مضخة حرارية أرضية المصدر

مضخة الحرارة الأرضية (وتُعرف أيضًا بمضخة الحرارة الجيوحرارية ) هي نظام تدفئة/تبريد للمباني، يستخدم مضخة حرارية لنقل الحرارة من وإلى الأرض، مستفيدًا من ثبات درجات حرارة الأرض نسبيًا على مدار الفصول. تُعدّ مضخات الحرارة الأرضية (GSHPs) - أو مضخات الحرارة الجيوحرارية (GHPs) كما هو شائع في أمريكا الشمالية - من بين أكثر التقنيات كفاءة في استهلاك الطاقة لتوفير التدفئة والتهوية وتكييف الهواء وتسخين المياه ، حيث تستهلك طاقة أقل من تلك التي تستهلكها السخانات الكهربائية المقاومة .

تُقاس الكفاءة بمعامل الأداء (CoP)، والذي يتراوح عادةً بين 3 و6، ما يعني أن هذه الأجهزة تُنتج من 3 إلى 6 وحدات حرارية لكل وحدة كهرباء مُستهلكة. وتكون تكاليف التركيب أعلى من أنظمة التدفئة الأخرى نظرًا لضرورة تركيب أنابيب أرضية على مساحات واسعة أو حفر آبار. ^{[ 1 ]} تتميز مضخات الحرارة الهوائية بتكاليف تركيب أقل، ولكن معامل أدائها (CoP) يكون أقل في الطقس شديد البرودة أو شديد الحرارة.

تستفيد المضخات الحرارية الأرضية من الفرق بين درجة الحرارة المحيطة ودرجة الحرارة على أعماق مختلفة في الأرض.

يمكن وصف الخصائص الحرارية للأرض بالقرب من السطح ^{[ 2 ] [ 3 ] على النحو التالي:}

• في الطبقة السطحية وحتى عمق متر واحد تقريباً، تكون درجة الحرارة حساسة للغاية لأشعة الشمس والطقس.
• في الطبقة الضحلة التي يصل عمقها إلى حوالي 8-20 مترًا (حسب نوع التربة)، تتسبب الكتلة الحرارية للأرض في انخفاض تغير درجة الحرارة بشكل كبير مع العمق حتى تقترب من متوسط ​​درجة حرارة الهواء السنوية المحلية؛ كما أنها تتأخر عن درجة حرارة السطح، بحيث تكون ذروة درجة الحرارة بعد حوالي 6 أشهر من ذروة درجة حرارة السطح.
• أسفل ذلك، في الطبقة الأعمق ، تكون درجة الحرارة ثابتة فعلياً، حيث ترتفع حوالي 0.025  درجة مئوية لكل متر وفقاً للتدرج الحراري الأرضي .

يُعرَّف "عمق الاختراق" ^{[ 3 ]} بأنه العمق الذي تكون عنده قيمة التغير في درجة الحرارة أقل من 0.01 من التغير على السطح. ويعتمد هذا أيضًا على نوع التربة.

وصف اللورد كلفن مضخة الحرارة في عام 1853 وطورها بيتر ريتر فون ريتينجر في عام 1855. وقد حصل هاينريش زويلي على براءة اختراع لفكرة استخدامها لسحب الحرارة من الأرض في عام 1912. ^{[ 4 ]}

بعد تجارب أجراها على مُجمّد، بنى روبرت سي. ويبر أول مضخة حرارية أرضية ذات تبادل مباشر في أواخر أربعينيات القرن العشرين؛ إلا أن المصادر تختلف حول التسلسل الزمني الدقيق لاختراعه. ^{[ 4 ] [ 5 ]} تم تركيب أول مشروع تجاري ناجح في مبنى الكومنولث (بورتلاند، أوريغون) عام 1948، وقد صنّفته الجمعية الأمريكية للمهندسين الميكانيكيين (ASME ) معلمًا تاريخيًا وطنيًا للهندسة الميكانيكية . ^{[ 6 ]} بنى البروفيسور كارل نيلسن من جامعة ولاية أوهايو أول نسخة سكنية ذات دائرة مفتوحة في منزله عام 1948. ^{[ 7 ]}

