энэ хуудас физикийн хувьд зардал дээр маш их цаг зарцуулдаг шалтгаан юм.

Энэ юу вэ

A ground-source heat pump has three parts: a ground loop of plastic pipe buried in trenches or dropped into boreholes, filled with water and antifreeze; a heat pump the size of a fridge, usually indoors; and a heat distribution system, such as radiators or underfloor heating. Учир нь өвлийн улиралд нарны туяа газар доорх дулааныг авч, халаалтын насостой хамт 35-55 °C хүртэл халаадаг. Зуны улиралд энэхүү машин нь эсрэг чиглэлд ажиллан барилгаа халааж, дулааныг газарт буцаан өгдөг.

Цэцэрлэгтэй жижиг гэрүүд 1-2 метрийн гүнд байрлуулсан горизонтал шугам ашиглаж болно. Most other buildings use vertical boreholes, typically 15 to 150 m deep; a detached house needing 10 kW of heat might need three boreholes of 80 to 110 m (Wikipedia, Ground source heat pump). Бүх гудамж, сургуулийн байрууд нэг л өрөмдлөг хийх талбайг thermal network-ээр хуваалцаж болно: олон барилга байгууламжийг холбосон орчны температурын усны эргэлт, эдгээр нь өөрсдийн дулаан насостой.

Яаж ажилладаг вэ

Цэвэр агаарын хэм нь агаарын даралтаас хамаардаг. Хөргөх шингэн (хөргөгч) нь бага температурт дулаан солилцооны төхөөрөмжийн доод хэсэгт хийн хэлбэрээр хуримтлагдаж, дулааныг шингээж авдаг. Компрессор нь усыг шахаж, температурыг нь нэмэгдүүлдэг. Хоёр дахь дулаан солилцооны төхөөрөмж дээр энэ нь уусаж, дулааныг нь радиатор руу орох усанд гаргаж авдаг. Уртсах клапан нь даралт бууруулж, эргэлт дахин эхэлнэ.

Хүчдэл. Хүчдэлийн хэмжигдэхүүн нь хэрэглэсэн цахилгаанаар хуваасан дулаан, COP. Ямар ч халаалтын насосны хамгийн сайн чанар нь Карногийн COP:

COP_max = T_hot / (T_hot − T_cold), температур нь кельвин.

40 °C (313 K)-ийн усны температуртай газарт 5 °C (278 K)-ын дулаан солилцооны алдагдлын дараа 313 / 35 ≈ 8.9 өгдөг. Үнэн хэрэгтээ машинууд Карногийн тооны хагаст хүрдэг, тиймээс 4.5 орчим. Энэ тэнцүүгээс хоёр зүйл шууд гарна:

• Төмөр замын тээвэрлэлт нь юунаас ч илүү чухал. Эх үүсвэр ба радиаторуудын хоорондох градус бүр үр ашигтай ажиллагаанд нөлөөлдөг. Усны урсгалд 35°C-аас 55°C хүртэл температур нэмэхэд манай загварчилсан газрын эх үүсвэрийн COP нь 4.5-аас 3.0 болж буурдаг. Жишээ нь, бага температурт ажилладаг том радиатор эсвэл шалны халаалт нь дулаан дамжуулагчийг илүү сайн болгодог.
• Хүчлийн эх үүсвэрийн температур чухал. Гадна агаар хамгийн хүйтэн байдаг нь дулаан хамгийн их хэрэгтэй үед юм. -7 °C ба 55 °C-ийн урсгалд, манай загварт агаарын эх үүсвэрийн нэгж нь 2.3-д унана; газар дээрх 10 °C-ийн урсгалд 3.0-ийг өгдөг. Энэ нь газар нутгийн бүх давуу тал юм.

