Quina diferència hi ha entre les bombes de calor i les bombes de calor geotèrmiques?
En l'era actual de la recerca d'un ús eficient i respectuós amb el medi ambient, les bombes de calor i les bombes de calor geotèrmiques, com a dos equips importants de calefacció i refrigeració, estan entrant gradualment en la visió de la gent. Difereixen significativament pel que fa als principis de funcionament, les fonts d'energia, l'eficiència i els costos d'instal·lació. Comprendre aquestes diferències pot ajudar els usuaris a triar l'equip més adequat segons les seves pròpies necessitats i situacions reals.
Principis de funcionament: diferents camins de transferència de calor
Una bomba de calor, en essència, és un dispositiu que utilitza energia i pot extreure calor d'objectes de baixa temperatura i transferir-la a objectes d'alta temperatura. El seu principi de funcionament es basa en el concepte de bomba d'aigua. De la mateixa manera que una bomba d'aigua envia aigua d'un lloc inferior a un de superior, una bomba de calor aconsegueix el flux invers de calor d'una zona de baixa temperatura a una zona d'alta temperatura consumint una certa quantitat d'energia externa. Prenent com a exemple la bomba de calor de compressió comuna, consta principalment de quatre components principals: un compressor, un condensador, un component d'estrangulació i un evaporador. Durant el funcionament, l'evaporador absorbeix calor d'una font de calor de baixa temperatura (com ara l'aire exterior), fent que el medi de treball de baixa temperatura i baixa pressió s'evapori en vapor; el vapor és aspirat i comprimit pel compressor per convertir-se en vapor d'alta temperatura i alta pressió; el vapor d'alta temperatura i alta pressió allibera calor a un objecte d'alta temperatura (com ara l'aire interior) al condensador i es condensa en un líquid; El líquid es despressuritza a través del component d'estrangulació i després torna a l'evaporador per completar un cicle. Aquest cicle es repeteix per aconseguir una transferència de calor contínua.
Les bombes de calor geotèrmiques, també conegudes com a bombes de calor geotèrmiques (GHSP), també es basen en el principi bàsic de les bombes de calor, però utilitzen recursos geotèrmics superficials a la superfície de la Terra com a fonts de fred i calor. El seu procés de funcionament és similar al de les bombes de calor ordinàries, però la font de calor prové del subsòl. Quan s'utilitza una bomba de calor geotèrmica per a la calefacció, l'intercanviador de calor subterrani absorbeix la calor de fonts de calor de baixa temperatura com el sòl, les aigües subterrànies o l'aigua superficial, la transfereix a la unitat de la bomba de calor a través del medi de treball circulant i, a continuació, la unitat de la bomba de calor augmenta la temperatura de la calor i la subministra a l'interior per aconseguir la calefacció. En el mode de refrigeració, el procés s'inverteix i la calor a l'interior es transfereix al subsòl.
Fonts d'energia: triar entre l'aire i la Terra
Les bombes de calor tenen una varietat de fonts d'energia. Entre elles, la bomba de calor aire-font comuna obté calor de l'aire circumdant. L'aire, com a font de calor, està àmpliament distribuït i és inesgotable. Mentre hi hagi aire, la bomba de calor aire-font pot fer el seu paper. Tanmateix, la temperatura de l'aire es veu molt afectada per les estacions, el dia i la nit, i els canvis meteorològics. En els hiverns freds, la temperatura de l'aire és baixa, cosa que augmenta la dificultat per a la bomba de calor per obtenir calor de l'aire i l'eficiència de la calefacció pot disminuir.
Les bombes de calor geotèrmiques se centren en l'ús de recursos geotèrmics superficials a la superfície de la Terra. El sòl superficial, les aigües subterrànies i les aigües superficials de la Terra emmagatzemen una gran quantitat d'energia solar i geotèrmica, i les seves temperatures són relativament estables. Per exemple, a l'hivern, la temperatura subterrània sol ser més alta que la temperatura de l'aire exterior, cosa que permet a les bombes de calor geotèrmiques obtenir calor del subsòl de manera més eficient per a la calefacció; a l'estiu, la temperatura subterrània és més baixa que la temperatura de l'aire exterior, que es pot utilitzar com a font de fred per a la refrigeració. Aquesta font de calor estable proporciona bones condicions de treball per a les bombes de calor geotèrmiques, fent que no siguin pertorbades per canvis dràstics en la temperatura de l'aire exterior.
Comparació d'eficiència: les bombes de calor geotèrmiques tenen l'avantatge
L'eficiència de les bombes de calor es mesura mitjançant indicadors com el coeficient de rendiment (COP) i el factor de rendiment estacional (SPF). El coeficient de rendiment (COP) representa la quantitat de calor generada per unitat d'electricitat. Com més alt sigui el valor, més calor generarà la bomba de calor per unitat de consum d'energia i més alta serà l'eficiència. En general, l'eficiència de les bombes de calor d'aire sol estar entre el 200% i el 400%, cosa que significa que per cada kWh d'electricitat consumida, es poden generar entre 2 i 4 kWh de calor. La seva eficiència es veu afectada per molts factors com la temperatura exterior, la diferència de temperatura interior-exterior i el rendiment de la bomba de calor en si. En climes extremadament freds, per obtenir prou calor de l'aire a baixa temperatura, les bombes de calor d'aire poden necessitar consumir més electricitat per mantenir el funcionament, cosa que provocarà una disminució del valor del COP.
