Kuo skiriasi šilumos siurbliai ir geoterminiai šilumos siurbliai?
Šiandienos efektyvaus ir aplinkai nekenksmingo energijos naudojimo eroje šilumos siurbliai ir geoterminiai šilumos siurbliai, kaip du svarbūs šildymo ir vėsinimo įrenginiai, pamažu tampa žmonių akiratyje. Jie labai skiriasi veikimo principais, energijos šaltiniais, efektyvumu ir įrengimo sąnaudomis. Šių skirtumų supratimas gali padėti vartotojams pasirinkti tinkamiausią įrangą pagal savo poreikius ir realią situaciją.
Veikimo principai: skirtingi šilumos perdavimo keliai
Šilumos siurblys iš esmės yra energiją naudojantis įrenginys, galintis išgauti šilumą iš žemos temperatūros objektų ir perduoti ją aukštos temperatūros objektams. Jo veikimo principas remiasi vandens siurblio koncepcija. Kaip vandens siurblys siunčia vandenį iš žemesnės vietos į aukštesnę, taip ir šilumos siurblys, sunaudodamas tam tikrą kiekį išorinės energijos, pasiekia atvirkštinį šilumos srautą iš žemos temperatūros srities į aukštos temperatūros sritį. Pavyzdžiui, įprastas suspaudimo šilumos siurblys susideda iš keturių pagrindinių komponentų: kompresoriaus, kondensatoriaus, droselio komponento ir garintuvo. Veikimo metu garintuvas sugeria šilumą iš žemos temperatūros šilumos šaltinio (pvz., lauko oro), todėl žemos temperatūros ir žemo slėgio darbinė terpė išgaruoja į garus; garai įsiurbiami ir suspaudžiami kompresoriaus, kad virstų aukštos temperatūros ir aukšto slėgio garais; aukštos temperatūros ir aukšto slėgio garai atiduoda šilumą aukštos temperatūros objektui (pvz., patalpų orui) kondensatoriuje ir kondensuojasi į skystį; Skystis yra išleidžiamas iš slėgio per droselio komponentą ir grįžta į garintuvą, kad užbaigtų ciklą. Šis ciklas kartojasi, kad būtų užtikrintas nuolatinis šilumos perdavimas.
Geoterminiai šilumos siurbliai, dar vadinami gruntiniais šilumos siurbliais (GHSP), taip pat yra pagrįsti pagrindiniu šilumos siurblių principu, tačiau jie naudoja negilius Žemės paviršiaus geoterminius išteklius kaip šalčio ir šilumos šaltinius. Jų veikimo procesas yra panašus į įprastų šilumos siurblių, tačiau šilumos šaltinis yra po žeme. Kai geoterminis šilumos siurblys naudojamas šildymui, požeminis šilumokaitis sugeria šilumą iš žemos temperatūros šilumos šaltinių, tokių kaip dirvožemis, gruntinis vanduo arba paviršinis vanduo, perduoda ją šilumos siurblio įrenginiui per cirkuliuojančią darbinę terpę, o tada šilumos siurblys pakelia šilumos temperatūrą ir tiekia ją į patalpas, kad būtų pasiektas šildymas. Vėsinimo režimu procesas vyksta atvirkštiniu būdu, o šiluma į patalpas perduodama po žeme.
Energijos šaltiniai: pasirinkimas tarp oro ir žemės
Šilumos siurbliai turi įvairių energijos šaltinių. Įprastas oro šaltinis – šilumos siurblys, kuris šilumą gauna iš aplinkinio oro. Oras, kaip šilumos šaltinis, yra plačiai paplitęs ir neišsenkantis. Kol yra oro, oro šaltinis – šilumos siurblys gali atlikti savo vaidmenį. Tačiau oro temperatūrai didelę įtaką daro metų laikai, diena ir naktis bei oro pokyčiai. Šaltomis žiemomis oro temperatūra yra žema, todėl šilumos siurbliui sunkiau gauti šilumą iš oro, o šildymo efektyvumas gali sumažėti.
