Jaký je rozdíl mezi tepelnými čerpadly a geotermálními tepelnými čerpadly?
V dnešní době snahy o efektivní a ekologické využívání energie se tepelná čerpadla a geotermální tepelná čerpadla, jako dvě důležitá zařízení pro vytápění a chlazení, postupně dostávají do povědomí lidí. Výrazně se liší z hlediska principu fungování, zdrojů energie, účinnosti a nákladů na instalaci. Pochopení těchto rozdílů může uživatelům pomoci vybrat si nejvhodnější zařízení podle jejich vlastních potřeb a aktuální situace.
Pracovní principy: Různé cesty přenosu tepla
Tepelné čerpadlo je v podstatě zařízení využívající energii, které dokáže odebírat teplo z objektů s nízkou teplotou a přenášet ho na objekty s vysokou teplotou. Jeho pracovní princip vychází z konceptu vodního čerpadla. Stejně jako vodní čerpadlo posílá vodu z níže položeného místa na místo s vyšší teplotou, tepelné čerpadlo dosahuje zpětného toku tepla z oblasti s nízkou teplotou do oblasti s vysokou teplotou spotřebou určitého množství externí energie. Vezměme si jako příklad běžné kompresní tepelné čerpadlo, které se skládá hlavně ze čtyř základních komponent: kompresoru, kondenzátoru, škrticí složky a výparníku. Během provozu výparník absorbuje teplo ze zdroje tepla s nízkou teplotou (například venkovního vzduchu), což způsobuje odpařování pracovního média s nízkou teplotou a nízkým tlakem na páru; pára je nasávána a stlačována kompresorem, čímž se stává párou s vysokou teplotou a vysokým tlakem; pára s vysokou teplotou a vysokým tlakem uvolňuje teplo objektu s vysokou teplotou (například vnitřnímu vzduchu) v kondenzátoru a kondenzuje na kapalinu; Kapalina je odtlakována přes škrticí prvek a poté se vrací do výparníku, kde dokončí cyklus. Tento cyklus se opakuje, aby se dosáhlo nepřetržitého přenosu tepla.
Geotermální tepelná čerpadla, známá také jako tepelná čerpadla země-voda (GHSP), jsou rovněž založena na základním principu tepelných čerpadel, ale využívají mělké geotermální zdroje na zemském povrchu jako zdroje chladu a tepla. Jejich pracovní proces je podobný jako u běžných tepelných čerpadel, ale zdroj tepla pochází z podzemí. Když se geotermální tepelné čerpadlo používá k vytápění, podzemní výměník tepla absorbuje teplo z nízkoteplotních zdrojů tepla, jako je půda, podzemní nebo povrchová voda, přenáší ho do tepelného čerpadla prostřednictvím cirkulujícího pracovního média a tepelné čerpadlo poté zvyšuje teplotu tepla a dodává ho dovnitř pro dosažení vytápění. V režimu chlazení je proces obrácený a teplo uvnitř se přenáší do podzemí.
Zdroje energie: Volba mezi vzduchem a Zemí
Tepelná čerpadla mají různé zdroje energie. Mezi nimi běžné tepelné čerpadlo vzduch-voda získává teplo z okolního vzduchu. Vzduch jako zdroj tepla je široce rozšířený a nevyčerpatelný. Dokud je k dispozici vzduch, může tepelné čerpadlo vzduch-voda hrát svou roli. Teplota vzduchu je však výrazně ovlivněna ročními obdobími, střídáním dne a noci a změnami počasí. V chladných zimách je teplota vzduchu nízká, což zvyšuje obtížnost získávání tepla ze vzduchu pro tepelné čerpadlo a účinnost vytápění se může snížit.
Geotermální tepelná čerpadla se zaměřují na využití mělkých geotermálních zdrojů na zemském povrchu. Mělká půda, podzemní a povrchová voda Země ukládají velké množství sluneční a geotermální energie a jejich teploty jsou relativně stabilní. Například v zimě je teplota pod zemí obvykle vyšší než teplota venkovního vzduchu, což umožňuje geotermálním tepelným čerpadlům efektivněji získávat teplo z podzemí pro vytápění; v létě je teplota pod zemí nižší než teplota venkovního vzduchu, což lze využít jako zdroj chladu pro chlazení. Tento stabilní zdroj tepla poskytuje geotermálním tepelným čerpadlům dobré provozní podmínky, díky čemuž nejsou rušena drastickými změnami venkovní teploty vzduchu.
Porovnání účinnosti: Geotermální tepelná čerpadla mají výhodu
Účinnost tepelných čerpadel se měří ukazateli, jako je součinitel výkonu (COP) a sezónní faktor výkonu (SPF). Součinitel výkonu (COP) představuje množství tepla vyrobeného na jednotku elektřiny. Čím vyšší je hodnota, tím více tepla tepelné čerpadlo generuje při jednotkové spotřebě energie a tím vyšší je účinnost. Obecně řečeno, účinnost tepelných čerpadel vzduch-voda se obvykle pohybuje mezi 200 % a 400 %, což znamená, že na každou 1 kWh spotřebované elektřiny lze vyrobit 2–4 kWh tepelného výkonu. Jejich účinnost je ovlivněna mnoha faktory, jako je venkovní teplota, rozdíl vnitřních a venkovních teplot a výkon samotného tepelného čerpadla. V extrémně chladném počasí, aby tepelná čerpadla vzduch-voda získala dostatek tepla z nízkoteplotního vzduchu, mohou potřebovat více elektřiny k udržení provozu, což vede ke snížení hodnoty COP.
