Kāda ir atšķirība starp siltumsūkņiem un ģeotermālajiem siltumsūkņiem?
Mūsdienu laikmetā, kad tiek meklēta efektīva un videi draudzīga enerģijas izmantošana, siltumsūkņi un ģeotermiskie siltumsūkņi kā divas svarīgas apkures un dzesēšanas iekārtas pakāpeniski nonāk cilvēku redzeslokā. Tie ievērojami atšķiras pēc darbības principiem, enerģijas avotiem, efektivitātes un uzstādīšanas izmaksām. Izpratne par šīm atšķirībām var palīdzēt lietotājiem izvēlēties vispiemērotāko aprīkojumu atbilstoši savām vajadzībām un faktiskajai situācijai.
Darbības principi: dažādi siltuma pārneses ceļi
Siltumsūknis būtībā ir enerģiju patērējoša ierīce, kas var iegūt siltumu no zemas temperatūras objektiem un pārnest to uz augstas temperatūras objektiem. Tā darbības princips balstās uz ūdens sūkņa koncepciju. Tāpat kā ūdens sūknis sūta ūdeni no zemākas vietas uz augstāku, siltumsūknis, patērējot noteiktu daudzumu ārējās enerģijas, panāk siltuma pretēju plūsmu no zemas temperatūras zonas uz augstas temperatūras zonu. Piemēram, parastais kompresijas siltumsūknis galvenokārt sastāv no četrām galvenajām sastāvdaļām: kompresora, kondensatora, droseļvārsta komponenta un iztvaicētāja. Darbības laikā iztvaicētājs absorbē siltumu no zemas temperatūras siltuma avota (piemēram, āra gaisa), izraisot zemas temperatūras un zema spiediena darba vides iztvaikošanu tvaikā; kompresors iesūc un saspiež tvaiku, lai tas kļūtu par augstas temperatūras un augsta spiediena tvaiku; augstas temperatūras un augsta spiediena tvaiks atbrīvo siltumu augstas temperatūras objektam (piemēram, iekštelpu gaisam) kondensatorā un kondensējas šķidrumā; Šķidrums tiek despiedēts caur droseļvārsta komponentu un pēc tam atgriežas iztvaicētājā, lai pabeigtu ciklu. Šis cikls atkārtojas, lai panāktu nepārtrauktu siltuma pārnesi.
Ģeotermālie siltumsūkņi, kas pazīstami arī kā zemes siltumsūkņi (GHSP), arī ir balstīti uz siltumsūkņu pamatprincipu, taču tie izmanto seklus Zemes virsmas ģeotermālos resursus kā aukstuma un siltuma avotus. To darbības process ir līdzīgs parasto siltumsūkņu darbības procesam, taču siltuma avots ir pazemes dzīles. Kad ģeotermālais siltumsūknis tiek izmantots apkurei, pazemes siltummainis absorbē siltumu no zemas temperatūras siltuma avotiem, piemēram, augsnes, gruntsūdeņiem vai virszemes ūdeņiem, caur cirkulējošo darba vidi to pārnes uz siltumsūkņa iekārtu, un pēc tam siltumsūkņa iekārta paaugstina siltuma temperatūru un nogādā to telpās, lai panāktu apkuri. Dzesēšanas režīmā process notiek apgrieztā secībā, un siltums telpās tiek pārnests pazemē.
Enerģijas avoti: izvēle starp gaisu un Zemi
Siltumsūkņiem ir dažādi enerģijas avoti. Starp tiem parastais gaisa-avota siltumsūknis iegūst siltumu no apkārtējā gaisa. Gaiss kā siltuma avots ir plaši izplatīts un neizsmeļams. Kamēr vien ir gaiss, gaisa-avota siltumsūknis var pildīt savu lomu. Tomēr gaisa temperatūru lielā mērā ietekmē gadalaiki, diennakts un laika apstākļu izmaiņas. Aukstās ziemās gaisa temperatūra ir zema, kas apgrūtina siltumsūknim iegūt siltumu no gaisa, un apkures efektivitāte var samazināties.