Geoterminiai šilumos siurbliai daugiausia dėmesio skiria negilių Žemės paviršiaus geoterminių išteklių naudojimui. Seklus dirvožemis, gruntinis vanduo ir paviršinis Žemės vanduo kaupia didelį kiekį saulės ir geoterminės energijos, o jų temperatūra yra gana stabili. Pavyzdžiui, žiemą požeminio sluoksnio temperatūra paprastai būna aukštesnė nei lauko oro temperatūra, todėl geoterminiai šilumos siurbliai gali efektyviau gauti šilumą iš požeminio sluoksnio šildymui; vasarą požeminio sluoksnio temperatūra yra žemesnė nei lauko oro temperatūra, todėl ją galima naudoti kaip šalčio šaltinį vėsinimui. Šis stabilus šilumos šaltinis suteikia geras geoterminių šilumos siurblių darbo sąlygas, todėl jų netrikdo staigūs išorinės oro temperatūros pokyčiai.
Efektyvumo palyginimas: geoterminiai šilumos siurbliai turi pranašumą
Šilumos siurblių efektyvumas matuojamas tokiais rodikliais kaip našumo koeficientas (COP) ir sezoninis našumo koeficientas (SPF). Naudingumo koeficientas (COP) rodo šilumos kiekį, pagamintą vienam elektros energijos vienetui. Kuo didesnė vertė, tuo daugiau šilumos šilumos siurblys pagamina suvartojęs energijos vienetą ir tuo didesnis efektyvumas. Paprastai oro šaltinio šilumos siurblių efektyvumas paprastai svyruoja nuo 200 % iki 400 %, o tai reiškia, kad sunaudojant 1 kWh elektros energijos, galima pagaminti 2–4 kWh šilumos. Jų efektyvumą lemia daugelis veiksnių, tokių kaip lauko temperatūra, vidaus ir lauko temperatūrų skirtumas ir paties šilumos siurblio našumas. Esant itin šaltam orui, norint gauti pakankamai šilumos iš žemos temperatūros oro, oro šaltinio šilumos siurbliai gali sunaudoti daugiau elektros energijos, kad palaikytų darbą, todėl COP vertė sumažėja.
Geoterminiai šilumos siurbliai pasižymi geresniu efektyvumu, nes naudoja santykinai stabilius požeminius šilumos šaltinius. Geoterminių šilumos siurblių energetinis efektyvumas gali siekti 300–600 %, o tai, palyginti su oro-vandens šilumos siurbliais, gali sumažinti energijos suvartojimą apie 25–50 %. Šaltomis žiemos naktimis, kai žemės oro temperatūra gali nukristi iki itin žemo lygio, požeminė temperatūra vis tiek gali išlikti santykinai stabiliame diapazone, todėl geoterminiai šilumos siurbliai gali veikti nuolat ir efektyviai bei stabiliai tiekti šilumą patalpoms. Pagal vidutinę COP vertę, apskaičiuotą per visą šildymo sezoną (t. y. sezoninį našumo koeficientą SPF), geoterminiai šilumos siurbliai taip pat pasižymi dideliu diapazonu, o tai dar labiau įrodo jų didelį efektyvumą ilgalaikio veikimo metu.
Įrengimo išlaidos: pradinių investicijų skirtumai
Kalbant apie įrengimo išlaidas, šilumos siurbliai ir geoterminiai šilumos siurbliai labai skiriasi. Pavyzdžiui, įprasto oro šaltinio šilumos siurblio įrengimas yra gana paprastas ir nereikalauja sudėtingų požeminių inžinerinių darbų. Paprastai įprasto buitinio oro šaltinio šilumos siurblio įrengimo kaina svyruoja nuo 3 800 iki 8 200 (apie 27 000–58 000 juanių). Į šią kainą įskaičiuotos įrangos įsigijimo išlaidos ir pagrindinės įrengimo darbo sąnaudos. Oro šaltinio šilumos siurbliai užima nedidelį plotą ir jiems nereikia daug vietos įrengimui. Dauguma šeimų balkonų, stogų ar kiemų gali atitikti įrengimo sąlygas.
