I n t e r n a t i o n a l   J o u r n a l   o f   E l e c t r i c a l   a n d   C o m p u t e r   E n g i n e e r i n g   ( I J E C E )   V o l . 2 ,   N o . 4 ,   A u g u s t   2 0 1 2 ,   p p .   5 0 2 ~ 5 1 0   I S S N :   2 0 8 8 - 8 7 0 8     5 0 2       J o u r n a l   h o m e p a g e :   h t t p : / / i a e s j o u r n a l . c o m / o n l i n e / i n d e x . p h p / I J E C E   T e c h n i c a l   a n d   E c o n o m i c   A s s e s s m e n t   f o r   u s i n g   G r o u n d - S o u r c e   H e a t   P u m p s   i n   C o m m e r c i a l   a n d   I n s t i t u t i o n a l   B u i l d i n g s       H o s s e i n   S h a h i n z a d e h * ,   H a j a r   G h o t b * *   *   D e p a r t m e n t   o f   E l e c t r i c a l   E n g i n e e r i n g ,   I s l a m i c   A z a d   U n i v e r s i t y ,   I s f a h a n ,   I r a n .   * *   D e p a r t m e n t   o f   E l e c t r i c a l   E n g i n e e r i n g   ,   N a j a f   A b a d   Br a n c h   ,   I s l a m i c   A z a d   U n i v e r s i t y   ,   N a j a f   A b a d   ,   I r a n .     A r t i c l e   I n f o     A B S T R A C T     A r t i c l e   h i s t o r y :   R e c e i v e d   J u n   1 5 ,   2 0 1 2   R e v i s e d   A u g   8 ,   2 0 1 2   A c c e p t e d   A u g   1 1 ,   2 0 1 2       O n e   o f   t h e   m o s t   i m p o r t a n t   m e t h o d s   p r o p o s e d   f o r   r e d u c t i o n   o f   c o n s u m e d   e n e r g y   i n   f a c i l i t y   a n d   v e n t i l a t i o n   s y s t e m s   i n   a   b u i l d i n g   i s   a p p l i c a t i o n   o f   g r o u n d   s o u r c e   h e a t   p u m p s   ( G S H P s ) .   W i t h   r e g a r d   t o   t h e   e n h a n c e d   u s e   o f   s u c h   p u m p s   i n   p r o v i d i n g   h e a t   a n d   c o l d   d e m a n d s   i n   h o m e s ,   c o m m e r c i a l   c e n t e r s ,   i n s t i t u t i o n s   a n d   i n d u s t r i a l   b u i l d i n g s   a n a l y s i s   o f   t h e i r   p e r f o r m a n c e   a s   w e l l   a s   t h e i r   b e n e f i t s   a n d   d e f i c i e n c i e s   c o m p a r e d   t o   c o m m o n   v e n t i l a t i o n   s y s t e m s   h a v e   g a i n e d   i n t e r e s t   o f   m a n y   r e s e a r c h e r s .   S u c h   s y s t e m s   a p p l y   g r o u n d   a s   a   t h e r m a l   w e l l   i n   s u m m e r   a n d   a s   a   h e a t   s o u r c e   i n   w i n t e r .   T h e y   c a n   b e   u s e d   i n   v a r i o u s   c l i m a t i c   c o n d i t i o n s   i n   d i f f e r e n t   r e g i o n s .   T h e y   h a v e   n o   c o m b u s t i o n   a n d   t h e y   o n l y   t r a n s f e r   h e a t .   I n   t h e   p r e s e n t   a r t i c l e   f i r s t ,   p e r f o r m a n c e   c o n d i t i o n s   o f   g r o u n d   s o u r c e   h e a t   p u m p s   ( i n   t w o   m o d e s   o f   h e a t i n g   a n d   c o o l i n g )   a r e   a n a l y z e d .   T h e n   i n   o r d e r   t o   a s s e s s   t h e   p e r f o r m a n c e   o f   p r o p o s e d   m o d e l   e c o n o m i c a l l y ,   i t s   a p p l i c a t i o n   i n   I r a n   w i l l   b e   s t u d i e d .   F i n a l l y   a f t e r   i n t r o d u c i n g   t h e   p r o p o s e d   p l a n   a n d   b y   c o n c l u d i n g   t h e   o v e r a l l   r e s u l t s   t h e   r e t u r n   t i m e   f o r   i n v e s t m e n t   w i l l   b e   e s t i m a t e d .   T h e   o b t a i n e d   r e s u l t s   f r o m   g r a p h   a n a l y s i s   w o u l d   i n d i c a t e   t h e   s u p e r i o r i t y   o f   p r o p o s e d   m o d e l   o v e r   o t h e r   p l a n s   a n d   a l s o   i t   p r o v i d e s   a n   a p p r o p r i a t e   g e n e r a l   c o n t e x t   f o r   t h e   r e s e a r c h e r s   f o r   a   b e t t e r   u n d e r s t a n d i n g   a n d   e x a m i n i n g   t h i s   s y s t e m   i n   c o m p a r i s o n   t o   o t h e r   s y s t e m s .   K e y w o r d :   C l o s e d - l o o p   s y s t e m   C o e f f i c i e n t   o f   p e r f o r m a n c e   G e o t h e r m a l   G r o u n d   s o u r c e   h e a t   p u m p s   O p e n   l o o p   s y s t e m   Co p y r i g h t   ©   2 0 1 2   I n s t i t u t e   o f   A d v a n c e d   E n g i n e e r i n g   a n d   S c i e n c e .     A l l   r i g h t s   r e s e r v e d .   C o r r e s p o n d i n g   A u t h o r :   H o s s e i n   S h a h i n z a d e h ,     D e p a r t m e n t   o f   E l e c t r i c a l   E n g i n e e r i n g ,   I s l a m i c   A z a d   U n i v e r s i t y ,   I s f a h a n ,   I r a n .   E m a i l :   e e _ i e e e @ y a h o o . c o m   .       1 .   I N T R O D U C T I O N   M o s t   d e s i g n e r s   u s e   i n d e p e n d e n t   t h e r m a l   s y s t e m s   t o   p r o v i d e   d e s i r a b l e   t e m p e r a t u r e ;   t h i s   m a t t e r   n e e d s   o n l y   f o s s i l   f u e l s   o r   e l e c t r i c a l   e n e r g y   a n d   o n e   o f   t h e   w a y s   f o r   g e n e r a t i n g   e l e c t r i c a l   e n e r g y   i s   g e n e r a t i n g   t h e r m a l   t h r o u g h   f o s s i l   f u e l s .   I t   i s   n o t a b l e   t h a t   e a r t h   a b s o r b s   4 6 %   o f   s u n s   e n e r g y   ( F i g u r e   1 ) .   S u n   e n e r g y   i s   t h e   b a s i s   f o r   k e e p i n g   a   f i x e d   e a r t h   i n t e r n a l   t e m p e r a t u r e   d u r i n g   t h e   y e a r .   I t   i s   c o n c l u d e d   t h a t ,   e a r t h   i s   a m o n g   a   l o t   o f   e n e r g y   r e s o u r c e s   a v a i l a b l e   a n d   i t   c a n   b e   s a i d   t h a t   t h e   i t   i s   o n e   o f   t h e   v a l u a b l e   r e s o u r c e s   i n   g e o t h e r m a l   d o m a i n   [ 1 ] .   O n e   o f   t h e   m o s t   i m p o r t a n t   p a r t s   t o   w h i c h   e n g i n e e r s   p a y   t o o   m u c h   a t t e n t i o n   w h i l e   d e s i g n i n g   a   b u i l d i n g   i s   d e s i g n i n g   o f   a i r   c o n d i t i o n i n g   s y s t e m s .   R e d u c t i o n   o f   f o s s i l   f u e l   r e s o u r c e s   o n   t h e   o n e   h a n d   a n d   e v e r   i n c r e a s i n g   u s e   o f   s u c h   r e s o u r c e s   i n   v e n t i l a t i o n   s y s t e m s   n e e d e d   b y   h u m a n   b e i n g s   o n   t h e   o t h e r   h a n d   m o t i v a t e d   r e s e a r c h e r s   t o   d e s i g n   v e n t i l a t i o n   s y s t e m s   i n d e p e n d e n t   o f   f o s s i l   f u e l   r e s o u r c e s .   G r o u n d   s o u r c e   h e a t   p u m p s   ( G S H P s )   p r o v i d e   a   n e w   a n d   c l e a n   m e t h o d   o f   h e a t i n g   b u i l d i n g s   i n   t h e   w o r l d .   T h e y   m a k e   u s e   o f   r e n e w a b l e   e n e r g y   s t o r e d   i n   t h e   g r o u n d ,   p r o v i d i n g   o n e   o f   t h e   m o s t   e n e r g y   e f f i c i e n t   w a y s   o f   h e a t i n g   b u i l d i n g s .   T h e y   a r e   s u i t a b l e   f o r   a   w i d e   v a r i e t y   o f   b u i l d i n g   t y p e s   a n d   a r e   p a r t i c u l a r l y   a p p r o p r i a t e   f o r   l o w   e n v i r o n m e n t a l   i m p a c t   p r o j e c t s .   T h e y   d o   n o t   r e q u i r e   h o t   r o c k s   ( g e o t h e r m a l   e n e r g y )   a n d   c a n   b e   i n s t a l l e d   i n   m o s t   o f   t h e   w o r l d   r e g i o n s ,   u s i n g   a   b o r e h o l e   o r   s h a l l o w   t r e n c h e s   o r ,   l e s s   c o m m o n l y ,   b y   e x t r a c t i n g   h e a t   f r o m   a   p o n d   o r   l a k e .   H e a t   c o l l e c t i n g   p i p e s   i n   a   c l o s e d   l o o p ,   c o n t a i n i n g   w a t e r   ( w i t h   a   l i t t l e   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I J E C E   I S S N :   2 0 8 8 - 8 7 0 8         T e c h n i c a l   a n d   E c o n o m i c   A s s e s s m e n t   f o r   u s i n g   G r o u n d - S o u r c e   H e a t   P u m p s   i n     ( S h a h i n z a d e h   H . )   5 0 3 a n t i f r e e z e )   a r e   u s e d   t o   e x t r a c t   t h i s   s t o r e d   e n e r g y ,   w h i c h   c a n   t h e n   b e   u s e d   t o   p r o v i d e   s p a c e   h e a t i n g   a n d   d o m e s t i c   h o t   w a t e r .   I n   s o m e   a p p l i c a t i o n s ,   t h e   p u m p   c a n   b e   r e v e r s e d   i n   s u m m e r   t o   p r o v i d e   c o o l i n g   [ 2 ] .         F i g u r e   1 .   D i s t r i b u t i n g   s u n   e n e r g y     D u e   t o   a p p l i e d   f e a t u r e s   o f   g r o u n d   s o u r c e   h e a t   s y s t e m s   t h e y   a t t r a c t e d   t o o   m a n y   r e s e a r c h e r s .   