نتيجةً لأزمة النفط عام 1973 ، انتشرت مضخات الحرارة الأرضية في السويد، ومنذ ذلك الحين ازداد انتشارها تدريجياً على مستوى العالم مع تطور التكنولوجيا. هيمنت أنظمة الدائرة المفتوحة على السوق حتى تطوير أنابيب البولي بيوتيلين عام 1979، مما جعل أنظمة الدائرة المغلقة مجدية اقتصادياً. ^{[ 6 ]}

اعتبارًا من عام 2004، تم تركيب أكثر من مليون وحدة حول العالم، توفر 12  جيجاواط من الطاقة الحرارية بمعدل نمو سنوي قدره 10%. ^{[ 8 ]} وفي كل عام (اعتبارًا من عامي 2011 و2004 على التوالي)، يتم تركيب حوالي 80,000 وحدة في الولايات المتحدة ^{[ 9 ]} و27,000 وحدة في السويد. ^{[ 8 ]} وفي فنلندا، كانت المضخات الحرارية الجوفية الخيار الأكثر شيوعًا لأنظمة التدفئة في المنازل المنفصلة الجديدة بين عامي 2006 و2011، حيث تجاوزت حصتها السوقية 40%. ^{[ 10 ]} وفي عام 2021، شكلت المضخات الحرارية 10% من مبيعات معدات التدفئة العالمية. ^{[ 11 ]}

في المملكة المتحدة ، ساهم برنامج تحديث الغلايات لعام 2022 في زيادة الطلب على مضخات الحرارة الأرضية. ^{[ 12 ]} وفي عام 2023، تم تركيب 2469 مضخة حرارة أرضية في المملكة المتحدة. ^{[ 13 ]} وينتهي البرنامج في عام 2027. ^{[ 12 ]}

نظراً للمعرفة التقنية والمعدات اللازمة لتصميم وتحديد حجم النظام بشكل صحيح (وتركيب الأنابيب إذا لزم الأمر دمج الحرارة)، يتطلب تركيب نظام المضخة الحرارية الأرضية خدمات متخصصين. وقد نشر العديد من الفنيين صوراً حية لأداء النظام في منتدى إلكتروني مخصص للتركيبات السكنية الحديثة. وتحتفظ كل من الرابطة الدولية للمضخات الحرارية الأرضية ( IGSHPA ) ^{[ 21 ]} ، ومنظمة التبادل الحراري الأرضي (GEO) ^{[ 22 ]} ، والتحالف الكندي للتبادل الحراري الأرضي، ورابطة المضخات الحرارية الأرضية، بقوائم للفنيين المؤهلين في الولايات المتحدة وكندا والمملكة المتحدة ^{[ 23 ]} . علاوة على ذلك، فإن التحليل الدقيق للتوصيل الحراري للتربة في الأنظمة الأفقية، والتوصيل الحراري للتكوينات في الأنظمة الرأسية، يُسهم عموماً في تصميم أنظمة أكثر دقة وكفاءة أعلى ^{[ 24 ] .}

يُعبّر عن أداء التبريد عادةً بوحدات BTU/hr/watt كنسبة كفاءة الطاقة (EER)، بينما يُختزل أداء التدفئة عادةً إلى وحدات لا بُعدية كمعامل الأداء (COP). معامل التحويل هو 3.41 BTU/hr/watt. بما أن المضخة الحرارية تنقل طاقة حرارية تفوق الطاقة الكهربائية التي تستهلكها بثلاثة إلى خمسة أضعاف، فإن إجمالي الطاقة الناتجة يكون أكبر بكثير من الطاقة الكهربائية المُدخلة. ينتج عن ذلك كفاءة حرارية صافية تزيد عن 300% مقارنةً بكفاءة التدفئة الكهربائية الإشعاعية التي تبلغ 100%. لا يمكن لأفران الاحتراق التقليدية والسخانات الكهربائية أن تتجاوز كفاءة 100%. يمكن لمضخات الحرارة الأرضية أن تُقلل استهلاك الطاقة - وما يترتب عليه من انبعاثات تلوث الهواء - بنسبة تصل إلى 72% مقارنةً بالتدفئة الكهربائية المقاومة باستخدام معدات تكييف الهواء القياسية. ^{[ 25 ]}