Geoterminių šilumos siurblių įrengimo kaina yra gana didelė. Kadangi jiems reikia naudoti požeminius šilumos šaltinius, būtina įrengti požeminę šilumos mainų sistemą. Jei pasirenkamas vertikalus vamzdžių klojimo metodas, reikia gręžti po žeme esančias duobes, kurių gylis paprastai yra nuo 60 iki 150 metrų. Gręžtinių duobučių skaičius priklauso nuo pastato šildymo ir vėsinimo poreikių bei vietos sąlygų. Be to, reikia įrengti cirkuliacinius vandens siurblius, valdymo sistemas ir kitą įrangą. Dėl šių veiksnių geoterminių šilumos siurblių įrengimo kaina gerokai padidėja – vidutinė įrengimo kaina siekia nuo 15 000 iki 35 000 (apie 106 000–247 000 juanių). Be pradinės įrengimo kainos, geoterminių šilumos siurblių priežiūros kaina eksploatacijos metu yra gana maža, nes požeminės šilumos mainų sistemos tarnavimo laikas yra ilgas – iki 40–60 metų, o patalpų įrangos tarnavimo laikas taip pat yra apie 20–25 metus; Nors bendras oro-vandens šilumos siurblių tarnavimo laikas paprastai yra 10–15 metų, tai yra gana trumpas laikotarpis. Vėlesniu laikotarpiu gali tekti dažniau keisti įrangą, todėl ilgalaikės naudojimo išlaidos padidėja.
Taikomi scenarijai: pasirinkimas atsižvelgiant į vietos sąlygas
Šilumos siurbliai, ypač oras-vanduo šilumos siurbliai, yra plačiai pritaikomi. Dėl paprasto montavimo ir nedidelių reikalavimų statybvietei jie tinka įvairių tipų pastatams. Nesvarbu, ar tai daugiabutis, ar gyvenamųjų namų bendruomenė mieste, ar savarankiškai pastatytas namas kaime, jei tik yra tinkama lauko įrengimo vieta, juos galima lengvai sumontuoti ir naudoti. Kai kuriose švelnaus klimato vietovėse oras-vanduo šilumos siurbliai gali visapusiškai išnaudoti savo didelio efektyvumo ir energijos taupymo privalumus, teikdami vartotojams patogias šildymo ir vėsinimo paslaugas. Tačiau šaltuose regionuose, kai lauko temperatūra per žema, oras-vanduo šilumos siurblių šildymo efektas gali būti paveiktas, todėl gali prireikti pagalbinės šildymo įrangos, kad būtų patenkinti patalpų šildymo poreikiai.
Geoterminiai šilumos siurbliai labiau tinka vartotojams, turintiems tam tikras vietos sąlygas ir aukštus energijos vartojimo efektyvumo reikalavimus. Pavyzdžiui, vienbučiuose namuose ar namuose su dideliais sodais yra pakankamai vietos požeminėms šilumos mainų sistemoms įrengti. Kai kuriose vietovėse, kuriose taikomi griežti aplinkos apsaugos reikalavimai ir siekiama efektyvaus energijos vartojimo, vyriausybė taip pat įves atitinkamą politiką, skirtą skatinti geoterminių šilumos siurblių naudojimą ir teikti tam tikras finansines subsidijas. Be to, kai kuriems dideliems komerciniams pastatams ar viešosioms įstaigoms, tokioms kaip viešbučiai, ligoninės ir mokyklos, dėl didelių šildymo ir vėsinimo poreikių bei ilgo eksploatavimo laiko, didelis geoterminių šilumos siurblių efektyvumas ir energiją taupančios savybės gali sutaupyti daug energijos sąnaudų ilgalaikio eksploatavimo metu, o tai yra labai ekonomiškai naudinga. Tačiau jei statybvietė yra maža ir negalima vykdyti didelio masto požeminių statybų arba požeminės geologinės sąlygos yra sudėtingos ir netinka gręžimui ir vamzdžių klojimui, geoterminių šilumos siurblių taikymas bus ribotas.
Apibendrinant galima teigti, kad šilumos siurbliai ir geoterminiai šilumos siurbliai daugeliu aspektų akivaizdžiai skiriasi. Rinkdamiesi, vartotojai turėtų visapusiškai atsižvelgti į savo naudojimo poreikius, vietos sąlygas, biudžetą, taip pat į vietos klimatą ir politiką, pasverti privalumus ir trūkumus ir priimti sau tinkamiausią sprendimą. Nesvarbu, ar renkatės šilumos siurblį, ar geoterminį šilumos siurblį, jie gali prisidėti prie energijos taupymo, išmetamųjų teršalų kiekio mažinimo ir patogios gyvenamosios bei darbo aplinkos sukūrimo.