ग्राउंड सोर्स हीट पंप कैलकुलेटर: बोरहोल की लंबाई और लागत

ज़मीन	बोरहोल W/m (1,800 h)	W/m (2,400 h)	हॉरिज़ॉन्टल W/m² (1,800 h)	ज़रूरी बोरहोल (m)	लूप क्षेत्रफल (m²)
सूखी बजरी / रेत	25	20	12	293	642
नम चिकनी मिट्टी / दोमट	45	35	28	166	265
पानी से भरी बजरी / रेत	70	60	38	140	234
चूना पत्थर (ठोस)	62	52	30	140	244
बलुआ पत्थर	72	60	30	140	244
ग्रेनाइट / नीस	75	63	30	140	244
बेसाल्ट	52	45	30	140	244
औसत मिट्टी / चट्टान (λ ≈ 2 W/mK)	55	45	25	140	293

यह ग्राउंड सोर्स हीट पंप कैलकुलेटर कैसे काम करता है

ग्राउंड सोर्स हीट पंप (GSHP) ब्राइन से भरे प्लास्टिक पाइप के बंद लूप के ज़रिए धरती से कम तापमान वाली गर्मी खींचता है। यह लूप या तो खड़े बोरहोल में होता है या बगीचे में दबाए गए हॉरिज़ॉन्टल कलेक्टर में। फिर हीट पंप इस गर्मी को हीटिंग सिस्टम के तापमान तक ले जाता है। इसका आकार तय करना तीन जुड़े सवालों पर टिका है। हीट पंप कितना बड़ा हो? वह ज़मीन से कितनी गर्मी लेगा? और लूप कितना लंबा हो ताकि सालों में ज़मीन ठंडी न पड़ जाए? कैलकुलेटर तीनों का जवाब निकालता है:

हीटिंग की मांग। फ़्लोर एरिया और इंसुलेशन का स्तर (या पहले से पता सालाना kWh) और गर्म पानी, जिसे तापमान बिन के साथ आपकी जलवायु के लिए महीने-दर-महीने सिमुलेट किया जाता है। इंजन वही है जो हमारे एयर-सोर्स हीट पंप कैलकुलेटर में है।
ब्राइन तापमान और COP। बिना छेड़ी ज़मीन का तापमान सालाना औसत हवा तापमान + 1.5 K माना जाता है, या आप खुद डाल सकते हैं। हीटिंग सीज़न में ब्राइन इससे 4–8 K नीचे चलता है, सबसे ठंडे महीनों में और भी नीचे। COP ब्राइन और फ्लो तापमान से निकलता है।
हीट पंप का आकार = स्थानीय डिज़ाइन बाहरी तापमान पर डिज़ाइन हीट लॉस + गर्म पानी की रिकवरी के लिए 10%।
ज़मीन से निकासी। एक्सट्रैक्शन पावर = हीट आउटपुट × (1 − 1/SCOP)। इसे आपकी ज़मीन के प्रकार के लिए VDI 4640 स्पेसिफिक एक्सट्रैक्शन रेट से भाग दें (आपके फ़ुल-लोड घंटों के हिसाब से इंटरपोलेट किया गया), तो बोरहोल की लंबाई या कलेक्टर का क्षेत्रफल मिल जाता है। फिर इस लंबाई को 100 kWh प्रति मीटर प्रति साल (हॉरिज़ॉन्टल लूप के लिए 60 kWh/m²) की सालाना ऊर्जा सीमा से जांचा जाता है, और जो मान बड़ा हो, वही लिया जाता है।
लागत: ड्रिलिंग या खुदाई और यूनिट का खर्च, चलाने का खर्च, और एयर-सोर्स हीट पंप व गैस बॉयलर से तुलना।

फ़ॉर्मूला

P_extract = P_hp × (1 − 1/SCOP) L_borehole = max( P_extract / q_W/m , E_extract / 100 kWh/m·yr ) A_horizontal = max( P_extract / q_W/m² , E_extract / 60 kWh/m²·yr ) E_extract = heat delivered − electricity used COP = η × T_cond / (T_cond − T_brine + 3 K) T_brine = T_ground − 4 K − 4 K × (monthly load / peak load)

