Ýerden çykýan gyzgynlyk pompalary

2017-nji ýylda Indianadaky Ball State uniwersiteti onýyllyklar bäri öz kampusyny gyzdyran dört kömür bilen işleýän boýlerleriň soňkysyny ýapdy. Olaryň ornuna ol öz meýdançalarynyň astynda 3,600 töweregi çukurlary döwdi we olary iki energiýa stansiýasy arkaly, kampusy gyzdyrýan we sowadýan ýylylyk pompalaryna baglanyşyk etdi. Bu sistemanyň bahasy 65 million dollara barabar bolup, uniwersitet ýyllyk 80,000 tonna çenli öz gazyň çykarylyşyny azaltmaga borçlanypdyr (Wikipedia, Ball State University).

Yerden energiýa almak üçin ulanylýan ýylylyk pompusy täze bir energiýa çeşmesi däl. Bu bir multiplier: ol elektriki ulanypdyr ýerasty gyzgynlygy bina içine geçirmek üçin, we üçden bäş sany üniteye çenli gyzgynlyky her bir ünitesi üçin iberýär (IEA, 2022). Ol ýetginjek, ygtybarly we sessizdir. Bu hemme zady gurmak gymmatly, şu sebäpden bu sahypa fizika ýaly bahalar üçin köp wagt sarp edýär.

Bu nämedir

Bir ýer-sözlü gyzgynlyk pompasynyň üç bölegi bar: bir ýurt gyrasy plastiki boruň, suw bilen we buzlanma garşysy bilen doldurylan ýa-da çukurlara gömlen; bir gyzgynlyk pompasy sowadyjynyň ululygy, adatça içinde; we bir gyzgynlyk paýlaşma sistemasy, radiatorlar ýa-da diwardan aşak gyzdyrmak ýaly. Kyşda, bu ösümlikde bar bolan suwuklyk ýer ýüzünden gyzgynlygy alyp, ony öý üçin 35-55 °C çenli gyzdyrýar. Ýazda şol bir maşyn tersine işleýär, binany sowadýar we gyzgynlygy ýere gaýtaryp berýär.

1-2 m çuňlukda ýerleşdirlen göni gyrlary baglar bilen kiçi öýler ulanyp biler. 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). Tüm köçeler we kampuslar bir burç meýdanyny termal ulgam arkaly paýlaşyp bilerler: bir köp binalary birikdirýän, her biri öz termal pompasy bilen bir daşky-temperatura suw gyry.

![A tracked drilling rig with a tall mast drilling a borehole beside a house under renovation, with two workers and a coil of black plastic pipe.](../../../assets/initiatives/gshp-borehole-drilling-rig.jpg “Bir öýüň ýanynda dik ýer gyrasyna bir çukur döwmek. Dürli önümçilikler, esasan hem, bir ýer çeşme sistemasynyň iň uly bir bahasy bolup durýar. Tetris L, jemgyýetçilik eýeçiligi

Nädip işleýär

Bir gyzgynlyk pompasy bir buzdogry içinden çykan. Bir işleýän süýüm (süýjülendiriji) aşak temperaturada bir gyzgynlyk alyşyjysynda basyp çykýar, ol ýere baglanyşdyrylan, gyzgynlygy siňdirýär. Kompýuteriň temperaturasyny ýokarlandyrmak üçin kompressor buhary gysýar. Ikinji bir gyzgynlyk alyşyjyda ol kondensirlenip, bu gyzgynlygy radiatorlara gidýän suwa goýberýär. Bir giňelmek valfi basyşy düşürýär we döwri ýene başlaýar.

Zykarçy. Berilen gyzgynlyk ulanylan elektrik bilen bölen bolsa işiň koefçiýentidir, COP. Her hili gyzgynlyk pompasynyň edip biljek iň gowy zat Carnot COP:

COP_max = T_hot / (T_hot − T_cold), kelvin temperaturalar bilen

40 °C (313 K) temperaturada suwyň ýerasty suwdan 5 °C (278 K) temperaturada, gyzgynlyk-alşyjy ýitgilerden soň berilmegi 313 / 35 ≈ 8.9. Akyly maşynlar Carnot sanynyň ýaryna ýetip biler, ýagny takmynan 4.5. Ekwasiondan iki zat dogrydan-dogry aşak gelýär:

• Lift hernäden has möhümdir. Çykyş we radiatörler arasyndaky her bir derejä ätiýaçlyk çykdajylary girer. 35 °C-den 55 °C-e çenli akýan temperaturany ýokarlandyrmak biziň modellenen ýer çeşme COP-ni takmynan 4.5-den 3.0-a düşürýär. Beýik radiatörler ýa-da aşaky ýere ýandyryjylar, kime az temperaturalarda işleýär, her bir ýandyryjy pompany has gowy edýär.
• The source temperature matters. Outside air is coolest when heat is most needed. −7 °C we 55 °C temperaturada akýan suwda, biziň modelimizde howa çeşmesiniň birligi takmynan 2.3-e düşýär; ýer, takmynan 10 °C-de, şol bir akýan suwyň temperaturasynda 3.0-a ýetýär. Bu ýeriň ähli üstünligi.

Ýer yavaş bir batareýa. Birnäçe metre aşakda, gündelik çalşyrmalar ýok bolýar; 10-dan 20 m aşaka ýer ortaça ýyllyk howa temperaturasyna ýakyn durýar we has derin bolsa metr üçin 0.025 °C-a golaý gyzýar (Wikipedia, Ground source heat pump). Bu ýerde ýel köplenç Günüň ýüzüni gyzdyrmagyndan gelip çykýar, ýer çekirdeğinden däl. Bir burç, diňe bir ýylylyk çykarýan bolsa, yavaş-yavaş ýyllar içinde daşyndaky daşlary sowadýar we bir ýapyşdyrylan burç meýdançasy ýere ýetenden has çalt sowady. Ýazda ysnyşyklylygy, binalary sowadyp, balansy saklamak. Bu sebäbi yslama we sowadyş ýüklerini birleşdirýän paýlaşylan ulgamlar şeýle gowy işleýär.

The seasonal number. A spec sheet on the COP is measured at one test condition. Meseläniň esasy mezewi iş faktory (SPF): bir ýyl içinde berlen gyzgynlyk, pompalar we back-up gyzdyryjylary bilen birlikde ulanylan ähli elektrik energiýasyna bölünýär. Field tests measure SPF, and it’s always lower than the laboratory COP.

_Gün tertibi

• Physics. Carnot limit a given lift for the COP caps; no coolant or compressor escape it. Ahyrky maşynlar ol ýerden yarysyna golaý, we iň gowy bir az has köp.
• Ground capacity. Her bir metr çukur, daş we ýerasty suwlara bagly bolup, diňe bir näçe onluk waty gyzgynlyk berip biler, şonuň üçin binanyň gyzgynlyk islegi näçe metrlik çukur açmak gerekdigini kesgitleýär. Dürdürmek iň uly bir bahadyr.
• Faýllary Ýükle Dürýän çyralar elýeterli bolmaly; zäherli şäher bloklary, sanalan binalar we kiçi meýdançalarda dürmek üçin ýer ýok bolup biler.
• Binanyň hili. Kiçi radiatörler bilen akýan öý COP-y azaltýan ýokary akyş temperaturasyna mätäçdir; izolýasiýa we uly emiterler köplenç öňe çykýar.
• Electricity prices. Ýörite baha elektrikiň bahasyna bagly bolup, ol onuň ornuny tutýan ýangyjyň bahasy bilen bölünýär. Eger elektrik energiýasy üç esse köp çykdajy etse, ýagny bir kWh üçin gazdan üç esse köp çykdajy etse, ýagny Birleşen Patyşalykda bolşy ýaly, ýylylyk pompasy her ýylda COP-yň 3-e golaý bolmagyna mätäçdir.
• Skills. Saýlanan we işlenilen SPF-ler, we gurnaýjylar birçok ýurtda azdyr.