تساهم الضواغط عالية الكفاءة، والضواغط متغيرة السرعة، والمبادلات الحرارية الأكبر حجمًا في رفع كفاءة المضخات الحرارية. تتميز المضخات الحرارية الأرضية المنزلية المتوفرة في السوق اليوم بمعامل أداء قياسي يتراوح بين 2.4 و5.0، ومعامل كفاءة طاقة يتراوح بين 10.6 و30. ^{[ 26 ] [ 27 ]} وللحصول على علامة Energy Star ، يجب أن تستوفي المضخات الحرارية حدًا أدنى معينًا من معامل الأداء ومعامل كفاءة الطاقة، والذي يعتمد على نوع المبادل الحراري الأرضي. بالنسبة للأنظمة ذات الدائرة المغلقة، يجب أن يكون معامل أداء التدفئة وفقًا لمعيار ISO 13256-1 هو 3.3 أو أعلى، ومعامل كفاءة الطاقة للتبريد هو 14.1 أو أعلى. ^{[ 28 ]}

تُعرّف معايير ARI 210 و240 نسبة كفاءة الطاقة الموسمية (SEER) ومعاملات الأداء الموسمية للتدفئة (HSPF) لمراعاة تأثير التغيرات الموسمية على مضخات الحرارة الهوائية. لا تنطبق هذه الأرقام عادةً، ولا ينبغي مقارنتها بتصنيفات مضخات الحرارة الأرضية. مع ذلك، اعتمدت هيئة الموارد الطبيعية الكندية هذا النهج لحساب معاملات الأداء الموسمية النموذجية لمضخات الحرارة الأرضية في كندا. ^{[ 16 ]} تراوحت معاملات الأداء الموسمية لهيئة الموارد الطبيعية الكندية بين 8.7 و12.8 وحدة حرارية بريطانية/ساعة/واط (2.6 إلى 3.8 في المعاملات غير البُعدية، أو 255% إلى 375% من متوسط ​​كفاءة استخدام الكهرباء الموسمية) لأكثر المناطق اكتظاظًا بالسكان في كندا.

لغرض مقارنة أجهزة المضخات الحرارية فيما بينها، بمعزل عن مكونات النظام الأخرى، وضع المعهد الأمريكي للمبردات (ARI)، ومؤخرًا المنظمة الدولية للتوحيد القياسي (ISO) ، بعض شروط الاختبار القياسية . صُممت تصنيفات ARI 330 القياسية لمضخات الحرارة الأرضية ذات الدائرة المغلقة، وتفترض درجات حرارة مياه الدائرة الثانوية 25 درجة مئوية (77 درجة فهرنهايت) للتكييف و 0 درجة مئوية (32 درجة فهرنهايت) للتدفئة. هذه الدرجات نموذجية للمنشآت في شمال الولايات المتحدة. أما تصنيفات ARI 325 القياسية، فقد صُممت لمضخات الحرارة الأرضية ذات الدائرة المفتوحة، وتتضمن مجموعتين من التصنيفات لدرجات حرارة المياه الجوفية 10 درجات مئوية (50 درجة فهرنهايت) و 21 درجة مئوية (70 درجة فهرنهايت) . يخصص معيار ARI 325 كمية أكبر من الكهرباء لضخ المياه مقارنةً بمعيار ARI 330. ولا يأخذ أي من هذين المعيارين في الحسبان التغيرات الموسمية. أما تصنيفات ARI 870 القياسية، فهي مخصصة لمضخات الحرارة الأرضية ذات التبادل الحراري المباشر. انتقلت جمعية مهندسي التدفئة والتبريد وتكييف الهواء الأمريكية (ASHRAE) إلى معيار ISO 13256-1 في عام 2001، والذي يحل محل معايير ARI 320 و325 و330. وينتج معيار ISO الجديد تصنيفات أعلى قليلاً لأنه لم يعد يخصص أي ميزانية للكهرباء لمضخات المياه. ^{[ 26 ]}        

