Koja je razlika između toplinskih pumpi i geotermalnih toplinskih pumpi?
U današnjem dobu težnje za učinkovitim i ekološki prihvatljivim korištenjem energije, toplinske pumpe i geotermalne toplinske pumpe, kao dvije važne opreme za grijanje i hlađenje, postupno ulaze u vidokrug ljudi. Značajno se razlikuju u pogledu principa rada, izvora energije, učinkovitosti i troškova instalacije. Razumijevanje tih razlika može pomoći korisnicima da odaberu najprikladniju opremu prema vlastitim potrebama i stvarnim situacijama.
Principi rada: Različiti putevi prijenosa topline
Toplinska pumpa je, u biti, uređaj za korištenje energije koji može izvlačiti toplinu iz objekata niske temperature i prenositi je na objekte visoke temperature. Njezin princip rada temelji se na konceptu vodene pumpe. Baš kao što vodena pumpa šalje vodu s nižeg na više mjesto, toplinska pumpa postiže obrnuti tok topline iz područja niske temperature u područje visoke temperature trošeći određenu količinu vanjske energije. Uzimajući uobičajenu kompresijsku toplinsku pumpu kao primjer, ona se uglavnom sastoji od četiri glavne komponente: kompresora, kondenzatora, komponente za prigušivanje i isparivača. Tijekom rada, isparivač apsorbira toplinu iz izvora topline niske temperature (kao što je vanjski zrak), uzrokujući isparavanje radnog medija niske temperature i niskog tlaka u paru; para se usisava i komprimira kompresorom kako bi postala para visoke temperature i visokog tlaka; para visoke temperature i visokog tlaka oslobađa toplinu objektu visoke temperature (kao što je unutarnji zrak) u kondenzatoru i kondenzira u tekućinu; Tekućina se dekompresira kroz prigušnu komponentu, a zatim se vraća u isparivač kako bi se dovršio ciklus. Ovaj se ciklus ponavlja kako bi se postigao kontinuirani prijenos topline.
Geotermalne toplinske pumpe, poznate i kao geotermalne toplinske pumpe (GHSP), također se temelje na osnovnom principu toplinskih pumpi, ali koriste plitke geotermalne resurse na Zemljinoj površini kao izvore hladnoće i topline. Njihov proces rada sličan je onome kod običnih toplinskih pumpi, ali izvor topline dolazi iz zemlje. Kada se geotermalna toplinska pumpa koristi za grijanje, podzemni izmjenjivač topline apsorbira toplinu iz niskotemperaturnih izvora topline poput tla, podzemnih voda ili površinskih voda, prenosi je na jedinicu toplinske pumpe putem cirkulirajućeg radnog medija, a zatim jedinica toplinske pumpe podiže temperaturu topline i predaje je u zatvorenom prostoru kako bi se postiglo grijanje. U načinu hlađenja proces je obrnut i toplina u zatvorenom prostoru prenosi se pod zemlju.
Izvori energije: Izbor između zraka i Zemlje
Toplinske pumpe imaju razne izvore energije. Među njima, uobičajena toplinska pumpa zrak-voda dobiva toplinu iz okolnog zraka. Zrak, kao izvor topline, široko je rasprostranjen i neiscrpan. Sve dok ima zraka, toplinska pumpa zrak-voda može igrati svoju ulogu. Međutim, na temperaturu zraka uvelike utječu godišnja doba, dan i noć te vremenske promjene. U hladnim zimama temperatura zraka je niska, što povećava poteškoće toplinske pumpe da dobije toplinu iz zraka, a učinkovitost grijanja može se smanjiti.
Geotermalne toplinske pumpe usredotočuju se na korištenje plitkih geotermalnih resursa na Zemljinoj površini. Plitko tlo, podzemne vode i površinske vode Zemlje pohranjuju veliku količinu sunčeve i geotermalne energije, a njihove temperature su relativno stabilne. Na primjer, zimi je temperatura podzemlja obično viša od temperature vanjskog zraka, što omogućuje geotermalnim toplinskim pumpama učinkovitije dobivanje topline iz podzemlja za grijanje; ljeti je temperatura podzemlja niža od temperature vanjskog zraka, što se može koristiti kao izvor hladnoće za hlađenje. Ovaj stabilan izvor topline pruža dobre radne uvjete za geotermalne toplinske pumpe, čineći ih neporemećenima drastičnim promjenama vanjske temperature zraka.
Usporedba učinkovitosti: Geotermalne toplinske pumpe imaju prednost
Učinkovitost toplinskih pumpi mjeri se pokazateljima kao što su koeficijent učinkovitosti (COP) i sezonski faktor učinkovitosti (SPF). Koeficijent učinkovitosti (COP) predstavlja količinu topline generirane po jedinici električne energije. Što je vrijednost veća, to toplinska pumpa generira više topline prema jediničnoj potrošnji energije, a to je veća učinkovitost. Općenito govoreći, učinkovitost toplinskih pumpi zrak-voda obično je između 200% i 400%, što znači da se za svakih 1 kWh potrošene električne energije može generirati 2 - 4 kWh toplinske snage. Na njezinu učinkovitost utječu mnogi čimbenici kao što su vanjska temperatura, razlika u unutarnjoj i vanjskoj temperaturi te performanse same toplinske pumpe. U ekstremno hladnom vremenu, kako bi dobile dovoljno topline iz zraka niske temperature, toplinske pumpe zrak-voda mogu morati potrošiti više električne energije za održavanje rada, što rezultira smanjenjem vrijednosti COP-a.