T h e   s u p e r i o r i t y   o f   s u c h   s y s t e m s   o v e r   o t h e r   c o m m o n   v e n t i l a t i o n   s y s t e m s   i s   u s e   o f   g r o u n d   a s   a   t h e r m a l   w e l l   i n   s u m m e r   a n d   a s   a   h e a t   s o u r c e   i n   w i n t e r .   T h e   c r i t i c a l   p o i n t   i n   u s i n g   t h e s e   s y s t e m s   i s   t h e i r   a p p l i c a t i o n   i n   d i f f e r e n t   c l i m a t i c   c o n d i t i o n   i n   d i f f e r e n t   r e g i o n s .   I n   t h e s e   s y s t e m s   c o n t r a r y   t o   c u r r e n t   c o m m o n   v e n t i l a t i o n   s y s t e m s   ( i n   w h i c h   f o s s i l   f u e l   i s   c o m b u s t e d   a n d   p r o d u c e s   h e a t )   n o   c o m b u s t i o n   i s   p r o d u c e d   a n d   s u c h   s y s t e m s   o n l y   t r a n s f e r   h e a t   f r o m   g r o u n d .     T h e   o n l y   e n e r g y   u s e d   b y   G S H P   s y s t e m s   i s   e l e c t r i c i t y   t o   p o w e r   t h e   p u m p s .   T y p i c a l l y ,   a   G S H P   w i l l   d e l i v e r   t h r e e   o r   f o u r   t i m e s   a s   m u c h   t h e r m a l   e n e r g y   ( h e a t )   a s   i s   u s e d   i n   e l e c t r i c a l   e n e r g y   t o   d r i v e   t h e   s y s t e m .   F o r   a   p a r t i c u l a r l y   e n v i r o n m e n t a l   s o l u t i o n ,   g r e e n   e l e c t r i c i t y   c a n   b e   p u r c h a s e d .   G S H P   s y s t e m s   h a v e   b e e n   w i d e l y   u s e d   i n   o t h e r   p a r t s   o f   t h e   w o r l d ,   i n c l u d i n g   N o r t h   A m e r i c a   a n d   E u r o p e ,   f o r   m a n y   y e a r s .   T y p i c a l l y   t h e y   c o s t   m o r e   t o   i n s t a l l   t h a n   c o n v e n t i o n a l   s y s t e m s ;   h o w e v e r ,   t h e y   h a v e   v e r y   l o w   m a i n t e n a n c e   c o s t s   a n d   c a n   b e   e x p e c t e d   t o   p r o v i d e   r e l i a b l e   a n d   e n v i r o n m e n t a l l y   f r i e n d l y   h e a t i n g   f o r   i n   e x c e s s   o f   2 0   y e a r s .   A s   s u c h ,   t h e y   m a k e   a n   i d e a l   p a r t n e r   f o r   u n d e r   f l o o r   h e a t i n g   s y s t e m s .   H e a t   p u m p s   o f f e r   t h e   m o s t   e n e r g y   e f f i c i e n t   w a y   t o   p r o v i d e   h e a t i n g   a n d   c o o l i n g   i n   m a n y   a p p l i c a t i o n s ,   a s   t h e y   c a n   u s e   r e n e w a b l e   h e a t   s o u r c e s   i n   o u r   s u r r o u n d i n g s .   E v e n   a t   t e m p e r a t u r e s   w e   c o n s i d e r   t o   b e   c o l d ,   a i r ,   g r o u n d   a n d   w a t e r   c o n t a i n   u s e f u l   h e a t   t h a t   i s   c o n t i n u o u s l y   r e p l e n i s h e d   b y   t h e   s u n .     B y   a p p l y i n g   a   l i t t l e   m o r e   e n e r g y ,   a   h e a t   p u m p   c a n   r a i s e   t h e   t e m p e r a t u r e   o f   t h i s   h e a t   e n e r g y   t o   t h e   l e v e l   n e e d e d .   S i m i l a r l y ,   h e a t   p u m p s   c a n   a l s o   u s e   w a s t e   h e a t   s o u r c e s   s u c h   a s   f r o m   i n d u s t r i a l   p r o c e s s e s ,   c o o l i n g   e q u i p m e n t   o r   v e n t i l a t i o n   a i r   e x t r a c t e d   f r o m   b u i l d i n g s .   G e o t h e r m a l   h e a t i n g   c a n   b e   m o r e   e f f i c i e n t   t h a n   e l e c t r i c   r e s i s t a n c e   h e a t i n g .   T h e s e   s y s t e m s   a r e   a l s o   t y p i c a l l y   m o r e   e f f i c i e n t   t h a n   g a s   o r   o i l   f i r e d   h e a t i n g   s y s t e m s .   T h e y   a r e   m o r e   e n e r g y   e f f i c i e n t   t h a n   a i r - s o u r c e   h e a t   p u m p s   b e c a u s e   t h e y   d r a w   h e a t   f r o m ,   o r   r e l e a s e   h e a t   t o ,   t h e   e a r t h ,   w h i c h   h a s   m o d e r a t e   t e m p e r a t u r e s   y e a r   r o u n d ,   r a t h e r   t h a n   t o   t h e   a i r   ( w h i c h   i s   g e n e r a l l y   c o l d e r   i n   w i n t e r   a n d   w a r m e r   i n   s u m m e r   t h a n   t h e   e a r t h ,   r e s u l t i n g   i n   l e s s   e f f e c t i v e   h e a t   t r a n s f e r ) .   I t   i s   a r g u e d   t h a t   h e a t   p u m p s   a r e   h i g h l y   e n e r g y   e f f i c i e n t ,   a n d   t h e r e f o r e   e n v i r o n m e n t a l l y   b e n i g n   [ 3 ] .   I n   t h e   p r e s e n t   w o r k   f i r s t ,   p e r f o r m a n c e   d e s i g n   o f   g r o u n d   s o u r c e   h e a t   p u m p s   i s   e x p l a i n e d   i n   t h e   s e c o n d   s e c t i o n .   I n   t h e   t h i r d   s e c t i o n ,   d i f f e r e n t   c o n s t i t u e n t s   o f   g r o u n d   s o u r c e   h e a t   p u m p s   a r e   d e s c r i b e d   a n d   i n t e r n a l   s t r u c t u r e   o f   t h e s e s   p u m p s   i s   b r i e f l y   r e v i e w e d .   I n   t h e   f o u r t h   s e c t i o n ,   t h e s e   s y s t e m s   a r e   e x a m i n e d   i n   t h e   l i g h t   o f   e c o n o m y   i n   o r d e r   t o   e n v i s a g e   t h e   a d v a n t a g e o u s   e f f e c t s   o f   t h e   p r o p o s e d   s y s t e m .   F i n a l l y   i n   t h e   f i f t h   p a r t   o f   t h i s   a r t i c l e   a s   a n   a p p l i e d   i n v e s t i g a t i o n   o n   a   p r a c t i c a l   n e t w o r k   t h e   a p p l i c a t i o n   p o s s i b i l i t y   o f     g r o u n d   s o u r c e   h e a t   p u m p s   i n   I r a n   w i l l   b e   e v a l u a t e d   a n d   t h e   s u b s e q u e n t   r e s u l t s   w i l l   b e   p r o v i d e d .       2 .   P E R F O R M A N C E   P R A C T I C E S   O F   G R O U N D   S O U R C E   H E A T   P U M P S     T o   a s s e s s   a n d   a n a l y z e   p e r f o r m a n c e   o f   g r o u n d   s o u r c e   h e a t   p u m p s   f i r s t ,   s t u d y i n g   t h e   p e r f o r m a n c e   o f   s u c h   p u m p s   i s   c r u c i a l .   G r o u n d   t e m p e r a t u r e ,   u n l i k e   t h e   a m b i e n t   a i r ,   i s   a l m o s t   c o n s t a n t .   G r o u n d   h e a t   p u m p s ,   o f   g r o u n d   o r   g r o u n d   w a t e r   o r   b o t h ,   a s   t h e   h e a t   s o u r c e   i n   w i n t e r   a n d   a s   t h e r m a l   w e l l s   i n   t h e   s u m m e r   u s e .   T h e   g r o u n d   h e a t   p u m p s ,   a l s o   k n o w n   a s   g e o t h e r m a l   e n e r g y   s y s t e m s .   T h e   t e m p e r a t u r e   o f   t h e   e a r t h ,   t o   h e l p   t h e   f l u i d   s u c h   a s   g r o u n d   w a t e r ,   o r   a   s o l u t i o n   o f   w a t e r   a n d   a n t i f r e e z e ,   a n d   b y   t h e   h e a t   p u m p ,   i s   t r a n s f e r r e d   t o   t h e   a i r   i n s i d e   t h e   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
      I S S N : 2 0 8 8 - 8 7 0 8   I J E C E   V o l .   2 ,   N o .   4 ,   A u g u s t   2 0 1 2   :   5 0 3 5 1 0   5 0 4 h o u s e .   I n   s u m m e r ,   t h e   r e v e r s e   p r o c e s s   o c c u r s ,   t h i s   m e a n s ,   t h e   t e m p e r a t u r e   t a k e n   o f   t h e   a i r   i n s i d e   a n d   b y   g r o u n d   w a t e r   o r   a   s o l u t i o n   o f   w a t e r   a n d   a n t i f r e e z e ,   i s   t r a n s m i t t e d   t o   t h e   g r o u n d .     I n   g e o t h e r m a l   h e a t   p u m p s ,   t h e   a i r   c o n d i t i o n i n g s   s y s t e m s   a r e   d u a l   p u r p o s e   a r e   u s e d   f o r   t h e   c o o l i n g   i n   s u m m e r   a n d   h e a t i n g   i n   w i n t e r .   H e a t   p u m p s   w o r k   b e t w e e n   t w o   c o l d   a n d   w a r m   s o u r c e ,   s o   t h a t   e n e r g y   c o n s u m p t i o n   i n   t h e   c o m p r e s s o r   c a n   t r a n s f e r   h e a t   f r o m   w a r m   t o   c o l d   e n v i r o n m e n t s .   T h e s e   p u m p s   u s e   t h e   e a r t h   a s   a   h e a t   s o u r c e   ( F i g u r e .   2 )   [ 4 ] .       ( a )                                                                                                                                                 ( b )     F i g u r e   2 .   G r o u n d   s o u r c e   h e a t   p u m p   p e r f o r m a n c e   i n   t h e   s u m m e r   a n d   w i n t e r     T h e   m o s t   c o m m o n   t y p e   o f   h e a t   p u m p   u s e d   w i t h   G S H P   s y s t e m s   i s   a   w a t e r - t o - a i r   t y p e .   