تبقى التربة، دون إضافة أو إزالة حرارة اصطناعية، وعلى أعماق عدة أمتار أو أكثر، عند درجة حرارة ثابتة نسبيًا على مدار العام. وتُعادل هذه الدرجة تقريبًا متوسط ​​درجة حرارة الهواء السنوية للموقع المُختار، والتي تتراوح عادةً بين 7 و12 درجة مئوية (45-54 درجة فهرنهايت) على عمق 6 أمتار (20 قدمًا) في شمال الولايات المتحدة. ولأن هذه الدرجة تبقى أكثر ثباتًا من درجة حرارة الهواء على مدار الفصول، فإن مضخات الحرارة الأرضية تعمل بكفاءة أعلى بكثير خلال درجات الحرارة القصوى مقارنةً بمكيفات الهواء ومضخات الحرارة الهوائية.   

التخزين الحراري الموسمي

يمكن تحسين كفاءة المضخات الحرارية الأرضية بشكل كبير باستخدام تخزين الطاقة الحرارية الموسمية ونقل الحرارة بين المواسم. ^{[ 31 ]} يمكن استعادة الحرارة التي يتم جمعها وتخزينها في خزانات حرارية خلال فصل الصيف بكفاءة عالية في فصل الشتاء. تزداد كفاءة تخزين الحرارة مع زيادة حجم النظام، لذا فإن هذه الميزة بالغة الأهمية في أنظمة التدفئة التجارية أو المركزية .

استُخدمت أنظمة الطاقة الشمسية الأرضية المُدمجة لتدفئة وتبريد البيوت الزجاجية باستخدام طبقة المياه الجوفية لتخزين الحرارة. ^{[ 20 ] [ 32 ]} في الصيف، تُبرّد البيوت الزجاجية بمياه جوفية باردة، مما يُسخّن المياه في طبقة المياه الجوفية التي يُمكن أن تُصبح مصدرًا للتدفئة في الشتاء. ^{[ 32 ] [ 33 ]} يُمكن دمج تخزين البرودة والحرارة باستخدام المضخات الحرارية مع تنظيم المياه/الرطوبة. تُستخدم هذه المبادئ لتوفير التدفئة والتبريد المتجددين ^{[ 34 ]} لجميع أنواع المباني.

كما يمكن تحسين كفاءة أنظمة المضخات الحرارية الصغيرة القائمة بإضافة مجمعات شمسية كبيرة الحجم ورخيصة الثمن مملوءة بالماء. ويمكن دمج هذه المجمعات في مواقف السيارات التي يجري تجديدها، أو في الجدران أو أسطح المباني عن طريق تركيب أنابيب بولي إيثيلين بقطر بوصة واحدة في الطبقة الخارجية.

وصفت وكالة حماية البيئة الأمريكية (EPA) مضخات الحرارة الأرضية بأنها أنظمة تكييف الهواء الأكثر كفاءة في استهلاك الطاقة، والأكثر نظافة بيئياً، والأكثر فعالية من حيث التكلفة. ^{[ 35 ]} توفر مضخات الحرارة إمكانية كبيرة لخفض الانبعاثات عند توليد الكهرباء من مصادر متجددة.

تتميز المضخات الحرارية الأرضية بكفاءة حرارية فائقة، ولا تُنتج أي انبعاثات محلية، إلا أن مصدر الكهرباء الذي تعتمد عليه يتضمن مكونات ذات انبعاثات عالية من غازات الاحتباس الحراري، ما لم يكن مصدر الطاقة متجدداً بنسبة 100% . ولذلك، فإن أثرها البيئي يعتمد على خصائص مصدر الكهرباء والبدائل المتاحة.

