低炭素建築物向けハイブリッド深層地中熱源ヒートポンプシステムのライフサイクル技術経済分析と最適化フレームワーク

Unofficial AI-generated summary based on the public title and abstract. Not an official translation.

🔬研究者:Provides a comprehensive modeling and optimization approach for hybrid geothermal systems, useful for further methodological refinement.

🏢実務担当者:Offers a practical tool for designing cost-effective and efficient geothermal systems for buildings.

🏛政策担当者:Highlights the economic viability of geothermal heat pumps, supporting policies for low-carbon heating and cooling.

本研究は、ハイブリッド深部地中熱ヒートポンプ（GSHP）システムのライフサイクル技術経済分析および最適化フレームワークを開発し、地中熱の減衰をしばしば無視し、簡略化された熱伝達モデルに依存する既存の評価の限界に対処するものである。ボアホール内部の有限差分法と周辺地盤のセグメント化有限線源モデルを組み合わせた連成熱伝達モデルを構築し、流体および地盤温度の長期的な変動のシミュレーションを可能にする。エネルギー・モデルはライフサイクル経済評価と統合され、正味現在価値、冷暖房の均等化コスト、回収期間（PP）、内部収益率を算出する。さらに、ベイズ最適化アルゴリズムを採用し、複数の目的の下で最適なシステム構成を特定する。このフレームワークは、中国・西安のハイブリッド地熱システムに適用され、中深度ボアホールに補助的な空気熱源ヒートポンプまたはガスボイラーを組み込んでいる。結果は、長期的な熱減衰が経済性能に大きく影響し、流体温度の2 °C上昇によりPPが約0.3年延長されることを示している。ユーザー側の負荷不確実性も大きな影響を及ぼし、設計負荷から10%の偏差があると、最適なPPが約2年変動し得る。感度分析により、GSHP設置容量比とボアホール数が最も影響力の大きいパラメータとして特定された。純粋な地熱システムと比較して、ハイブリッド地熱・ガスボイラー構成は最短のPPを達成し、堅牢な低炭素システム設計に対する本フレームワークの有効性を示している。

AI 翻訳（deepseek-v4-flash）。 正確を期す場合は下の原文を参照してください。

This study develops a life-cycle techno-economic analysis and optimization framework for hybrid deep ground source heat pump (GSHP) systems, addressing the limitations of existing evaluations that often neglect subsurface thermal attenuation and rely on simplified heat transfer models. A coupled heat transfer model is established by combining the finite difference method for the borehole interior with the segmented finite line-source model for the surrounding ground, enabling long-term simulation of fluid and ground temperature evolution. The energy model is integrated with a life-cycle economic evaluation to calculate net present value, levelized cost of heating/cooling, payback period (PP), and internal rate of return. A Bayesian optimization algorithm is further employed to identify optimal system configurations under multiple objectives. The framework is applied to a hybrid geothermal system in Xi’an, China, incorporating mid-deep boreholes with auxiliary air-source heat pumps or gas boilers. Results show that long-term thermal attenuation significantly affects economic performance, with a 2 °C increase in fluid temperature extending the PP by approximately 0.3 years. User-side load uncertainty also has a substantial impact, as a 10% deviation from the design load can shift the optimal PP by about 2 years. Sensitivity analysis identifies the GSHP installed capacity ratio and borehole number as the most influential parameters. Compared with pure geothermal systems, the hybrid geothermal–gas boiler configuration achieves the shortest PP, demonstrating the framework’s effectiveness for robust low-carbon system design.

• openalex https://doi.org/10.70401/jbde.2026.0041first seen 2026-07-26 05:19:01