उदाहरण: बर्लिन में 180 m² का घर

डिफ़ॉल्ट सेटिंग में बर्लिन का 180 m² का घर है, जिसमें औसत इंसुलेशन, अंडरफ्लोर हीटिंग (35 °C फ्लो) और चार लोगों के लिए गर्म पानी है। सालाना हीटिंग मांग लगभग 18,370 kWh आती है और −9 °C पर डिज़ाइन हीट लॉस 7.0 kW है, इसलिए कैलकुलेटर 8 kW का ग्राउंड सोर्स हीट पंप चुनता है।

ज़मीन का अनुमानित तापमान 11.4 °C होने पर सीज़नल COP 4.23 रहता है। इसी घर में एयर-सोर्स यूनिट करीब 3.79 तक पहुंचता। हीट पंप लगभग 4,340 kWh बिजली लेता है, यानी 0.28 €/kWh पर ≈ 1,216 € सालाना। इससे एयर सोर्स के मुकाबले करीब 141 € और 90% दक्षता वाले गैस बॉयलर (0.10 €/kWh पर 2,041 €) के मुकाबले करीब 825 € सालाना बचते हैं।

सिस्टम हर साल ज़मीन से करीब 14,030 kWh खींचता है। औसत ज़मीन (λ ≈ 2 W/mK) में सिर्फ़ पीक पावर की शर्त से लगभग 47 W/m पर करीब 130 m लंबाई बनती, लेकिन 100 kWh/m की सालाना ऊर्जा सीमा इसे 140 m तक ले जाती है, जैसे 70 m के दो बोरहोल। ड्रिलिंग के 70 €/m और यूनिट के 12,000 € जोड़कर अनुमानित कुल लागत करीब 21,800 € बैठती है। हॉरिज़ॉन्टल कलेक्टर के लिए इसकी जगह लगभग 290 m² ज़मीन चाहिए होगी। 350 g/kWh वाले ग्रिड पर CO₂ उत्सर्जन करीब 1.5 t सालाना रहता है, जबकि गैस से 3.7 t।

नतीजों को कैसे पढ़ें

बोरहोल की लंबाई / कलेक्टर का क्षेत्रफल लागत तय करता है। नतीजे में बताया जाता है कि यह ऊर्जा सीमा से तय हुआ या पावर की शर्त से।
फ़ुल-लोड घंटे ~2,400 h से ज़्यादा होने का मतलब है लंबा हीटिंग सीज़न (ठंडी जलवायु या गर्म पानी का ज़्यादा इस्तेमाल), इसलिए कम W/m रेट लागू होते हैं।
एयर सोर्स के मुकाबले बचत बताती है कि ग्राउंड लूप पर लगा अतिरिक्त पैसा आपको क्या देता है। अतिरिक्त लागत को इस बचत से भाग दें, मोटा पेबैक मिल जाएगा।
ज़मीन के प्रकार वाली तालिका हर भूगर्भीय स्थिति के लिए लंबाई की तुलना करती है। आपकी जगह पर कौन-सी लागू है, यह साइट जांच या स्थानीय ड्रिलिंग रिकॉर्ड से पता चलेगा।

आम मान (VDI 4640, 30 kW से छोटे सिस्टम)

ज़मीन	बोरहोल W/m, 1,800 h पर	बोरहोल W/m, 2,400 h पर	हॉरिज़ॉन्टल W/m², 1,800 h पर
सूखी बजरी / रेत	< 25	< 20	10–15
नम चिकनी मिट्टी / दोमट	35–50	30–40	25–30
पानी से भरी बजरी / रेत	65–80	55–65	35–40
चूना पत्थर (ठोस)	55–70	45–60	–
बलुआ पत्थर	65–80	55–65	–
ग्रेनाइट, नाइस	65–85	55–70	–
बेसाल्ट	40–65	35–55	–