Real proýekt, ölçeýji

Laýyklyk	Nirede, näçede	_Mikdar	Nedir habar berlen
Fraunhofer ISE meýdan synag, WPsmart bar	Germany, existing homes built between 1850 and 2001, monitoring from 2017	Ýer-howa çeşmesi we ýer-howa çeşme sistemalary	Her ýyl SPF: ýer çeşmesi 4.1 (3.3-den 4.7 aralygynda), howa çeşmesi 3.1 (2.5-den 3.8 aralygynda) (Fraunhofer ISE)
Ball Ştat Uniwersiteti	Muncie, Indiana, USA, tamamlandy 2017	3600 sany çukur, iki sany elektrik stansiýasy, $65 million	Dört kömür bilen işleýän boýler çalşyryldy; uniwersitet ýylda 80,000 tonna az gaz çykarmak üçin borçlanypdyr (Wikipedia)
Eversource networked geothermal pilot	Framingham, Massachusetts, USA, 2024	Bir millik gyralarda üç donuzdan gowrak öý we şäher binalary bar.	ABŞ-da ilkinji elektrik geçiriji ulgam; mekdep edara binasy, ot ýangyn stansiýasy we jemgyýetçilik jaýlary ulanyjylar arasynda; takmynan $18.6 million; bu ulgam iki esse artmak planlaşdyrylýar (PBS NewsHour, 2025)
Kolorado Mesa uniwersiteti geo-exchange	Grand Junction	16 bina, 1.2 million inçe kare, bir paylaşylan daşky gurşawy dolapda	90% kampusyň gyzdyryş we sowadyş üpjün edýär; uniwersitet ýylda $1.5 million energiýa tygşytlamak barada habar berýär (US DOE case study)
Boiler Güncelleme Skemasy	England and Wales, 2022 to 2026	2026-njy ýylyň apreline çenli ýylylyk pompalary we biomass boýlerleri üçin 82,651 grant tölenildi	Yer çeşmesi kiçijik azlykdyr: 98% işlenmeler howa-suw gyzgynlyk pompalary üçindi (DESNZ, 2026)

Europe’s fifth-generation heat networks, ambient-temperature loops that share heat between buildings through individual heat pumps, have been reviewed across dozens of sites (Buffa et al., 2019). Olaryň netijeliligi, gyzdyrmak we sowuklamak talaplarynyň näderejede deňagramlydygyna bagly.

Neçe

Bir gyzgynlyk pompasy elektriki energiýa döretmez, şonuň üçin biziň saýt-daşarky ölçegimiz bilen deňeşdirme (Daşyň üstünden gün şöhlesi $0.19 per kWh in the Fan Wall model, Lazard’s June 2026 range of $0.09 to $0.20 for commercial rooftop solar) nätakykdyr: bir ýer-manba gyzgynlyk pompasy şol gün şöhlesiniň her kWh-ny dört kWh-a çenli gyzgynlyga öwürýär. The direct competitor is a gas boiler, and the fair measure is the cost per kWh of heat, including the installation.

Biz Birleşen Patyşalygyň sanlaryny ulanýarys sebäbi olar halk üçin açyk we soňky: 2026-njy ýylyň janwaryndan martyna çenli Boiler Upgrade Scheme-den median ýerleşdirilen çykdajylary (£27,352 ýer çeşmesi üçin, £13,100 howa çeşmesi üçin, ikisem VAT bilen) (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 (Gaýd Et); Fraunhofer meýdança SPFs; bir ýylda 12,000 kWh gyzgynlyk ulanýan öý; we 20 ýyl 7% hakykat diwidend derejesinde, biziň reňk sahypamyz ýaly. Gaz boýleri üçin biz £3,000 oturdyldy we 90% netijelilik hasaplaýarys.

System	_Gorkma	Running cost per kWh of heat	Total cost per kWh of heat, no grant	£7,500 grant bilen
Gaz boýleri	3,000 (hyýaly)	8.9p	11.2p	ygtybarly däl
Awy-çöp gyzgynlyk pompasy, SPF 3.1	£13,100	8.5p	18.8p	13.9p
Yerden çykýan gyzgynlyk pompasy, SPF 4.1	£27,352	6.4p	27.9p	22.0p

*Biziň hasaplamamyz. *

Maslahat aňsat däl, ýöne ol şeýle bolmaly. UK bahalarynda, bir öý üçin ýer- çeşme gyzgynlyk pompasy gazdan iki esse köp arzanlaýar, grant bilen hem, az-kem doly sebäbini gurnamak. Ýörite Resim üýtgedilende:

• Elektriklik gazdan has gymmat, şonuň ýaly-da İswesiýa, Norwegiýa we Fransiýada ýa-da ulanyş wagtyna görä töleg bilen.
• The ground loop lasts longer than 20 years. Well-installed boreholes are expected to survive several heat pumps; spread over 50 years instead of 20, the annual cost of the loop falls by about a quarter.
• Birçok binalar bir burç meýdanyny paýlaşýar, öýe görä dizaýn, mobilizasiýa we burç bahasyny azaltmak, we sowadyjy ýükleri ýere täzeden doldurmaga goýbermek.
• Alternatiwa nebit, LPG ýa-da dogry elektrik gyzdyryjydir, olar gazdan has gymmat.
• Binanyň sowadyjy we gyzdyryjy zerurlygy bar, which the same system provides at a little extra cost.

