ปั๊มความร้อนจากแหล่งอากาศ ( ASHP ) ซึ่งเป็น ปั๊มความร้อนประเภทที่พบได้บ่อยที่สุด^{[ 1 ]}สามารถดูดซับพลังงาน ( ความร้อน ) จากอากาศเย็นโดยรอบภายนอกอาคาร และปล่อยพลังงานที่อุณหภูมิสูงขึ้นเพื่อทำความร้อนให้กับอาคาร ไม่ว่าจะผ่านทางอากาศร้อนหรือน้ำร้อน ไฟฟ้าจะขับเคลื่อนปั๊มเชิงกล (คอมเพรสเซอร์) โดยพลังงานไฟฟ้าที่ใช้จะให้พลังงานความร้อนที่สูบได้มากกว่าการทำความร้อนแบบจูลโดยใช้ ความต้านทานธรรมดาถึง 3 หรือ 4 เท่า

ปั๊มความร้อนใช้ กระบวนการ ทำความเย็นแบบอัดไอและอุปกรณ์ที่คล้ายคลึงกับเครื่องปรับอากาศแต่ในทิศทางตรงกันข้าม หรือกล่าวอีกนัยหนึ่งคือมีการแลกเปลี่ยนระหว่างแหล่งกำเนิดและเป้าหมาย เนื่องจากอากาศโดยรอบสามารถเข้าถึงได้เกือบทุกที่ ปั๊มความร้อนแบบอากาศสู่อากาศ (ASHP) จึงเป็นปั๊มความร้อนประเภทที่พบได้บ่อยที่สุด และโดยทั่วไปมีขนาดเล็ก จึงมักใช้ในการให้ความร้อนแก่บ้านหรืออพาร์ตเมนต์แต่ละหลังมากกว่าอาคาร เขต หรือกระบวนการทางอุตสาหกรรม^{[ 2 ]}

ปั๊มความร้อน แบบอากาศต่ออากาศจะส่งอากาศร้อนหรือเย็นไปยังห้องแต่ละห้องโดยตรง แต่โดยทั่วไปจะไม่ให้ความร้อนแก่น้ำ ส่วนปั๊มความร้อน แบบอากาศต่อน้ำจะใช้ท่อน้ำและหม้อน้ำหรือระบบทำความร้อนใต้พื้นเพื่อทำความร้อนให้กับบ้านทั้งหลัง และมักใช้ในการผลิตน้ำร้อนสำหรับ ใช้ในครัวเรือนด้วย

โดยทั่วไป ASHP สามารถผลิตพลังงานความร้อนได้ 4 kWh จากพลังงานไฟฟ้า 1 kWh ดังนั้นค่าสัมประสิทธิ์ประสิทธิภาพหรือ COP จึงเท่ากับ 4 ASHP ได้รับการปรับให้เหมาะสมสำหรับอุณหภูมิการไหลระหว่าง 30 ถึง 40 °C (86 ถึง 104 °F) ซึ่งเหมาะสำหรับอาคารที่มีเครื่องปล่อยความร้อนที่มีขนาดสำหรับอุณหภูมิการไหลต่ำ แม้จะมีการสูญเสียประสิทธิภาพ ASHP ก็สามารถให้ความร้อนส่วนกลางได้อย่างเต็มที่ด้วยอุณหภูมิการไหลสูงถึง 80 °C (176 °F) ^{[ 3 ]}

ณ ปี 2023 ประมาณ 10% ของระบบทำความร้อนในอาคารทั่วโลกมาจาก ASHP ซึ่งเป็นวิธีหลักในการเลิกใช้หม้อต้มและเตาเผาแก๊สในบ้านเรือน เพื่อหลีกเลี่ยง การ ปล่อยก๊าซเรือนกระจก^{[ 4 ]}

ปั๊มความร้อนจากแหล่งอากาศใช้ในการเคลื่อนย้ายความร้อนระหว่างเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนสองเครื่อง เครื่องหนึ่งอยู่นอกอาคารซึ่งติดตั้งครีบที่อากาศถูกบังคับผ่านโดยใช้พัดลม และอีกเครื่องหนึ่งซึ่งให้ความร้อนแก่อากาศภายในอาคารโดยตรงหรือให้ความร้อนแก่น้ำแล้วหมุนเวียนไปทั่วอาคารผ่านหม้อน้ำหรือระบบทำความร้อนใต้พื้นซึ่งจะปล่อยความร้อนสู่อาคาร อุปกรณ์เหล่านี้ยังสามารถทำงานในโหมดทำความเย็นได้ โดยดึงความร้อนผ่านเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนภายในและปล่อยออกสู่อากาศโดยรอบโดยใช้เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนภายนอก บางชนิดสามารถใช้ให้ความร้อนแก่น้ำสำหรับซักผ้าซึ่งเก็บไว้ในถังน้ำร้อนภายในบ้านได้^{[ 5 ]}

ปั๊มความร้อนจากแหล่งอากาศค่อนข้างติดตั้งง่ายและราคาไม่แพง จึงเป็นประเภทที่ใช้กันอย่างแพร่หลายที่สุด ในสภาพอากาศที่ไม่รุนแรงค่าสัมประสิทธิ์ประสิทธิภาพ (COP) อาจอยู่ระหว่าง 2 ถึง 5 ในขณะที่ที่อุณหภูมิต่ำกว่าประมาณ −8 °C (18 °F) ปั๊มความร้อนจากแหล่งอากาศอาจยังคงบรรลุ COP 1 ถึง 4 ได้^{[ 6 ]}

ในขณะที่ปั๊มความร้อนแบบใช้แหล่งอากาศรุ่นเก่าทำงานได้ค่อนข้างแย่ในอุณหภูมิต่ำและเหมาะกับสภาพอากาศอบอุ่นมากกว่า แต่รุ่นใหม่ที่มีคอมเพรสเซอร์แบบปรับความเร็วได้ยังคงมีประสิทธิภาพสูงในสภาวะเยือกแข็ง ทำให้สามารถนำไปใช้งานได้อย่างแพร่หลายและประหยัดค่าใช้จ่ายในสถานที่ต่างๆ เช่น มินนิโซตาและเมนในสหรัฐอเมริกา^{[ 7 ]}

ในยุโรป การคว่ำบาตรก๊าซรัสเซียได้เร่งให้เกิดการเปลี่ยนไปใช้ทางเลือกอื่น^{[ 8 ]}หาก 14 ล้านคนเปลี่ยนมาใช้ปั๊มความร้อน การบริโภคก็จะลดลงได้ถึง 13 พันล้านลูกบาศก์เมตร ปั๊มความร้อนมีประสิทธิภาพด้านพลังงานสูงกว่าหม้อไอน้ำแบบดั้งเดิมถึง 5 เท่า^{[ 9 ]}และในสหราชอาณาจักร ปัจจุบัน ระบบปรับอากาศมีค่าใช้จ่ายในการใช้งานถูกกว่าหม้อไอน้ำแบบใช้ก๊าซประมาณ 27 เปอร์เซ็นต์^{[ 10 ]}