टिप्स

थर्मल रिस्पॉन्स टेस्ट करवाएं अगर सिस्टम ~30 kW से बड़ा है या उसमें कई बोरहोल हैं। यह ज़मीन की असली चालकता मापता है और फ़ील्ड को 20–30% छोटा (या बड़ा) कर सकता है।
बोरहोल के बीच कम से कम 6 m की दूरी रखें। इससे पास होने पर वे एक-दूसरे की गर्मी खींचने लगते हैं।
फ्लो तापमान कम रखें। 35 °C वाली अंडरफ्लोर हीटिंग में ग्राउंड सोर्स सबसे अच्छा चलता है। 55 °C वाले रेडिएटर के साथ एयर सोर्स पर इसकी बढ़त घट जाती है।
पैसिव कूलिंग पर विचार करें। गर्मियों में फ़र्श से ब्राइन घुमाने पर लगभग मुफ़्त ठंडक मिलती है और ज़मीन भी कुछ हद तक फिर से गर्म हो जाती है।
पहले मांग घटाएं: इंसुलेशन सेविंग्स कैलकुलेटर से देखें। छोटे हीट पंप का मतलब है छोटा और सस्ता बोरहोल।

सीमाएं

एक्सट्रैक्शन रेट सांकेतिक हैं। ये मानते हैं कि भूजल का कोई खास बहाव नहीं है (बहाव होने पर रेट काफ़ी बढ़ सकते हैं) और बोरहोल सिंगल-U या डबल-U प्रोब के साथ सामान्य तरीके से बने हैं। पड़ोसी बोरहोल फ़ील्ड, बहुत ज़्यादा चलने के घंटे, कूलिंग लोड और बड़े सिस्टम के लिए ठीक से सिमुलेशन (EED, GLHEPro या MCS MIS 3005 तालिकाएं) ज़रूरी है। ड्रिलिंग के लिए आम तौर पर परमिट लगता है, खासकर 100 m से ज़्यादा गहराई पर या जल-संरक्षण क्षेत्रों में। लागत देश और साइट तक पहुंच के हिसाब से काफ़ी बदलती है, इसलिए एडवांस्ड सेटिंग में स्थानीय कोटेशन डालें।

तरीका और मान्यताएँ

हीटिंग और गर्म पानी की माँग का महीने-दर-महीने सिमुलेशन होता है (तापमान बिन), जिसमें हीट पंप में आने वाले ब्राइन का तापमान T_ground − 4 K − 4 K × (मासिक लोड ÷ पीक लोड) है। यूनिट का साइज़ डिज़ाइन हीट लॉस + 10% पर रखा जाता है। ज़मीन से निकाली जाने वाली पावर = हीट पंप आउटपुट × (1 − 1/SCOP)। बोरहोल की लंबाई = एक्सट्रैक्शन पावर ÷ ज़मीन के प्रकार की स्पेसिफ़िक एक्सट्रैक्शन दर (W/m), जो VDI 4640 के 1,800 h और 2,400 h फ़ुल-लोड मानों के बीच इंटरपोलेट की जाती है। हॉरिज़ॉन्टल कलेक्टर का क्षेत्रफल इसी तरह W/m² से निकलता है।

अक्सर पूछे जाने वाले सवाल

ग्राउंड सोर्स हीट पंप के लिए बोरहोल कितना गहरा होना चाहिए?

आम तौर पर औसत ज़मीन में हीट पंप के हर kW आउटपुट के लिए 15–25 m बोरहोल लगता है। 6–10 kW वाले सामान्य घर के लिए इसका मतलब है 100–200 m, जो अक्सर 60–150 m के एक या दो बोरहोल में बांटा जाता है। ज़्यादा ऊष्मा चालकता वाली चट्टान (ग्रेनाइट, बलुआ पत्थर) में कम लंबाई चाहिए, जबकि सूखी रेत या बजरी में दो से तीन गुना ज़्यादा।

हॉरिज़ॉन्टल ग्राउंड लूप के लिए कितनी ज़मीन चाहिए?

आम तौर पर गर्म किए जाने वाले फ़्लोर एरिया की 1.5–2.5 गुना, जिसमें पाइप 1.2–1.5 m गहराई पर दबाए जाते हैं। 8 kW हीट पंप वाले घर को नम दोमट मिट्टी में आम तौर पर 250–400 m² खाली, बिना छाया वाली ज़मीन चाहिए। सूखी रेतीली मिट्टी में इससे काफ़ी ज़्यादा।

क्या ग्राउंड सोर्स, एयर सोर्स से बेहतर है?

