Aký je rozdiel medzi tepelnými čerpadlami a geotermálnymi tepelnými čerpadlami?
V dnešnej dobe úsilia o efektívne a ekologické využívanie energie sa tepelné čerpadlá a geotermálne tepelné čerpadlá, ako dve dôležité vykurovacie a chladiace zariadenia, postupne dostávajú do povedomia ľudí. Výrazne sa líšia z hľadiska princípu fungovania, zdrojov energie, účinnosti a nákladov na inštaláciu. Pochopenie týchto rozdielov môže používateľom pomôcť vybrať si najvhodnejšie zariadenie podľa ich vlastných potrieb a aktuálnej situácie.
Pracovné princípy: Rôzne cesty prenosu tepla
Tepelné čerpadlo je v podstate zariadenie využívajúce energiu, ktoré dokáže odoberať teplo z objektov s nízkou teplotou a prenášať ho na objekty s vysokou teplotou. Jeho princíp fungovania vychádza z konceptu vodného čerpadla. Rovnako ako vodné čerpadlo posiela vodu z nižšieho miesta na vyššie, tepelné čerpadlo dosahuje spätný tok tepla z oblasti s nízkou teplotou do oblasti s vysokou teplotou spotrebou určitého množstva externej energie. Vezmime si ako príklad bežné kompresné tepelné čerpadlo, ktoré sa skladá hlavne zo štyroch hlavných komponentov: kompresora, kondenzátora, škrtiaceho komponentu a výparníka. Počas prevádzky výparník absorbuje teplo zo zdroja tepla s nízkou teplotou (napríklad z vonkajšieho vzduchu), čo spôsobuje odparovanie pracovného média s nízkou teplotou a nízkym tlakom na paru; para je nasávaná a stlačená kompresorom, čím sa stáva parou s vysokou teplotou a vysokým tlakom; para s vysokou teplotou a vysokým tlakom uvoľňuje teplo objektu s vysokou teplotou (napríklad z vnútorného vzduchu) v kondenzátore a kondenzuje na kvapalinu; Kvapalina sa odtlakuje cez škrtiaci komponent a potom sa vracia do výparníka, kde dokončí cyklus. Tento cyklus sa opakuje, aby sa dosiahol nepretržitý prenos tepla.
Geotermálne tepelné čerpadlá, známe aj ako geotermálne tepelné čerpadlá (GHSP), sú tiež založené na základnom princípe tepelných čerpadiel, ale ako zdroje chladu a tepla využívajú plytké geotermálne zdroje na zemskom povrchu. Ich pracovný proces je podobný ako pri bežných tepelných čerpadlách, ale zdroj tepla pochádza z podzemia. Keď sa geotermálne tepelné čerpadlo používa na vykurovanie, podzemný výmenník tepla absorbuje teplo z nízkoteplotných zdrojov tepla, ako je pôda, podzemná alebo povrchová voda, prenáša ho do tepelného čerpadla prostredníctvom cirkulujúceho pracovného média a tepelné čerpadlo potom zvyšuje teplotu tepla a dodáva ho dovnútra, aby sa dosiahlo vykurovanie. V režime chladenia je proces obrátený a teplo zvnútra sa prenáša do podzemia.
Zdroje energie: Výber medzi vzduchom a zemou
Tepelné čerpadlá majú rôzne zdroje energie. Medzi nimi je bežné tepelné čerpadlo vzduch-voda, ktoré získava teplo z okolitého vzduchu. Vzduch ako zdroj tepla je široko rozšírený a nevyčerpateľný. Pokiaľ je k dispozícii vzduch, tepelné čerpadlo vzduch-voda môže zohrávať svoju úlohu. Teplotu vzduchu však výrazne ovplyvňujú ročné obdobia, striedanie dňa a noci a zmeny počasia. V chladných zimách je teplota vzduchu nízka, čo zvyšuje ťažkosti tepelného čerpadla so získavaním tepla zo vzduchu a účinnosť vykurovania sa môže znížiť.