อากาศที่อุณหภูมิใดๆ ก็ตามจะมีปริมาณความร้อนอยู่บ้าง เครื่องปั๊มความร้อนจากแหล่งอากาศจะถ่ายเทความร้อนบางส่วนจากที่หนึ่งไปยังอีกที่หนึ่ง เช่น ระหว่างภายนอกและภายในอาคาร

ระบบอากาศสู่อากาศสามารถออกแบบเพื่อถ่ายเทความร้อนได้ทั้งสองทิศทาง เพื่อให้ความร้อนภายในอาคารในฤดูหนาวและทำให้เย็นลงในฤดูร้อน อาจใช้ท่อภายในเพื่อกระจายอากาศ^{[ 11 ]} ระบบอากาศสู่น้ำจะสูบความร้อนเข้าไปภายในเท่านั้น และสามารถให้ความร้อนแก่พื้นที่และน้ำร้อนได้^{[ 12 ]}คำอธิบายด้านล่างนี้เน้นการใช้งานสำหรับการให้ความร้อนภายใน

เทคโนโลยีนี้คล้ายคลึงกับตู้เย็น ตู้แช่แข็ง หรือเครื่องปรับอากาศ ความแตกต่างของผลลัพธ์เกิดจากตำแหน่งของส่วนประกอบต่างๆ ในระบบ เช่นเดียวกับท่อด้านหลังตู้เย็นที่อุ่นขึ้นเมื่อภายในเย็นลง เครื่องปั๊มความร้อนอากาศ (ASHP) ก็จะทำให้อุณหภูมิภายในอาคารสูงขึ้นในขณะที่ทำให้อากาศภายนอกเย็นลง

ส่วนประกอบหลักของ ปั๊มความร้อน แบบแยกส่วน (เรียกว่าแยกส่วนเนื่องจากมีสองยูนิต ติดตั้งภายในและภายนอกอาคาร) ได้แก่:

• คอยล์ แลกเปลี่ยนความร้อนแบบระเหยภายนอกอาคารซึ่งดึงความร้อนจากอากาศโดยรอบ
• ท่อบรรจุสารทำความเย็น/ก๊าซที่เชื่อมต่อระหว่างหน่วยต่างๆ
• คอยล์แลกเปลี่ยนความร้อน คอนเดนเซอร์ภายในอาคารหนึ่งตัวหรือมากกว่า^{[ 13 ]}คอยล์เหล่านี้จะถ่ายเทความร้อนเข้าสู่อากาศภายในอาคาร หรือระบบทำความร้อนภายในอาคาร เช่น หม้อน้ำที่เติมน้ำ หรือวงจรใต้พื้น และถังเก็บน้ำร้อนในบ้าน

โดยทั่วไปแล้ว ASHP แบบแพ็คเกจ (หน่วยเดียวหรือโมโนบล็อก) จะมีทุกอย่างอยู่ภายนอกในกล่องเดียว โดยมีอากาศร้อน (หรือเย็น) ส่งเข้าไปภายในผ่านท่อ^{[ 14 ]}เรียกอีกอย่างว่าโมโนบล็อก ซึ่งช่วยให้โพรเพนที่ติดไฟได้อยู่นอกบ้าน^{[ 4 ]}หรือผ่านท่อน้ำ

ASHP สามารถให้ความร้อนได้มากกว่าเครื่องทำความร้อนแบบใช้ความต้านทาน ไฟฟ้าถึงสามหรือสี่เท่า (COP 4) สำหรับพลังงานไฟฟ้าในปริมาณเท่ากัน^{[ 15 ]}การเผาไหม้ก๊าซหรือน้ำมันจะปล่อยก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์และNOxซึ่งอาจเป็นอันตรายต่อสุขภาพ^{[ 16 ]}ปั๊มความร้อนจากแหล่งอากาศเองไม่ได้ปล่อยก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ ไนโตรเจนออกไซด์ หรือก๊าซชนิดอื่นใด แต่การปล่อยมลพิษอาจเกิดขึ้นในบริเวณที่มีการผลิตไฟฟ้า โดยใช้พลังงานไฟฟ้าเพียงเล็กน้อยในการถ่ายโอน (ปั๊ม) พลังงานความร้อนในปริมาณที่มากกว่าอย่างมีนัยสำคัญ

ASHP ส่วนใหญ่สามารถกลับทิศทางได้และสามารถทำความร้อนหรือทำความเย็นให้กับอาคารได้^{[ 17 ]}และในบางกรณียังสามารถให้ความร้อนแก่น้ำใช้ในครัวเรือน ได้อีก ด้วย การใช้ปั๊มความร้อนแบบอากาศสู่น้ำเพื่อทำความเย็นในบ้านได้รับการวิพากษ์วิจารณ์ว่าไม่ได้ออกแบบมาเพื่อจุดประสงค์นั้นและจึงมีกำลังไม่เพียงพอ^{[ 18 ]}

การทำความร้อนและความเย็นเกิดขึ้นจากการปั๊มสารทำความเย็นผ่านขดลวดภายในและภายนอกของปั๊มความร้อน เช่นเดียวกับในตู้เย็นคอมเพรสเซอร์คอนเดนเซอร์วาล์วขยายตัวและ อีวา พอเรเตอร์ถูกใช้เพื่อเปลี่ยนสถานะของสารทำความเย็นระหว่างสถานะของเหลวที่เย็นกว่าและสถานะก๊าซที่ร้อน กว่า

เมื่อสารทำความเย็นเหลวที่อุณหภูมิต่ำและความดันต่ำไหลผ่านขดลวดแลกเปลี่ยนความร้อนภายนอก ความร้อนจากสภาพแวดล้อมจะทำให้ของเหลวเดือด (เปลี่ยนเป็นแก๊สหรือไอ ) พลังงานความร้อนจากอากาศภายนอกถูกดูดซับและเก็บไว้ในสารทำความเย็นในรูปของความร้อนแฝงจากนั้นแก๊สจะถูกอัดโดยใช้ปั๊มไฟฟ้าการอัดจะเพิ่มอุณหภูมิของแก๊ส

ภายในอาคาร ก๊าซจะไหลผ่านวาล์ว ควบคุมแรงดัน เข้าไปในขดลวดแลกเปลี่ยนความร้อน ที่นั่น ก๊าซสารทำความเย็นร้อนจะควบแน่นกลับเป็นของเหลวและถ่ายเทความร้อนแฝง ที่สะสมไว้ ไปยังอากาศภายในอาคาร ระบบทำความร้อนน้ำ หรือระบบน้ำร้อน อากาศภายในอาคารหรือน้ำร้อนจะถูกสูบผ่านขดลวดแลกเปลี่ยนความร้อนโดยปั๊มไฟฟ้าหรือพัดลม

จากนั้นสารทำความเย็นเหลวที่เย็นจะกลับเข้าไปในขดลวดแลกเปลี่ยนความร้อนภายนอกเพื่อเริ่มต้นรอบใหม่ แต่ละรอบมักใช้เวลาไม่กี่นาที^{[ 15 ]}

เครื่องปั๊มความร้อนส่วนใหญ่ยังสามารถทำงานในโหมดทำความเย็นได้ โดยจะส่งสารทำความเย็นเย็นผ่านขดลวดภายในอาคารเพื่อทำความเย็นให้กับอากาศในห้อง