Les bombes de calor geotèrmiques tenen un rendiment més excel·lent pel que fa a l'eficiència perquè utilitzen fonts de calor subterrànies relativament estables. L'eficiència energètica de les bombes de calor geotèrmiques pot arribar al 300% - 600%, cosa que pot reduir el consum d'energia entre un 25% i un 50% en comparació amb les bombes de calor d'aire. Durant les fredes nits d'hivern, quan la temperatura de l'aire del terra pot baixar a un nivell extremadament baix, la temperatura subterrània encara es pot mantenir en un rang relativament estable, cosa que permet que les bombes de calor geotèrmiques funcionin de manera contínua i eficient i proporcionin calor a l'interior de manera estable. Pel que fa al valor mitjà del COP calculat durant tota la temporada de calefacció (és a dir, el factor de rendiment estacional SPF), les bombes de calor geotèrmiques també tenen un rang elevat, cosa que demostra encara més la seva alta eficiència en el funcionament a llarg termini.
Costos d'instal·lació: diferències en la inversió inicial
Pel que fa als costos d'instal·lació, hi ha una diferència significativa entre les bombes de calor i les bombes de calor geotèrmiques. Prenent com a exemple la bomba de calor aire-font comuna, la seva instal·lació és relativament senzilla i no requereix enginyeria subterrània complexa. Generalment, el cost d'instal·lació d'una bomba de calor aire-font domèstica ordinària és d'entre 3.800 i 8.200 iuans (uns 27.000 a 58.000 iuans). Això inclou els costos de compra de l'equip i els costos bàsics de mà d'obra d'instal·lació. Les bombes de calor aire-font ocupen una àrea petita i tenen pocs requisits d'espai d'instal·lació. La majoria de balcons, teulades o patis familiars poden complir les condicions d'instal·lació.
El cost d'instal·lació de les bombes de calor geotèrmiques és relativament elevat. Com que necessiten utilitzar fonts de calor subterrànies, cal construir un sistema d'intercanvi de calor subterrani. Si s'adopta el mètode de col·locació de canonades verticals, cal perforar forats sota terra, amb una profunditat generalment d'entre 60 i 150 metres. El nombre de forats depèn de les necessitats de calefacció i refrigeració de l'edifici i de les condicions del lloc. A més, també cal instal·lar bombes d'aigua circulant, sistemes de control i altres equips. Aquests factors condueixen a un augment significatiu del cost d'instal·lació de les bombes de calor geotèrmiques, amb un cost mitjà d'instal·lació d'entre 15.000 i 35.000 (uns 106.000 a 247.000 iuans). A més del cost d'instal·lació inicial, el cost de manteniment de les bombes de calor geotèrmiques durant el funcionament és relativament baix perquè la vida útil del sistema d'intercanvi de calor subterrani és llarga, de fins a 40 a 60 anys, i la vida útil dels equips interiors també és d'uns 20 a 25 anys; mentre que la vida útil total de les bombes de calor d'aire és generalment de 10 a 15 anys, cosa que és relativament curta. En el període posterior, pot ser necessari substituir els equips amb més freqüència, cosa que augmenta el cost d'ús a llarg termini.
Escenaris aplicables: elecció en funció de les condicions locals
Les bombes de calor, especialment les bombes de calor d'aire, tenen una àmplia aplicació. A causa de la seva senzilla instal·lació i els baixos requisits per al lloc, són adequades per a diversos tipus d'edificis. Tant si es tracta d'un edifici d'apartaments, una comunitat residencial a la ciutat o una casa autoconstruïda al camp, sempre que hi hagi un espai d'instal·lació exterior adequat, es poden instal·lar i utilitzar fàcilment. En algunes zones amb climes suaus, les bombes de calor d'aire poden aprofitar al màxim els seus avantatges d'alta eficiència i estalvi d'energia, proporcionant als usuaris serveis de calefacció i refrigeració confortables. Tanmateix, en zones fredes, quan la temperatura exterior és massa baixa, l'efecte de calefacció de les bombes de calor d'aire es pot veure afectat i pot ser necessari un equip de calefacció auxiliar per satisfer les necessitats de calefacció interior.
Les bombes de calor geotèrmiques són més adequades per a usuaris que tenen certes condicions del lloc i alts requisits d'eficiència energètica. Per exemple, les vil·les unifamiliars o les cases amb grans jardins tenen prou espai per a la construcció de sistemes d'intercanvi de calor subterranis. En algunes zones amb requisits estrictes de protecció ambiental i la recerca d'un ús eficient de l'energia, el govern també introduirà polítiques pertinents per fomentar l'ús de bombes de calor geotèrmiques i proporcionarà certes subvencions financeres. A més, per a alguns edificis comercials o instal·lacions públiques a gran escala, com ara hotels, hospitals i escoles, a causa de les seves grans necessitats de calefacció i refrigeració i el seu llarg temps de funcionament, les característiques d'alta eficiència i estalvi d'energia de les bombes de calor geotèrmiques poden estalviar molts costos d'energia en un funcionament a llarg termini, cosa que té una alta viabilitat econòmica. Tanmateix, si l'obra és petita i no es pot dur a terme una construcció subterrània a gran escala, o les condicions geològiques subterrànies són complexes i no són adequades per a la perforació i la col·locació de canonades, l'aplicació de bombes de calor geotèrmiques serà limitada.
En resum, hi ha diferències òbvies entre les bombes de calor i les bombes de calor geotèrmiques en molts aspectes. A l'hora d'escollir, els usuaris han de tenir en compte a fons les seves pròpies necessitats d'ús, les condicions del lloc, el pressupost, així com el clima i les polítiques locals, sospesar els avantatges i els inconvenients i prendre la decisió més adequada per a ells mateixos. Tant si es trien una bomba de calor com una bomba de calor geotèrmica, es pot contribuir a aconseguir la conservació d'energia i la reducció d'emissions, i a crear un entorn de vida i de treball confortable.