Geotermální tepelná čerpadla dosahují vynikajících výsledků z hlediska účinnosti, protože využívají relativně stabilní podzemní zdroje tepla. Energetická účinnost geotermálních tepelných čerpadel může dosáhnout 300 % - 600 %, což může snížit spotřebu energie o přibližně 25 % až 50 % ve srovnání s tepelnými čerpadly vzduch-voda. Za chladných zimních nocí, kdy teplota zemního vzduchu může klesnout na extrémně nízkou úroveň, může teplota podzemního vzduchu zůstat v relativně stabilním rozmezí, což umožňuje geotermálním tepelným čerpadlům pracovat nepřetržitě a efektivně a stabilně vytápět vnitřní prostory. Pokud jde o průměrnou hodnotu COP vypočítanou během celé topné sezóny (tj. sezónní výkonový faktor SPF), geotermální tepelná čerpadla mají také vysoký rozsah, což dále dokazuje jejich vysokou účinnost při dlouhodobém provozu.
Náklady na instalaci: Rozdíly v počáteční investici
Pokud jde o náklady na instalaci, mezi tepelnými čerpadly a geotermálními tepelnými čerpadly je významný rozdíl. Vezměme si jako příklad běžné tepelné čerpadlo vzduch-voda, jeho instalace je relativně jednoduchá a nevyžaduje složité podzemní inženýrské práce. Obecně se náklady na instalaci běžného domácího tepelného čerpadla vzduch-voda pohybují mezi 3 800 a 8 200 juany (přibližně 27 000 až 58 000 juanů). To zahrnuje náklady na pořízení zařízení a základní náklady na práci při instalaci. Tepelná čerpadla vzduch-voda zabírají malou plochu a mají nízké požadavky na instalační prostor. Instalační podmínky splňují většina rodinných balkonů, střech nebo dvorů.
Náklady na instalaci geotermálních tepelných čerpadel jsou relativně vysoké. Protože potřebují využívat podzemní zdroje tepla, je nutné vybudovat podzemní systém výměny tepla. Pokud se použije vertikální metoda pokládky potrubí, je nutné vyvrtat pod zemí otvory, obvykle o hloubce mezi 60 a 150 metry. Počet vrtů závisí na potřebách vytápění a chlazení budovy a na podmínkách na místě. Kromě toho je nutné instalovat také oběhová vodní čerpadla, řídicí systémy a další zařízení. Tyto faktory vedou k výraznému zvýšení nákladů na instalaci geotermálních tepelných čerpadel, s průměrnými náklady na instalaci mezi 15 000 a 35 000 juany (přibližně 106 000 až 247 000 juanů). Kromě počátečních nákladů na instalaci jsou náklady na údržbu geotermálních tepelných čerpadel během provozu relativně nízké, protože životnost podzemního systému výměny tepla je dlouhá, až 40 až 60 let, a životnost vnitřního zařízení je také asi 20 až 25 let; zatímco celková životnost tepelných čerpadel vzduch-voda je obvykle 10 až 15 let, což je relativně krátká doba. V pozdějším období může být nutná častější výměna zařízení, což zvyšuje dlouhodobé provozní náklady.
Použitelné scénáře: Výběr na základě místních podmínek
Tepelná čerpadla, zejména tepelná čerpadla vzduch-voda, mají široké uplatnění. Díky své jednoduché instalaci a nízkým nárokům na lokalitu jsou vhodná pro různé typy budov. Ať už se jedná o bytový dům, obytný komplex ve městě nebo svépomocí postavený dům na venkově, pokud je k dispozici vhodný venkovní instalační prostor, lze je snadno instalovat a používat. V některých oblastech s mírným podnebím mohou tepelná čerpadla vzduch-voda plně využít svých výhod vysoké účinnosti a úspory energie a poskytovat uživatelům pohodlné vytápění a chlazení. V chladných oblastech, když je venkovní teplota příliš nízká, však může být topný účinek tepelných čerpadel vzduch-voda ovlivněn a pro uspokojení potřeb vnitřního vytápění může být zapotřebí pomocné topné zařízení.
Geotermální tepelná čerpadla jsou vhodnější pro uživatele s určitými podmínkami na staveništi a vysokými požadavky na energetickou účinnost. Například rodinné vily nebo domy s velkými zahradami mají dostatek prostoru pro výstavbu podzemních systémů pro výměnu tepla. V některých oblastech s přísnými požadavky na ochranu životního prostředí a snahou o efektivní využití energie vláda také zavede příslušné politiky na podporu používání geotermálních tepelných čerpadel a poskytne určité finanční dotace. Kromě toho u některých velkých komerčních budov nebo veřejných zařízení, jako jsou hotely, nemocnice a školy, mohou vzhledem k jejich velkým potřebám vytápění a chlazení a dlouhé době provozu vysoce účinné a energeticky úsporné vlastnosti geotermálních tepelných čerpadel ušetřit mnoho nákladů na energii při dlouhodobém provozu, což má vysokou ekonomickou proveditelnost. Pokud je však staveniště malé a nelze provádět rozsáhlé podzemní stavby, nebo jsou podzemní geologické podmínky složité a nevhodné pro vrtání a pokládku potrubí, bude použití geotermálních tepelných čerpadel omezené.
Stručně řečeno, mezi tepelnými čerpadly a geotermálními tepelnými čerpadly existují v mnoha ohledech zjevné rozdíly. Při výběru by uživatelé měli komplexně zvážit své vlastní potřeby, podmínky na místě, rozpočet, jakož i místní klima a předpisy, zvážit klady a zápory a učinit pro sebe nejvhodnější rozhodnutí. Ať už si vyberou tepelné čerpadlo nebo geotermální tepelné čerpadlo, může to přispět k dosažení úspor energie a snížení emisí a k vytvoření pohodlného životního a pracovního prostředí.