Тэнгэр бол удаан ажиллагаатай батарей юм. Зарим метрийн гүнд өдөр тутмын эргэлтийн хурд багасдаг; 10-20 метрийн гүнд газар нь жилийн дундаж агаарын температурт ойртож, гүнзгийрэхэд метр тутамд 0.025 °C дулаардаг (Wikipedia, Ground source heat pump). Энэ нь ихэвчлэн нарнаас дулаан авч байгаагаас үүдэлтэй, харин газрын гадаргаас биш. Учир нь нарны туяа нь зөвхөн гадаргуу дээрх дулааныг л ялгаруулдаг бөгөөд энэ нь агаарын температурыг ихээхэн нэмэгдүүлдэг. Зуны улиралд дулааныг буцааж, барилга байгууламжийг хүйтэн байлгах нь тэнцвэрийг хадгалдаг. Энэ нь дулаан болон хүйтэн ачааллыг хослуулсан хуваалцсан сүлжээг тийм сайн ажилладаг шалтгаан юм.

Цасны тоо. Мэдээллийн хуудасны COP-ийг нэг туршилтын нөхцөлд хэмждэг. Энэ нь улирлын хүчин зүйл (SPF) юм: нэг жилийн турш нийлүүлсэн дулааныг насос болон нөөц халаагууруудыг багтаасан бүх цахилгаан хэрэглээнд хуваана. Секторын туршилтууд SPF-ийг хэмждэг бөгөөд энэ нь лабораторийн COP-оос үргэлж бага байдаг.

Хязгаарлалтууд

• Физик. Карногийн хязгаарлалтыг өгсөн өргөх хүчний COP-д тохируулна; ямар ч халаагч эсвэл компрессор үүнээс зугтах боломжгүй. Үнэн хэрэгтээ, бодит машинууд нь энэ хэмжээнээс бараг хагас илүү байдаг бөгөөд хамгийн сайн нь арай илүү байдаг.
• Гүнзгий чадал. Нэг метрийн гүнд өрөмдсөн нүх нь чулуулаг болон газрын доорхи уснаас хамааран хэдэн зуун ватт дулаан гаргаж чаддаг тул барилга байгууламжийн дулааны хэрэгцээгээр хэдий хэмжээний нүх ухах шаардлагатайг тодорхойлно. Уурхайн хайгуул нь хамгийн том зардал юм.
• Хэрэглэгчийн өрөө ба нэвтрэх боломж. Уурхайн тоног төхөөрөмжийн нэвтрэх боломж хэрэгтэй; хот суурингийн зузаан блокууд, бүртгэлтэй барилга байгууламж болон жижиг талбайнууд нь хаана ч нэвтрэх боломжгүй байж болно.
• Барилгын чанар. Жижиг радиатортой, бохирдсон байшинд өндөр урсгалтай температур хэрэгтэй бөгөөд энэ нь COP-ийг бууруулдаг; дулаалга болон том цацруулагчууд ихэвчлэн хамгийн түрүүнд ордог.
• Электр эрчим хүчний үнэ. Үйл ажиллагааны зардал нь цахилгааны үнийг шатахууны үнэд хуваахаас хамаарна. Хэрэв цахилгаан эрчим хүчний үнэ нэг кВт/цаг тутамд газрын тосноос гурав дахин өндөр байвал, жишээ нь Их Британид бол дулааны насосны жилийн COP-ийн хэмжээ3байх шаардлагатай.
• Силжилт. Сайн загвар, ажиллуулах нь бодит SPF-ээс их ялгаатай бөгөөд суурилуулагчдын чадвар олон улсад хомс байдаг.