T h e   w a t e r - t o - a i r   d e s i g n a t i o n   i n d i c a t e s   t h a t   t h e   f l u i d   c a r r y i n g   h e a t   t o   a n d   f r o m   t h e   e a r t h   c o n n e c t i o n   i s   w a t e r   o r   a   w a t e r / a n t i f r e e z e   m i x   a n d   t h a t   t h e   h e a t   d i s t r i b u t i o n   s y s t e m   i n s i d e   t h e   b u i l d i n g   r e l i e s   o n   h o t   o r   c o l d   a i r .   T h e   h e a t   p u m p   m a y   b e   a n   e x t e n d e d   r a n g e   u n i t ,   a l l o w i n g   l o w e r   e n t e r i n g   f l u i d   t e m p e r a t u r e s   i n   h e a t i n g   m o d e   a n d   h i g h e r   e n t e r i n g   f l u i d   t e m p e r a t u r e s   i n   c o o l i n g   m o d e .   A l l   t h e   c o m p o n e n t s   o f   t h i s   t y p e   o f   h e a t   p u m p   a r e   i n   o n e   e n c l o s u r e :   t h e   c o m p r e s s o r ,   a n   e a r t h   c o n n e c t i o n   t o   r e f r i g e r a n t   h e a t   e x c h a n g e r ,   c o n t r o l s ,   a n d   a n   a i r   d i s t r i b u t i o n   s y s t e m   c o n t a i n i n g   t h e   a i r   h a n d l e r ,   d u c t   f a n ,   f i l t e r ,   r e f r i g e r a n t   t o   a i r   h e a t   e x c h a n g e r ,   a n d   c o n d e n s a t e   r e m o v a l   s y s t e m   f o r   a i r   c o n d i t i o n i n g .   F o r   r e s i d e n t i a l   a p p l i c a t i o n s   a n d   s m a l l   c o m m e r c i a l   s y s t e m s ,   a   s i n g l e   h e a t   p u m p   u n i t   w i l l   s u f f i c e .   F o r   l a r g e r   c o m m e r c i a l ,   i n s t i t u t i o n a l   o r   i n d u s t r i a l   s y s t e m s ,   m u l t i p l e   h e a t   p u m p   u n i t s   a r e   t y p i c a l l y   u s e d   i n   a   d i s t r i b u t e d   n e t w o r k   c o n n e c t e d   t o   a   c o m m o n   f l u i d   l o o p .   T h e   h e a t   p u m p   o p e r a t e s   u s i n g   t h e   s a m e   c y c l e   a s   a   r e f r i g e r a t o r .   T h e   h e a t   p u m p   u s e s   c o m p r e s s i o n   a n d   e x p a n s i o n   o f   a   r e f r i g e r a n t   t o   d r i v e   h e a t   f l o w s   b e t w e e n   t h e   i n s i d e   o f   t h e   b u i l d i n g   a n d   t h e   e a r t h   c o n n e c t i o n .   A s   t h e   S e c o n d   L a w   o f   T h e r m o d y n a m i c s ,   h e a t   w i l l   f l o w   o n l y   f r o m   h o t t e r   t o   c o l d e r   m a t t e r ,   b u t   a   h e a t   p u m p   w i l l   d r a w   h e a t   f r o m   t h e   g r o u n d   t e m p e r a t u r e   t o   w a r m   a   b u i l d i n g   t o   2 2 C .   A t   c e r t a i n   t i m e s   o f   t h e   y e a r ,   t h e   t e m p e r a t u r e   o f   t h e   g r o u n d   w i l l   b e   s u c h   t h a t   h e a t   w o u l d   f l o w   i n   t h e   d e s i r e d   d i r e c t i o n   a n y w a y .   T h e   h e a t   p u m p   m a y   s t i l l   n e e d   t o   o p e r a t e ,   h o w e v e r ,   i n   o r d e r   t o   e n s u r e   t h a t   t h e   r a t e   o f   h e a t   f l o w   i s   s u f f i c i e n t .   T h i s   r a t e   i s   r e l a t e d   t o   t h e   t e m p e r a t u r e   d i f f e r e n c e   b e t w e e n   t h e   h e a t   p u m p   a n d   t h e   e a r t h   c o n n e c t i o n :   d u r i n g   c o o l i n g ,   t h e   h i g h e r   t h e   t e m p e r a t u r e   o f   t h e   b u i l d i n g ,   t h e   b e t t e r   t h e   r a t e   o f   t r a n s f e r   w i t h   t h e   e a r t h   c o n n e c t i o n   w o u l d   b e   [ 5 ] .   I n   h e a t i n g   m o d e ,   t h e   h e a t   p u m p   w o r k s   a s   f o l l o w s :   h e a t   f r o m   t h e   e a r t h   c o n n e c t i o n   a r r i v e s   a t   a n   e a r t h   c o n n e c t i o n   t o   r e f r i g e r a n t   h e a t   e x c h a n g e r   c a l l e d   t h e   e v a p o r a t o r .   O n   t h e   o t h e r   s i d e   o f   t h e   h e a t   e x c h a n g e r   i s   c o l d   r e f r i g e r a n t   i n   a   m o s t l y   l i q u i d   s t a t e .   T h e   r e f r i g e r a n t   i s   c o l d e r   t h a n   t h e   t e m p e r a t u r e   o f   t h e   h e a t   t r a n s f e r   f l u i d   f r o m   t h e   e a r t h   c o n n e c t i o n ,   s o   h e a t   f l o w s   i n t o   t h e   r e f r i g e r a n t .   T h i s   h e a t   c a u s e s   t h e   l i q u i d   r e f r i g e r a n t   t o   e v a p o r a t e ;   i t s   t e m p e r a t u r e   d o e s n t   i n c r e a s e   m u c h .   T h i s   g a s e o u s ,   l o w   p r e s s u r e   a n d   l o w   t e m p e r a t u r e   r e f r i g e r a n t   t h e n   p a s s e s   i n t o   a   c o m p r e s s o r .   T h i s   r a i s e s   t h e   r e f r i g e r a n t s   p r e s s u r e   a n d ,   a s   a   c o n s e q u e n c e ,   i t s   t e m p e r a t u r e .   T h e   h i g h   t e m p e r a t u r e ,   h i g h   p r e s s u r e ,   g a s e o u s   o u t p u t   o f   t h e   c o m p r e s s o r   i s   f e d   i n t o   a   s e c o n d   h e a t   e x c h a n g e r ,   c a l l e d   t h e   c o n d e n s e r .   I n   w a t e r   t o   a i r   h e a t   p u m p s ,   a   f a n   b l o w s   a i r   t o   b e   h e a t e d   t h r o u g h   t h i s   a i r   c o i l .   I n   w a t e r   t o   w a t e r   h e a t   p u m p s ,   w a t e r   w h i c h   w i l l   h e a t   t h e   b u i l d i n g   f l o w s   t h r o u g h   t h e   c o n d e n s e r .   S i n c e   t h e   r e f r i g e r a n t   i s   h o t t e r   t h a n   t h e   a i r   o r   w a t e r ,   i t   t r a n s f e r s   h e a t   t o   i t .   A s   i t   l o s e s   h e a t ,   t h e   r e f r i g e r a n t s   t e m p e r a t u r e   d r o p s   s o m e w h a t   a n d   i t   c o n d e n s e s .   T h i s   h i g h   t e m p e r a t u r e   l i q u i d   r e f r i g e r a n t   t h e n   p a s s e s   t h r o u g h   a n   e x p a n s i o n   v a l v e .   T h e   v a l v e   r e d u c e s   t h e   p r e s s u r e   o f   t h e   r e f r i g e r a n t ,   a n d   a s   a   c o n s e q u e n c e ,   i t s   t e m p e r a t u r e   d r o p s   s i g n i f i c a n t l y .   N o w ,   t h i s   l o w   t e m p e r a t u r e   l i q u i d   f l o w   t o   t h e   e v a p o r a t o r   a n d   t h e   c y c l e   s t a r t s   a g a i n .   I n   t h i s   w a y ,   t h e   h e a t   f r o m   t h e   w a t e r   o r   o t h e r   h e a t   t r a n s f e r   f l u i d   i n   t h e   e a r t h   c o n n e c t i o n   i s   t r a n s f e r r e d   t o   t h e   a i r   o r   w a t e r   i n   t h e   b u i l d i n g :   h e n c e   t h e   n a m e   w a t e r - t o - a i r   h e a t   p u m p   o r   w a t e r - t o - w a t e r   h e a t   p u m p   [ 6 ] .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I J E C E   I S S N :   2 0 8 8 - 8 7 0 8         T e c h n i c a l   a n d   E c o n o m i c   A s s e s s m e n t   f o r   u s i n g   G r o u n d - S o u r c e   H e a t   P u m p s   i n     ( S h a h i n z a d e h   H . )   5 0 5 P e r f o r m a n c e   p r o c e s s   o f   G r o u n d   s o u r c e   h e a t   p u m p s   c a n   b e   e x p l a i n e d   a s   f o l l o w s :   O n e   s i g n i f i c a n t   d i f f e r e n c e   b e t w e e n   a   g r o u n d   s o u r c e   h e a t   p u m p   a n d   a   r e f r i g e r a t o r   i s   t h a t   t h e   g r o u n d   s o u r c e   h e a t   p u m p   i s   m e a n t   t o   r u n   i n   b o t h   d i r e c t i o n s .   W h e n   i n   c o o l i n g   m o d e ,   t h e   e a r t h   c o n n e c t i o n   t o   r e f r i g e r a n t   h e a t   e x c h a n g e r   b e c o m e s   t h e   c o n d e n s e r ,   a n d   t h e   r e f r i g e r a n t   t o   a i r   h e a t   e x c h a n g e r   b e c o m e s   t h e   e v a p o r a t o r .   T h i s   i s   a c c o m p l i s h e d   t h r o u g h   a   r e v e r s i n g   v a l v e   i n s i d e   t h e   h e a t   p u m p .   A   d e s u p e r h e a t e r   p r o v i d e s   d o m e s t i c   h o t   w a t e r   w h e n   t h e   c o m p r e s s o r   i s   o p e r a t i n g .   T h e   d e s u p e r h e a t e r       i s   a   s m a l l   a u x i l i a r y   h e a t   e x c h a n g e r   a t   t h e   c o m p r e s s o r   o u t l e t .   I t   t r a n s f e r s   e x c e s s   h e a t   f r o m   t h e   c o m p r e s s e d   g a s   t o   w a t e r   t h a t   c i r c u l a t e s   t o   a   h o t   w a t e r   t a n k .   D u r i n g   t h e   c o o l i n g   s e a s o n ,   w h e n   a i r - c o n d i t i o n i n g   r u n s   f r e q u e n t l y ,   a   d e   s u p e r   h e a t e r   m a y   p r o v i d e   a l l   t h e   h o t   w a t e r   n e e d e d   i n   a   r e s i d e n t i a l   a p p l i c a t i o n .   S o m e   r e s i d e n t i a l   h e a t   p u m p s   a r e   d e s i g n e d   t o   p r o v i d e   h o t   w a t e r   y e a r   r o u n d   i n   q u a n t i t i e s   s u f f i c i e n t   t o   m e e t   a   h o u s e h o l d s   n e e d s   [ 7 ] .   