Are ground-source heat pumps ready for decarbonizing residential heating and cooling?

Abstract

Este proyecto investiga la preparación de las Bombas de Calor Geotérmicas (GSHPs) para la descarbonización de la calefacción y refrigeración residencial, en el contexto de un aumento global de las emisiones de gases de efecto invernadero a pesar de los compromisos generalizados de reducción. Centrado en la viabilidad tecno-económica y la eficiencia de las GSHPs en comparación con los sistemas tradicionales, el estudio incorpora un modelo detallado que simula el consumo de energía y los costes operativos en varios escenarios residenciales. El modelo tiene en cuenta las variaciones climáticas regionales, la fijación de precios de la energía y parámetros específicos del sistema, como el Coeficiente de Rendimiento (COP), las capacidades de calefacción y refrigeración, y las temperaturas del suelo, para evaluar la sostenibilidad a largo plazo y la rentabilidad de las instalaciones de GSHPs.

Los resultados destacan variaciones regionales significativas: Texas muestra una mayor demanda de refrigeración, mientras que Carolina del Norte y Massachusetts exhiben mayores necesidades de calefacción, reflejando desequilibrios térmicos inherentes que influyen en la eficiencia de las GSHPs. Por ejemplo, los cambios modelados en el COP en estas regiones sugieren ligeras disminuciones con el tiempo debido a estos desequilibrios, afectando la eficiencia operativa a largo plazo. Además, el análisis de costos revela que las GSHPs proporcionan ahorros sustanciales en comparación con los sistemas tradicionales, especialmente en escenarios dominados por necesidades de calefacción.

Las conclusiones extraídas de este estudio afirman que las GSHPs son una tecnología viable y efectiva para reducir las huellas de carbono residenciales, capaces de adaptarse a diversas condiciones climáticas y ofreciendo beneficios económicos significativos. El aumento de las tasas de instalación y los avances en la tecnología de GSHPs subrayan además un futuro prometedor para esta solución sostenible, marcando un paso significativo hacia la consecución de objetivos más amplios de descarbonización en el sector de la construcción.

This project investigates the readiness of Ground-Source Heat Pumps (GSHPs) for decarbonizing residential heating and cooling, set against the backdrop of rising global greenhouse gas emissions despite widespread pledges for reduction. Focused on the techno-economic viability and efficiency of GSHPs compared to traditional systems, the study incorporates a detailed model that simulates energy consumption and operational costs across various residential scenarios. The model accounts for regional climate variations, energy pricing, and specific system parameters, such as Coefficient of Performance (COP), heating and cooling capacities, and ground temperatures, to assess the long-term sustainability and cost-effectiveness of GSHP installations.

Results highlight significant regional variations: Texas shows a higher demand for cooling, whereas North Carolina and Massachusetts exhibit greater heating needs, reflecting inherent thermal imbalances which influence GSHP efficiency. For example, modeled COP changes in these regions suggest slight decreases over time due to these imbalances, impacting long-term operational efficiency. Furthermore, cost analysis reveals that GSHPs provide substantial savings compared to traditional systems, especially in scenarios dominated by heating needs.

The conclusions drawn from this study affirm that GSHPs are a viable and effective technology for reducing residential carbon footprints, capable of adapting to diverse climatic conditions while offering significant economic benefits. The increasing installation rates and advancements in GSHP technology further underscore a promising future for this sustainable solution, marking a significant step towards achieving broader decarbonization goals in the building sector.