Oň ýeňip biljek we ýeňip bilmejek ýeri

Ony ýeňip biler:

• Kampuslar, keselhanalar, ofisler we täze jaý toplumlary, bir burç meýdany köp binalara hyzmat edýär we hem gyzdyrmak hem-de sowadmak zerur.
• Off-gas-grid homes and farms replacing oil or LPG.
• Sowuk klimatlar, howadan gelen gyzgynlyk pompalary iň sowuk hepdelerde hem söweşýän we ýer öz temperaturasyny saklaýan.
• Streets rebuilding their gas network. Utility-run thermal networks, like Framingham’s, could replace old gas pipes with shared water loops.
• Ýaş binalar, bu ýerde çukurlar fundamentlerden öň döwülip bilner we ýer astynda gyzdyrmak akýan temperaturany pes saklaýar.

Oň ýeňip bilmez:

• Gasyň gymmat we elektrikiň gymmat bolan bir öýler, harç töleginiň görkezşi ýaly, eger-de gurnamak bahasy güýçli düşmese.
• Durmak üçin boşluk bolmadyk, gadym şäher bloklary.
• Küçük radýatörler ile kötü izole edilmiş binalar, bina iyileşene dek.
• As a source of electricity. It uses electricity; it does not make it.

Näme subut edilen, mümkin we spekulatiw

Dogrulan: Carnot limiti we aşak temperaturanyň ýokary galmagynyň ähmiýeti; durnukly ýer temperaturalary; meýdança ölçen ýyllyk SPFs 4 töweregi gowy dizaýn edilen ýer-sözlük sistemalar üçin; onýyllyklar Sweden, Switzerland, Germany and North America-da ygtybarly işleýşi; kampus-ölçegli kömür we gaz ornuny tutýan sistemler.

Plausible: Utility-owned thermal networks that make ground-source heat affordable for ordinary streets; much cheaper drilling through better rigs, standard designs and scale; borefields that store summer heat for winter use.

Spekulative: installed costs close to those of a gas boiler for single homes; heat pumps widely exceeding the 60% of Carnot limit in the field; deep boreholes (500 m and more) becoming enough cheap for dense city use.

Aç

• Cheaper drilling. Drilling can be the largest cost of a ground-source system. Tizräk rigs, çuňňur tämiz arraylar, energiýa pileleri we göni taraply burning ähli hakykat baha maglumatlary gerek.
• Network design. Shared loops we borefields nädip ululyk berlip, sowadyş we gyzdyryş onýyllar içinde deňleşip biler, we olara kim eýelik etmeli?
• Gerçek performans ölçegde. Framingham’s ýaly birikmeleriň garaşsyz gözegçiligi: ýyllyk SPF, pompalaýjy energiýa, ýer temperaturasy trendleri we müşderi hasaplary.
• Low-GWP refrigerants. Propane and CO2 heat pumps with high efficiency and safe installation indoor
• Grid effects. Milyonlarça gyzgyn pompalaryň gyşyň iň ýokary isleglerini nädip üýtgedýändigi we ýer-sözlü sistemalaryň howa sözlüsine garanyňda ony nädip azaltýandygy barada.
• Retrofit pathways. Different types of home for the cheapest order of insulation, radiator upgrades and heat pumps


Işleýji prototipiň näme gerek bolar

Termo pompalar özleri ýetişdi; peýdaly pikirler gymmat ýer looplary, paýlaşylan ulgamlar we akylly dolandyryşda. Işleýän model ölçeýji elektrik bilen we ölçeýji gyzgynlyk bilen ölçeýji gyzgynlygy bermelidir.