ณ ปี 2024 การอัดไอเป็นเทคโนโลยีเดียวที่มีความสำคัญในตลาด^{[ 19 ]}

ASHP เป็นปั๊มความร้อนประเภทที่พบได้บ่อยที่สุด และโดยทั่วไปมีขนาดเล็กกว่า จึงเหมาะสมกว่าสำหรับการให้ความร้อนแก่บ้านเดี่ยวมากกว่าอาคารชุด เขตเมืองที่มีความหนาแน่นสูง หรือกระบวนการทางอุตสาหกรรม^{[ 2 ]}ในใจกลางเมืองที่มีความหนาแน่นสูง ระบบเครือข่ายความร้อนอาจดีกว่า ASHP ^{[ 2 ]}ปั๊มความร้อนจากแหล่งอากาศใช้สำหรับให้ความร้อนและความเย็นภายในอาคาร แม้ในสภาพอากาศที่หนาวเย็น และสามารถใช้ได้อย่างมีประสิทธิภาพสำหรับการทำน้ำร้อนในสภาพอากาศที่อบอุ่นกว่า ข้อดีที่สำคัญของ ASHP บางประเภทคือ ระบบเดียวกันสามารถใช้สำหรับให้ความร้อนในฤดูหนาวและให้ความเย็นในฤดูร้อนได้ แม้ว่าค่าใช้จ่ายในการติดตั้งโดยทั่วไปจะสูง แต่ก็น้อยกว่าค่าใช้จ่ายของปั๊มความร้อนจากแหล่งใต้ดินเนื่องจากปั๊มความร้อนจากแหล่งใต้ดินต้องมีการขุดเพื่อติดตั้งท่อใต้ดิน ข้อดีของปั๊มความร้อนจากแหล่งใต้ดินคือ สามารถเข้าถึงความสามารถในการเก็บความร้อนของพื้นดิน ซึ่งช่วยให้สามารถผลิตความร้อนได้มากขึ้นโดยใช้ไฟฟ้าลดลงในสภาพอากาศที่หนาวเย็น

แบตเตอรี่บ้านสามารถลดความเสี่ยงจากไฟฟ้าดับได้ และเช่นเดียวกับ ASHP ก็กำลังได้รับความนิยมมากขึ้น^{[ 20 ]} ASHP บางรุ่นสามารถเชื่อมต่อกับแผงโซลาร์เซลล์เป็นแหล่งพลังงานหลัก โดยมีโครงข่ายไฟฟ้าแบบดั้งเดิมเป็นแหล่งพลังงานสำรอง

โซลูชัน การจัดเก็บความร้อนที่รวมการทำความร้อนด้วยความต้านทานสามารถใช้ร่วมกับ ASHP ได้ การจัดเก็บอาจคุ้มค่ากว่าหากมีอัตราค่าไฟฟ้าตามช่วงเวลาใช้งาน ความร้อนจะถูกเก็บไว้ในอิฐเซรามิกความหนาแน่นสูงที่บรรจุอยู่ภายในกล่องหุ้มฉนวนความร้อน^{[ 21 ]}เครื่องทำความร้อนแบบเก็บสะสมเป็นตัวอย่างหนึ่ง ASHP ยังสามารถจับคู่กับระบบทำความร้อนด้วยพลังงานแสงอาทิตย์แบบพาส ซีฟได้อีก ด้วย มวลความร้อน (เช่น คอนกรีตหรือหิน) ที่ได้รับความร้อนจากความร้อนของพลังงานแสงอาทิตย์แบบพาสซีฟสามารถช่วยรักษาอุณหภูมิภายในอาคารให้คงที่ โดยดูดซับความร้อนในเวลากลางวันและปล่อยความร้อนในเวลากลางคืน เมื่ออุณหภูมิภายนอกเย็นกว่าและประสิทธิภาพของปั๊มความร้อนต่ำลง

ฉนวนกันความร้อน ที่ดีในบ้านเป็นสิ่งสำคัญ^{[ 22 ]}ณ ปี 2023 เครื่องสูบน้ำแบบแอชต์ (ASHP) มีขนาดใหญ่กว่าหม้อต้มแก๊สและต้องการพื้นที่ภายนอกมากขึ้น ดังนั้นกระบวนการจึงซับซ้อนกว่าและอาจมีราคาแพงกว่าหากสามารถถอดหม้อต้มแก๊สออกและติดตั้ง ASHP แทนที่ได้^{[ 4 ] [ 23 ]}หากต้นทุนการดำเนินงานเป็นสิ่งสำคัญ การเลือกขนาดที่เหมาะสมจึงเป็นสิ่งสำคัญ เพราะ ASHP ที่มีขนาดใหญ่เกินไปจะมีค่าใช้จ่ายในการใช้งานสูงกว่า^{[ 24 ]}

การปรับปรุงระบบทำความร้อนแบบดั้งเดิมที่ใช้หม้อน้ำ/ แผงความร้อน เครื่อง ทำความ ร้อนแบบ ใช้น้ำร้อนหรือแม้แต่ท่อขนาดเล็กกว่า ให้ใช้ความร้อนจากปั๊มความร้อนแบบ ASHP อาจมีความซับซ้อนมากขึ้น อุณหภูมิเอาต์พุตของปั๊มความร้อนที่ต่ำกว่าหมายความว่าหม้อน้ำ (และอาจรวมถึงท่อ) อาจต้องเปลี่ยนเป็นขนาดที่ใหญ่กว่า หรือ ติดตั้งระบบ ทำความร้อนใต้พื้น อุณหภูมิต่ำ แทน^{[ 25 ]}

อีกทางเลือกหนึ่งคือสามารถติดตั้งปั๊มความร้อนอุณหภูมิสูงและคงเครื่องปล่อยความร้อนที่มีอยู่ไว้ได้ อย่างไรก็ตาม ณ ปี 2023 ปั๊มความร้อนเหล่านี้มีราคาแพงกว่าในการซื้อและใช้งาน ดังนั้นอาจเหมาะสำหรับอาคารที่ยากต่อการปรับเปลี่ยนหรือฉนวน เช่น บ้านประวัติศาสตร์ขนาดใหญ่บางแห่งเท่านั้น^{[ 26 ]}

มีการอ้างว่าเครื่องทำความร้อนแบบ ASHP ดีต่อสุขภาพมากกว่าเครื่องทำความร้อนที่ใช้เชื้อเพลิงฟอสซิล เช่นเครื่องทำความร้อนแบบใช้แก๊สเนื่องจากสามารถรักษาอุณหภูมิให้คงที่ได้มากกว่าและหลีกเลี่ยงความเสี่ยงจากควันพิษ^{[ 22 ]}นอกจากนี้ยังกล่าวกันว่าการกรองอากาศและลดความชื้นในสภาพอากาศร้อนชื้นในฤดูร้อนจะช่วยลดฝุ่นละออง สารก่อภูมิแพ้และเชื้อราซึ่งเป็นอันตรายต่อสุขภาพได้ อีกด้วย ^{[ 27 ]}