Geotermalne toplinske pumpe postižu izvrsnije rezultate u pogledu učinkovitosti jer koriste relativno stabilne podzemne izvore topline. Energetska učinkovitost geotermalnih toplinskih pumpi može doseći 300% - 600%, što može smanjiti potrošnju energije za oko 25% do 50% u usporedbi s toplinskim pumpama zrak-voda. U hladnim zimskim noćima, kada temperatura zraka u tlu može pasti na izuzetno nisku razinu, temperatura tla i dalje može ostati u relativno stabilnom rasponu, što omogućuje geotermalnim toplinskim pumpama kontinuiran i učinkovit rad te stabilno osigurava toplinu u zatvorenom prostoru. Što se tiče prosječne vrijednosti COP-a izračunate tijekom cijele sezone grijanja (tj. sezonskog faktora performansi SPF), geotermalne toplinske pumpe također imaju visok raspon, što dodatno dokazuje njihovu visoku učinkovitost u dugotrajnom radu.
Troškovi instalacije: Razlike u početnoj investiciji
Što se tiče troškova instalacije, postoji značajna razlika između toplinskih pumpi i geotermalnih toplinskih pumpi. Uzimajući uobičajenu toplinsku pumpu zrak-voda kao primjer, njena instalacija je relativno jednostavna i ne zahtijeva složene podzemne inženjerske radove. Općenito, trošak instalacije obične kućne toplinske pumpe zrak-voda iznosi između 3800 i 8200 juana (oko 27 000 do 58 000 juana). To uključuje troškove kupnje opreme i osnovne troškove rada prilikom instalacije. Toplinske pumpe zrak-voda zauzimaju malu površinu i imaju male zahtjeve za prostorom za instalaciju. Većina obiteljskih balkona, krovova ili dvorišta može zadovoljiti uvjete instalacije.
Troškovi ugradnje geotermalnih toplinskih pumpi relativno su visoki. Budući da moraju koristiti podzemne izvore topline, potrebno je izgraditi podzemni sustav izmjene topline. Ako se usvoji metoda vertikalnog polaganja cijevi, potrebno je izbušiti rupe pod zemljom, obično dubine između 60 i 150 metara. Broj rupa ovisi o potrebama za grijanjem i hlađenjem zgrade i uvjetima na lokaciji. Osim toga, potrebno je ugraditi i cirkulacijske pumpe vode, upravljačke sustave i drugu opremu. Ovi čimbenici dovode do značajnog povećanja troškova ugradnje geotermalnih toplinskih pumpi, s prosječnim troškovima ugradnje između 15.000 i 35.000 juana (oko 106.000 do 247.000 juana). Osim početnih troškova ugradnje, troškovi održavanja geotermalnih toplinskih pumpi tijekom rada relativno su niski jer je vijek trajanja podzemnog sustava izmjene topline dug, do 40 do 60 godina, a vijek trajanja unutarnje opreme također je oko 20 do 25 godina; dok je ukupni vijek trajanja toplinskih pumpi zrak-voda općenito 10 do 15 godina, što je relativno kratko. U kasnijem razdoblju može biti potrebna češća zamjena opreme, što povećava dugoročne troškove korištenja.
Primjenjivi scenariji: Odabir na temelju lokalnih uvjeta
Toplinske pumpe, posebno toplinske pumpe zrak-voda, imaju široku primjenu. Zbog jednostavne ugradnje i niskih zahtjeva za lokaciju, prikladne su za različite vrste zgrada. Bilo da se radi o stambenoj zgradi, stambenom naselju u gradu ili samoizgrađenoj kući na selu, sve dok postoji odgovarajući vanjski prostor za ugradnju, mogu se lako instalirati i koristiti. U nekim područjima s blagom klimom, toplinske pumpe zrak-voda mogu u potpunosti iskoristiti svoje prednosti visoke učinkovitosti i uštede energije, pružajući korisnicima ugodne usluge grijanja i hlađenja. Međutim, u hladnim područjima, kada je vanjska temperatura preniska, učinak grijanja toplinskih pumpi zrak-voda može biti narušen, te može biti potrebna pomoćna oprema za grijanje kako bi se zadovoljile potrebe za grijanjem u zatvorenom prostoru.
Geotermalne toplinske pumpe prikladnije su za korisnike koji imaju određene uvjete na lokaciji i visoke zahtjeve za energetskom učinkovitošću. Na primjer, obiteljske vile ili kuće s velikim vrtovima imaju dovoljno prostora za izgradnju podzemnih sustava za izmjenu topline. U nekim područjima sa strogim zahtjevima zaštite okoliša i težnjom za učinkovitim korištenjem energije, vlada će također uvesti relevantne politike za poticanje korištenja geotermalnih toplinskih pumpi i osigurati određene financijske subvencije. Osim toga, za neke velike poslovne zgrade ili javne objekte, poput hotela, bolnica i škola, zbog njihovih velikih potreba za grijanjem i hlađenjem te dugog vremena rada, visoka učinkovitost i energetske uštede geotermalnih toplinskih pumpi mogu uštedjeti mnogo troškova energije u dugoročnom radu, što ima visoku ekonomsku isplativost. Međutim, ako je gradilište malo i ne može se izvoditi velika podzemna gradnja ili su podzemni geološki uvjeti složeni i nisu prikladni za bušenje i polaganje cijevi, primjena geotermalnih toplinskih pumpi bit će ograničena.
Ukratko, postoje očite razlike između toplinskih pumpi i geotermalnih toplinskih pumpi u mnogim aspektima. Prilikom odabira, korisnici bi trebali sveobuhvatno razmotriti vlastite potrebe, uvjete na lokaciji, proračun, kao i lokalnu klimu i propise, odvagnuti prednosti i nedostatke te donijeti najprikladniju odluku za sebe. Bilo da odabiru toplinsku pumpu ili geotermalnu toplinsku pumpu, to može doprinijeti postizanju uštede energije i smanjenja emisija te stvaranju ugodnog životnog i radnog okruženja.