تفاوت بین پمپ‌های حرارتی و پمپ‌های حرارتی زمین‌گرمایی چیست؟
در عصر حاضر که به دنبال استفاده کارآمد و سازگار با محیط زیست از انرژی هستیم، پمپ‌های حرارتی و پمپ‌های حرارتی زمین‌گرمایی، به عنوان دو تجهیزات مهم گرمایش و سرمایش، به تدریج در معرض دید مردم قرار می‌گیرند. آنها از نظر اصول کار، منابع انرژی، راندمان و هزینه‌های نصب تفاوت‌های قابل توجهی دارند. درک این تفاوت‌ها می‌تواند به کاربران کمک کند تا مناسب‌ترین تجهیزات را مطابق با نیازها و شرایط واقعی خود انتخاب کنند.
اصول کار: مسیرهای مختلف انتقال حرارت
پمپ حرارتی، در اصل، دستگاهی است که از انرژی استفاده می‌کند و می‌تواند گرما را از اجسام با دمای پایین استخراج کرده و آن را به اجسام با دمای بالا منتقل کند. اصل کار آن از مفهوم پمپ آب ددد ... مایع از طریق قطعه‌ی تنظیم‌کننده‌ی دما، فشارش کاهش می‌یابد و سپس برای تکمیل یک چرخه به اواپراتور برمی‌گردد. این چرخه برای دستیابی به انتقال حرارت پیوسته تکرار می‌شود.
پمپ‌های حرارتی زمین‌گرمایی که به عنوان پمپ‌های حرارتی منبع زمینی (جی اچ اس پی) نیز شناخته می‌شوند، نیز بر اساس اصل اساسی پمپ‌های حرارتی عمل می‌کنند، اما از منابع زمین‌گرمایی کم‌عمق روی سطح زمین به عنوان منابع سرما و گرما استفاده می‌کنند. فرآیند کار آنها مشابه پمپ‌های حرارتی معمولی است، اما منبع گرما از زیر زمین می‌آید. هنگامی که از یک پمپ حرارتی زمین‌گرمایی برای گرمایش استفاده می‌شود، مبدل حرارتی زیرزمینی گرما را از منابع حرارتی با دمای پایین مانند خاک، آب‌های زیرزمینی یا آب‌های سطحی جذب می‌کند و آن را از طریق محیط کار در گردش به واحد پمپ حرارتی منتقل می‌کند و سپس واحد پمپ حرارتی دمای گرما را افزایش داده و آن را برای دستیابی به گرمایش به داخل ساختمان منتقل می‌کند. در حالت سرمایش، فرآیند برعکس می‌شود و گرمای داخل ساختمان به زیر زمین منتقل می‌شود.
منابع انرژی: انتخاب بین هوا و زمین
پمپ‌های حرارتی منابع انرژی متنوعی دارند. در میان آنها، پمپ حرارتی رایج منبع هوا، گرما را از هوای اطراف دریافت می‌کند. هوا، به عنوان یک منبع گرما، به طور گسترده توزیع شده و پایان‌ناپذیر است. تا زمانی که هوا وجود داشته باشد، پمپ حرارتی منبع هوا می‌تواند نقش خود را ایفا کند. با این حال، دمای هوا به شدت تحت تأثیر فصول، روز و شب و تغییرات آب و هوا قرار می‌گیرد. در زمستان‌های سرد، دمای هوا پایین است که این امر، دشواری دریافت گرما از هوا را برای پمپ حرارتی افزایش می‌دهد و ممکن است راندمان گرمایش کاهش یابد.
پمپ‌های حرارتی زمین‌گرمایی بر استفاده از منابع زمین‌گرمایی کم‌عمق در سطح زمین تمرکز دارند. خاک کم‌عمق، آب‌های زیرزمینی و آب‌های سطحی زمین مقدار زیادی انرژی خورشیدی و انرژی زمین‌گرمایی را ذخیره می‌کنند و دمای آنها نسبتاً پایدار است. به عنوان مثال، در زمستان، دمای زیرزمین معمولاً بالاتر از دمای هوای بیرون است که پمپ‌های حرارتی زمین‌گرمایی را قادر می‌سازد تا گرما را از زیرزمین برای گرمایش به طور مؤثرتری به دست آورند. در تابستان، دمای زیرزمین پایین‌تر از دمای هوای بیرون است که می‌تواند به عنوان منبع سرد برای سرمایش استفاده شود. این منبع حرارتی پایدار، شرایط کاری خوبی را برای پمپ‌های حرارتی زمین‌گرمایی فراهم می‌کند و باعث می‌شود که آنها با تغییرات شدید دمای هوای بیرون دچار اختلال نشوند.
مقایسه راندمان: پمپ‌های حرارتی زمین‌گرمایی برتری دارند
راندمان پمپ‌های حرارتی با شاخص‌هایی مانند ضریب عملکرد (پلیس) و ضریب عملکرد فصلی (SPF) اندازه‌گیری می‌شود. ضریب عملکرد (پلیس) نشان دهنده میزان گرمای تولید شده به ازای هر واحد برق است. هرچه این مقدار بالاتر باشد، پمپ حرارتی گرمای بیشتری را تحت مصرف واحد انرژی تولید می‌کند و راندمان بالاتر است. به طور کلی، راندمان پمپ‌های حرارتی منبع هوا معمولاً بین 200 تا 400 درصد است، به این معنی که به ازای هر 1 کیلووات ساعت برق مصرفی، 2 تا 4 کیلووات ساعت خروجی گرما می‌تواند تولید شود. راندمان آن تحت تأثیر عوامل زیادی مانند دمای بیرون، اختلاف دمای داخل و خارج و عملکرد خود پمپ حرارتی قرار دارد. در هوای بسیار سرد، برای به دست آوردن گرمای کافی از هوای با دمای پایین، پمپ‌های حرارتی منبع هوا ممکن است برای حفظ عملکرد نیاز به مصرف برق بیشتری داشته باشند که منجر به کاهش مقدار پلیس می‌شود.