โดยทั่วไปแล้วไม่แนะนำให้ใช้งาน ASHP ทั่วไปที่อุณหภูมิต่ำกว่า −10 °C ^{[ 28 ]}อย่างไรก็ตาม ASHP ที่ออกแบบมาโดยเฉพาะสำหรับสภาพอากาศหนาวจัด (ได้รับการรับรองในสหรัฐอเมริกาภายใต้ Energy Star ^{[ 29 ]} ) สามารถดึงความร้อนที่มีประโยชน์จากอากาศโดยรอบที่เย็นถึง −30 °C (−22 °F) ได้ แต่การทำความร้อนด้วยความต้านทานไฟฟ้าอาจมีประสิทธิภาพมากกว่าที่อุณหภูมิต่ำกว่า −25 °C ^{[ 28 ]}ซึ่งเป็นไปได้ด้วยการใช้คอมเพรสเซอร์แบบปรับความเร็วได้ ซึ่งขับเคลื่อนด้วยอินเวอร์เตอร์^{[ 29 ]} แม้ว่าปั๊มความร้อนจากแหล่งอากาศจะมีประสิทธิภาพน้อยกว่า ปั๊มความร้อนจากแหล่งพื้นดิน (GSHP) ที่ติดตั้งอย่างดีในสภาพอากาศหนาวเย็น แต่ปั๊มความร้อนจากแหล่งอากาศมีต้นทุนเริ่มต้นที่ต่ำกว่าและอาจเป็นตัวเลือกที่ประหยัดหรือใช้งานได้จริงที่สุด^{[ 30 ]}ระบบไฮบริดที่มีทั้งปั๊มความร้อนและแหล่งความร้อนทางเลือกอื่น เช่น หม้อไอน้ำเชื้อเพลิงฟอสซิล อาจเหมาะสมหากไม่สามารถฉนวนบ้านขนาดใหญ่ได้อย่างเหมาะสม^{[ 31 ]}หรืออาจพิจารณาใช้ปั๊มความร้อนหลายตัวหรือปั๊มความร้อนอุณหภูมิสูงก็ได้^{[ 31 ]}

ในสภาพอากาศบางอย่าง การควบแน่นจะก่อตัวขึ้นและแข็งตัวบนขดลวดของเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนของหน่วยภายนอก ทำให้การไหลของอากาศผ่านขดลวดลดลง เพื่อขจัดการควบแน่นนี้ หน่วยจะทำงานในรอบการละลายน้ำแข็ง โดยเปลี่ยนไปเป็นโหมดทำความเย็นเป็นเวลาสองสามนาทีและให้ความร้อนแก่ขดลวดจนกว่าน้ำแข็งจะละลาย ปั๊มความร้อนแบบอากาศสู่น้ำใช้ความร้อนจากน้ำที่ไหลเวียนเพื่อจุดประสงค์นี้ ซึ่งส่งผลให้อุณหภูมิของน้ำลดลงเล็กน้อยและอาจตรวจไม่พบ^{[ 32 ]}สำหรับระบบอากาศสู่อากาศ ความร้อนจะถูกดึงมาจากอากาศในอาคารหรือใช้เครื่องทำความร้อนไฟฟ้า^{[ 33 ]}ระบบอากาศสู่อากาศบางระบบเพียงแค่หยุดการทำงานของพัดลมของทั้งสองหน่วยและเปลี่ยนไปเป็นโหมดทำความเย็นเพื่อให้หน่วยภายนอกกลับมาเป็นคอนเดนเซอร์เพื่อให้ความร้อนและละลายน้ำแข็ง

ดังที่กล่าวไว้ข้างต้น ปั๊มความร้อนจากแหล่งอากาศทั่วไป (ASHP) มักทำงานได้ไม่เต็มประสิทธิภาพที่อุณหภูมิต่ำ ปั๊มความร้อนจากแหล่งใต้ดิน (GSHP) ซึ่งถ่ายเทความร้อนไปยังหรือจากพื้นดินโดยใช้ท่อใต้ดินที่บรรจุของเหลว (เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนใต้ดินหรือ GHE) ^{[ 34 ]}มีประสิทธิภาพมากกว่า แต่ค่าแรงและค่าวัสดุในการติดตั้งสูงกว่า^{[ 35 ]}ปั๊มความร้อนจากแหล่งใต้ดินแบบใช้อากาศ (GSAHP) หรือ GSHP แบบน้ำต่อสารทำความเย็น^{[ 36 ]}เป็นทางเลือกที่เหมาะสม โดยผสานรวมองค์ประกอบของ ASHP และ GSHP แบบน้ำต่อน้ำ GSAHP ประกอบด้วย 3 ส่วนประกอบ ได้แก่ GHE (แนวตั้งหรือแนวนอน) ปั๊มความร้อน และชุดคอยล์พัดลม (FCU)

หน่วยปั๊มความร้อนประกอบด้วยเครื่องระเหย คอมเพรสเซอร์ คอนเดนเซอร์ และวาล์วขยายตัว^{[ 37 ]}พลังงานความร้อนถูกดึงมาจากพื้นดินผ่านสารละลายป้องกันการแข็งตัวใน GHE ถ่ายโอนไปยังสารทำความเย็นในปั๊มความร้อน และอัดก่อนที่จะส่งไปยังเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนระหว่างสารทำความเย็นกับอากาศ จากนั้นพัดลมจะหมุนเวียนอากาศร้อนภายในอาคาร

แตกต่างจากระบบปั๊ความร้อนใต้ดินแบบดั้งเดิม (GSHP) ระบบปั๊ความร้อนใต้ดินแบบใช้พัดลม (GSAHP) ไม่จำเป็นต้องใช้ระบบไฮดรอลิก (เช่น ระบบทำความร้อนใต้พื้นหรือหม้อน้ำติดผนัง) โดยใช้พัดลมในการกระจายความร้อนโดยตรงไปยังอากาศภายในอาคาร ซึ่งช่วยลดต้นทุนและความซับซ้อนในการติดตั้ง ในขณะที่ยังคงรักษาประสิทธิภาพของ GSHP ในสภาพอากาศหนาวเย็นไว้ได้ ด้วยการดึงความร้อนจากอุณหภูมิพื้นดินที่คงที่ GSAHP จึงมีประสิทธิภาพมากกว่า ASHP ในอุณหภูมิต่ำ และปล่อยก๊าซเรือนกระจกน้อยกว่า ต้นทุนการติดตั้งสำหรับ GSAHP อยู่ระหว่างระบบ ASHP และ GSHP แม้ว่าจะไม่จำเป็นต้องใช้ท่อภายในอาคาร แต่ก็จำเป็นต้องมีการเจาะหรือขุดเพื่อติดตั้งอุปกรณ์แลกเปลี่ยนความร้อนใต้ดิน (GHE)

