Guidelines and the design approach for vertical geothermal heat pump systems: current status and perspective

Geothermal heat pumps are becoming increasingly popular due to their energy efficiency, rising energy prices, and them being a renewable or sustainable form of energy. However, design considerations and the regulatory framework have not advanced at the same pace. This work points to the need for design methods that consider groundwater advection where it is applicable, and a stronger regulatory environment, to ensure the sustainability of the geothermal energy sector. Related standards have been developed in a few countries; comparing them demonstrates some heterogeneity in the approach to the problem, criteria, and thresholds. While variances in thresholds can be geographically driven, synthesizing the criteria is a powerful means to more comprehensive guidelines. In particular, the interaction of heat exchangers with each other and the groundwater is a major concern. This review intends to provide the understanding needed to implement sustainable geothermal systems by highlighting the necessity for advancement of the current approach in design and standards, and providing direction for establishing improved design and standards. Particularly, by putting Canada in the international context, it is oriented to the Canadian audience and offers state of the art knowledge to professionals and authorities for a sustainable growth in this field. Resume : Les pompes achaleur geothermiques deviennent de plus en plus populaires en raison de leur efficacite energetique, de l'augmentation des couts de l'energie, et du fait que ce soit une forme d'energie renouvelable et durable. Cependant, les considerations de conception et le cadre reglementaire n'ont pas evolue ala meme vitesse. Cette etude demontre le besoin de methodes de conception qui considerent l'advection de l'eau souterraine lorsqu'applicable, et d'un environnement reglemen- taire plus fort pour assurer la durabilite du secteur de l'energie geothermique. Des standards ont ete developpes dans quelques pays; leur comparaison demontre quelques heterogeneites dans l'approche du probleme, des criteres et des limites. Puisque les variances entre les limites peuvent etre associees al'emplacement geographique, la synthese des criteres est un moyen efficace d'etablir des directives comprehensives. De facon particuliere, l'interaction des echangeurs de chaleur entre eux et avec l'eau souterraine est une preoccupation majeure. Cette revue de litterature veut offrir la comprehension necessaire pour implanter des systemes geothermiques durables en soulignant le besoin de developpement de l'approche actuelle de conception et de standards, et en offrant une direction pour l'etablissement de concepts et standards ameliores. L'etude positionne le Canada dans le contexte international, ainsi elle est orientee aune audience canadienne et presente l'etat de l'art des connaissances aux professionnels et autorites visant le developpement durable de ce domaine. (Traduit par la Redaction)