Ģeotermālie siltumsūkņi koncentrējas uz Zemes virsmas seklo ģeotermālo resursu izmantošanu. Zemes seklā augsne, gruntsūdeņi un virszemes ūdeņi uzkrāj lielu daudzumu saules enerģijas un ģeotermālās enerģijas, un to temperatūra ir relatīvi stabila. Piemēram, ziemā pazemes temperatūra parasti ir augstāka nekā āra gaisa temperatūra, kas ļauj ģeotermālajiem siltumsūkņiem efektīvāk iegūt siltumu no pazemes apkurei; vasarā pazemes temperatūra ir zemāka nekā āra gaisa temperatūra, ko var izmantot kā aukstuma avotu dzesēšanai. Šis stabilais siltuma avots nodrošina labus darba apstākļus ģeotermālajiem siltumsūkņiem, tāpēc tos netraucē krasas ārējās gaisa temperatūras izmaiņas.
Efektivitātes salīdzinājums: ģeotermālajiem siltumsūkņiem ir priekšrocības
Siltumsūkņu efektivitāti mēra ar tādiem rādītājiem kā lietderības koeficients (COP) un sezonālais lietderības koeficients (SPF). Lietderības koeficients (COP) atspoguļo saražotā siltuma daudzumu uz vienu elektroenerģijas vienību. Jo augstāka vērtība, jo vairāk siltuma siltumsūknis saražo uz vienu enerģijas patēriņu un jo augstāka ir efektivitāte. Vispārīgi runājot, gaisa-ūdens siltumsūkņu efektivitāte parasti ir no 200% līdz 400%, kas nozīmē, ka uz katru patērēto 1kWh elektroenerģijas var saražot 2–4kWh siltuma. To efektivitāti ietekmē daudzi faktori, piemēram, āra temperatūra, iekštelpu un āra temperatūras starpība un paša siltumsūkņa darbība. Ļoti aukstā laikā, lai iegūtu pietiekami daudz siltuma no zemas temperatūras gaisa, gaisa-ūdens siltumsūkņiem var būt nepieciešams patērēt vairāk elektroenerģijas, lai uzturētu darbību, kā rezultātā COP vērtība samazinās.
Ģeotermālie siltumsūkņi ir efektīvāki, jo tie izmanto relatīvi stabilus pazemes siltuma avotus. Ģeotermālo siltumsūkņu energoefektivitāte var sasniegt 300–600 %, kas var samazināt enerģijas patēriņu par aptuveni 25–50 % salīdzinājumā ar gaisa-ūdens siltumsūkņiem. Aukstās ziemas naktīs, kad zemes gaisa temperatūra var pazemināties līdz ārkārtīgi zemam līmenim, pazemes temperatūra joprojām var saglabāties relatīvi stabilā diapazonā, ļaujot ģeotermālajiem siltumsūkņiem darboties nepārtraukti un efektīvi un stabili nodrošināt siltumu telpās. Arī pēc vidējās COP vērtības, kas aprēķināta visā apkures sezonā (t. i., sezonālais veiktspējas koeficients SPF), ģeotermālajiem siltumsūkņiem ir augsts diapazons, kas vēl vairāk pierāda to augsto efektivitāti ilgstošā darbībā.
Uzstādīšanas izmaksas: sākotnējo ieguldījumu atšķirības
Runājot par uzstādīšanas izmaksām, pastāv ievērojama atšķirība starp siltumsūkņiem un ģeotermālajiem siltumsūkņiem. Piemēram, parastā gaisa-ūdens siltumsūkņa uzstādīšana ir samērā vienkārša un neprasa sarežģītus pazemes inženiertehniskos darbus. Parasti parasta mājsaimniecības gaisa-ūdens siltumsūkņa uzstādīšanas izmaksas ir no 3800 līdz 8200 (apmēram no 27 000 līdz 58 000 juaņām). Tas ietver iekārtu iegādes izmaksas un pamata uzstādīšanas darbaspēka izmaksas. Gaisa-ūdens siltumsūkņi aizņem nelielu platību un tiem ir zemas uzstādīšanas vietas prasības. Lielākā daļa ģimeņu balkonu, jumtu vai pagalmu var atbilst uzstādīšanas nosacījumiem.