การใช้ไฟฟ้าเป็นตัวขับเคลื่อนผลกระทบต่อสภาพภูมิอากาศของระบบปั๊มความร้อน GSAHP แสดงให้เห็นค่าสัมประสิทธิ์ประสิทธิภาพ (COP) ที่สูงกว่า ASHP ประมาณ 35% ภายใต้เงื่อนไขบางประการ^{[ 36 ]}เนื่องจากอุณหภูมิพื้นดินที่คงที่ที่ระบบเหล่านี้ใช้ประโยชน์ นอกจากนี้ ระยะการทำงานคิดเป็น 84% ของผลกระทบต่อสภาพภูมิอากาศตลอดวงจรชีวิตของปั๊มความร้อน^{[ 38 ]}ซึ่งเน้นย้ำถึงความสำคัญของประสิทธิภาพ (เช่น COP ที่สูงขึ้น) ในการลดการปล่อยก๊าซเรือนกระจก ศักยภาพในการทำให้โลกร้อน (GWP) ของ GSAHP ต่ำกว่า ASHP เกือบ 40% ^{[ 35 ]}ซึ่งแสดงให้เห็นถึงข้อได้เปรียบด้านสิ่งแวดล้อมในสภาพอากาศหนาวเย็น ข้อได้เปรียบด้านประสิทธิภาพนี้เด่นชัดเป็นพิเศษในช่วงฤดูหนาวเมื่อประสิทธิภาพของ ASHP มักจะลดลง GSAHP ใช้ไฟฟ้าในการทำความร้อนน้อยกว่า ลดการปล่อยก๊าซเรือนกระจก โดยเฉพาะในภูมิภาคที่มีความต้องการความร้อนสูงและโครงข่ายไฟฟ้าที่มีคาร์บอนเข้มข้น

ปั๊มความร้อนจากแหล่งอากาศต้องใช้หน่วยภายนอกที่มีส่วนประกอบเชิงกลที่เคลื่อนที่ได้ รวมถึงพัดลมซึ่งก่อให้เกิดเสียง อุปกรณ์สมัยใหม่มีตารางเวลาสำหรับการทำงานในโหมดเงียบด้วยความเร็วพัดลมที่ลดลง ซึ่งจะลดกำลังความร้อนสูงสุดลง แต่สามารถใช้งานได้ที่อุณหภูมิภายนอกที่ไม่สูงมากนักโดยไม่สูญเสียประสิทธิภาพ การติดตั้งตู้กันเสียงเป็นอีกแนวทางหนึ่งในการลดเสียงรบกวนในละแวกบ้านที่อ่อนไหว ในอาคารที่มีฉนวนกันความร้อน การทำงานสามารถหยุดชั่วคราวในเวลากลางคืนได้โดยไม่สูญเสียอุณหภูมิอย่างมีนัยสำคัญ เฉพาะในอุณหภูมิต่ำเท่านั้นที่การป้องกันน้ำค้างแข็งจะบังคับให้ทำงานหลังจากผ่านไปสองสามชั่วโมง การเลือกตำแหน่งที่เหมาะสมก็มีความสำคัญเช่นกัน^{[ 39 ]}

ในสหรัฐอเมริกา ระดับเสียงที่อนุญาตในเวลากลางคืนคือ 45 เดซิเบลถ่วงน้ำหนัก A (dBA) [ ^{40 ] ใน}สหราชอาณาจักร ขีดจำกัดถูกกำหนดไว้ที่ 42 dB โดยวัดจากเพื่อนบ้านที่ใกล้ที่สุด^{[ 41 ]}ตามมาตรฐาน MCS 020 ^{[ 42 ]}หรือเทียบเท่า^{[ 43 ]}ในเยอรมนี ขีดจำกัดในพื้นที่อยู่อาศัยคือ 35 ซึ่งโดยปกติจะวัดตามมาตรฐานยุโรป EN 12102 ^{[ 44 ]}

คุณสมบัติอีกประการหนึ่งของปั๊มความร้อนจากแหล่งอากาศ (ASHP) ที่มีเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนภายนอก คือ จำเป็นต้องหยุดพัดลมเป็นระยะๆ เป็นเวลาหลายนาที เพื่อกำจัดน้ำแข็งที่สะสมอยู่ในหน่วยภายนอกในโหมดทำความร้อน หลังจากนั้น ปั๊มความร้อนจะเริ่มทำงานอีกครั้ง ส่วนนี้ของวงจรการทำงานส่งผลให้เกิดการเปลี่ยนแปลงของเสียงพัดลมอย่างกะทันหันสองครั้ง ผลกระทบทางเสียงจากการหยุดชะงักดังกล่าวจะรุนแรงเป็นพิเศษในสภาพแวดล้อมที่เงียบสงบ ซึ่งเสียงรบกวนพื้นหลังในเวลากลางคืนอาจต่ำเพียง 0 ถึง 10 dBA สิ่งนี้รวมอยู่ในกฎหมายในประเทศฝรั่งเศส ตามแนวคิดของฝรั่งเศสเกี่ยวกับเสียงรบกวน "การเกิดเสียงรบกวน" คือความแตกต่างระหว่างเสียงรบกวนรอบข้างรวมถึงเสียงรบกวนที่ก่อกวน และเสียงรบกวนรอบข้างที่ไม่มีเสียงรบกวนที่ก่อกวน^{[ 45 ] [ 46 ]}ในทางตรงกันข้าม ปั๊มความร้อนจากแหล่งพื้นดินไม่จำเป็นต้องมีหน่วยภายนอกที่มีส่วนประกอบเชิงกลที่เคลื่อนที่ได้

ประสิทธิภาพของปั๊มความร้อนจากแหล่งอากาศวัดได้จากค่าสัมประสิทธิ์ประสิทธิภาพ (COP) ค่า COP เท่ากับ 4 หมายความว่าปั๊มความร้อนผลิตพลังงานความร้อนได้ 4 หน่วยต่อการใช้ไฟฟ้า 1 หน่วย ในช่วงอุณหภูมิระหว่าง −3 °C (27 °F) ถึง 10 °C (50 °F) ค่า COP ของเครื่องหลายๆ เครื่องจะค่อนข้างคงที่ โดยประมาณแล้ว TheoreticalMaxCOP = (desiredIndoorTempC + 273) ÷ (desiredIndoorTempC - outsideTempC) ^{[ 47 ]}

ในสภาพอากาศที่ไม่รุนแรง โดยมีอุณหภูมิภายนอก 10 °C (50 °F) ค่า COP ของปั๊มความร้อนจากแหล่งอากาศที่มีประสิทธิภาพจะอยู่ในช่วง 4 ถึง 6 ^{[ 48 ]}อย่างไรก็ตาม ในวันที่อากาศหนาวเย็นในฤดูหนาว จะต้องใช้พลังงานมากขึ้นในการเคลื่อนย้ายความร้อนในปริมาณเท่ากันเข้าไปในอาคารมากกว่าในวันที่อากาศไม่รุนแรง^{[ 49 ]}ประสิทธิภาพของปั๊มความร้อนถูกจำกัดโดยวัฏจักรคาร์โนต์และจะเข้าใกล้ 1.0 เมื่อความแตกต่างของอุณหภูมิระหว่างภายนอกและภายในเพิ่มขึ้น ซึ่งสำหรับปั๊มความร้อนจากแหล่งอากาศส่วนใหญ่จะเกิดขึ้นเมื่ออุณหภูมิภายนอกเข้าใกล้ −18 °C (0 °F) โครงสร้างปั๊มความร้อนที่ใช้คาร์บอนไดออกไซด์เป็นสารทำความเย็นอาจมีค่า COP มากกว่า 2 แม้ในอุณหภูมิที่ต่ำถึง −20 °C ทำให้จุดคุ้มทุนลดลงเหลือ −30 °C (−22 °F) ปั๊มความร้อนจากแหล่งใต้ดินมีการเปลี่ยนแปลงของค่า COP น้อยกว่าเมื่ออุณหภูมิภายนอกเปลี่ยนแปลง เนื่องจากพื้นดินที่ดึงความร้อนออกมามีอุณหภูมิคงที่มากกว่าอากาศภายนอก

