Benefits of gas driven ground source heat pump systems

This thesis studies energy efficiencies and technical properties of gas driven ground source heat pumps and pump systems. The research focuses on two technologies: gas engine driven compressor heat pump and thermally driven gas absorption heat pump. System consist of a gas driven compressor or absorption ground source heat pump and a gas condensing boiler, which covers peak load. The reference system is a standard electrically powered compressor heat pump with electric heating elements for peak load. The systems are compared through primary energy ratios. Coefficient of performances of different heat pump technologies are also compared. At heat pump level, gas driven heat pumps are having lower coefficient of performances as compared with corresponding electric driven heat pump. However, gas heat pumps are competitive when primary energy ratios, where electricity production losses are counted in, are compared. Technically, gas heat pumps can potentially achieve a slightly higher temperatures with greater total energy efficiency as compared to the electric driven heat pump. The primary energy ratios of gas heat pump systems in relation to EHP-system improves when the share of peak load increases. Electric heat pump system's overall energy efficiency is heavily dependent on the electricity production efficiency. Economy as well as CO2-emissions were not examined in this thesis, which however, would be good topics for further study.

Tässä diplomityössä tutkitaan kaasukäyttöisten maalämpöpumppujen sekä -järjestelmien energiatehokkuuksia ja teknisiä ominaisuuksia. Tutkittavat kaasulämpöpumput ovat kompressoritekniikkaan perustuva kaasumoottorilämpöpumppu sekä absorptiotekniikkaan perustuva kaasuabsorptiolämpöpumppu. Järjestelmä koostuu kaasukäyttöisestä maalämpöpumpusta sekä kaasukondenssikattilasta, jonka tehtävänä on lämmityksen huippukuorman tuotanto. Vertailujärjestelmänä tutkitaan sähkökäyttöistä kompressorilämpöpumppua, jonka huippukuorman tuottajana ovat sähkövastukset. Vertailuarvona käytetään järjestelmien primäärienergiakertoimia. Lämpöpumpputekniikoita verrataan myös niiden lämpökertoimilla. Lämpöpumpputasolla kaasulämpöpumppujen lämpökertoimet ovat alemmalla tasolla vastaavaan sähkölämpöpumppuun verrattuna. Kaasulämpöpumput ovat kuitenkin kilpailukykyisiä sähkölämpöpumppuihin verrattuna, kun tarkastellaan primaarienergiakertoimia, joissa huomioidaan sähköntuotantoketjun häviöt. Teknisesti kaasulämpöpumpuilla voidaan mahdollisesti saavuttaa hieman korkeampia lämpötiloja paremmalla kokonaisenergiatehokkuudella sähkölämpöpumppuun verrattuna. Kaasukäyttöisten järjestelmien primäärienergiakertoimet kasvavat suhteessa sähkökäyttöiseen, kun huippukuorman osuus kasvaa. Sähkökäyttöisen järjestelmän kokonaisenergiatehokkuus on voimakkaasti riippuvainen sähköntuotannon hyötysuhteesta. Diplomityössä ei tarkasteltu taloudellisia näkökulmia eikä CO2-päästöjä, mitkä ovat hyviä aiheen jatkotutkimuskohteita.