Qual é a diferença entre bombas de calor e bombas de calor geotérmicas?
Na era atual de busca por uma utilização de energia eficiente e ecologicamente correta, bombas de calor e bombas de calor geotérmicas, como dois importantes equipamentos de aquecimento e resfriamento, estão gradualmente se tornando populares. Elas diferem significativamente em termos de princípios de funcionamento, fontes de energia, eficiência e custos de instalação. Entender essas diferenças pode ajudar os usuários a escolher o equipamento mais adequado de acordo com suas necessidades e situações reais.
Princípios de funcionamento: diferentes caminhos de transferência de calor
Uma bomba de calor, em essência, é um dispositivo que utiliza energia e pode extrair calor de objetos de baixa temperatura e transferi-lo para objetos de alta temperatura. Seu princípio de funcionamento baseia-se no conceito de uma bomba de água "". Assim como uma bomba de água envia água de um local mais baixo para um mais alto, uma bomba de calor obtém o fluxo reverso de calor de uma área de baixa temperatura para uma área de alta temperatura consumindo uma certa quantidade de energia externa. Tomando a bomba de calor de compressão comum como exemplo, ela consiste principalmente em quatro componentes principais: um compressor, um condensador, um componente de estrangulamento e um evaporador. Durante a operação, o evaporador absorve calor de uma fonte de calor de baixa temperatura (como o ar externo), fazendo com que o meio de trabalho de baixa temperatura e baixa pressão evapore em vapor; o vapor é sugado e comprimido pelo compressor para se tornar vapor de alta temperatura e alta pressão; o vapor de alta temperatura e alta pressão libera calor para um objeto de alta temperatura (como o ar interno) no condensador e condensa em um líquido; O líquido é despressurizado através do componente de estrangulamento e retorna ao evaporador para completar um ciclo. Este ciclo se repete para garantir a transferência contínua de calor.
As bombas de calor geotérmicas, também conhecidas como bombas de calor geotérmicas (GHSP), também se baseiam no princípio básico das bombas de calor, mas utilizam recursos geotérmicos rasos na superfície da Terra como fontes de frio e calor. Seu processo de funcionamento é semelhante ao das bombas de calor comuns, mas a fonte de calor vem do subsolo. Quando uma bomba de calor geotérmica é usada para aquecimento, o trocador de calor subterrâneo absorve calor de fontes de calor de baixa temperatura, como solo, água subterrânea ou água superficial, transfere-o para a unidade de bomba de calor através do meio de trabalho circulante, e então a unidade de bomba de calor eleva a temperatura do calor e o transfere para o interior para gerar aquecimento. No modo de resfriamento, o processo é inverso e o calor interno é transferido para o subsolo.
Fontes de energia: escolhendo entre o ar e a terra
As bombas de calor possuem uma variedade de fontes de energia. Entre elas, a bomba de calor de ar comum obtém calor do ar ambiente. O ar, como fonte de calor, é amplamente distribuído e inesgotável. Enquanto houver ar, a bomba de calor de ar pode desempenhar seu papel. No entanto, a temperatura do ar é bastante afetada pelas estações do ano, dia e noite, e pelas mudanças climáticas. Em invernos frios, a temperatura do ar é baixa, o que aumenta a dificuldade da bomba de calor em obter calor do ar, e a eficiência do aquecimento pode diminuir.
As bombas de calor geotérmicas concentram-se no uso de recursos geotérmicos superficiais na superfície da Terra. O solo superficial, as águas subterrâneas e as águas superficiais da Terra armazenam uma grande quantidade de energia solar e geotérmica, e suas temperaturas são relativamente estáveis. Por exemplo, no inverno, a temperatura do subsolo é geralmente mais alta do que a temperatura do ar externo, o que permite que as bombas de calor geotérmicas obtenham calor do subsolo de forma mais eficiente para aquecimento; no verão, a temperatura do subsolo é mais baixa do que a temperatura do ar externo, o que pode ser usado como fonte fria para resfriamento. Essa fonte de calor estável proporciona boas condições de trabalho para as bombas de calor geotérmicas, evitando que sejam perturbadas por mudanças drásticas na temperatura do ar externo.
Comparação de eficiência: bombas de calor geotérmicas levam vantagem
A eficiência das bombas de calor é medida por indicadores como o Coeficiente de Desempenho (COP) e o Fator de Desempenho Sazonal (FPS). O Coeficiente de Desempenho (COP) representa a quantidade de calor gerada por unidade de eletricidade. Quanto maior o valor, mais calor a bomba de calor gera em relação ao consumo de energia da unidade e maior a eficiência. De modo geral, a eficiência das bombas de calor de fonte de ar geralmente fica entre 200% e 400%, o que significa que para cada 1 kWh de eletricidade consumida, 2 a 4 kWh de calor podem ser gerados. Sua eficiência é afetada por muitos fatores, como temperatura externa, diferença de temperatura interna-externa e o desempenho da própria bomba de calor. Em clima extremamente frio, para obter calor suficiente do ar de baixa temperatura, as bombas de calor de fonte de ar podem precisar consumir mais eletricidade para manter a operação, resultando em uma diminuição no valor do COP.