Тодорхойгүй

Төсөл	Хаана, хэзээ	Маш том	Яаж мэдэгдэх вэ
Фраунхофер ISE талбайн туршилт, WPsmart хадгалагдаж байна	Герман, 1850-2001 оны хооронд баригдсан гэрүүд, 2017 оноос хойшхи хяналт	Орон сууцны агаарын болон газар доорх эх үүсвэрийн системүүд	Жилийн SPF: газар дээрх эх үүсвэр 4.1 (3.3-4.7 хооронд), агаарын эх үүсвэр 3.1 (2.5-3.8 хооронд) (Fraunhofer ISE)
Болл мужийн их сургуулийн геотермаль систем	Манси, Индиана, АНУ, 2017 онд дууссан	About 3,600 boreholes, two energy stations, about $65 million	Дөрөв бүх нүүрс түлдэг зуухыг солив; их сургууль жилд 80,000 тонн дулааны хэмнэлттэй болно гэж амласан (Wikipedia)
Eversource сүлжээний геотермал туршилт	Фрэмингем, Массачусетс, АНУ, 2024	About three dozen homes and municipal buildings on a one-mile loop	АНУ-ын анхны дулааны сүлжээ; сургуулийн удирдлагын барилга, гал унтраах станц болон нийтийн орон сууц хэрэглэгчдийн дунд; 18.6 сая ам.доллар; сүлжээг хоёр дахин томруулах төлөвлөгөөтэй (PBS NewsHour, 2025)
Колорадо Меса их сургууль	Гранд Джанкшн, Колорадо, АНУ	16 барилга, 1.2 сая квадрат фут, нийтлэг орчны эргэлт дээр	90% -ийг нь халааж, сэрүүцүүлнэ; их сургууль жилд $1.5 саяын эрчим хүчний хэмнэлт гаргадаг (US DOE case study)
Бойлер шинэчлэх схем	Англи болон Уэльс, 2022-2026	82,651 grants paid for heat pumps and biomass boilers by April 2026	Газар доорх эх үүсвэр нь цөөнх: 98% нь агаар-ус дулааны насостой (DESNZ, 2026)

Европын тав дахь үеийн дулааны сүлжээ, орчин тойрны температурын эргэлтүүд нь бие даасан халаалтын насосны тусламжтайгаар барилга байгууламжуудын хооронд дулааныг хуваалцах бөгөөд олон тооны сайтуудад дахин шалгасан байна (Buffa et al., 2019). Энэ нь дулаан болон хүйтэн ялгаруулах чадварыг ихээхэн нэмэгдүүлдэг.

Үнэ нь

A heat pump does not generate electricity, so the comparison with our site-wide benchmark (rooftop solar at about $0.19 per kWh in the Fan Wall model, within Lazard’s June 2026 range of $0.09 to $0.20 for commercial rooftop solar) is indirect: a ground-source heat pump turns each kWh of that solar electricity into about four kWh of heat. Түүний шууд өрсөлдөгч нь хийн зуух бөгөөд энэ нь дулааны kWh-ийн өртөг, суурилуулалт зэрэгтэй тэнцүү.

We use UK figures because they are public and recent: median installed costs from the Boiler Upgrade Scheme for January to March 2026 (£27,352 for ground source, £13,100 for air source, both including VAT) (DESNZ); the £7,500 grant; price-cap unit rates for October to December 2026 of 26.32p per kWh of electricity and 7.97p per kWh of gas (Ofgem); the Fraunhofer field SPFs; a home using 12,000 kWh of heat a year; and 20 years at a 7% real discount rate, as on our wind page. For the gas boiler we assume £3,000 installed and 90% efficiency.

Халаалтын систем	Суулгасан үнэ	Нэг кВт/ цаг дулааны зардал	Нэг кВт/ цаг дулааны нийт зардал, дэмжлэггүй	7500 фунт стерлингийн зээлээр
Газын зуух	3,000 фунт (хөгжсөн)	8.9p	11.2p	тохирохгүй
Агаарын эх үүсвэрийн халаалтын насосны SPF 3.1	£13,100	8.5p	18.8p	13.9p
Газар доорх дулааны насосны SPF 4.1	£27,352	6.4p	27.9p	22.0p

• Манай тооцоолол. Үйлчилгээний төлбөр болон засвар үйлчилгээг хассан; энэ нь бүх сонголтуудад адилхан байдаг.*

Энэ ширээ тухгүй, тийм байх ёстой. Их Британийн үнээр нэг гэрт зориулсан газар доорх дулааны насосны нэг кВт·цаг нь газрын тосноос хоёр дахин их өртөгтэй., бүр ч тусламжтай, бараг бүрэн учир нь суурилуулалт. Үйл ажиллагааны зардал нь бага байна. Зураг өөрчлөгдөх үед:

• Газраас цахилгаан илүү хямд ., Швед, Норвеги, Францын адилаар эсвэл ашиглалтын хугацааны тарифтай.
• Гүн урсгалын систем нь 20 жилээс илүү удаан ажилладаг. Сайн суурилуулсан хоолойнууд нь хэд хэдэн дулааны насосыг даван туулах боломжтой; 20 жилийн оронд 50 жилээр хувааж, жилд нэг удаа урсгалын системийн өртөг бараг дөрөвний нэг хувиар буурна.
• Олон барилга нэг өрөмдлөгийн талбайг хувааж байна, дизайн, хөдөлгөөнт болон өрөмдлөгийн зардлыг бууруулах, дулааны ачааллыг газар дээр нь дахин цэнэглэх.
• Альтернатив нь газрын тос, хийн түлш эсвэл шууд цахилгаан халаалт бөгөөд энэ нь шатахуунаас илүү үнэтэй байдаг.
• Барилга нь халаалтаас гадна агааржуулалт хэрэгтэй, үүнийг ижил систем бага зардлаар хангадаг.

Ямар тохиолдолд ялж, ямар тохиолдолд ялагдахгүй байх

Тэр ялна:

• Сургуулийн байр, эмнэлэг, албан газар болон шинэ орон сууцны хороолол-д нэг өрөмдлөг олон барилга байгууламжид үйлчилж дулаан, хүйтэн ус хоёр шаардагдана.
• Газар доор орших гэр, фермүүд нь шатахуун эсвэл LPG-г орлох болно.
• Хүйтэн уур амьсгал, агаарын дулаан дамжуулах төхөөрөмжүүд хамгийн хүйтэн долоо хоногуудад ажиллахгүй, газар нь температурыг хадгалдаг.
• Сүлдүүд нь өөрийн цахилгаан сүлжээгээ шинэчилж байна. Фрэмингемийнх шиг дулааны шугамууд нь хуучирсан цахилгаан хоолойг хуваалцсан усны шугамаар солих боломжтой юм.
• Шинэ барилга, суурь тавихаас өмнө өрөмдлөг хийж болох бөгөөд доод давхаргын халаалт нь урсгал температурыг бага байлгадаг.

Тэр ялж чадахгүй:

• Газар хямд, цахилгаан үнэтэй байгаа нэг гэр, зардал нь графикаас харагдаж байна, хэрэв угсралтын үнэ огцом буураагүй бол.
• Хамгийн том, хуучин хотууд нь өрөмдөх газаргүй.
• Хүүхдийн тоглоомын талбай, барилгын чанар сайжрах хүртэл.
• Электри хүчний эх үүсвэр. Энэ нь цахилгаан хэрэглэдэг, гэхдээ өөрөө үйлдвэрлэдэггүй.

Тодорхойлогдсон, бодит бөгөөд таамаглал

Проверено: Карногийн хязгаарыг болон бага температурын өргөлтийн ач холбогдлыг; тогтвортой газар доорх температурыг; сайн төлөвлөгдсөн газар доорхи эх үүсвэрийн системүүдэд ойролцоогоор4жилийн турш жил бүрийн SPF-ийг; Швед, Швейцари, Герман, Хойд Америкт олон жилийн турш найдвартай ажиллагааг; нүүрс ба хийг орлох их сургуулийн хэмжээтэй системүүдийг.

Хүсэл зоригтой: нийтийн эзэмшлийн дулааны сүлжээ нь ердийн гудамжуудад газар доорх эрчим хүчийг хямд үнээр хангадаг; илүү сайн тоног төхөөрөмж, стандарт загвар болон хэмжээгээр маш хямд өрөмдлөг хийх; зуны халууныг өвөл ашиглах зориулалтаар хадгалдаг.

Спекулатив: нэг гэрт зориулсан хийн зуухны өртөгтэй ойролцоо; дулаан дамжуулах хоолой нь Карногийн хязгаарлалтын 60%-ийг давж байна; гүн (500 м-ээс дээш) өрөмдлөг нь хот суурин газарт ашиглахад хямд болж байна.

