ความก้าวหน้าทางความร้อน: การปฏิวัติการแลกเปลี่ยนความร้อนผ่านโครงสร้างที่มีรูพรุน
ข้อได้เปรียบหลักของก้อนหินปูถนนท่อความร้อนใต้พิภพอยู่ที่การใช้โครงสร้างธรรมชาติของชั้นกรวดอย่างแม่นยำ ทีมเทคนิคค้นพบว่าก้อนกรวดที่คัดเกรดตามธรรมชาติ (เส้นผ่านศูนย์กลาง 20-50 มม.) เมื่อวางในลักษณะที่คัดเกรด จะทำให้เกิดโครงสร้างรังผึ้งที่มีความพรุน 35% โครงสร้างนี้เพิ่มพื้นที่แลกเปลี่ยนความร้อนระหว่างท่อร้อยสายที่ถูกฝังและดินโดยรอบได้ถึง 300% เมื่อเทียบกับวัสดุทดแทนแบบดั้งเดิม (ส่วนผสมของทราย-กรวด) เมื่อน้ำหมุนเวียนที่มีอุณหภูมิต่ำ- (12-15 องศา ) ไหลผ่านท่อร้อยสาย รูพรุนระหว่างก้อนกรวดทำให้เกิด "ทางเดินหลายช่อง" สำหรับการถ่ายเทความร้อนใต้พิภพ ช่วยให้ความร้อนสามารถนำพาความร้อนจากดินได้อย่างรวดเร็วผ่านอนุภาคกรวดไปยังผนังท่อ ซึ่งช่วยเพิ่มประสิทธิภาพการแลกเปลี่ยนความร้อนได้อย่างมาก
ข้อมูลการทดสอบแสดงให้เห็นว่า GSHP ที่ใช้ระบบนี้บรรลุ COP (สัมประสิทธิ์ประสิทธิภาพ) ที่ 5.1 ซึ่งหมายความว่าพลังงานไฟฟ้า 1kWh สามารถเก็บเกี่ยวพลังงานความร้อนใต้พิภพได้ 5.1kWh-สูงกว่าระบบท่อ U- แบบเดิม (COP 3.2) ถึง 59% ในโหมดทำความร้อนในฤดูหนาว ระบบจะรักษาการแลกเปลี่ยนความร้อนที่เสถียรแม้ว่าอุณหภูมิดินจะลดลงถึง 5 องศา ซึ่งช่วยแก้ปัญหาประสิทธิภาพลดลงในระบบแบบดั้งเดิมภายใต้สภาวะอุณหภูมิต่ำ
มาตรฐานทางวิศวกรรม: การปรับปรุงความหนาแน่นให้เหมาะสมโดยได้รับการรับรอง
การรับรองจากมาตรฐาน VDI 4640 ของเยอรมนีสำหรับการออกแบบระบบ GSHP ให้การรับรองที่เชื่อถือได้สำหรับข้อกำหนดเฉพาะการก่อสร้างของระบบท่อร้อยสายที่ปูด้วยหินกรวด หลังจากการทดสอบอย่างเข้มงวด มาตรฐานยืนยันว่าเนื่องจากค่าการนำความร้อนสูงของชั้นกรวด (1.8W/(m·K) 2.5 เท่าของดินทดแทนทั่วไป) ระยะห่างของท่อร้อยสายจึงสามารถลดลงจาก 3 ม. (ท่อ U- แบบดั้งเดิม) เหลือ 1.8 ม.
การเพิ่มประสิทธิภาพนี้ให้คุณค่าทางวิศวกรรมที่สำคัญ: สำหรับพื้นที่ทำความร้อนเดียวกัน จำนวนหลุมเจาะจะลดลง 40% (เช่น จาก 300 เป็น 180 หลุมสำหรับอาคารขนาด 100,000 ตารางเมตร) ซึ่งไม่เพียงลดระยะเวลาการก่อสร้าง (จาก 45 วันเหลือ 28 วันต่อโครงการ) แต่ยังช่วยลดการยึดครองพื้นที่ใต้ดิน-โดยเฉพาะอย่างยิ่งเหมาะสำหรับการก่อสร้างในแกนกลางเมืองหรือพื้นที่ที่ซับซ้อนทางธรณีวิทยา (เช่น บริเวณดินอ่อนในปักกิ่งและเซี่ยงไฮ้) นอกจากนี้ ประสิทธิภาพการป้องกัน-การตกตะกอนของชั้น Pebble (โมดูลัสการบีบอัด 25MPa) ช่วยให้มั่นใจได้ว่าท่อไม่เปลี่ยนรูประหว่างการทำงานระยะยาว- ซึ่งช่วยยืดอายุการใช้งานของระบบเป็น 50 ปี ซึ่งเกินอายุการใช้งาน 30 ปีของระบบแบบเดิมอย่างมาก
ความได้เปรียบด้านต้นทุน: การตรวจสอบความถูกต้องทางเศรษฐกิจในโครงการขนาดใหญ่
โครงการปั๊มความร้อนใต้พิภพที่สนามบินนานาชาติปักกิ่ง ต้าซิง เป็นตัวอย่างให้เห็นถึงประโยชน์ทางเศรษฐกิจของเทคโนโลยี ศูนย์กลางการขนส่งขนาดใหญ่พิเศษนี้ครอบคลุมพื้นที่ 700,000 ตารางเมตร-แทนที่ท่อ U- แบบเดิมด้วยระบบท่อร้อยสายที่ปูด้วยหิน เนื่องจากระยะห่างของท่อส่งน้ำลดลง ความยาวหลุมเจาะทั้งหมดจึงลดลงจากการออกแบบเดิม 90 กม. เป็น 54 กม. จากราคาตลาดการขุดเจาะที่ 400 เยน/ลูกบาศก์เมตร เพียงอย่างเดียวนี้ช่วยประหยัดค่าใช้จ่ายในการขุดเจาะได้ 24 ล้านเยน
การวิเคราะห์ต้นทุนตลอดอายุการใช้งานยังเน้นย้ำถึงข้อดี: ในระหว่างการดำเนินงาน COP ที่สูงขึ้นจะช่วยลดการใช้ไฟฟ้าต่อปีลง 35% เมื่อเทียบกับระบบแบบเดิม (ประหยัดประมาณ 860,000 kWh/ปี เทียบเท่ากับค่าไฟฟ้า 688,000 เยน) เมื่อรวมกับค่าบำรุงรักษาที่ต่ำกว่า (ชั้นกรวดไม่จำเป็นต้องเปลี่ยนเป็นประจำ ซึ่งแตกต่างจากวัสดุทดแทนแบบดั้งเดิมที่ต้องปรับปรุงทุกๆ 15 ปี) ค่าใช้จ่ายในการดำเนินงานรวม 30- ปีสามารถลดลงได้มากกว่า 210 ล้านเยน ประโยชน์สองประการของ "การประหยัดเบื้องต้น + ประสิทธิภาพการใช้พลังงานในระยะยาว" ทำให้กลายเป็นโซลูชันความร้อนใต้พิภพที่ต้องการสำหรับโครงการก่อสร้างสาธารณะขนาดใหญ่