Geotermálne tepelné čerpadlá sa zameriavajú na využitie plytkých geotermálnych zdrojov na zemskom povrchu. Plytká pôda, podzemná voda a povrchová voda Zeme ukladajú veľké množstvo slnečnej a geotermálnej energie a ich teploty sú relatívne stabilné. Napríklad v zime je teplota podzemia zvyčajne vyššia ako teplota vonkajšieho vzduchu, čo umožňuje geotermálnym tepelným čerpadlám efektívnejšie získavať teplo z podzemia na vykurovanie; v lete je teplota podzemia nižšia ako teplota vonkajšieho vzduchu, čo sa dá využiť ako zdroj chladu na chladenie. Tento stabilný zdroj tepla poskytuje dobré prevádzkové podmienky pre geotermálne tepelné čerpadlá, vďaka čomu nie sú rušené drastickými zmenami vonkajšej teploty vzduchu.
Porovnanie účinnosti: Geotermálne tepelné čerpadlá majú výhodu
Účinnosť tepelných čerpadiel sa meria ukazovateľmi, ako sú súčiniteľ výkonu (COP) a sezónny výkonový faktor (SPF). Súčiniteľ výkonu (COP) predstavuje množstvo vyrobeného tepla na jednotku elektriny. Čím vyššia je hodnota, tým viac tepla tepelné čerpadlo vygeneruje pri jednotkovej spotrebe energie a tým vyššia je účinnosť. Vo všeobecnosti sa účinnosť tepelných čerpadiel vzduch-voda pohybuje medzi 200 % a 400 %, čo znamená, že na každú 1 kWh spotrebovanej elektriny je možné vyrobiť 2 – 4 kWh tepelného výkonu. Jeho účinnosť je ovplyvnená mnohými faktormi, ako je vonkajšia teplota, rozdiel teplôt medzi vnútorným a vonkajším prostredím a výkon samotného tepelného čerpadla. V extrémne chladnom počasí môžu tepelné čerpadlá vzduch-voda spotrebovať viac elektriny na udržanie prevádzky, aby získali dostatok tepla z nízkoteplotného vzduchu, čo vedie k zníženiu hodnoty COP.
Geotermálne tepelné čerpadlá dosahujú vynikajúce výsledky z hľadiska účinnosti, pretože využívajú relatívne stabilné podzemné zdroje tepla. Energetická účinnosť geotermálnych tepelných čerpadiel môže dosiahnuť 300 % – 600 %, čo môže znížiť spotrebu energie o približne 25 % až 50 % v porovnaní s tepelnými čerpadlami vzduch-voda. Počas chladných zimných nocí, keď teplota podzemného vzduchu môže klesnúť na extrémne nízku úroveň, môže teplota podzemného vzduchu zostať v relatívne stabilnom rozsahu, čo umožňuje geotermálnym tepelným čerpadlám pracovať nepretržite a efektívne a stabilne vykurovať vnútorné priestory. Pokiaľ ide o priemernú hodnotu COP vypočítanú počas celej vykurovacej sezóny (t. j. sezónny výkonový faktor SPF), geotermálne tepelné čerpadlá majú tiež vysoký rozsah, čo ďalej dokazuje ich vysokú účinnosť pri dlhodobej prevádzke.
Náklady na inštaláciu: Rozdiely v počiatočnej investícii
Pokiaľ ide o náklady na inštaláciu, medzi tepelnými čerpadlami a geotermálnymi tepelnými čerpadlami je významný rozdiel. Ak vezmeme ako príklad bežné tepelné čerpadlo vzduch-voda, jeho inštalácia je relatívne jednoduchá a nevyžaduje zložité podzemné inžinierstvo. Vo všeobecnosti sa náklady na inštaláciu bežného domáceho tepelného čerpadla vzduch-voda pohybujú medzi 3 800 a 8 200 juanmi (približne 27 000 až 58 000 juanov). To zahŕňa náklady na obstaranie zariadenia a základné náklady na prácu pri inštalácii. Tepelné čerpadlá vzduch-voda zaberajú malú plochu a majú nízke požiadavky na inštalačný priestor. Väčšina rodinných balkónov, striech alebo dvorov spĺňa podmienky inštalácie.