Судалгааны асуултуудыг нээнэ

• Хямдхан өрөмдөх өрөмдөх нь газар дээрх эх үүсвэрийн системийн хамгийн том зардал байж болно. Хурдан өрөмдлөгийн машин, гүнд нь нягтралтай арилжаалагдсан, суурь дээрх эрчим хүчний нөөц ба горизонталь чиглэлийн хайгуулын бүх бодит өртгийн мэдээллийг шаарддаг.
• Холбооны загвар. Хэн нь эзэмших ёстой вэ, хэдэн арван жилийн турш халаалт болон хөргөлтийн тэнцвэрийг хадгалж байхын тулд хуваалцсан гүйдэл ба хайгуулын талбайг хэрхэн хэмжээлэх вэ.
• Үнэн чанарын гүйцэтгэл. Фреймингхамынх шиг сүлжээг хараат бус хянах: жилийн SPF, насосны эрчим хүч, газрын температурын хандлага болон хэрэглэгчийн төлбөр.
• Low-GWP refrigerants. Пропан болон CO2 дулааны насосны өндөр үр ашигтай, аюулгүй суурилуулалт нь доторх.
• Грид эффектүүд. Мөнгөн халаалтын помпууд хэрхэн өвлийн хамгийн их эрэлтийг өөрчлөх вэ, мөн газар доорх эх үүсвэрийн системүүд агаарын эх үүсвэртэй харьцуулахад үүнийг хэрхэн бууруулдаг вэ.
• Retrofit pathways. Хамгийн хямд дулаалга, радиаторын шинэчлэл болон янз бүрийн төрлийн гэрийн халаалтын насосны захиалга.

Ажлын загварт юу хэрэгтэй вэ

Халуун насосны хувьд нэн тохиромжтой; ашигтай санаа нь хямд газарт холбох, хуваалцах сүлжээ болон ухаалаг удирдлага юм. Ажлын загвар нь хэмжигдэх дулааныг, хэмжигдэх цахилгаан болон дулаан гаргахыг хангах ёстой.

Фаза	Ажлын байр	Энэ нь шийдвэрийг дэмждэг	Тодорхойгүй үнэ	Цаг
1. Ажлын ширээ	Үнэн хэрэгтээ барилга байгууламжийн дулааны хэрэгцээ, геологийн судалгаанаас авсан газрын зураг, стандарт програм хангамж ашиглан хийсэн эргэлт, өрөмдлөгчидээс гаргасан үнийн санал	Энэ санаа нь өнөөдөр байгаа өрөмдлөгийн хоолойноос нэг киловатт-цаг тутамд хямд байх уу?	$5k to $20k	2-с3сар
2. Шалгуур	Нэг өрөмдлөг эсвэл нэг шинэ газар-хөлс солилцооны загвар нь дулааны хариу урвалын туршилт, жижиг халаалтын насостой, дулаан болон цахилгаан хэмжигч, газрын температурын мэдрэгчтэй	Метрийн нэгж дулаан болон SPF-ийн өвлийн турш хэмжилт	$30k to $80к	6-с 12 сар
3. Замын туршилт	5-20 барилга нэг сүлжээнд, нэг жилийн турш хэрэглэгчийн төлбөрийг тооцоолох	Нэг гэрийн үнэ цэнэтэй дулааны кВт/ цаг	$0.5M to $3М	18-с 24 сар

Бидэнд хэн хэрэгтэй вэ

• Геологичид, гидрогеологичид газар доорх болон загвар хайгуулын талбайг уншиж болно.
• Шилэн лонхны үйлдвэр шинэ аргачлал туршиж, бодит зардлыг хуваалцахыг хүссэн.
• Хүчдэл дамжуулах болон агааржуулалтын инженерүүд загвар, ажиллуулах ба хянах.
• Хот, дүүргийн эрчим хүчний болон хэрэглээний төлөвлөгөө хуваалцах сүлжээ ба эзэмших загварууд.
• Барилгын физикийн мэргэжилтнүүд орчин үеийн дараалал болон бага температурын цацруулагч.
• Экономистууд ба тарифын зохион бүтээгчид дулааныг шударгаар үнэлж, уян хатан байдлыг урамшуулах.