يمكن حساب وفورات انبعاثات غازات الاحتباس الحراري الناتجة عن استخدام مضخة حرارية مقارنة بالفرن التقليدي بناءً على الصيغة التالية: ^{[ 39 ]}

$// 3600 {\frac {\mathrm {sec} }{\mathrm {hr} }}}}\right)}$

• HL = الحمل الحراري الموسمي ≈ 80 جيجا جول/سنة لمنزل حديث منفصل في شمال الولايات المتحدة
• كثافة انبعاثات الوقود (FI) = 50  كجم ( _ثاني أكسيد الكربون )/جيجا جول للغاز الطبيعي، 73 لزيت التدفئة، 0 للطاقة المتجددة بنسبة 100% مثل طاقة الرياح، والطاقة الكهرومائية، والطاقة الشمسية الكهروضوئية، أو الطاقة الشمسية الحرارية
• كفاءة الفرن السنوية (AFUE ) ≈ 95% لفرن تكثيف حديث
• معامل الأداء (COP) = معامل أداء المضخة الحرارية ≈ 3.2 معدل موسميًا لمضخات الحرارة في شمال الولايات المتحدة
• EI = كثافة انبعاثات الكهرباء ≈ 200-800 طن ( _ثاني أكسيد الكربون ) / جيجاواط ساعة، اعتمادًا على مزيج محطات الطاقة الكهربائية في المنطقة (الفحم مقابل الغاز الطبيعي مقابل الطاقة النووية والطاقة الكهرومائية وطاقة الرياح والطاقة الشمسية).

تُنتج المضخات الحرارية الأرضية دائمًا كميات أقل من غازات الاحتباس الحراري مقارنةً بمكيفات الهواء وأفران النفط والتدفئة الكهربائية، إلا أن أفران الغاز الطبيعي قد تُصبح منافسةً لها اعتمادًا على كثافة انبعاثات غازات الاحتباس الحراري في شبكة الكهرباء المحلية. ففي دول مثل كندا وروسيا، التي تتميز ببنية تحتية كهربائية منخفضة الانبعاثات، قد تُوفر المضخة الحرارية المنزلية 5 أطنان من ثاني أكسيد الكربون سنويًا مقارنةً بفرن النفط، أي ما يُعادل تقريبًا إزالة سيارة ركاب متوسطة من الطرق. أما في مدن مثل بكين أو بيتسبرغ، التي تعتمد بشكل كبير على الفحم في إنتاج الكهرباء، فقد تُؤدي المضخة الحرارية إلى انبعاثات ثاني أكسيد الكربون بمقدار طن أو طنين أكثر من فرن الغاز الطبيعي. وفي المناطق التي لا تتوفر فيها شبكة الغاز الطبيعي، لا يوجد بديل أفضل.

قد تُصمَّم السوائل المستخدمة في الدوائر المغلقة لتكون قابلة للتحلل الحيوي وغير سامة، ولكن المبرد المستخدم في خزانة المضخة الحرارية وفي دوائر التبادل المباشر كان، حتى وقت قريب، كلوروديفلوروميثان ، وهو مادة مستنفدة للأوزون. ^{[ 26 ]} ورغم أنه غير ضار طالما أنه محصور، إلا أن التسريبات والتخلص غير السليم منه في نهاية عمره الافتراضي يُسهمان في اتساع ثقب الأوزون . وفي المباني الجديدة، يجري التخلص التدريجي من هذا المبرد لصالح غاز R410A الصديق للأوزون ولكنه غاز دفيئة قوي . وتحتاج أنظمة الدوائر المفتوحة (أي تلك التي تسحب المياه الجوفية بدلاً من أنظمة الدوائر المغلقة التي تستخدم مبادل حراري في البئر) إلى موازنة عن طريق إعادة حقن المياه المستهلكة. وهذا يمنع استنزاف طبقة المياه الجوفية وتلوث التربة أو المياه السطحية بالمحلول الملحي أو مركبات أخرى من باطن الأرض.