दक्षता के मामले में हां। इसका SCOP आम तौर पर 4–5 रहता है, जबकि एयर सोर्स का 3–3.5, क्योंकि पूरी सर्दी ज़मीन 8–12 °C पर रहती है और हवा −10 °C से नीचे जा सकती है। बाहर कोई आवाज़ नहीं होती और डिफ़्रॉस्ट साइकिल भी नहीं चलते। लेकिन ग्राउंड लूप से लागत 6,000–15,000 बढ़ जाती है, इसलिए एयर-सोर्स यूनिट के मुकाबले पेबैक अवधि अक्सर लंबी होती है, जब तक हीटिंग की मांग बड़ी न हो।

ग्राउंड सोर्स हीट पंप की कीमत कितनी होती है?

यूरोप में एक सामान्य घरेलू सिस्टम लगवाने में लगभग 18,000–35,000 € लगते हैं: हीट पंप और इंस्टॉलेशन के 8,000–15,000 €, और ऊपर से बोरहोल के प्रति मीटर 50–100 € (या हॉरिज़ॉन्टल लूप के लिए प्रति m² 10–25 €)। UK की Boiler Upgrade Scheme (£7,500) और जर्मनी की BEG सब्सिडी जैसे अनुदान इसका बड़ा हिस्सा कवर कर सकते हैं।

स्पेसिफिक हीट एक्सट्रैक्शन रेट (W/m) क्या है?

यह वह हीट पावर है जो बोरहोल का एक मीटर लंबे समय तक ज़मीन से बिना नुकसान खींच सकता है। साल में 1,800 घंटे चलने वाले सिस्टम के लिए VDI 4640 सूखी बजरी में करीब 20 W/m से लेकर ग्रेनाइट या नाइस में 70–85 W/m तक के सांकेतिक मान देता है। जितने ज़्यादा घंटे सिस्टम चलेगा, रेट उतना कम होगा।

क्या ग्राउंड लूप जम सकता है या उसकी गर्मी खत्म हो सकती है?

अगर बोरहोल फ़ील्ड बहुत छोटा है, तो उसके आसपास की ज़मीन साल-दर-साल ठंडी होती जाती है और ब्राइन का तापमान गिरता है, जिससे COP घटता है। इसलिए डिज़ाइनर साल भर में निकाली जाने वाली ऊर्जा की भी सीमा रखते हैं, बोरहोल के लिए लगभग 100–120 kWh प्रति मीटर प्रति साल। कैलकुलेटर पावर और ऊर्जा, दोनों शर्तें लागू करता है।

स्रोत और संदर्भ

VDI 4640 Part 2 — Thermal use of the underground: ground source heat pump systems
MCS MIS 3005-D — Heat pump design standard (UK Microgeneration Certification Scheme)
IEA Heat Pumping Technologies TCP
US DOE — Geothermal heat pumps

यह कैलकुलेटर अपनी साइट पर लगाएँ

ब्लॉग, इंस्टॉलर, स्कूल और NGO के लिए मुफ़्त। नीचे दिया कोड कॉपी करें, यह अपने-आप अपडेट होता रहता है।

<iframe src="https://greenenergy.net/hi/embed/ground-source-heat-pump/" title="ग्राउंड सोर्स हीट पंप कैलकुलेटर: बोरहोल की लंबाई और लागत" width="100%" height="900" style="border:0;max-width:100%" loading="lazy"></iframe>
<p style="font-size:12px">कैलकुलेटर: <a href="https://greenenergy.net/hi/calculators/ground-source-heat-pump/">GreenEnergy.net</a></p>

ग्राउंड सोर्स हीट पंप कैलकुलेटर: बोरहोल की गहराई, लूप क्षेत्रफल, SCOP और लागत

नतीजे

ज़मीन के प्रकार (VDI 4640 की सांकेतिक एक्सट्रैक्शन दरें)