Сайн санаа байна уу?

ТББ-ын зарим гишүүд хүчтэй энергийн санааг сонсох боломжтой хүмүүстэй холбоо тогтоож болох юм. Тодорхойлохын тулд, санаанд үйлдвэрлэх боломжтой, бодит амьдрал дээр хүч чадал үйлдвэрлэх загвар хэрэгтэй; энэхүү дулааны санааны хувьд, хэмжсэн дулааныг гаргаж өгөх загвар, түүний гаралт болон цахилгаан хэрэглээний мэдээллийг багаж хэрэгсэлд бүртгэж, шаардахгүй байх. Хэрэв физик болон тоонууд нь бат бөх бол бид үүнийг энд вэбсайт дээр нийтлэх болно. Гэхдээ ажиллах загваргүйгээр хөрөнгө босгох нь маш хэцүү, мөн энэ нь санхүүжилт, ашиг орлого эсвэл танилцуулгад ямар ч баталгаа биш.

Таны санааг хувьцаа оруулах маягт-аар дамжуулан илгээж, шийдэх асуудлыг нь, физикийн шалгалтыг, нэг кВт·цаг дулааны ойролцоогоор зарцуулах зардлыг, мөн буруу болохыг батлах хамгийн хямд туршилтыг бичнэ үү. Хэрэв танд ажиллах загвар байвал түүний хэмжсэн дүнг хэрхэн хэмжсэнийг оруулаарай. energy sources page хуудас энэ болон бусад хувилбаруудыг санааны радар дээр харьцуулж үздэг.

Эх сурвалж

1. Википедиа. Ball State University: 2017 онд ашиглалтанд орсон геотермал систем.
2. IEA (2022). Хэт авианы хэмжилт.
3. Фраунгоферийн нэрэмжит. WPsmart im Bestand: одоогийн барилгад дулааны насосыг суурилуулсан, туршилт.
4. Википедиа. Гэрлийн эх үүсвэр: өрөмдлөгийн гүн, газар доорх температур болон геотермал градиент.
5. Department for Energy Security and Net Zero (2026). Boiler Upgrade Scheme statistics, April 2026, table Q1.1A and 1.1.
6. Ofgem (2026). Energy price cap unit rates, 1 October to 31 December 2026.
7. PBS NewsHour (2025). Массачусетс мужийн нийгэмлэгт цэвэр геотермал эрчим хүчний сүлжээг бий болгосон.
8. АНУ-ын Энергийн яам. Geothermal heat pump case study: Colorado Mesa University.
9. Буффа, С., Коццини, М., Д’Антони, М., Баратиери, М. and Федричи, Р. (2019). 5-р үеийн бүсийн халаалт, хөргөлтийн систем: Европт байгаа тохиолдлуудыг судалсан. Renewable and Sustainable Energy Reviews 104, 504-522.
10. Staffell, I., Brett, D., Brandon, N. and Hawkes, A. (2012). Цэвэр усны эх үүсвэрийн судалгаа. Энерги ба байгаль орчны шинжлэх ухаан 5, 9291.
11. Lazard (June 2026). Energy+-ийн түвшинжүүлсэн үнэ+, 19-р хувилбар.
12. Local Solar System Төлөөлөгч. The Fan Wall open model: цонхны нарны эрчим хүчний үнэлгээ нь $0.19/kWh.
13. Kusuda, T. and Achenbach, P.R. (1965). Зүүн хойд Азийн эдийн засгийн бүсүүд. Нийт хүн амын тоо 8972.
14. Википедиа. Усанд уусдаг-хөдөлгөөнт халаалт: исэлдэгч, компрессор, конденсатор болон тэлэх хаалт.
15. Википедиа. Зураг дээрх өрөмдлөг: гүн цоргоны дор өрөмдөх.