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地中熱ヒートポンプ(GSHP)

1948
  • Robert C. Webber
Ground source heat pump system in residential energy technology application.

(画像はイメージです)

地中熱源 ポンプ 地中熱ヒートポンプ(GSHP)は、地中との間で熱を移動させるセントラルヒーティングおよび冷房システムです。地中の比較的安定した温度を、冬は熱源として、夏は熱吸収源として利用します。この高い熱慣性により、GSHPは非常に効率が高く、成績係数(COP)も高く安定しています。

地中熱源 ポンプ system capitalizes on the stable temperature of the earth a few meters below the surface, which remains relatively constant year-round (typically 10-16°C or 50-60°F) regardless of the ambient air temperature. This provides a significant efficiency advantage over conventional air-source heat pumps, which must exchange heat with outdoor air that can be extremely cold in winter and hot in summer.

The system consists of three main parts: the heat pump unit itself, a liquid heat exchange medium (the ‘ground loop’), and an air delivery system (ductwork). The ground loop is a series of pipes, commonly made of high-density ポリエチレン, buried in the ground near the building. It can be installed in horizontal trenches or vertical boreholes. A water or antifreeze solution is circulated through these pipes to absorb heat from the ground in winter and transfer it to the heat pump. The heat pump then concentrates this heat and delivers it to the building. In summer, the process is reversed: the heat pump extracts heat from the building’s interior and transfers it to the fluid in the ground loop, which then dissipates it into the cooler earth. Because the temperature difference between the source/sink (the ground) and the desired indoor temperature is smaller and more stable, the GSHP operates with a much higher and more consistent COP than its air-source counterparts.

UNESCO Nomenclature: 3313
エネルギー技術

タイプ

物理システム

混乱

増分

使用法

広く普及している

前駆物質

  • ケルビン卿のヒートポンプの理論的概念
  • 確立された使用法 蒸気圧縮冷凍サイクル
  • 水井戸掘削技術と鉱業における技術の進歩
  • ポリエチレンなどの耐久性のあるプラスチック配管材料の開発

アプリケーション

  • 高効率住宅用暖房・冷房システム
  • 学校やオフィスなどの大規模商業ビル向けの空調システム
  • 地域暖房および冷房ネットワーク
  • 農業用温室の温度制御
  • 安定した温度が必要とされる工業プロセスにおける加熱および冷却

特許:

  • US Patent 2533447 (Robert C. Webber, 1950)

潜在的なイノベーションのアイデア

  • thermally enhanced grouts for vertical boreholes to improve heat transfer between the loop and the earth
  • directional drilling techniques to install ground loops with minimal surface disruption, ideal for retrofitting existing properties
  • hybrid gshp systems that incorporate a cooling tower or solar thermal collector to assist during peak loads
  • ‘energy pile’ foundations that integrate ground loop pipes directly into a building’s structural piles
  • direct exchange (dx) gshp systems that circulate refrigerant directly through buried copper tubes, eliminating the water loop
  • distributed gshp networks for entire neighborhoods, operating like a thermal utility
  • gshp systems designed to store waste heat from summer cooling in the ground for use in winter heating
  • wireless sensors embedded within the ground loop to monitor real-time thermal performance
  • integration with underfloor radiant heating systems for maximum comfort and efficiency
  • mobile gshp units for temporary climate control at construction sites or outdoor events
関連キーワード:地中熱ヒートポンプ、GSHP、地熱エネルギー、地中ループ、熱交換器、エネルギー効率、再生可能暖房、COP、地球エネルギー、HVAC。

歴史的背景

地中熱ヒートポンプ(GSHP)

1940
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1945-01-01
1949
1950
1950
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(日付が不明または関連性がない場合、例えば「流体力学」などでは、その注目すべき出現時期の概算値が提示されます。)

10年目 周年

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