Faýllar	Iş	Bu karary mümkin edýä	_Göçür	Zaman
1. Desk study	Ahyrky binalaryň gyzgynlyk talaplary, jeolýusiýa gözleglerinden ýer maglumatlary, standart programma bilen dolap dizaýny, döküjilerden çykdajy teklipleri	Bu pikir şu günki çukurlardan kW-a has gymmatmy?	$5k to $20k	2 to 3 months
2. Test loop	Bir burç ýa-da bir täze ýer-ýaşyryjy dizaýn, termal jogap synaglary, kiçijik gyzgynlyk pompasy, gyzgynlyk we elektrik ölçeýjileri, ýer temperatura sensory	Metr we SPF üçin ölçeýlen gyzgynlyk bir gyşda	$30k to $80k	6den 12 aya çenli
3. Street pilot	5 to 20 buildings on a shared loop, a year of meted data, customer bills	Her bir öý we her bir kWh üçin hakykat bahasy	$0.5M to $3M	18 to 24 months

Kime gerek

• Geologlar we hidrogeologlar ýery okamak we model bor meýdançalary üçin
• Drilling contractors willing to test new methods and share real costs.
• Heat pump and HVAC engineers for design, commissioning and monitoring.
• District energy and utility planners for shared networks and ownership models.
• Bina-fizika hünärmenleri retrofit tertibi we aşak temperatura emiterler üçin.
• Ekonomistler we tarif dizaynerler ysnyşykly baha bermek we elýeterliligi höweslendirmek üçin.

Näçe

Faýunsyň käbir agzalarynyň güýçli energiýa niýeti üçin bir ses eşidip biljek gatnaşyklary bolup biler. Bir pikir bir işleýän, hakykatda güýji öndürýän real-life model; şuňa meňzeş bir gyzgynlyk pikir üçin, bu ölçelen gyzgynlygy berjek bir model manysyndadyr, onuň çykdajylary we elektrik sarp edişi alnalarda ýazylyp, talap edilmedikdir. Kagyz pikirler hem hoşallyk bilen kabul edilýär: eger fizika we sanlar berk bolsa, biz olary şu ýerde web saýtda çap edip bileris. Emma işleýän modelsiz maýa toplamak gaty kyn, we bu ýerde hiç zat maliýeleşdirmek, dolanşyk ýa-da tanyşdyrmak barada wagyz etmeýär.

Siziň pikiriňizi şundan geçiriň contribution form bu öwürýän mesele bilen, fizika barlagyny, kWh gyzgynlyk üçin bir çuňňur bahany we ony ýalňyş görkezen iň gymmat test. Eger siz işleýän bir modeliňiz bolsa, onuň ölçeýji çykdajysyny we ony nädip ölçeýjiňizi ekleň. energi çeşmeleri sahypasy bu we beýleki alternatiwleri pikir radary bilen deňeşdirýär.

Mendiler

1. Wikpediýa Ball State University: geothermal system completed in 2017.
2. IEA (2022). The Future of Heat Pumps.
3. Fraunhofer instituty. WPsmart im Bestand: heat pumps in existing buildings, field test.
4. Wikpediýa Ground source heat pump: borehole depths, ground temperatures and the geothermal gradient.
5. Department for Energy Security and Net Zero (2026). Boiler Upgrade Scheme statistics, April 2026, tables Q1.1A and 1.1.
6. Ofgem (2026). Energy price cap unit rates, 1 October to 31 December 2026
7. PBS NewsHour (2025). Massaçusets jemgyýetinde geotermiki energiýa ulgamynda arassalaşmak üçin mümkin bolmadyk bileleşik gurýar.
8. ABŞ-nyň Energetika ministrligi. Geothermal heat pump case study: Colorado Mesa University.
9. Bufa, S., Cozzini, M., D’Antoni, M., Baratieri, M. we Fedrizzi, R. (2019). 5-nji nesil şäherara ýylylyk we sowadyş ulgamlary: Ýewropada bar bolan ýagdaýlara syn. Renewable and Sustainable Energy Reviews 104, 504-522.
10. Staffell, I., Brett, D., Brandon, N. and Hawkes, A. (2012). A review of domestic heat pumps. Energy and Environmental Science 5, 9291.
11. Lazard (June 2026). Levelized Cost of Energy+, version 19.
12. Local Solar System Temelli The Fan Wall open model: the rooftop solar benchmark of $0.19 per kWh.
13. Kusuda, T. we Achenbach, P.R. (1965). Earth temperature and thermal diffusivity at selected stations in the United States. National Bureau of Standards Report 8972.
14. Wikpediýa Buhar-süýşdüriji sowadyjy: evaporator, compresser, condenser and expansion valve.
15. Wikpediýa Direksional burning: trenchless drilling in a shallow arc.