G r o u n d   s o u r c e d   h e a t   p u m p s   s i m p l y   m o v e   e n e r g y   f r o m   o n e   p l a c e   t o   a n o t h e r   F i g u r e   3 .   T h e   p r o c e s s   o f   w h i c h   i s   e x p l a i n e d   o n   t h e   i m a g e   b e l o w :   1 .   A n   E v a p o r a t o r   ( g r o u n d   l o o p   h e a t   e x c h a n g e r )   t r a n s f e r s   t h e   h e a t   f r o m   t h e   g r o u n d   i n t o   t h e   f l u i d   c i r c u l a t i n g   i n   t h e   l o o p .   2 .   A t   t h i s   p o i n t   t h e   e n e r g y   i n   t h e   g r o u n d   l o o p   t r a n s f e r s   t h r o u g h   t h e   e v a p o r a t o r   w i t h i n   t h e   h e a t   p u m p   a n d   i n t o   a   C F C   f r e e   r e f r i g e r a n t .   3 .   A   c o m p r e s s o r   i n c r e a s e s   t h e   p r e s s u r e   o f   t h e   w o r k i n g   f l u i d ,   w h i c h   c a u s e s   t h e   t e m p e r a t u r e   t o   r i s e .   4 .   T h i s   e n e r g y   i s   t r a n s f e r r e d   o v e r   t h e   c o n d e n s e r   a n d   i n t o   t h e   d i s t r i b u t i o n   c i r c u i t s ,   w h e r e   h o t   w a t e r   i s   c i r c u l a t e d   t h r o u g h   t h e   u n d e r   f l o o r   c i r c u i t s   a n d   i n   t u r n   h e a t i n g   t h e   p r o p e r t y .   5 .   T h e   r e f r i g e r a n t   n o w   p a s s e s   t h r o u g h   a n   e x p a n s i o n   v a l v e   a n d   t h e   p r o c e s s   s t a r t s   a g a i n .       F i g u r e   3 .   G e o t h e r m a l   h e a t   p u m p ' s   p e r f o r m a n c e   a n d   i t s   s t r u c t u r a l   c o m p o n e n t s .       3 .   C O M P O N E N T S   O F   G E O T H E R M A L   P U M P S   G r o u n d   h e a t   p u m p s   h a v e   t w o   m a i n   p a r t s .   A   c i r c u i t   o f   u n d e r g r o u n d   p i p i n g   o u t s i d e   t h e   b u i l d i n g ,   A n d   a   h e a t   p u m p   i s   p l a c e d   i n s i d e   t h e   b u i l d i n g .   T h e   t u b e s   a r e   a l s o   d i v i d e d   i n t o   t w o   p a r t s   i n c l u d i n g   p i p e s   i n s i d e   b u i l d i n g s   a n d   o u t s i d e   b u i l d i n g s   t h e   f a c t   t h a t   t h e   i n n e r   t u b e   h a d   b e e n   w i t h i n   t h e   m a i n   d e v i c e s   a n d   a r e   r e s p o n s i b l e   f o r   p r e p a r i n g   t h e   a i r   a n d   h o t   w a t e r   s u p p l y   a n d   a i r ,   a l s o   p r e p a r e d   b y   t h e   c a n a l   w i l l   b e   d i s t r i b u t e d   i n   b u i l d i n g s .   T h e   o u t e r   t u b e s   o f   t h e   i n n e r   t u b e s   a r e   o f   g r e a t e s t   i m p o r t a n c e .   T h e   P i p i n g   s y s t e m s   o u t s i d e   c a n   b e   a n   o p e n   o r   a   c l o s e d   l o o p   [ 8 ] .   G r o u n d   s o u r c e   h e a t   p u m p s   c a n   b e   c a t e g o r i z e d   a s   h a v i n g   c l o s e d   o r   o p e n   l o o p s ,   a n d   t h o s e   l o o p s   c a n   b e   i n s t a l l e d   i n   t h r e e   w a y s :   h o r i z o n t a l l y ,   v e r t i c a l l y ,   o r   i n   a   p o n d / l a k e .   T h e   t y p e   c h o s e n   d e p e n d s   o n   t h e   a v a i l a b l e   l a n d   a r e a s   a n d   t h e   s o i l   a n d   r o c k   t y p e   a t   t h e   i n s t a l l a t i o n   s i t e .   T h e s e   f a c t o r s   w i l l   h e l p   d e t e r m i n e   t h e   m o s t   e c o n o m i c a l   c h o i c e   f o r   i n s t a l l a t i o n   o f   t h e   g r o u n d   l o o p .   F o r   c l o s e d   l o o p   s y s t e m s ,   w a t e r   o r   a n t i f r e e z e   s o l u t i o n   i s   c i r c u l a t e d   t h r o u g h   p l a s t i c   p i p e s   b u r i e d   b e n e a t h   t h e   e a r t h ' s   s u r f a c e .   D u r i n g   t h e   w i n t e r ,   t h e   f l u i d   c o l l e c t s   h e a t   f r o m   t h e   e a r t h   a n d   c a r r i e s   i t   t h r o u g h   t h e   s y s t e m   a n d   i n t o   t h e   b u i l d i n g .   D u r i n g   t h e   s u m m e r ,   t h e   s y s t e m   r e v e r s e s   i t s e l f   t o   c o o l   t h e   b u i l d i n g   b y   p u l l i n g   h e a t   f r o m   t h e   b u i l d i n g ,   c a r r y i n g   i t   t h r o u g h   t h e   s y s t e m   a n d   p l a c i n g   i t   i n   t h e   g r o u n d .   T h i s   p r o c e s s   c r e a t e s   f r e e   h o t   w a t e r   i n   t h e   s u m m e r   a n d   d e l i v e r s   s u b s t a n t i a l   h o t   w a t e r   s a v i n g s   i n   t h e   w i n t e r   [ 9 ] .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
      I S S N : 2 0 8 8 - 8 7 0 8   I J E C E   V o l .   2 ,   N o .   4 ,   A u g u s t   2 0 1 2   :   5 0 3 5 1 0   5 0 6 A .   C l o s e d   v e r t i c a l   l o o p   T h e   i d e a l   c h o i c e   w h e n   a v a i l a b l e   l a n d   s u r f a c e   i s   l i m i t e d .   D r i l l i n g   e q u i p m e n t   i s   u s e d   t o   b o r e   s m a l l - d i a m e t e r   h o l e s   f r o m   5 0 m   t o   1 5 0 m   d e e p .     B .   H o r i z o n t a l   l o o p   O f t e n   c o n s i d e r e d   w h e n   a d e q u a t e   l a n d   s u r f a c e   i s   a v a i l a b l e .   P i p e s   a r e   p l a c e   i n   t r e n c h e s   i n   l e n g t h   t h a t   r a n g e   f r o m   3 0 m   t o   1 2 0 m .           F i g u r e   4 .   C l o s e d   V e r t i c a l   L o o p   s y s t e m       F i g u r e   5 . C l o s e d   H o r i z o n t a l   l o o p   s y s t e m       C .   P o n d   ( l a k e )   l o o p s   T h e s e   a r e   v e r y   e c o n o m i c a l   t o   i n s t a l l   w h e n   a   b o d y   o f   w a t e r   i s   a v a i l a b l e   b e c a u s e   e x c a v a t i o n   c o s t s   a r e   v i r t u a l l y   e l i m i n a t e d .   C o i l s   o f   p i p e   a r e   s i m p l y   p l a c e d   o n   t h e   b o t t o m   o f   t h e   p o n d   o r   l a k e .   O p e n   l o o p   s y s t e m s   o p e r a t e   o n   t h e   s a m e   p r i n c i p l e   a s   c l o s e d   l o o p   s y s t e m s   a n d   c a n   b e   i n s t a l l e d   w h e r e   a n   a d e q u a t e   s u p p l y   o f   s u i t a b l e   w a t e r   i s   a v a i l a b l e   a n d   o p e n   d i s c h a r g e   i s   f e a s i b l e .   B e n e f i t s   s i m i l a r   t o   t h e   c l o s e d   l o o p   s y s t e m   a r e   o b t a i n e d .           F i g u r e   6 .   C l o s e d   P o n d   ( l a k e )   l o o p s   s y s t e m       F i g u r e 7 . O p e n   l o o p   s y s t e m       O p e n   l o o p   s y s t e m s   u t i l i z e   g r o u n d   w a t e r   a s   a   d i r e c t   e n e r g y   s o u r c e .   I n   i d e a l   c o n d i t i o n s ,   a n   o p e n   l o o p   a p p l i c a t i o n   c a n   b e   t h e   m o s t   e c o n o m i c a l   t y p e   o f   g e o t h e r m a l   s y s t e m .         Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I J E C E     T e c h n i c a l   a n d   E c o n o m i c   A s s e s s m e n t   f o r   u s i n g   G r o u n d 4 .   E C O N O M I C   E V A L U A T I O N   O F   G E O T H E R M A L   H E A T   P U M P S G e o t h e r m a l   h e a t   p u m p s   r e q u i r e   a n   i n i t i a c o n v e n t i o n a l   s y s t e m s .   H o w e v e r ,   d u e   t o   l o w e r   m a i n t e n a n c e   c o s t s   a n d   l o w e r   e l e c t r i c a l   e n e r g y   c o n s u m p t i o n ,   t h e   i n i t i a l   a d d i t i o n a l   i n v e s t m e n t   c o s t   c a n   b e   c o v e r e d   i n   l i t t l e   t i m e   [ 1 0 ] . G i v e n   t h a t   g e o t h e r m a l   c c h a n n e l ,   c i r c u l a t i o n   p u m p ,   a n t i f r e e z e   f l u i d   i s   a d d e d   t o   t h e   c o s t   o f   H e a t   p u m p .   M a j o r   p a r t   o f   t h e   i n v e s t m e n t   c o s t   o f   h e a t   p u m p s   f o r   g e o t h e r m a l   d r i l l i n g   c o s t s   r e l a t e d   t o   t h e   t e r r e s t r i p o l y e t h y l e n e   p i p e .   