Яка різниця між тепловими насосами та геотермальними тепловими насосами?
В сучасну епоху прагнення до ефективного та екологічно чистого використання енергії теплові насоси та геотермальні теплові насоси, як два важливі види обладнання для опалення та охолодження, поступово потрапляють у поле зору людей. Вони суттєво відрізняються за принципами роботи, джерелами енергії, ефективністю та вартістю встановлення. Розуміння цих відмінностей може допомогти користувачам вибрати найбільш підходяще обладнання відповідно до їхніх потреб та реальних ситуацій.
Принципи роботи: різні шляхи теплопередачі
Тепловий насос, по суті, є енергоспоживаючим пристроєм, який може витягувати тепло з об'єктів з низькою температурою та передавати його до об'єктів з високою температурою. Його принцип роботи базується на концепції водяного насоса. Так само, як водяний насос перекачує воду з нижчого місця до вищого, тепловий насос забезпечує зворотний потік тепла з області з низькою температурою до області з високою температурою, споживаючи певну кількість зовнішньої енергії. Взявши за приклад звичайний компресійний тепловий насос, він складається з чотирьох основних компонентів: компресора, конденсатора, дросельного компонента та випарника. Під час роботи випарник поглинає тепло від джерела тепла з низькою температурою (наприклад, зовнішнього повітря), що призводить до випаровування робочого тіла з низькою температурою та низьким тиском у пару; пара всмоктується та стискається компресором, перетворюючись на пару з високою температурою та високим тиском; пара з високою температурою та високим тиском віддає тепло об'єкту з високою температурою (наприклад, повітрю в приміщенні) у конденсаторі та конденсується в рідину; Рідина скидається під тиском через дросельний компонент, а потім повертається до випарника для завершення циклу. Цей цикл повторюється для забезпечення безперервної теплопередачі.
Геотермальні теплові насоси, також відомі як геотермальні теплові насоси (ГТН), також базуються на основному принципі теплових насосів, але вони використовують неглибокі геотермальні ресурси на поверхні Землі як джерела холоду та тепла. Їхній робочий процес подібний до звичайних теплових насосів, але джерело тепла надходить з-під землі. Коли геотермальний тепловий насос використовується для опалення, підземний теплообмінник поглинає тепло з низькотемпературних джерел тепла, таких як ґрунт, підземні або поверхневі води, передає його до теплового насоса через циркулююче робоче середовище, а потім тепловий насос підвищує температуру тепла та подає його всередину для забезпечення опалення. У режимі охолодження процес відбувається зворотно, і тепло всередині передається під землю.
Джерела енергії: вибір між повітрям і Землею
Теплові насоси мають різноманітні джерела енергії. Серед них поширений тепловий насос типу «повітря-вода» отримує тепло з навколишнього повітря. Повітря, як джерело тепла, широко поширене та невичерпне. Поки є повітря, тепловий насос типу «повітря-вода» може виконувати свою функцію. Однак на температуру повітря значно впливають пори року, зміна дня та ночі, а також зміни погоди. Холодними зимами температура повітря низька, що ускладнює отримання тепловим насосом тепла з повітря, і ефективність нагріву може знизитися.
Геотермальні теплові насоси зосереджені на використанні неглибоких геотермальних ресурсів на поверхні Землі. Неглибокий ґрунт, підземні та поверхневі води Землі зберігають велику кількість сонячної та геотермальної енергії, а їхня температура відносно стабільна. Наприклад, взимку температура під землею зазвичай вища за температуру зовнішнього повітря, що дозволяє геотермальним тепловим насосам ефективніше отримувати тепло з-під землі для опалення; влітку температура під землею нижча за температуру зовнішнього повітря, що може бути використано як джерело холоду для охолодження. Це стабільне джерело тепла забезпечує хороші умови роботи геотермальних теплових насосів, завдяки чому вони не передаються через різкі зміни температури зовнішнього повітря.
Порівняння ефективності: геотермальні теплові насоси мають перевагу
Ефективність теплових насосів вимірюється такими показниками, як коефіцієнт перетворення (COP) та сезонний коефіцієнт перетворення (SPF). Коефіцієнт перетворення (COP) відображає кількість тепла, що виробляється на одиницю електроенергії. Чим вище значення, тим більше тепла генерує тепловий насос при одиничному споживанні енергії, і тим вищий коефіцієнт перетворення. Загалом, коефіцієнт перетворення повітряних теплових насосів зазвичай становить від 200% до 400%, що означає, що на кожен 1 кВт⋅год споживаної електроенергії можна виробити 2-4 кВт⋅год теплової потужності. На його ефективність впливає багато факторів, таких як температура зовнішнього повітря, різниця температур всередині та зовні приміщення, а також продуктивність самого теплового насоса. В надзвичайно холодну погоду, щоб отримати достатню кількість тепла з низькотемпературного повітря, повітряним тепловим насосам може знадобитися споживати більше електроенергії для підтримки роботи, що призводить до зниження значення COP.