การออกแบบปั๊มความร้อนมีผลกระทบอย่างมากต่อประสิทธิภาพของมัน ปั๊มความร้อนแบบใช้แหล่งอากาศหลายรุ่นได้รับการออกแบบมาเพื่อใช้เป็นเครื่องปรับอากาศ เป็นหลัก โดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับใช้ในอุณหภูมิช่วงฤดูร้อน การออกแบบปั๊มความร้อนเพื่อวัตถุประสงค์ในการแลกเปลี่ยนความร้อนโดยเฉพาะ สามารถทำให้ได้ค่า COP ที่สูงขึ้นและอายุการใช้งานที่ยาวนานขึ้น การเปลี่ยนแปลงหลักๆ จะอยู่ที่ขนาดและชนิดของคอมเพรสเซอร์และเครื่องระเหย

ประสิทธิภาพการทำความร้อนและการทำความเย็นที่ปรับตามฤดูกาลจะแสดงด้วยปัจจัยประสิทธิภาพการทำความร้อนตามฤดูกาล (HSPF) และอัตราส่วนประสิทธิภาพพลังงานตามฤดูกาล (SEER) ตามลำดับ ในสหรัฐอเมริกา ประสิทธิภาพขั้นต่ำตามกฎหมายคือ 14 หรือ 15 SEER และ 8.8 HSPF ^{[ 29 ]}

คอมเพรสเซอร์แบบปรับความเร็วได้มีประสิทธิภาพมากกว่า เนื่องจากสามารถทำงานได้ช้าลง และเนื่องจากอากาศไหลผ่านช้าลง ทำให้น้ำมีเวลาควบแน่นมากขึ้น จึงมีประสิทธิภาพมากขึ้นเพราะอากาศที่แห้งกว่าจะเย็นตัวได้ง่ายกว่า อย่างไรก็ตาม คอมเพรสเซอร์ประเภทนี้มีราคาแพงกว่าและมีแนวโน้มที่จะต้องบำรุงรักษาหรือเปลี่ยนใหม่บ่อยกว่า^{[ 27 ]}การบำรุงรักษา เช่น การเปลี่ยนไส้กรอง สามารถปรับปรุงประสิทธิภาพได้ 10% ถึง 25% ^{[ 50 ]}

ปั๊มความร้อนเป็นกุญแจสำคัญในการลดการปล่อยคาร์บอนจากการใช้พลังงานในบ้านโดยการเลิกใช้หม้อต้มแก๊ส [ ^{23 ] [ 15 ] ณ}ปี 2024 IEA ระบุว่าสามารถลดการปล่อยก๊าซ CO2 ได้ 500 ล้านตันภายในปี^{[ 76 ]}

เนื่องจาก มีการใช้ ฟาร์มกังหันลมเพิ่มมากขึ้นเพื่อจ่ายกระแสไฟฟ้าให้กับโครงข่ายไฟฟ้าบางแห่ง เช่นดินแดนยูคอน ของแคนาดา ภาระการใช้ไฟฟ้าที่เพิ่มขึ้นในช่วงฤดูหนาวจึงสอดคล้องกับการผลิตไฟฟ้าที่เพิ่มขึ้นในช่วงฤดูหนาวจากกังหันลมและวันที่อากาศสงบส่งผลให้ภาระการทำความร้อนลดลงสำหรับบ้านส่วนใหญ่ แม้ว่าอุณหภูมิอากาศจะต่ำก็ตาม^{[ 77 ]}

ปั๊มความร้อนสามารถช่วยรักษาเสถียรภาพของโครงข่ายไฟฟ้าผ่าน การตอบสนอง ต่อความต้องการ^{[ 78 ]}เมื่อการใช้ปั๊มความร้อนเพิ่มมากขึ้น บางประเทศ เช่น สหราชอาณาจักร อาจจำเป็นต้องส่งเสริมให้ครัวเรือนใช้ ระบบ กักเก็บพลังงานความร้อนเช่น ถังเก็บน้ำที่มีฉนวนกันความร้อนอย่างดี^{[ 79 ]}ในบางประเทศ เช่น ออสเตรเลีย การบูรณาการระบบกักเก็บความร้อนนี้เข้ากับแผงโซลาร์เซลล์บนหลังคาก็จะเป็นประโยชน์เช่นกัน^{[ 80 ]}

แม้ว่าปั๊มความร้อนที่มีต้นทุนสูงกว่าจะมีประสิทธิภาพมากกว่า แต่การศึกษาในปี 2024 สรุปว่าสำหรับสหราชอาณาจักร "จากมุมมองของระบบพลังงาน โดยรวมแล้วการออกแบบปั๊มความร้อนที่มีค่า COP อยู่ในช่วง 2.8–3.2 ซึ่งโดยทั่วไปจะมีต้นทุนเฉพาะต่ำกว่า 650 ปอนด์/kWth และในขณะเดียวกันก็ลงทุนในเทคโนโลยีการผลิตพลังงานหมุนเวียนและแบตเตอรี่ที่มีกำลังการผลิตเพิ่มขึ้นเป็นอันดับแรก ตามด้วย OCGT และ CCGT ที่มี CCS" ^{[ 81 ]}

ณ ปี 2023 การซื้อและติดตั้ง ASHP ในบ้านที่มีอยู่แล้วนั้นมีราคาแพงหากไม่มีเงินอุดหนุนจากรัฐบาล แต่ต้นทุนตลอดอายุการใช้งานน่าจะน้อยกว่าหรือใกล้เคียงกับหม้อต้มแก๊สและเครื่องปรับอากาศ^{[ 82 ] [ 83 ]}โดยทั่วไปแล้ว สิ่งนี้ก็เป็นจริงเช่นกันหากไม่จำเป็นต้องใช้ในการทำความเย็น เนื่องจาก ASHP น่าจะมีอายุการใช้งานยาวนานกว่าหากใช้สำหรับการทำความร้อนเพียงอย่างเดียว^{[ 84 ]}ต้นทุนตลอดอายุการใช้งานของปั๊มความร้อนจากแหล่งอากาศจะได้รับผลกระทบจากราคาไฟฟ้าเมื่อเทียบกับก๊าซ (ในกรณีที่มีให้บริการ) และอาจใช้เวลาสองถึงสิบปีจึงจะคุ้มทุน^{[ 82 ]} IEA แนะนำให้รัฐบาลอุดหนุนราคาซื้อปั๊มความร้อนสำหรับที่อยู่อาศัย และบางประเทศก็ทำเช่นนั้น^{[ 85 ]}