T h e   c o s t   o f   i n s t a l l i n g   u n d e r g r o u n d   p i p e s   f o r   o p e n   l o o p   s y s t e m s   ,   w i t h   a   c a p a c i t y   o f   3 ,   4   a n d   5   t o n s   r e s p e c t i v e l y   a b o u t   4 0 5 ,   5 0 6   a n d   6 7 5   $ / t o n   a n d   f o r   h o r i z o n t a l   c l o s e d   s y s t e m ,   a b o u t   9 0 4   $ / t o n   f o r   v e r t i c a l   s y s t e m s ,   i s   a b o u t   1 0 2 8   $ / t o n . a n d   w i t h o u t   t h e   c a n a l ,   f o r   s m a l l   h o u s e h o l d   u n i t s ,   w i t h   a   p o w e r   o f   3 ,   4   a n d   5   t o n s   r e s p e c t i v e l y   a r e   a b o u t   ( 4 7 0 0   -   5 9 0 0 )   ,   ( 5 5 5 0   -   7 0 0 0 )   a n d   ( 6 0 0 0   c a p a c i t y   o f   3   t o n s   ,   i s   a p p r o x i m a t e l y   4 4 0 $   ,   o p e n   l o o p   s y s t e m s   i s   6 9 0 0 $   ,   h o r i z o n t a l   c l o s e d   s y s t e m   i s   8 1 0 0 $   ,   s l i n k y   c l o s e d   s y s t e m   i s   8 6 0 0 $   ,   a n d   f o r   v e r t i c a l   c l o s e d   s y s t e m   ,   i s   a b o u o f   t h e   c o s t   c o m p o n e n t s   o f   t h e   v e r t i c a l   c l o s e d   s y s t e m .   O p e r a t i n g   c o s t s   o f   a   g e o t h e r m a l   p u m p   d u e   t o   s a v i n g s   i n   f u e l   i s   r e l a t i v e l y   l o w   c o m p a r e d   t o   o t h e r   h e a t i n g   s y s t e m s .   b e c a u s e   g r o u n d   s o u r c e   h e a t   p u m p s   a r e   u s e d   l e s s   f u e l a n d   m o r e   p r o d u c t i o n   e l e c t r i c i t y   ,   S a v i n g s   r e l a t i v e ,   d e p e n d e n t   o n   e l e c t r i c i t y   a n d   f u e l   p r i c e s   i n   t h e   r e g i o n .   I f   t h e   h e a t   p u m p   i n   a n   a r e a   w h e r e   e l e c t r i c i t y   p r i c e s   a r e   e x p e n s i v e ,   o p e r a t i n g   c o s t s   i n c r e a s e .   F i g u r e   8 .   p e r c e n t a g e   o f   t h e   c o s t   c o m p o n e n t s   o f   t h e     G r o u n d   h e a t   p u m p s   a r e   a v a i l a b l e   w i t h   d i f f e r e n t   e f f i c i e n c i e s .   O p e n   l o o p   G r o u n d   h e a t   p u m p s ,   c o e f f i c i e n t   o f   p e r f o r m a n c e   ( C O P )   H e a t i n g ,   a t   b e t w e e n   3   a n d   4   a n d   t h e   c o o l i n g   c o e f f i c i e n t   o f   p e r f o r m a n c e ,   r a n g e   3 . 5   i s   t o   6 .   C l o s e d   l o o p   G r o u a n d   4   a n d   t h e   c o o l i n g   c o e f f i c i e n t   o f   p e r f o r m a n c e ,   r a n g e   3   i s   t o   7 .   I n   r e c e n t   y e a r s ,   b e e n   a c h i e v e d   l a r g e   i m p r o v e m e n t s   i n   t h e   e f f i c i e n c y   o f   h e a t   p u m p s .   T o d a y ,   w i t h   t e c h n o l o g y   d e v e l o p m e n t c o n s t r u c t i o n ,   m o t o r s   a n d   a p p r o p r i a t e   c o n t r o l s ,   g r o u n d   s o u r c e   h e a t   p u m p s   h a v e   i n c r e a s e d   e f f i c i e n c y .   T h e   a v e r a g e   c o e f f i c i e n t   o f   p e r f o r m a n c e   i n   g r o u n d   s o u r c e   h e a t   p u m p s   i s   3 . 5   a n d   i n   a i r   s o u r c e   h e a t   p u m p   w i t h   1 2 . 5   t o   b e   c o n s i d e r e d .   E c o n o m i c   a n a l y s i s   o f   p r o j e c t s   f o r   t h e   t i m e   r e q u i r e d   f o r   r e t u r n   o f   c a p i t a l   t h a t   t i m e   i s   n e e d e d ,   t h e   a n n u a l   b e n e f i t   f r o m   t h e   p r o j e c t ,   t o   o f f s e t   t h e   i n i t i a l   i n v e s t m e n t   c o s t .   I n   f a c t ,   a f t e r   a   p e r i o d   t i m e   t h e   p r o j e c t   r e a c h e s   t h e   s t a g e   o f   p r o f i t a b i l i t y .     5 .   E C O N O M I C   C A L C U L A T I O N S   F O R   A   T Y P I C A L   B U I L D I N G   ( A   S P O R T   C O M P L E X   B U I L D I N G   I N   I S F A H A N   M U S E U M   P A R K ) C o m p a r e d   t o   c o n v e n t i o n a l   s y s t e m s   f o r   h e a t i n g   a n d   c o o l i n g   w i t h   g e o t h e r m a l   h e a t   p u m p s   a   s p o r t   c o m p l e x   b u i l d i n g   i n   I s f a h a n   M u s e u m   P a r k   w i t h   o f   u n d e r p i n n i n g   3 5 6 2   s q u a r e   m e t e r s   a n d h e a t i n g   l o a d   1 6 0 0   G J / y e a r   ,   C o o l i n g   l o a d   9 0 0   G J / y e a r   A n d   h o t   w a t e r   5 5 0   G J / y e a r .   A   m a x i m u m   a n d   a v e r a g e   v a l u e   o f   h e a t i n g   a n d   c o o l i n g   l o a d   i s   i n   a c c o r d a n c e   w i t h   T a b l e   1   [ 1 1 ] .   P a y   t h e   c o s t   o f   f u e l   f o r   h e a t i n g   c o n s u m p t i o n   i n   b u i l d i n g s   t h e   p e r   E v e c o n s u m e d ,   c a n   b e   c a l c u l a t e d   H e a t i n g   v a l u e   o f   f u e l   a n d   e q u i p m e n t   e f f i c i e n c y   ( T a b l e s   2   &   3 )   I S S N :   2 0 8 8 - 8 7 0 8     T e c h n i c a l   a n d   E c o n o m i c   A s s e s s m e n t   f o r   u s i n g   G r o u n d - S o u r c e   H e a t   P u m p s   i n   E C O N O M I C   E V A L U A T I O N   O F   G E O T H E R M A L   H E A T   P U M P S   G e o t h e r m a l   h e a t   p u m p s   r e q u i r e   a n   i n i t i a l   i n v e s t m e n t   c o s t   i s   r e l a t i v e l y   h i g h   c o m p a r e d   t o   o t h e r   c o n v e n t i o n a l   s y s t e m s .   H o w e v e r ,   d u e   t o   l o w e r   m a i n t e n a n c e   c o s t s   a n d   l o w e r   e l e c t r i c a l   e n e r g y   c o n s u m p t i o n ,   t h e   i n i t i a l   a d d i t i o n a l   i n v e s t m e n t   c o s t   c a n   b e   c o v e r e d   i n   l i t t l e   t i m e   [ 1 0 ] .   G i v e n   t h a t   g e o t h e r m a l   c o i l   t u b e ,   p a s s   t h r o u g h   t h e   b a s e m e n t ,   t h e   c o s t s   o f   d r i l l i n g   a n d   f i l l i n g   t h e   c h a n n e l ,   c i r c u l a t i o n   p u m p ,   a n t i f r e e z e   f l u i d   i s   a d d e d   t o   t h e   c o s t   o f   H e a t   p u m p .   M a j o r   p a r t   o f   t h e   i n v e s t m e n t   c o s t   o f   h e a t   p u m p s   f o r   g e o t h e r m a l   d r i l l i n g   c o s t s   r e l a t e d   t o   t h e   t e r r e s t r i a l   c h a n n e l s ,   i s   c o s t   o f   i n s t a l l a t i o n   a n d   p o l y e t h y l e n e   p i p e .   T h e   c o s t   o f   i n s t a l l i n g   u n d e r g r o u n d   p i p e s   f o r   o p e n   l o o p   s y s t e m s   ,   w i t h   a   c a p a c i t y   o f   3 ,   4   a n d   5   t o n s   r e s p e c t i v e l y   a b o u t   4 0 5 ,   5 0 6   a n d   6 7 5   $ / t o n   a n d   f o r   h o r i z o n t a l   c l o s e d   s y s t e m ,   a b o u t   9 0 4   $ / t o n   f o r   v e r t i c a l   s y s t e m s ,   i s   a b o u t   1 0 2 8   $ / t o n .   I n s t a l l a t i o n   c o s t s   o f   d o m e s t i c   n o   u n d e r g r o u n d   p i p i n g ,   w i t h   T h e   c a n a l   a n d   w i t h o u t   t h e   c a n a l ,   f o r   s m a l l   h o u s e h o l d   u n i t s ,   w i t h   a   p o w e r   o f   3 ,   4   a n d   5   t o n s   r e s p e c t i v e l y   a r e   a b o u t   ( 4 7 0 0   7 0 0 0 )   a n d   ( 6 0 0 0   -   8 1 0 0 )   D o l l a r   . T h e   t o t a l   c o s t   f o r   i n s t a l l i n g   o f   a i r   h e a t   p u m p   s y s t e m   w i t h   a   c a p a c i t y   o f   3   t o n s   ,   i s   a p p r o x i m a t e l y   4 4 0 $   ,   o p e n   l o o p   s y s t e m s   i s   6 9 0 0 $   ,   h o r i z o n t a l   c l o s e d   s y s t e m   i s   8 1 0 0 $   ,   s l i n k y   c l o s e d   s y s t e m   i s   8 6 0 0 $   ,   a n d   f o r   v e r t i c a l   c l o s e d   s y s t e m   ,   i s   a b o u t   9 0 0 0 $ .   F i g u r e . 5   s h o w   t h e   p e r c e n t a g e   o f   t h e   c o s t   c o m p o n e n t s   o f   t h e   v e r t i c a l   c l o s e d   s y s t e m .   O p e r a t i n g   c o s t s   o f   a   g e o t h e r m a l   p u m p   d u e   t o   s a v i n g s   i n   f u e l   i s   r e l a t i v e l y   l o w   c o m p a r e d   t o   o t h e r   h e a t i n g   s y s t e m s .   b e c a u s e   g r o u n d   s o u r c e   h e a t   p u m p s   a r e   u s e d   l e s s   f u e l a n d   m o r e   p r o d u c t i o n   e l e c t r i c i t y   ,   S a v i n g s   r e l a t i v e ,   d e p e n d e n t   o n   e l e c t r i c i t y   a n d   f u e l   p r i c e s   i n   t h e   r e g i o n .   I f   t h e   h e a t   p u m p   i n   a n   a r e a   w h e r e   e l e c t r i c i t y   p r i c e s   a r e   e x p e n s i v e ,   o p e r a t i n g   c o s t s   i n c r e a s e .     F i g u r e   8 .   p e r c e n t a g e   o f   t h e   c o s t   c o m p o n e n t s   o f   t h e   v e r t i c a l   c l o s e d   s y s t e m G r o u n d   h e a t   p u m p s   a r e   a v a i l a b l e   w i t h   d i f f e r e n t   e f f i c i e n c i e s .   O p e n   l o o p   G r o u n d   h e a t   p u m p s ,   c o e f f i c i e n t   o f   p e r f o r m a n c e   ( C O P )   H e a t i n g ,   a t   b e t w e e n   3   a n d   4   a n d   t h e   c o o l i n g   c o e f f i c i e n t   o f   p e r f o r m a n c e ,   r a n g e   3 . 