Геотермальні теплові насоси демонструють кращі показники ефективності, оскільки вони використовують відносно стабільні підземні джерела тепла. Енергоефективність геотермальних теплових насосів може сягати 300% - 600%, що може знизити споживання енергії приблизно на 25% - 50% порівняно з тепловими насосами повітря-вода. У холодні зимові ночі, коли температура ґрунтового повітря може опуститися до надзвичайно низького рівня, температура під землею все ще може залишатися у відносно стабільному діапазоні, що дозволяє геотермальним тепловим насосам працювати безперервно та ефективно, а також стабільно забезпечувати теплом приміщення. Що стосується середнього значення COP, розрахованого протягом усього опалювального сезону (тобто сезонного коефіцієнта продуктивності SPF), геотермальні теплові насоси також мають високий діапазон, що ще раз доводить їхню високу ефективність у довгостроковій експлуатації.
Витрати на встановлення: Різниця в початкових інвестиціях
Що стосується вартості встановлення, то між тепловими насосами та геотермальними тепловими насосами існує суттєва різниця. Візьмемо, наприклад, звичайний тепловий насос типу «повітря-вода», його встановлення є відносно простим і не вимагає складних підземних інженерних робіт. Як правило, вартість встановлення звичайного побутового теплового насоса типу «повітря-вода» становить від 3800 до 8200 юанів (близько 27 000–58 000 юанів). Це включає витрати на придбання обладнання та основні витрати на оплату праці під час встановлення. Теплові насоси типу «повітря-вода» займають невелику площу та мають низькі вимоги до місця для встановлення. Більшість сімейних балконів, дахів або внутрішніх дворів можуть відповідати умовам встановлення.
Вартість встановлення геотермальних теплових насосів є відносно високою. Оскільки вони потребують використання підземних джерел тепла, необхідно побудувати підземну систему теплообміну. Якщо використовується метод вертикального прокладання труб, необхідно бурити під землею свердловини глибиною зазвичай від 60 до 150 метрів. Кількість свердловин залежить від потреб будівлі в опаленні та охолодженні та умов на місці. Крім того, необхідно також встановити циркуляційні водяні насоси, системи керування та інше обладнання. Ці фактори призводять до значного збільшення вартості встановлення геотермальних теплових насосів, із середньою вартістю встановлення від 15 000 до 35 000 юанів (близько 106 000 до 247 000 юанів). Окрім початкової вартості встановлення, вартість обслуговування геотермальних теплових насосів під час експлуатації є відносно низькою, оскільки термін служби підземної системи теплообміну довгий, до 40-60 років, а термін служби внутрішнього обладнання також становить близько 20-25 років; тоді як загальний термін служби теплових насосів типу «повітря-вода» зазвичай становить від 10 до 15 років, що є відносно коротким терміном. У пізніший період може знадобитися частіша заміна обладнання, що збільшує довгострокові витрати на використання.
Застосовувані сценарії: вибір на основі місцевих умов
Теплові насоси, особливо повітряно-водяні теплові насоси, мають широке застосування. Завдяки простому встановленню та низьким вимогам до ділянки, вони підходять для різних типів будівель. Чи то багатоквартирний будинок, житловий масив у місті, чи самобуд у сільській місцевості, за наявності відповідного місця для встановлення на відкритому повітрі їх можна легко встановити та використовувати. У деяких районах з м'яким кліматом повітряно-водяні теплові насоси можуть повною мірою реалізувати свої переваги високої ефективності та енергозбереження, забезпечуючи користувачам комфортні послуги опалення та охолодження. Однак у холодних районах, коли температура зовнішнього повітря занадто низька, нагрівальний ефект повітряно-водяних теплових насосів може бути порушений, і для задоволення потреб в опаленні приміщень може знадобитися допоміжне опалювальне обладнання.
Геотермальні теплові насоси більше підходять для користувачів з певними умовами ділянки та високими вимогами до енергоефективності. Наприклад, окремі вілли або будинки з великими садами мають достатньо місця для будівництва підземних систем теплообміну. У деяких районах із суворими вимогами до охорони навколишнього середовища та прагненням до ефективного використання енергії уряд також запровадить відповідну політику для заохочення використання геотермальних теплових насосів та надасть певні фінансові субсидії. Крім того, для деяких великомасштабних комерційних будівель або громадських закладів, таких як готелі, лікарні та школи, через їхні великі потреби в опаленні та охолодженні та тривалий час експлуатації, високоефективні та енергозберігаючі характеристики геотермальних теплових насосів можуть значно заощадити витрати на енергію при тривалій експлуатації, що має високу економічну доцільність. Однак, якщо будівельний майданчик невеликий і не може виконувати масштабне підземне будівництво, або підземні геологічні умови складні та не підходять для буріння та прокладання труб, застосування геотермальних теплових насосів буде обмеженим.
Підсумовуючи, існують очевидні відмінності між тепловими насосами та геотермальними тепловими насосами в багатьох аспектах. Вибираючи, користувачі повинні всебічно враховувати власні потреби, умови ділянки, бюджет, а також місцевий клімат та політику, зважити всі за і проти та прийняти найбільш підходяще для себе рішення. Незалежно від того, чи ви обираєте тепловий насос, чи геотермальний тепловий насос, це може сприяти досягненню енергозбереження та скороченню викидів, а також створенню комфортних умов проживання та роботи.