قبل البدء بالحفر، لا بد من فهم جيولوجيا باطن الأرض، ويجب أن يكون الحفارون مستعدين لإغلاق البئر، بما في ذلك منع تسرب المياه بين الطبقات. ومن الأمثلة المؤسفة على ذلك مشروع التدفئة الحرارية الأرضية في شتاوفن إم برايسغاو ، ألمانيا، والذي يبدو أنه سبب أضرار جسيمة لحقت بالمباني التاريخية هناك. ففي عام 2008، أفيد أن مركز المدينة ارتفع بمقدار 12 سم (4.7 بوصة) ^{[ 40 ]} ، بعد أن انخفض في البداية بضعة ملليمترات ^{[ 41 ]} . وقد استغل الحفر طبقة مياه جوفية مضغوطة طبيعيًا، ودخلت هذه المياه عبر البئر إلى طبقة من الأنهيدريت، الذي يتمدد عند البلل مكونًا الجبس. ويتوقف التمدد عند اكتمال تفاعل الأنهيدريت، وإعادة بناء مركز المدينة "ليست مجدية حتى يتوقف الارتفاع". وبحلول عام 2010، لم يتم إغلاق البئر. ^{[ 42 ] [ 43 ] [ 44 ]} بحلول عام 2010، ارتفعت بعض أجزاء المدينة بمقدار 30 سم (12 بوصة) . ^{[ 45 ]}    

تتميز المضخات الحرارية الأرضية بتكاليف رأسمالية مرتفعة وتكاليف تشغيل منخفضة مقارنةً بأنظمة التدفئة والتهوية وتكييف الهواء الأخرى . وتعتمد جدواها الاقتصادية الإجمالية بشكل أساسي على التكاليف النسبية للكهرباء والوقود، والتي تتفاوت بشكل كبير بمرور الوقت وفي مختلف أنحاء العالم. وبناءً على الأسعار الحالية، تتمتع المضخات الحرارية الأرضية بتكاليف تشغيل أقل من أي مصدر تدفئة تقليدي آخر في معظم أنحاء العالم. ويُعد الغاز الطبيعي الوقود الوحيد ذو التكاليف التشغيلية التنافسية، وذلك فقط في عدد قليل من البلدان حيث يكون رخيصًا للغاية، أو حيث تكون الكهرباء باهظة الثمن للغاية. ^{[ 39 ]} وبشكل عام، يمكن لمالك المنزل توفير ما بين 20% إلى 60% سنويًا من فواتير الخدمات عن طريق التحول من نظام التدفئة التقليدي إلى نظام المضخات الحرارية الأرضية. ^{[ 46 ] [ 47 ]}

لم تحظَ تكاليف رأس المال وعمر النظام بدراسة كافية حتى وقت قريب، كما أن العائد على الاستثمار متفاوت للغاية. وقد صاحب الارتفاع السريع في أسعار الأنظمة تحسينات سريعة في الكفاءة والموثوقية. ومن المعروف أن تكاليف رأس المال تستفيد من وفورات الحجم ، لا سيما بالنسبة لأنظمة الدائرة المفتوحة، مما يجعلها أكثر فعالية من حيث التكلفة للمباني التجارية الكبيرة والمناطق ذات المناخ القاسي. قد تصل التكلفة الأولية إلى ضعفين أو خمسة أضعاف تكلفة نظام التدفئة التقليدي في معظم التطبيقات السكنية، سواء كانت مباني جديدة أو قائمة. أما في عمليات التحديث، فتتأثر تكلفة التركيب بحجم مساحة المعيشة، وعمر المنزل، وخصائص العزل، والتركيب الجيولوجي للمنطقة، وموقع العقار. وينبغي مراعاة تصميم نظام مجاري الهواء المناسب وتبادل الهواء الميكانيكي عند حساب التكلفة الأولية للنظام.

قد تُغطى التكاليف الرأسمالية من خلال الدعم الحكومي؛ فعلى سبيل المثال، قدمت مقاطعة أونتاريو 7000 دولار للأنظمة السكنية التي تم تركيبها خلال السنة المالية 2009. وتقدم بعض شركات الكهرباء أسعارًا خاصة للعملاء الذين يركبون مضخات حرارية أرضية لتدفئة أو تبريد مبانيهم. ^{[ 48 ]} وعندما تشهد محطات توليد الكهرباء أحمالًا أكبر خلال أشهر الصيف وطاقة فائضة في الشتاء، فإن ذلك يزيد من مبيعات الكهرباء خلال أشهر الشتاء. كما تُخفّض المضخات الحرارية ذروة الأحمال خلال الصيف نظرًا لكفاءتها العالية، مما يُجنّب إنشاء محطات توليد طاقة جديدة بتكلفة باهظة. وللأسباب نفسها، بدأت شركات مرافق أخرى بتمويل تركيب المضخات الحرارية الأرضية في منازل العملاء. وتقوم هذه الشركات بتأجير الأنظمة لعملائها مقابل رسوم شهرية، مما يُحقق وفورات صافية للعميل.