Ģeotermālo siltumsūkņu uzstādīšanas izmaksas ir samērā augstas. Tā kā tiem ir jāizmanto pazemes siltuma avoti, ir nepieciešams izbūvēt pazemes siltumapmaiņas sistēmu. Ja tiek izmantota vertikālā cauruļu ieguldīšanas metode, ir nepieciešams urbt urbumus pazemē, kuru dziļums parasti ir no 60 metriem līdz 150 metriem. Urbto urbumu skaits ir atkarīgs no ēkas apkures un dzesēšanas vajadzībām un vietas apstākļiem. Turklāt ir jāuzstāda arī cirkulācijas ūdens sūkņi, vadības sistēmas un citas iekārtas. Šie faktori ievērojami palielina ģeotermālo siltumsūkņu uzstādīšanas izmaksas, un vidējās uzstādīšanas izmaksas ir no 15 000 līdz 35 000 (aptuveni no 106 000 līdz 247 000 juaņām). Papildus sākotnējām uzstādīšanas izmaksām ģeotermālo siltumsūkņu uzturēšanas izmaksas ekspluatācijas laikā ir samērā zemas, jo pazemes siltumapmaiņas sistēmas kalpošanas laiks ir ilgs, līdz 40 līdz 60 gadiem, un iekštelpu iekārtu kalpošanas laiks ir arī aptuveni 20 līdz 25 gadi; savukārt gaisa-ūdens siltumsūkņu kopējais kalpošanas laiks parasti ir no 10 līdz 15 gadiem, kas ir salīdzinoši īss laiks. Vēlākā periodā var būt nepieciešama biežāka iekārtu nomaiņa, kas palielina ilgtermiņa lietošanas izmaksas.
Piemērojamie scenāriji: izvēle, pamatojoties uz vietējiem apstākļiem
Siltumsūkņiem, īpaši gaisa-ūdens siltumsūkņiem, ir plaša pielietojuma joma. Pateicoties vienkāršai uzstādīšanai un zemajām prasībām pret vietu, tie ir piemēroti dažādu veidu ēkām. Neatkarīgi no tā, vai tā ir daudzdzīvokļu māja, dzīvojamais komplekss pilsētā vai pašbūvēta māja laukos, ja vien ir piemērota uzstādīšanas vieta ārā, tos var viegli uzstādīt un lietot. Dažās vietās ar maigu klimatu gaisa-ūdens siltumsūkņi var pilnībā izmantot savas priekšrocības, ko sniedz augsta efektivitāte un enerģijas taupīšana, nodrošinot lietotājiem komfortablus apkures un dzesēšanas pakalpojumus. Tomēr aukstās vietās, kad āra temperatūra ir pārāk zema, gaisa-ūdens siltumsūkņu sildīšanas efekts var tikt ietekmēts, un iekštelpu apkures vajadzību apmierināšanai var būt nepieciešamas papildu apkures iekārtas.
Ģeotermālie siltumsūkņi ir piemērotāki lietotājiem ar noteiktiem vietas apstākļiem un augstām energoefektivitātes prasībām. Piemēram, vienģimenes villām vai mājām ar lieliem dārziem ir pietiekami daudz vietas pazemes siltummaiņa sistēmu izbūvei. Dažās teritorijās ar stingrām vides aizsardzības prasībām un centieniem efektīvi izmantot enerģiju valdība ieviesīs arī atbilstošu politiku, lai veicinātu ģeotermālo siltumsūkņu izmantošanu un nodrošinātu noteiktas finansiālas subsīdijas. Turklāt dažām liela mēroga komerciālām ēkām vai sabiedriskām iestādēm, piemēram, viesnīcām, slimnīcām un skolām, to lielo apkures un dzesēšanas vajadzību un ilgā darbības laika dēļ ģeotermālo siltumsūkņu augstā efektivitāte un enerģijas taupīšanas īpašības var ietaupīt ievērojamas enerģijas izmaksas ilgstošas ekspluatācijas laikā, kas ir ekonomiski izdevīgi. Tomēr, ja būvlaukums ir mazs un nevar veikt liela mēroga pazemes būvniecību vai pazemes ģeoloģiskie apstākļi ir sarežģīti un nav piemēroti urbšanai un cauruļu ieguldīšanai, ģeotermālo siltumsūkņu pielietojums būs ierobežots.
Rezumējot, pastāv acīmredzamas atšķirības starp siltumsūkņiem un ģeotermālajiem siltumsūkņiem daudzos aspektos. Izvēloties, lietotājiem visaptveroši jāņem vērā savas lietošanas vajadzības, vietas apstākļi, budžets, kā arī vietējais klimats un politika, jāizsver plusi un mīnusi un jāpieņem sev vispiemērotākais lēmums. Neatkarīgi no tā, vai izvēlaties siltumsūkni vai ģeotermālo siltumsūkni, tas var veicināt enerģijas taupīšanu un emisiju samazināšanu, kā arī komfortablas dzīves un darba vides radīšanu.