ในนอร์เวย์^{[ 86 ]}ออสเตรเลียและนิวซีแลนด์ การทำความร้อนส่วนใหญ่มาจากปั๊มความร้อน ในปี 2022 ปั๊มความร้อนมียอดขายมากกว่าการทำความร้อนด้วยเชื้อเพลิงฟอสซิลในสหรัฐอเมริกาและฝรั่งเศส^{[ 85 ]}ในสหราชอาณาจักร ยอดขายปั๊มความร้อนรายปีเติบโตอย่างต่อเนื่องในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา โดยมียอดขายปั๊มความร้อน 26,725 เครื่องในปี 2018 ซึ่งเพิ่มขึ้นเป็น 60,244 เครื่องในปี 2023 ^{[ 87 ]} ปั๊มความร้อนแบบอากาศสู่อากาศ (ASHP) สามารถแข่งขันได้โดยการเพิ่มราคาก๊าซฟอสซิลเมื่อเทียบกับไฟฟ้าและใช้การกำหนดราคาไฟฟ้าแบบยืดหยุ่นที่เหมาะสม[ 23 ^{]ในสหรัฐอเมริกา}แบบอากาศสู่อากาศเป็นประเภทที่พบมากที่สุด^{[ 88 ]}ณ ปี 2023 ปั๊มความร้อนมากกว่า 80% เป็นแบบอากาศสู่อากาศ^{[ 15 ]}ในปี 2023 IEA ได้เรียกร้องข้อมูลที่ดีขึ้น โดยเฉพาะอย่างยิ่งเกี่ยวกับแบบอากาศสู่อากาศ^{[ 85 ]}

ความต้องการในการบำรุงรักษาปั๊มความร้อนจากแหล่งอากาศส่วนใหญ่คล้ายคลึงกับการติดตั้งเครื่องปรับอากาศและเตาเผาแบบดั้งเดิม เช่น การเปลี่ยนแผ่นกรองอากาศเป็นประจำ และการทำความสะอาดคอยล์ระเหยภายในอาคารและคอยล์ควบแน่นภายนอกอาคาร อย่างไรก็ตาม ยังมีมาตรการบำรุงรักษาเพิ่มเติมที่เฉพาะเจาะจงกับการทำงานของปั๊มความร้อนจากแหล่งอากาศ ซึ่งเกี่ยวข้องกับวิธีการทางกายภาพที่ปั๊มความร้อนดึงความร้อนจากอากาศภายนอก^{[ 89 ] [ 90 ] [ 91 ]}เนื่องจากปั๊มความร้อนที่ทำงานในโหมดทำความเย็นทำงานโดยพื้นฐานแล้วเหมือนกับระบบปรับอากาศแบบดั้งเดิม มาตรการเหล่านี้จึงเกี่ยวข้องกับประสิทธิภาพของ ASHP ในช่วงฤดูหนาวเป็นหลัก โดยเฉพาะในสภาพอากาศที่หนาวเย็น^{[ 92 ] [ 93 ]}

ในสภาพอากาศที่หนาวเย็น ซึ่งคอมเพรสเซอร์ต้องทำงานหนักขึ้นเพื่อดึงความร้อนจากอากาศภายนอก การป้องกันการสะสมของน้ำแข็งและน้ำค้างแข็งบนคอยล์ภายนอกจึงมีความสำคัญอย่างยิ่งต่อการรักษาประสิทธิภาพของ ASHP การสะสมนี้ทำหน้าที่เป็นชั้นฉนวนและลดอัตราการแลกเปลี่ยนความร้อนโดยการปิดกั้นการไหลของอากาศอย่างต่อเนื่องเหนือคอยล์ภายนอก^{[ 94 ]}เพื่อป้องกันปัญหานี้ จำเป็นต้องรักษาคอยล์ภายนอกให้สะอาดปราศจากสิ่งสกปรกหรือคราบต่างๆ เนื่องจากสิ่งเหล่านี้สามารถดักจับความชื้นจากอากาศ ซึ่งจะแข็งตัวเป็นน้ำแข็งบนคอยล์^{[ 95 ]}นอกจากนี้ จำเป็นต้องรักษาครีบที่ล้อมรอบคอยล์คอนเดนเซอร์และตะแกรงช่องอากาศเข้าของหน่วยภายนอกให้ปราศจากเศษวัสดุใดๆ เช่น ใบไม้ ซึ่งอาจปิดกั้นการไหลของอากาศและขัดขวางการแลกเปลี่ยนความร้อน^{[ 96 ] [ 97 ]}การบำรุงรักษาเช่นนี้ช่วยลดความจำเป็นในการละลายน้ำแข็งบ่อยครั้ง ซึ่งจะทำให้ปั๊มความร้อนเข้าสู่โหมดทำความเย็นและส่งสารทำความเย็นที่ร้อนไปยังคอยล์คอนเดนเซอร์เพื่อละลายน้ำแข็งที่สะสมอยู่^{[ 98 ]}วงจรละลายน้ำแข็งเหล่านี้อาจทำให้เกิดความผันผวนของความดันในท่อสารทำความเย็น ซึ่งนำไปสู่การรั่วไหลของสารทำความเย็นและลดประสิทธิภาพการทำงาน^{[ 99 ] [ 100 ]}

เมื่อประสิทธิภาพการทำความร้อนลดลง ASHP ยังคงสามารถเชื่อถือได้ผ่านแถบทำความร้อนเสริมซึ่งให้แหล่งความร้อนเพิ่มเติมผ่านความต้านทานไฟฟ้าเพื่อชดเชยการสูญเสียความร้อน แม้ว่ากระบวนการนี้จะมีประสิทธิภาพน้อยกว่ามากก็ตาม^{[ 101 ] [ 102 ]}

เชื่อกันว่า ASHP ต้องการการบำรุงรักษาน้อยกว่าระบบทำความร้อนที่ใช้เชื้อเพลิงฟอสซิล และบางคนกล่าวว่า ASHP บำรุงรักษาง่ายกว่าปั๊มความร้อนจากแหล่งใต้ดิน เนื่องจากความยากลำบากในการค้นหาและซ่อมแซมรอยรั่วใต้ดิน การติดตั้ง ASHP ที่มีขนาดเล็กเกินไปอาจทำให้อายุการใช้งานสั้นลง (แต่ถ้าขนาดใหญ่เกินไป ประสิทธิภาพก็จะลดลง) ^{[ 103 ]}อย่างไรก็ตาม บางคนกล่าวว่าหม้อไอน้ำต้องการการบำรุงรักษาน้อยกว่า ASHP ^{[ 104 ]}การ สำรวจ ของ Consumer Reportsพบว่า "โดยเฉลี่ยแล้ว ปั๊มความร้อนประมาณครึ่งหนึ่งมีแนวโน้มที่จะประสบปัญหาภายในสิ้นปีที่แปดของการเป็นเจ้าของ" ^{[ 105 ]}