Náklady na inštaláciu geotermálnych tepelných čerpadiel sú relatívne vysoké. Keďže musia využívať podzemné zdroje tepla, je potrebné vybudovať podzemný systém výmeny tepla. Ak sa použije vertikálna metóda kladenia potrubia, je potrebné vyvŕtať vrty pod zemou, s hĺbkou zvyčajne medzi 60 a 150 metrami. Počet vrtov závisí od potrieb budovy na vykurovanie a chladenie a od podmienok na mieste. Okrem toho je potrebné nainštalovať aj obehové vodné čerpadlá, riadiace systémy a ďalšie zariadenia. Tieto faktory vedú k výraznému zvýšeniu nákladov na inštaláciu geotermálnych tepelných čerpadiel, pričom priemerné náklady na inštaláciu sa pohybujú medzi 15 000 a 35 000 juanmi (približne 106 000 až 247 000 juanov). Okrem počiatočných nákladov na inštaláciu sú náklady na údržbu geotermálnych tepelných čerpadiel počas prevádzky relatívne nízke, pretože životnosť podzemného systému výmeny tepla je dlhá, až 40 až 60 rokov, a životnosť vnútorných zariadení je tiež približne 20 až 25 rokov. zatiaľ čo celková životnosť tepelných čerpadiel vzduch-voda je vo všeobecnosti 10 až 15 rokov, čo je relatívne krátka doba. V neskoršom období môže byť potrebná častejšia výmena zariadení, čo zvyšuje dlhodobé prevádzkové náklady.
Použiteľné scenáre: Výber na základe miestnych podmienok
Tepelné čerpadlá, najmä tepelné čerpadlá vzduch-voda, majú široké uplatnenie. Vďaka jednoduchej inštalácii a nízkym nárokom na lokalitu sú vhodné pre rôzne typy budov. Či už ide o bytový dom, obytnú komunitu v meste alebo svojpomocne postavený dom na vidieku, pokiaľ je k dispozícii vhodný vonkajší inštalačný priestor, dajú sa ľahko nainštalovať a používať. V niektorých oblastiach s miernym podnebím môžu tepelné čerpadlá vzduch-voda naplno využiť svoje výhody vysokej účinnosti a úspory energie, čím poskytujú používateľom pohodlné vykurovanie a chladenie. Avšak v chladných oblastiach, keď je vonkajšia teplota príliš nízka, môže byť vykurovací účinok tepelných čerpadiel vzduch-voda ovplyvnený a na uspokojenie vnútorných vykurovacích potrieb môže byť potrebné pomocné vykurovacie zariadenie.
Geotermálne tepelné čerpadlá sú vhodnejšie pre používateľov, ktorí majú určité podmienky na stavenisku a vysoké požiadavky na energetickú účinnosť. Napríklad rodinné vily alebo domy s veľkými záhradami majú dostatok priestoru na výstavbu podzemných systémov výmeny tepla. V niektorých oblastiach s prísnymi požiadavkami na ochranu životného prostredia a snahou o efektívne využívanie energie vláda zavedie aj príslušné politiky na podporu používania geotermálnych tepelných čerpadiel a poskytne určité finančné dotácie. Okrem toho, v prípade niektorých veľkých komerčných budov alebo verejných zariadení, ako sú hotely, nemocnice a školy, môžu vďaka ich veľkým potrebám na vykurovanie a chladenie a dlhej prevádzkovej dobe vysokoúčinné a energeticky úsporné vlastnosti geotermálnych tepelných čerpadiel ušetriť veľa nákladov na energiu pri dlhodobej prevádzke, čo má vysokú ekonomickú realizovateľnosť. Ak je však stavenisko malé a nie je možné vykonávať rozsiahle podzemné stavby alebo sú podzemné geologické podmienky zložité a nie sú vhodné na vŕtanie a kladenie potrubí, použitie geotermálnych tepelných čerpadiel bude obmedzené.
Stručne povedané, medzi tepelnými čerpadlami a geotermálnymi tepelnými čerpadlami existujú zjavné rozdiely v mnohých aspektoch. Pri výbere by používatelia mali komplexne zvážiť svoje vlastné potreby, podmienky na mieste, rozpočet, ako aj miestnu klímu a predpisy, zvážiť výhody a nevýhody a urobiť pre seba najvhodnejšie rozhodnutie. Či už si vyberú tepelné čerpadlo alebo geotermálne tepelné čerpadlo, môže to prispieť k dosiahnutiu úspory energie a zníženiu emisií a k vytvoreniu pohodlného životného a pracovného prostredia.