انرژی زمین‌گرمایی (Geothermal) یکی از پایدارترین منابع انرژی تجدیدپذیر است که از دمای ثابت زمین در عمق (معمولاً ۱۰ تا ۲۰ درجه سانتی‌گراد در عمق ۲ متری) برای گرمایش و سرمایش ساختمان استفاده می‌کند. با افزایش قیمت گاز و تشویق دولت ایران به سمت انرژی‌های تجدیدپذیر، این فناوری در سال ۱۴۰۵ توجه بیشتری پیدا کرده است. در این مقاله اصول کارکرد، هزینه و کاربرد آن را بررسی می‌کنیم.
اصل کارکرد پمپ حرارتی زمینی (GSHP): پمپ حرارتی زمینی از یک سیال (معمولاً آب+گلیکول) در لوله‌های مدفون در زمین استفاده می‌کند. در زمستان، سیال حرارت زمین را جذب کرده و با عبور از کمپرسور، آن را به دمای ۵۰-۶۰ درجه سانتی‌گراد افزایش می‌دهد و سپس به گرمایش ساختمان منتقل می‌کند. در تابستان، فرایند برعکس است — گرمای داخل ساختمان به زمین منتقل می‌شود. راندمان این سیستم (COP) معمولاً ۳.۵ تا ۵ است — یعنی به ازای هر ۱ کیلووات برق مصرفی، ۳.۵ تا ۵ کیلووات حرارت تولید می‌کند. در مقایسه، پکیج گازی راندمان ۰.۹ دارد.
انواع سیستم GSHP: ۱) سیستم حلقه باز (Open Loop) — استفاده از آب چاه به‌عنوان منبع/سینک حرارتی و سپس تخلیه آن به چاه دیگر. مناسب برای مناطقی با دسترسی به آب زیرزمینی فراوان. ۲) سیستم حلقه بسته (Closed Loop) — سیال در لوله‌های پلی‌اتیلن مدفون در زمین چرخش می‌کند. سه نوع: افقی (در عمق ۱.۵ تا ۲ متر، نیاز به مساحت بزرگ)، عمودی (در چاه‌های ۵۰ تا ۱۵۰ متری، گران‌تر اما نیاز به مساحت کم)، و در آب‌های سطحی (در دریاچه یا برکه نزدیک). ۳) سیستم مستقیم (DX) — مبرد مستقیماً در لوله‌های زمینی چرخش می‌کند.
قابلیت اجرا در ایران: مناطق مناسب برای GSHP در ایران شامل: ۱) شمال ایران (گیلان، مازندران) — خاک مرطوب با هدایت حرارتی خوب؛ ۲) آذربایجان و منطقه زاگرس — دمای متوسط زمین مناسب؛ ۳) مناطق کویری (یزد، کرمان) — با سیستم حلقه عمودی به‌دلیل دمای بالای سطح. مناطق نامناسب: مناطق با سطح آب زیرزمینی بسیار بالا یا خاک صخره‌ای سخت.
هزینه نصب در مهر ۱۴۰۵: برای یک خانه ۲۰۰ متری در تهران: ۱) حفاری چاه عمودی ۱۰۰ متری برای حلقه بسته — ۸۰ تا ۱۲۰ میلیون تومان (برای هر حلقه)؛ ۲) پمپ حرارتی زمینی ۲۴ کیلووات — ۲۰۰ تا ۳۵۰ میلیون تومان؛ ۳) لوله‌کشی، فن کویل داخلی، کنترل — ۱۰۰ تا ۲۰۰ میلیون تومان؛ ۴) راه‌اندازی و تنظیم — ۳۰ تا ۵۰ میلیون تومان. کل هزینه نصب: ۴۱۰ تا ۷۲۰ میلیون تومان. در مقایسه، یک سیستم پکیج + اسپلیت معمولی برای همان خانه حدود ۱۲۰ تا ۱۸۰ میلیون تومان هزینه دارد.
بازگشت سرمایه: با فرض صرفه‌جویی ۶۰-۷۰٪ در هزینه گرمایش (گاز) و ۴۰-۵۰٪ در سرمایش (برق)، صرفه‌جویی ماهانه برای خانه ۲۰۰ متری در تهران حدود ۳.۵ تا ۵ میلیون تومان است. این یعنی بازگشت سرمایه حدود ۸ تا ۱۲ سال. اگر از یارانه‌های دولت برای انرژی‌های تجدیدپذیر استفاده شود، بازگشت به ۵ تا ۷ سال کاهش می‌یابد.
مزایا: ۱) راندمان بسیار بالا و آلایندگی صفر؛ ۲) عمر طولانی (پمپ ۲۵ سال، لوله زمینی ۵۰+ سال)؛ ۳) عدم نیاز به واحد بیرونی (همه زیر زمین است)؛ ۴) عدم وابستگی به دمای محیط. معایب: ۱) هزینه اولیه بالا؛ ۲) نیاز به کارشناسی تخصصی برای طراحی؛ ۳) نیاز به مساحت زمین مناسب. توصیه نهایی: GSHP برای ویلاهای بزرگ در مناطق شمالی و حومه تهران توجیه اقتصادی دارد. برای آپارتمان‌های کوچک شهری، پمپ حرارتی هوایی (Air Source Heat Pump) با هزینه کمتر، انتخاب منطقی‌تری است.