เทคนิคการทำความเย็นทางเคมีสมัยใหม่พัฒนาขึ้นหลังจากการเสนอวงจรคาร์โนต์ในปี 1824 จาคอบ เพอร์กินส์ประดิษฐ์ เครื่องทำ น้ำแข็งโดยใช้อีเทอร์ในปี 1843 และเอ็ดมอนด์ คาร์เรสร้างตู้เย็นที่ใช้น้ำและกรดซัลฟิวริกในปี 1850 ในญี่ปุ่นฟูซาโนสุเกะ คูฮาระผู้ก่อตั้งฮิตาชิ จำกัดได้ประดิษฐ์เครื่องปรับอากาศสำหรับใช้ในบ้านของตนเองโดยใช้ CO2 อัดสารทำความเย็นในปี 1917 ^{[ 106 ]}

ในปี ค.ศ. 1930 โทมัส มิดจ์ลีย์ จูเนียร์ค้นพบไดคลอโรไดฟลูออโร มีเทน ซึ่งเป็นคลอริเนต ฟลูออโรคาร์บอน ( CFC ) ที่รู้จักกันในชื่อฟรีออน CFC เข้ามาแทนที่สารทำความเย็นแบบดั้งเดิมอย่างรวดเร็ว รวมถึง CO2 ซึ่งพิสูจน์แล้วว่ายากต่อการอัดเพื่อใช้ในครัวเรือน^{[ 107 ]} ) สำหรับใช้ในปั๊มความร้อนและตู้เย็นแต่ตั้งแต่ทศวรรษ ค.ศ. 1980 เป็นต้นมา CFC เริ่มเสื่อมความนิยมในฐานะสารทำความเย็นเมื่อมีการค้นพบผลกระทบที่เป็นอันตรายต่อชั้นโอโซนสารทำความเย็นทางเลือกอีกสองประเภท ได้แก่ ไฮโดรฟลูออโรคาร์บอน ( HFC ) และไฮโดรคลอโรฟลูออโรคาร์บอน ( HCFC ) ก็เสื่อมความนิยมเช่นกันเมื่อถูกระบุว่าเป็นก๊าซเรือนกระจก (นอกจากนี้ ยังพบว่า HCFC เป็นอันตรายต่อชั้นโอโซนมากกว่าที่คิดไว้แต่เดิม) อนุสัญญาเวียนนาว่าด้วยการคุ้มครองชั้นโอโซนพิธีสารมอนทรีออลและพิธีสารเกียวโตเรียกร้องให้เลิกใช้สารทำความเย็นดังกล่าวทั้งหมดภายในปี ค.ศ. 2030

ในปี พ.ศ. 2532 ท่ามกลางความกังวลในระดับนานาชาติเกี่ยวกับผลกระทบของคลอโรฟลูออโรคาร์บอนและไฮโดรคลอโรฟลูออโรคาร์บอนต่อชั้นโอโซน นักวิทยาศาสตร์Gustav LorentzenและSINTEFได้จดสิทธิบัตรวิธีการใช้ CO2 สารทำความเย็นในการทำความร้อนและความเย็น ต่อมามีการวิจัยเพิ่มเติมเกี่ยวกับการทำความเย็นด้วย CO2 Shecco ( Sustainable HEating and Cooling with CO2 ในกรุงบรัสเซลส์ประเทศเบลเยียมซึ่งนำไปสู่การใช้เทคโนโลยีสารทำความเย็น CO2 เพิ่มมากขึ้นยุโรป^{[ 107 ]}

ในปี 1993 บริษัทDenso ของญี่ปุ่น ร่วมกับ Gustav Lorentzen พัฒนาเครื่องปรับอากาศรถยนต์ โดยใช้ เป็นสารทำความเย็น พวกเขาได้สาธิตสิ่งประดิษฐ์นี้ในการประชุม International Institute of Refrigeration/Gustav Lorentzen ในเดือนมิถุนายน ปี 1998 ^{[ 108 ]}หลังจากการประชุม CRIEPI ( Central Research Institute of Electric Power Industry ) และ TEPCO ( The Tokyo Electric Power Company ) ได้ติดต่อ Denso เพื่อขอให้พัฒนาเครื่องปรับอากาศต้นแบบโดยใช้วัสดุสารทำความเย็นจากธรรมชาติแทนฟรีออน พวกเขาร่วมกันผลิต เครื่อง ต้นแบบ 30 เครื่องสำหรับการติดตั้งทดลองเป็นเวลาหนึ่งปีในสถานที่ต่างๆ ทั่วประเทศญี่ปุ่นตั้งแต่สภาพอากาศหนาวเย็นของฮอกไกโด ไปจนถึง โอกินาวาที่ร้อนกว่าหลังจากการศึกษาความเป็นไปได้ที่ ประสบความสำเร็จนี้ Denso ได้รับสิทธิบัตรในการอัดสารทำความเย็น CO2 ใช้ในปั๊มความร้อนจาก SINTEF ในเดือนกันยายน ปี 2000 ในช่วงต้นศตวรรษที่ 21 ปั๊มความร้อน CO2 ภายใต้EcoCuteได้รับความนิยมสำหรับบ้านสร้างใหม่ในญี่ปุ่น แต่ได้รับความนิยมช้ากว่าในที่อื่นๆ^{[ 109 ]}

ความต้องการปั๊มความร้อนเพิ่มขึ้นในไตรมาสแรกของศตวรรษที่ 21 ในสหรัฐอเมริกาและยุโรป โดยรัฐบาลให้เงินอุดหนุนเพื่อเพิ่มความมั่นคงด้านพลังงานและการลดการปล่อยคาร์บอน ชาวยุโรปมักใช้ระบบอากาศสู่น้ำ (เรียกอีกอย่างว่าระบบไฮโดรนิก) ซึ่งใช้หม้อน้ำ มากกว่าระบบอากาศสู่อากาศซึ่งเป็นที่นิยมในที่อื่นๆ ประเทศในเอเชียผลิตปั๊มความร้อนสามในสี่ของโลกในปี 2021 ^{[ 110 ]}

• หมวดหมู่: บริษัทด้านระบบทำความร้อน การระบายอากาศ และเครื่องปรับอากาศ
• วงจรทรานส์คริติคอล

• IPCC (2021). Masson-Delmotte, V.; Zhai, P.; Pirani, A.; Connors, SL; และคณะ (บรรณาธิการ). การเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศ 2021: พื้นฐานทางวิทยาศาสตร์กายภาพ (PDF)ผลงานของคณะทำงานที่ 1 ต่อรายงานการประเมินครั้งที่ 6ของคณะกรรมการระหว่างรัฐบาลว่าด้วยการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศ สำนักพิมพ์มหาวิทยาลัยเคมบริดจ์ (อยู่ระหว่างการตีพิมพ์)
  • Forster, P.; Storelvmo, T.; Armour, K.; Collins, W. (2021). "บทที่ 7: งบประมาณพลังงานของโลก ปฏิกิริยาตอบกลับของสภาพภูมิอากาศ และความไวต่อสภาพภูมิอากาศ เอกสารประกอบเพิ่มเติม" (PDF) . IPCC AR6 WG1 2021 .