As bombas de calor geotérmicas apresentam um desempenho superior em termos de eficiência porque utilizam fontes de calor subterrâneas relativamente estáveis. A eficiência energética das bombas de calor geotérmicas pode atingir 300% a 600%, o que pode reduzir o consumo de energia em cerca de 25% a 50% em comparação com as bombas de calor de fonte de ar. Nas noites frias de inverno, quando a temperatura do ar no solo pode cair a um nível extremamente baixo, a temperatura subterrânea ainda pode permanecer em uma faixa relativamente estável, permitindo que as bombas de calor geotérmicas operem de forma contínua e eficiente, fornecendo calor de forma estável em ambientes internos. Em termos do valor médio do COP calculado durante toda a estação de aquecimento (ou seja, o Fator de Desempenho Sazonal FPS), as bombas de calor geotérmicas também apresentam uma faixa elevada, o que comprova ainda mais sua alta eficiência em operações de longo prazo.
Custos de instalação: diferenças no investimento inicial
Em termos de custos de instalação, há uma diferença significativa entre bombas de calor e bombas de calor geotérmicas. Tomando como exemplo a bomba de calor de fonte de ar comum, sua instalação é relativamente simples e não requer engenharia subterrânea complexa. Geralmente, o custo de instalação de uma bomba de calor de fonte de ar doméstica comum fica entre 3.800 e 8.200 (cerca de 27.000 a 58.000 yuans). Isso inclui os custos de aquisição do equipamento e os custos básicos de mão de obra para instalação. As bombas de calor de fonte de ar ocupam uma área pequena e exigem pouco espaço para instalação. A maioria das varandas, terraços ou quintais residenciais atendem às condições de instalação.
O custo de instalação das bombas de calor geotérmicas é relativamente alto. Como elas precisam usar fontes de calor subterrâneas, é necessário construir um sistema de troca de calor subterrâneo. Se o método de assentamento vertical de tubos for adotado, é necessário perfurar furos subterrâneos, com uma profundidade geralmente entre 60 metros e 150 metros. O número de furos depende das necessidades de aquecimento e resfriamento do edifício e das condições do local. Além disso, também é necessário instalar bombas de água circulante, sistemas de controle e outros equipamentos. Esses fatores levam a um aumento significativo no custo de instalação das bombas de calor geotérmicas, com um custo médio de instalação entre 15.000 e 35.000 (cerca de 106.000 yuans a 247.000 yuans). Além do custo inicial de instalação, o custo de manutenção das bombas de calor geotérmicas durante a operação é relativamente baixo porque a vida útil do sistema de troca de calor subterrâneo é longa, de até 40 a 60 anos, e a vida útil dos equipamentos internos também é de cerca de 20 a 25 anos; Enquanto a vida útil geral das bombas de calor de fonte de ar é geralmente de 10 a 15 anos, o que é relativamente curto. Posteriormente, pode ser necessária a substituição mais frequente do equipamento, aumentando o custo de uso a longo prazo.
Cenários aplicáveis: escolha com base nas condições locais
As bombas de calor, especialmente as de fonte de ar, têm ampla aplicabilidade. Devido à sua instalação simples e aos baixos requisitos do local, são adequadas para diversos tipos de edifícios. Seja um prédio de apartamentos, uma comunidade residencial na cidade ou uma casa construída no campo, desde que haja um espaço externo adequado para instalação, elas podem ser facilmente instaladas e utilizadas. Em algumas áreas com climas amenos, as bombas de calor de fonte de ar podem aproveitar ao máximo suas vantagens de alta eficiência e economia de energia, proporcionando aos usuários serviços confortáveis de aquecimento e resfriamento. No entanto, em áreas frias, quando a temperatura externa é muito baixa, o efeito de aquecimento das bombas de calor de fonte de ar pode ser afetado, e equipamentos auxiliares de aquecimento podem ser necessários para atender às necessidades de aquecimento interno.
As bombas de calor geotérmicas são mais adequadas para usuários com determinadas condições locais e altos requisitos de eficiência energética. Por exemplo, vilas unifamiliares ou casas com amplos jardins têm espaço suficiente para a construção de sistemas subterrâneos de troca de calor. Em algumas áreas com rigorosos requisitos de proteção ambiental e busca por utilização eficiente de energia, o governo também introduzirá políticas relevantes para incentivar o uso de bombas de calor geotérmicas e fornecerá certos subsídios financeiros. Além disso, para alguns edifícios comerciais de grande porte ou instalações públicas, como hotéis, hospitais e escolas, devido às suas grandes necessidades de aquecimento e resfriamento e longo tempo de operação, as características de alta eficiência e economia de energia das bombas de calor geotérmicas podem economizar muitos custos de energia em operação de longo prazo, o que apresenta alta viabilidade econômica. No entanto, se o canteiro de obras for pequeno e não puder realizar construções subterrâneas em grande escala, ou se as condições geológicas subterrâneas forem complexas e não adequadas para perfuração e instalação de tubulações, a aplicação de bombas de calor geotérmicas será limitada.
Em resumo, existem diferenças óbvias entre bombas de calor e bombas de calor geotérmicas em muitos aspetos. Ao escolher, os utilizadores devem considerar exaustivamente as suas próprias necessidades de utilização, as condições do local, o orçamento, bem como o clima e as políticas locais, ponderar os prós e os contras e tomar a decisão mais adequada. A escolha de uma bomba de calor ou de uma bomba de calor geotérmica pode contribuir para a conservação de energia e a redução de emissões, criando um ambiente de vida e de trabalho confortável.