5   i s   t o   6 .   C l o s e d   l o o p   G r o u n d   h e a t   p u m p s ,   c o e f f i c i e n t   o f   p e r f o r m a n c e   ( C O P )   H e a t i n g ,   a t   b e t w e e n   2 . 5   a n d   4   a n d   t h e   c o o l i n g   c o e f f i c i e n t   o f   p e r f o r m a n c e ,   r a n g e   3   i s   t o   7 .   I n   r e c e n t   y e a r s ,   b e e n   a c h i e v e d   l a r g e   i m p r o v e m e n t s   i n   t h e   e f f i c i e n c y   o f   h e a t   p u m p s .   T o d a y ,   w i t h   t e c h n o l o g y   d e v e l o p m e n t c o n s t r u c t i o n ,   m o t o r s   a n d   a p p r o p r i a t e   c o n t r o l s ,   g r o u n d   s o u r c e   h e a t   p u m p s   h a v e   i n c r e a s e d   e f f i c i e n c y .   T h e   a v e r a g e   c o e f f i c i e n t   o f   p e r f o r m a n c e   i n   g r o u n d   s o u r c e   h e a t   p u m p s   i s   3 . 5   a n d   i n   a i r   s o u r c e   h e a t   p u m p   w i t h   1 2 . 5   a l y s i s   o f   p r o j e c t s   f o r   t h e   t i m e   r e q u i r e d   f o r   r e t u r n   o f   c a p i t a l   t h a t   t i m e   i s   n e e d e d ,   t h e   a n n u a l   b e n e f i t   f r o m   t h e   p r o j e c t ,   t o   o f f s e t   t h e   i n i t i a l   i n v e s t m e n t   c o s t .   I n   f a c t ,   a f t e r   a   p e r i o d   t i m e   t h e   p r o j e c t   r e a c h e s   t h e   s t a g e   o f   p r o f i t a b i l i t y .   L A T I O N S   F O R   A   T Y P I C A L   B U I L D I N G   ( A   S P O R T   C O M P L E X   B U I L D I N G   I N   I S F A H A N   M U S E U M   P A R K )   C o m p a r e d   t o   c o n v e n t i o n a l   s y s t e m s   f o r   h e a t i n g   a n d   c o o l i n g   w i t h   g e o t h e r m a l   h e a t   p u m p s   a   s p o r t   c o m p l e x   b u i l d i n g   i n   I s f a h a n   M u s e u m   P a r k   w i t h   o f   u n d e r p i n n i n g   3 5 6 2   s q u a r e   m e t e r s   a n d h e a t i n g   l o a d   1 6 0 0   G J / y e a r   ,   C o o l i n g   l o a d   9 0 0   G J / y e a r   A n d   h o t   w a t e r   5 5 0   G J / y e a r .   A   m a x i m u m   a n d   a v e r a g e   v a l u e   o f   h e a t i n g   a n d   c o o l i n g   l o a d   i s   i n   a c c o r d a n c e   w i t h   T a b l e   1   [ 1 1 ] .   P a y   t h e   c o s t   o f   f u e l   f o r   h e a t i n g   c o n s u m p t i o n   i n   b u i l d i n g s   t h e   p e r   E v e r y   o n e   m i l l i o n   B . T . U   B a s e d   o n   t h e   p r i c e   o f   f o s s i l   f u e l s   a n d   e l e c t r i c i t y   c o n s u m e d ,   c a n   b e   c a l c u l a t e d   H e a t i n g   v a l u e   o f   f u e l   a n d   e q u i p m e n t   e f f i c i e n c y   ( T a b l e s   2   &   3 )   S o u r c e   H e a t   P u m p s   i n     ( S h a h i n z a d e h   H . )   5 0 7 l   i n v e s t m e n t   c o s t   i s   r e l a t i v e l y   h i g h   c o m p a r e d   t o   o t h e r   c o n v e n t i o n a l   s y s t e m s .   H o w e v e r ,   d u e   t o   l o w e r   m a i n t e n a n c e   c o s t s   a n d   l o w e r   e l e c t r i c a l   e n e r g y   c o n s u m p t i o n ,   o i l   t u b e ,   p a s s   t h r o u g h   t h e   b a s e m e n t ,   t h e   c o s t s   o f   d r i l l i n g   a n d   f i l l i n g   t h e   c h a n n e l ,   c i r c u l a t i o n   p u m p ,   a n t i f r e e z e   f l u i d   i s   a d d e d   t o   t h e   c o s t   o f   H e a t   p u m p .   M a j o r   p a r t   o f   t h e   i n v e s t m e n t   a l   c h a n n e l s ,   i s   c o s t   o f   i n s t a l l a t i o n   a n d   p o l y e t h y l e n e   p i p e .   T h e   c o s t   o f   i n s t a l l i n g   u n d e r g r o u n d   p i p e s   f o r   o p e n   l o o p   s y s t e m s   ,   w i t h   a   c a p a c i t y   o f   3 ,   4   a n d   5   t o n s   r e s p e c t i v e l y   a b o u t   4 0 5 ,   5 0 6   a n d   6 7 5   $ / t o n   a n d   f o r   h o r i z o n t a l   c l o s e d   s y s t e m ,   a b o u t   9 0 4   $ / t o n   f o r   I n s t a l l a t i o n   c o s t s   o f   d o m e s t i c   n o   u n d e r g r o u n d   p i p i n g ,   w i t h   T h e   c a n a l   a n d   w i t h o u t   t h e   c a n a l ,   f o r   s m a l l   h o u s e h o l d   u n i t s ,   w i t h   a   p o w e r   o f   3 ,   4   a n d   5   t o n s   r e s p e c t i v e l y   a r e   a b o u t   ( 4 7 0 0   1 0 0 )   D o l l a r   . T h e   t o t a l   c o s t   f o r   i n s t a l l i n g   o f   a i r   h e a t   p u m p   s y s t e m   w i t h   a   c a p a c i t y   o f   3   t o n s   ,   i s   a p p r o x i m a t e l y   4 4 0 $   ,   o p e n   l o o p   s y s t e m s   i s   6 9 0 0 $   ,   h o r i z o n t a l   c l o s e d   s y s t e m   i s   8 1 0 0 $   ,   t   9 0 0 0 $ .   F i g u r e . 5   s h o w   t h e   p e r c e n t a g e   o f   t h e   c o s t   c o m p o n e n t s   o f   t h e   v e r t i c a l   c l o s e d   s y s t e m .   O p e r a t i n g   c o s t s   o f   a   g e o t h e r m a l   p u m p   d u e   t o   s a v i n g s   i n   f u e l   i s   r e l a t i v e l y   l o w   c o m p a r e d   t o   o t h e r   h e a t i n g   s y s t e m s .   b e c a u s e   g r o u n d   s o u r c e   h e a t   p u m p s   a r e   u s e d   l e s s   f u e l   a n d   m o r e   p r o d u c t i o n   e l e c t r i c i t y   ,   S a v i n g s   r e l a t i v e ,   d e p e n d e n t   o n   e l e c t r i c i t y   a n d   f u e l   p r i c e s   i n   t h e   r e g i o n .   I f   t h e     v e r t i c a l   c l o s e d   s y s t e m   G r o u n d   h e a t   p u m p s   a r e   a v a i l a b l e   w i t h   d i f f e r e n t   e f f i c i e n c i e s .   O p e n   l o o p   G r o u n d   h e a t   p u m p s ,   c o e f f i c i e n t   o f   p e r f o r m a n c e   ( C O P )   H e a t i n g ,   a t   b e t w e e n   3   a n d   4   a n d   t h e   c o o l i n g   c o e f f i c i e n t   o f   p e r f o r m a n c e ,   n d   h e a t   p u m p s ,   c o e f f i c i e n t   o f   p e r f o r m a n c e   ( C O P )   H e a t i n g ,   a t   b e t w e e n   2 . 5   a n d   4   a n d   t h e   c o o l i n g   c o e f f i c i e n t   o f   p e r f o r m a n c e ,   r a n g e   3   i s   t o   7 .   I n   r e c e n t   y e a r s ,   b e e n   a c h i e v e d   l a r g e   i m p r o v e m e n t s   i n   t h e   e f f i c i e n c y   o f   h e a t   p u m p s .   T o d a y ,   w i t h   t e c h n o l o g y   d e v e l o p m e n t   o f   c o m p r e s s o r s   c o n s t r u c t i o n ,   m o t o r s   a n d   a p p r o p r i a t e   c o n t r o l s ,   g r o u n d   s o u r c e   h e a t   p u m p s   h a v e   i n c r e a s e d   e f f i c i e n c y .   T h e   a v e r a g e   c o e f f i c i e n t   o f   p e r f o r m a n c e   i n   g r o u n d   s o u r c e   h e a t   p u m p s   i s   3 . 5   a n d   i n   a i r   s o u r c e   h e a t   p u m p   w i t h   1 2 . 5   a l y s i s   o f   p r o j e c t s   f o r   t h e   t i m e   r e q u i r e d   f o r   r e t u r n   o f   c a p i t a l   t h a t   t i m e   i s   n e e d e d ,   t h e   a n n u a l   b e n e f i t   f r o m   t h e   p r o j e c t ,   t o   o f f s e t   t h e   i n i t i a l   i n v e s t m e n t   c o s t .   I n   f a c t ,   a f t e r   a   p e r i o d   t i m e   t h e   p r o j e c t   L A T I O N S   F O R   A   T Y P I C A L   B U I L D I N G   ( A   S P O R T   C O M P L E X   C o m p a r e d   t o   c o n v e n t i o n a l   s y s t e m s   f o r   h e a t i n g   a n d   c o o l i n g   w i t h   g e o t h e r m a l   h e a t   p u m p s   a   s p o r t   c o m p l e x   b u i l d i n g   i n   I s f a h a n   M u s e u m   P a r k   w i t h   o f   u n d e r p i n n i n g   3 5 6 2   s q u a r e   m e t e r s   a n d   c o n s i d e r   w i t h   h e a t i n g   l o a d   1 6 0 0   G J / y e a r   ,   C o o l i n g   l o a d   9 0 0   G J / y e a r   A n d   h o t   w a t e r   5 5 0   G J / y e a r .   A   m a x i m u m   a n d   a v e r a g e   v a l u e   o f   h e a t i n g   a n d   c o o l i n g   l o a d   i s   i n   a c c o r d a n c e   w i t h   T a b l e   1   [ 1 1 ] .   P a y   t h e   c o s t   o f   f u e l   f o r   h e a t i n g   r y   o n e   m i l l i o n   B . T . U   B a s e d   o n   t h e   p r i c e   o f   f o s s i l   f u e l s   a n d   e l e c t r i c i t y   c o n s u m e d ,   c a n   b e   c a l c u l a t e d   H e a t i n g   v a l u e   o f   f u e l   a n d   e q u i p m e n t   e f f i c i e n c y   ( T a b l e s   2   &   3 ) .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