يتميز هذا النظام بعمر افتراضي أطول من أنظمة التدفئة والتبريد التقليدية. لا تتوفر بيانات دقيقة حول عمر النظام حتى الآن نظرًا لحداثة هذه التقنية، إلا أن العديد من الأنظمة القديمة لا تزال تعمل بكفاءة حتى اليوم بعد 25-30 عامًا مع الصيانة الدورية. تتمتع معظم أنظمة المضخات الحرارية الأرضية بضمانات لمدة تتراوح بين 25 و50 عامًا، ومن المتوقع أن تدوم لمدة تتراوح بين 50 و200 عام على الأقل. ^{[ 46 ] [ 49 ]} تستخدم المضخات الحرارية الأرضية الكهرباء لتدفئة المنزل. ويمكن استرداد الاستثمار الأعلى مقارنةً بأنظمة النفط أو البروبان أو الكهرباء التقليدية من خلال توفير الطاقة في غضون 2-10 سنوات للأنظمة السكنية في الولايات المتحدة. ^{[ 50 ] [ 47 ] [ 49 ]} أما فترة استرداد التكلفة للأنظمة التجارية الكبيرة في الولايات المتحدة فتتراوح بين 1 و5 سنوات، حتى عند مقارنتها بالغاز الطبيعي. ^{[ 47 ]} بالإضافة إلى ذلك، ولأن المضخات الحرارية الأرضية لا تحتوي عادةً على ضواغط خارجية أو أبراج تبريد، فإن خطر التخريب يقل أو ينعدم، مما قد يطيل عمر النظام. ^{[ 51 ]}

تُعدّ المضخات الحرارية الأرضية من أكثر أنظمة التدفئة والتبريد كفاءةً في السوق. وغالبًا ما تُعتبر ثاني أكثر الحلول فعالية من حيث التكلفة في المناخات القاسية (بعد التوليد المشترك للطاقة )، ​​على الرغم من انخفاض كفاءتها الحرارية بسبب درجة حرارة الأرض. (تكون الأرض أكثر دفئًا في المناخات التي تتطلب تكييفًا قويًا، وأكثر برودة في المناخات التي تتطلب تدفئة قوية). وتعتمد الجدوى الاقتصادية لهذه الأنظمة على الحجم المناسب للمبادلات الحرارية الأرضية، والتي تُساهم عمومًا بأكبر قدر في التكاليف الرأسمالية الإجمالية لأنظمة المضخات الحرارية الأرضية. ^{[ 52 ]}

تراوحت تكاليف صيانة الأنظمة التجارية في الولايات المتحدة تاريخياً بين 0.11 دولار و0.22 دولار للمتر ^المربع سنوياً بأسعار عام 1996، وهو أقل بكثير من متوسط ​​0.54 دولار للمتر ^المربع سنوياً لأنظمة التدفئة والتهوية وتكييف الهواء التقليدية. ^{[ 6 ]}

من المرجح أن تقدم الحكومات التي تشجع الطاقة المتجددة حوافز للمستهلكين (السكنيين) أو الأسواق الصناعية. على سبيل المثال، في الولايات المتحدة، تُقدم الحوافز على المستويين الحكوميين الفيدرالي والولائي. ^{[ 53 ]}

• مبادل حراري أرضي
• شبكة الطاقة الحرارية
• التبريد بمصدر المياه العميقة
• التبريد الحراري الشمسي
• الحرارة المتجددة
• مسرد مصطلحات التدفئة والتبريد الجيولوجي الحراري
• قانون الميكانيكا الموحد

• مضخات الحرارة الجوفية . مؤرشفة بتاريخ 1 أبريل 2009 في موقع Wayback Machine ( EERE / USDOE )
• حساب التكلفة
• اتحاد مضخات الحرارة الجوفية
• الرابطة الدولية لمضخات الحرارة الأرضية
• رابطة مضخات الحرارة الأرضية (GSHPA)