    I J E C E   V o l .   2 ,   N o .   4 ,   A u g u s t   2 0 1 5 0 8                                         T a b l e   3             K e r o s e n e N a t u r a E l e c t r i c i t y A i r   s o u r c e   h e a t   p u m p s G S H P s F i g u r e   9 .   C o m p a r e   t h e   c o s t   o f   b u i l d i n g   e n e r g y   c o n s u m p t i o n   b y   d i f f e r e n t   m e t h o d s     E f f i c i e n c y   o f   c o n v e n t i o n a l   h e a t i n g   s y s t e m s   u s i n g   f o s s i l   f u e l s ,   o i l   a n d   g a s o l i n e   a n d   n a t u r a l   g a s   i s 6 5 %   t o   8 5 %   i n   t h i s   s t u d y   a s s u m e d   t h a t   7 5 %   a n d   c o e f f i c i e n t   o f   p e r f o r m a n c e   A i r   s o u r c e   h e a t   p u m p   2 . 1 5   a n d   c o e f f i c i e n t   o f   p e r f o r m a n c e   g r o u n d   s o u r c e   h e a t   p u m p s   3 . 5   h a s   b e e n   c o n s i d e r e d . a n d   h i g h - c o s t   a s s u m p t i o n s   f o r   e a c h   o n e   m i l l i o n   j o u l e s   o f   u s e f u l   t h e r m a l   e n e r g y   c o n s u m p t i o n   w i l l   b e   i n   a c c o r d a n c e   w i t h   T a b l e   2 .   T a b l e   1 .     M a x i m u m V a r i a b l e   T h e   m a x i m u m   c o o l i n g   c o o l i n g   l o a d   f o r   a n   a v e r a g e M a x i m u m t h e r m a l   l o a d   f o r   a n   a v e r a g e T a b l e   2   H e a t i n g v a l u e   o f f u e l K e r o s e n e   a n d   D i e s e l   3 6 5 0 0   B . T . U / L i t N a t u r a l   G a s   3 6 5 0 0   B . T . U / m E l e c t r i c i t y     2 0 1 2   :   5 0 3 5 1 0   T a b l e   3 .   t h e   c o s t   o f   u s e f u l   e n e r g y   i n   a   m i l l i o n   B . T . U   T y p e   o f S y s t e m   T h e   c o s t   o f   t h e r m a l   e n e r g y   ( w i t h   s u b s i d i e s )   $ / M i l l i o n   B . T . U   T h e   c o s t   o f   t h e r m a l   e n e r g y   ( w i t h o u t s u b s i d i e s K e r o s e n e   a n d   D i e s e l   5 . 1   N a t u r a   l G a s   3 . 7   E l e c t r i c i t y   3 9 . 1   A i r   s o u r c e   h e a t   p u m p s   1 8 . 2   G S H P s   1 1 . 2   9 .   C o m p a r e   t h e   c o s t   o f   b u i l d i n g   e n e r g y   c o n s u m p t i o n   b y   d i f f e r e n t   m e t h o d s E f f i c i e n c y   o f   c o n v e n t i o n a l   h e a t i n g   s y s t e m s   u s i n g   f o s s i l   f u e l s ,   o i l   a n d   g a s o l i n e   a n d   n a t u r a l   g a s   i s 6 5 %   t o   8 5 %   i n   t h i s   s t u d y   a s s u m e d   t h a t   7 5 %   a n d   c o e f f i c i e n t   o f   p e r f o r m a n c e   A i r   s o u r c e   h e a t   p u m p   2 . 1 5   a n d   c o e f f i c i e n t   o f   p e r f o r m a n c e   g r o u n d   s o u r c e   h e a t   p u m p s   3 . 5   h a s   b e e n   c o n s i d e r e d .   G i v e n   t h e s e   v a l u e s ,   F o r m u l a s   c o s t   a s s u m p t i o n s   f o r   e a c h   o n e   m i l l i o n   j o u l e s   o f   u s e f u l   t h e r m a l   e n e r g y   c o n s u m p t i o n   w i l l   b e   i n   M a x i m u m   a n d   a v e r a g e   v a l u e s   o f   h e a t i n g   a n d   c o o l i n g   l o a d   o n   K W V   l o a d   f o r   a   v e r y   h o t   s u n n y   d a y   a v e r a g e   M a x i m u m   t h e r m a l   l o a d   f o r   a   v e r y   c o l d   d a y   a v e r a g e     T a b l e   2 .   H e a t i n g v a l u e a n d p r i c e o f e n e r g y   c a r r i e r s   H e a t i n g v a l u e   o f f u e l   F u e l p r i c e s w i t h   s u b s i d i e s   F u e l p r i c e s w i t h o u t s u b s i d i e s 3 6 5 0 0   B . T . U / L i t   0 . 1 8   $ / L i t   0 . 4   $ / L i t   3 6 5 0 0   B . T . U / m 3   0 . 1 3   $ / m 3   0 . 4   $ / m 3   3 4 1 3   B . T . U / K w h   0 . 1 7   $ / K w h   0 . 7   $ / K w h       I S S N : 2 0 8 8 - 8 7 0 8   T h e   c o s t   o f   t h e r m a l   e n e r g y   w i t h o u t s u b s i d i e s )   $ / M i l l i o n   B . T . U   1 0 6 . 7   1 2 1 . 8   1 9 0 . 5   8 8 . 4   5 4 . 3     9 .   C o m p a r e   t h e   c o s t   o f   b u i l d i n g   e n e r g y   c o n s u m p t i o n   b y   d i f f e r e n t   m e t h o d s   E f f i c i e n c y   o f   c o n v e n t i o n a l   h e a t i n g   s y s t e m s   u s i n g   f o s s i l   f u e l s ,   o i l   a n d   g a s o l i n e   a n d   n a t u r a l   g a s   i s   6 5 %   t o   8 5 %   i n   t h i s   s t u d y   a s s u m e d   t h a t   7 5 %   a n d   c o e f f i c i e n t   o f   p e r f o r m a n c e   A i r   s o u r c e   h e a t   p u m p   2 . 1 5   a n d   G i v e n   t h e s e   v a l u e s ,   F o r m u l a s   c o s t   a s s u m p t i o n s   f o r   e a c h   o n e   m i l l i o n   j o u l e s   o f   u s e f u l   t h e r m a l   e n e r g y   c o n s u m p t i o n   w i l l   b e   i n   o n   K W   V a l u e     2 0 0   1 9 0   2 8 0   2 4 0   F u e l p r i c e s w i t h o u t s u b s i d i e s   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I J E C E   I S S N :   2 0 8 8 - 8 7 0 8         T e c h n i c a l   a n d   E c o n o m i c   A s s e s s m e n t   f o r   u s i n g   G r o u n d - S o u r c e   H e a t   P u m p s   i n     ( S h a h i n z a d e h   H . )   5 0 9 I n   t h e   c o n v e n t i o n a l   h e a t i n g   a n d   c o o l i n g   e q u i p m e n t   c o n s i d e r   t h e   m o s t   c r i t i c a l   c o n d i t i o n s ,   b u t   i n   c h o o s i n g   h e a t   p u m p ,   g e n e r a l l y   t h e   p u m p   s e l e c t i o n   c r i t e r i a   c o n s i d e r   b e t w e e n   t h e   m a x i m u m   a n d   i n t e r m e d i a t e   l o a d .   F o r   e x a m p l e   w e   c a n   c o n s i d e r   t h e   7 0   k W   t h e r m a l   a l s o   p r o v i d e s   t h e   c o o l i n g   l o a d   [ 1 2 ] .   W h e n   t h e   h e a t   p u m p   a l o n e   c a n n o t   p r o v i d e   f o r   t h e r m a l   l o a d   o f   t h e   b u i l d i n g   G e t   h e l p   e l e c t r i c   e l e m e n t s   i n   a n   h e a t   p u m p .   O f   c o u r s e   t h e r e   a r e   o t h e r   o p t i o n s   t h e   h e a t   p u m p   i s   a c c o r d i n g   t o   t h e   m a x i m u m   t h e r m a l   l o a d   o f   t h e   b u i l d i n g .   W i t h   t h i s   m o d e   s e l e c t e d   i n i t i a l   i n v e s t m e n t   c o s t s   a r e   m o r e   b u t   t h e r e   s t i l l   e x i s t s   t h e   p o s s i b i l i t y   o f   u s i n g   s t a n d b y   e l e c t r i c   e l e m e n t s .   I n   h e a t   p u m p s ,   t h a t   t h e   t a s k   s u p p l y   a i r   a n d   h o t   w a t e r   a t   h o m e   a r e   r e s p o n s i b l e   s i m u l t a n e o u s l y   D u e   t o   l i m i t a t i o n s   i n   t h e   c o l d   o f   w i n t e r ,   i t   i s   p o s s i b l e   t h e   h e a t   p u m p   f a i l s   t o   d u l y   b o t h   d o   a   d e c e n t   w o r k   t o   d o .   I n   t h i s   m o d e   e l e c t r i c a l   e l e m e n t s   a r e   e n t e r e d .   T h e   a n n u a l   c o s t   u s e   o f   t y p e s   s y s t e m s   f o r   a   s p o r t   c o m p l e x   b u i l d i n g   i n   I s f a h a n   M u s e u m   P a r k ,   T h e   F i g u r e   9   w o u l d   b e   s h o w   p r i c e s   w i t h   t h e   s u b s i d i z e d   a n d   w i t h o u t   s u b s i d i e s .   C a n   b e   s e e n ,   w i t h o u t   t h e   e l i m i n a t i o n   s u b s i d i e s   o f   e n e r g y   c a r r i e r s   t h e   m e t h o d   i s   n o t   e c o n o m i c a l l y   j u s t i f i e d .   E c o n o m i c   e v a l u a t i o n   o f   g e o t h e r m a l   h e a t   p u m p   s y s t e m   i n s t e a d   o f   c o n v e n t i o n a l   s y s t e m s   b a s e d   o n   t h e   r e a l   p r i c e   o f   e n e r g y   c a r r i e r s   S t u d y   a n d   i t s   r e s u l t s   a r e   i n c l u d e d   i n   T a b l e   4 .   A s   c a n   b e   s e e n ,   u s e   g e o t h e r m a l   h e a t   p u m p   s y s t e m s   i n s t e a d   o f   u s i n g   c o n v e n t i o n a l   s y s t e m   I n   a d d i t i o n   t o   s i g n i f i c a n t   s a v i n g s   i n   e n e r g y   c o n s u m p t i o n ,   r e l a t i v e l y   h i g h   i n i t i a l   i n v e s t m e n t   i n   a   p e r i o d   o f   a p p r o x i m a t e l y   3   y e a r s   t o   b e   c o m p e n s a t e d .       T a b l e   4 .   E c o n o m i c   e v a l u a t i o n   r e s u l t s   u s i n g   g e o t h e r m a l   h e a t   p u m p s   i n s t e a d   o f   c o n v e n t i o n a l   s y s t e m s         G r o u n d   S o u r c e   H e a t   P u m p s   A i r   s o u r c e   h e a t   p u m p s   E l e c t r i c i t y   N a t u r a l   G a s   K e r o s e n e   a n d   D i e s e l   T h e   a n n u a l   c o s t   o f   h e a t i n g   e n e r g y   2 3 2 0   3 7 7 5   8 1 1 2   5 1 9 4   4 5 4 4   T h e   a n n u a l   c o s t   o f   c o o l i n g   e n e r g y   1 2 9 0   2 0 9 7   4 5 0 7   2 8 8 5   2 5 2 4   T h e   a n n u a l   c o s t   o f   h o t   w a t e r   7 7 2   1 2 5 8   2 7 0 4   1 7 3 1   1 5 1 5   T o t a l   a n n u a l   e n e r g y   c o s t   4 3 8 2   7 1 3 0   1 5 3 2 3   9 8 1 0   8 5 8 3   A d d i t i o n a l   c o s t   o f   i n i t i a l   i n v e s t m e n t   8 3 3 3   - - -   - - -   - - -   - - -   V a l u e   o f   a n n u a l   s a v i n g s   - - -   2 7 4 8   1 0 9 4 1   5 4 2 8   4 2 0 1   R a t e   o f   r e t u r n   o n   i n v e s t m e n t   P e r   y e a r   - - -   3 . 0 3   0 . 7 6   1 . 5 3   1 . 9 8     6 .   C O N C L U S I O N S   A s   a i r   c o n d i t i o n i n g   s y s t e m s   a r e   a m o n g   t h e   f u n d a m e n t a l   p a r t s   o f   a   b u i l d i n g ,   a n d   a l s o   b e c a u s e   t h e y   p l a y   a n   i m p o r t a n t   r o l e   i n   e n e r g y   c o n s u m p t i o n   t h u s   t h e y   a r e   a l w a y s   o n e   o f   t h e   c o n c e r n s   o f   r e s e a r c h e r s .   C u r r e n t l y   o n e   o f   t h e   k e y   e q u i p m e n t   p r o p o s e d   f o r   u s e   i n   a i r   c o n d i t i o n i n g   s y s t e m s   o f   b u i l d i n g s   i s   h e a t   p u m p s   w h i c h   r e s u l t   i n   p r o m i n e n t   r e d u c t i o n   i n   e n e r g y   c o n s u m p t i o n .   H e a t   p u m p s   a r e   o f   d i f f e r e n t   t y p e s   . b y   c o n d u c t i n g   r e s e a r c h   s t u d i e s   t h e   p r e s e n t   w o r k   h a s   s h o w n   t h a t   b y   u s i n g   h e a t   p u m p s   w h i l e   u s i n g   g r o u n d   a s   h e a t   s o u r c e   w i t h   f i x   t e m p e r a t u r e   t h e   b e s t   p e r f o r m a n c e   i s   o b t a i n e d .   B y   e c o n o m i c a l   a n a l y s i s   I t   w a s   p r o v e d   t h a t   u s i n g   s u c h   p u m p s   i n   t h e   p r e s e n t   c o n d i t i o n s   i n   I r a n   i s   n o t   e c o n o m i c a l l y   r e a s o n a b l e ,   b u t   b y   o m i t t i n g   o f   s u b s i d e s   o f   e n e r g y   t r a n s f e r o r s ,   t h i s   m e t h o d   w o u l d   b e   o n e   o f   t h e   e f f e c t i v e   w a y s   t o   s a v e   e n e r g y .   H o w e v e r   a s   a   p r a c t i c a l   s a m p l e   t h e   b u i l d i n g   o f   s p o r t   c o m p l e x   o f   M u s e u m   P a r k   i n   I s f a h a n   w a s   e c o n o m i c a l l y   a n a l y z e d   a n d   i t   w a s   c o n c l u d e d   t h a t   t h e   i n v e s t e d   m o n e y   w i l l   b e   r e t u r n e d   i n   t h i s   p r o j e c t   w i t h i n   3 y e a r s .       R E F E R E N C E S   [ 1 ]     J . E . Bo s e , Cl o s e d - l o o p / G r o u n d   s o u r c e   h e a t   p u m p   s y s t e m s ,   I n t e r n a t i o n a l   G o r u n d - S o u r c e ,   H e a t   P u m p   A s s o c i a t i o n .   S t i l l w a t e r ,   O k l a h o m a   S t a t e   U n i v e r s i t y ,   1 9 8 8 .   [ 2 ]   S . P .   K a v a n a u g h ,   G r o u n d   a n d   W a t e r   S o u r c e   H e a t   P u m p s ,   I G S H P A .   S t i l l w a t e r ,   O k l a h o m a   S t a t e   U n i v e r s i t y ,   1 9 9 2 .   [ 3 ]   J . W .   L u n d ,   G e o t h e r m a l   ( G r o u n d - S o u r c e )   H e a t   P u m p s     A   W o r l d   O v e r v i e w ,   e d i t e d   a n d   u p d a t e d   v e r s i o n   o f   t h e   a r t i c l e   f r o m   Re n e w a b l e   E n e r g y W o r l d ,   V o l .   6 ,   N o .   4 ,   J u l y - A u g   2 0 0 3 .   [ 4 ]   L u n d .   J ,   e t   a l .   2 0 0 4 .   G e o t h e r m a l   ( G r o u n d - S o u r c e )   H e a t   P u m p s A   W o r l d   O v e r v i e w .   G e o - H e a t   Ce n t e r   Bu l l e t i n ,   S e p t e m b e r .   [ 5 ]   Ba l l ,   D . A . ,   R. D .   F i s c h e r ,   a n d   D . L .   H o d g e t t .   1 9 8 3 .   D e s i g n   m e t h o d s   f o r   g r o u n d - s o u r c e   h e a t   p u m p s .   A S H R A E   T r a n s a c t i o n s   8 9 ( 2 ) : 4 1 6 - 4 4 0 .   [ 6 ]   P a h u d ,   D . ,   a n d   G .   H e l l s t r ö m .   1 9 9 6 .   T h e   n e w   d u c t   g r o u n d   h e a t   m o d e l   f o r   T R N S Y S .   E u r o t h e r m   S e m i n a r   No .   4 9 ,   E i n d h o v e n ,   T h e   N e t h e r l a n d s ,   p p .   1 2 7 - 1 3 6 .   [ 7 ]   Y a v u z t u r k ,   C. ,   a n d   J . D .   S p i t l e r .   1 9 9 9 .   A   s h o r t   t i m e   s t e p   r e s p o n s e   f a c t o r   m o d e l   f o r   v e r t i c a l   g r o u n d   l o o p   h e a t   e x c h a n g e r s .   A S H R A E   T r a n s a c t i o n s   1 0 5 ( 2 ) : 4 7 5 - 4 8 5 .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
      I S S N : 2 0 8 8 - 8 7 0 8   I J E C E   V o l .   2 ,   N o .   4 ,   A u g u s t   2 0 1 2   :   5 0 3 5 1 0   5 1 0 [ 8 ]   Y a v u z t u r k ,   C. ,   a n d   J . D .   S p i t l e r .   2 0 0 0 .   Co m p a r a t i v e   s t u d y   t o   i n v e s t i g a t e   o p e r a t i n g   a n d   c o n t r o l   s t r a t e g i e s   f o r   h y b r i d   g r o u n d   s o u r c e   h e a t   p u m p   s y s t e m s   u s i n g   a   s h o r t   t i m e - s t e p   s i m u l a t i o n   m o d e l .   A S H R A E   T r a n s a c t i o n s   1 0 6 ( 2 ) : 1 9 2 - 2 0 9 .   [ 9 ]   Y a v u z t u r k ,   C. ,   a n d   J . D .   S p i t l e r .   2 0 0 0 .   Co m p a r a t i v e   s t u d y   t o   i n v e s t i g a t e   o p e r a t i n g   a n d   c o n t r o l   s t r a t e g i e s   f o r   h y b r i d   g r o u n d   s o u r c e   h e a t   p u m p   s y s t e m s   u s i n g   a   s h o r t   t i m e - s t e p   s i m u l a t i o n   m o d e l .   A S H R A E   T r a n s a c t i o n s   1 0 6 ( 2 ) : 1 9 2 - 2 0 9 .   [ 1 0 ]   Y a v u z t u r k ,   C. ,   a n d   J . D .   S p i t l e r .   2 0 0 0 .   Co m p a r a t i v e   s t u d y   t o   i n v e s t i g a t e   o p e r a t i n g   a n d   c o n t r o l   s t r a t e g i e s   f o r   h y b r i d   g r o u n d   s o u r c e   h e a t   p u m p   s y s t e m s   u s i n g   a   s h o r t   t i m e - s t e p   s i m u l a t i o n   m o d e l .   A S H R A E   T r a n s a c t i o n s   1 0 6 ( 2 ) : 1 9 2 - 2 0 9 .   [ 1 1 ]   L a r g e s t   G e o t h e r m a l   S y s t e m   i n   O h i o   g o e s   t o   h i g h   s c h o o l " ,   E n g i n e e r e d   S y s t e m ,   M a r s   2 0 0 1 ,   V o l . 1 8 . l s s u e 3 .       B I O G R A P H I E S   O F   A U T H O R S         H o s s e i n   S h a h i n z a d e h i s   a   r e s e a r c h e r   i n   t h e   E l e c t r i c a l   E n g i n e e r i n g   I s l a m i c   A z a d   U n i v e r s i t y   K h o m e i n i   S h a h r   Br a n c h   o f   I RA N .   I n   2 0 1 0 ,   h e   r e c e i v e d   t h e   B. S .   d e g r e e   i n   D e p a r t m e n t   o f   E l e c t r i c a l   E n g i n e e r i n g   f r o m   I s l a m i c   A z a d   U n i v e r s i t y   K h o m e i n i   S h a h r   Br a n c h ,   I s f a h a n ,   I RA N .   N o w ,   h e i s   w o r k i n g   o n   t h e   M a s t e r s   d e g r e e   i n   P o w e r   E l e c t r i c a l   E n g i n e e r i n g   f r o m   I s l a m i c   A z a d   U n i v e r s i t y   K h o m e i n i   S h a h r   Br a n c h .   H e   h a s   a u t h o r e d   m o r e   t h a n   4 0   j o u r n a l   a n d   c o n f e r e n c e   p a p e r s .   H i s   r e s e a r c h   a c t i v i t i e s   f o c u s   o n   t h e   p o w e r   s y s t e m   A n a l y s i s ,   p o w e r   E l e c t r o n i c s   a n d   N e t w o r k   Re l i a b i l i t y .   H e   h a s   b e e n   a   c o n s u l t a n t   w i t h   u t i l i t i e s   o f   E s f a h a n   E l e c t r i c i t y   P o w e r   D i s t r i b u t i o n   Co m p a n y .   E - m a i l   a d d r e s s : e e _ i e e e @ y a h o o . c o m .             H a j a r   G h o t b :   r e c e i v e d   h i s   BS .   a n d   M S .   a t   I s l a m i c   A z a d   U n i v e r s i t y   N a j a f   A b a d   Br a n c h   ,   I s f a h a n   ,   I RA N   .   S h e   i s   w o r k i n g   o n   t h e   P h . D .   d e g r e e   i n   c o n t r o l   E l e c t r i c a l   E n g i n e e r i n g .   H e r   t e a c h i n g   a n d   r e s e a r c h   i n t e r e s t   i n c l u d e s   M o d e l i n g   a n d   C o n t r o l   C h a o s ,   L o a d   M o d e l i n g   S p e c i a l   A r c   F u r n a c e   M o d e l i n g ,   P o w e r   S y s t e m   A n a l y s i s ,   a n d   P o w e r   Q u a l i t y .   s h e   h a s   s o m e   p a p e r s   i n   t h e   Co n f e r e n c e   .   E - m a i l   a d d r e s s :   n _ g h o t b 2 0 1 0 @ y a h o o . c o m   .           Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.