پمپ‌های حرارتی زمین‌گرمایی از نظر راندمان عملکرد بسیار بهتری دارند زیرا از منابع حرارتی زیرزمینی نسبتاً پایداری استفاده می‌کنند. راندمان انرژی پمپ‌های حرارتی زمین‌گرمایی می‌تواند به 300 تا 600 درصد برسد که در مقایسه با پمپ‌های حرارتی منبع هوایی، می‌تواند مصرف انرژی را حدود 25 تا 50 درصد کاهش دهد. در شب‌های سرد زمستان، هنگامی که دمای هوای زمین ممکن است به سطح بسیار پایینی کاهش یابد، دمای زیر زمین همچنان می‌تواند در محدوده نسبتاً پایداری باقی بماند و پمپ‌های حرارتی زمین‌گرمایی را قادر می‌سازد تا به طور مداوم و کارآمد کار کنند و به طور پایدار گرما را در داخل خانه تأمین کنند. از نظر میانگین مقدار پلیس محاسبه شده در کل فصل گرمایش (یعنی ضریب عملکرد فصلی SPF)، پمپ‌های حرارتی زمین‌گرمایی نیز محدوده بالایی دارند که این امر، راندمان بالای آنها را در عملکرد طولانی مدت بیشتر اثبات می‌کند.
هزینه‌های نصب: تفاوت در سرمایه‌گذاری اولیه
از نظر هزینه‌های نصب، تفاوت قابل توجهی بین پمپ‌های حرارتی و پمپ‌های حرارتی زمین‌گرمایی وجود دارد. به عنوان مثال، پمپ حرارتی منبع هوای معمولی، نصب آن نسبتاً ساده است و نیازی به مهندسی پیچیده زیرزمینی ندارد. به طور کلی، هزینه نصب یک پمپ حرارتی منبع هوای خانگی معمولی بین ۳۸۰۰ تا ۸۲۰۰ (حدود ۲۷۰۰۰ تا ۵۸۰۰۰ یوان) است. این شامل هزینه‌های خرید تجهیزات و هزینه‌های اولیه نیروی کار نصب می‌شود. پمپ‌های حرارتی منبع هوا مساحت کمی را اشغال می‌کنند و به فضای نصب کمی نیاز دارند. اکثر بالکن‌ها، پشت بام‌ها یا حیاط‌های خانگی می‌توانند شرایط نصب را برآورده کنند.
هزینه نصب پمپ‌های حرارتی زمین‌گرمایی نسبتاً بالاست. از آنجا که آنها نیاز به استفاده از منابع حرارتی زیرزمینی دارند، ساخت یک سیستم تبادل حرارت زیرزمینی ضروری است. در صورت استفاده از روش لوله‌گذاری عمودی، لازم است سوراخ‌هایی در زیر زمین حفر شود که عمق آنها معمولاً بین ۶۰ متر تا ۱۵۰ متر است. تعداد سوراخ‌های حفر شده به نیازهای گرمایش و سرمایش ساختمان و شرایط محل بستگی دارد. علاوه بر این، نصب پمپ‌های آب در گردش، سیستم‌های کنترل و سایر تجهیزات نیز ضروری است. این عوامل منجر به افزایش قابل توجه هزینه نصب پمپ‌های حرارتی زمین‌گرمایی می‌شود که میانگین هزینه نصب آنها بین ۱۵۰۰۰ تا ۳۵۰۰۰ (حدود ۱۰۶۰۰۰ تا ۲۴۷۰۰۰ یوان) است. علاوه بر هزینه نصب اولیه، هزینه نگهداری پمپ‌های حرارتی زمین‌گرمایی در حین کار نسبتاً کم است زیرا عمر مفید سیستم تبادل حرارت زیرزمینی طولانی است، تا ۴۰ تا ۶۰ سال، و عمر مفید تجهیزات داخلی نیز حدود ۲۰ تا ۲۵ سال است. در حالی که عمر مفید کلی پمپ‌های حرارتی منبع هوا عموماً ۱۰ تا ۱۵ سال است که نسبتاً کوتاه است. در دوره بعدی، ممکن است نیاز به تعویض مکرر تجهیزات باشد که هزینه استفاده طولانی مدت را افزایش می‌دهد.
سناریوهای قابل اجرا: انتخاب بر اساس شرایط محلی
پمپ‌های حرارتی، به ویژه پمپ‌های حرارتی منبع هوا، کاربرد گسترده‌ای دارند. به دلیل نصب ساده و نیازهای کم به محل، برای انواع مختلف ساختمان‌ها مناسب هستند. چه یک ساختمان آپارتمانی باشد، چه یک مجتمع مسکونی در شهر یا یک خانه شخصی در حومه شهر، تا زمانی که فضای نصب مناسبی در فضای باز وجود داشته باشد، می‌توان آنها را به راحتی نصب و استفاده کرد. در برخی مناطق با آب و هوای معتدل، پمپ‌های حرارتی منبع هوا می‌توانند از مزایای راندمان بالا و صرفه‌جویی در مصرف انرژی خود به طور کامل استفاده کنند و خدمات گرمایش و سرمایش راحتی را برای کاربران فراهم کنند. با این حال، در مناطق سردسیر، هنگامی که دمای بیرون خیلی پایین است، ممکن است اثر گرمایشی پمپ‌های حرارتی منبع هوا تحت تأثیر قرار گیرد و ممکن است برای تأمین نیازهای گرمایش داخلی به تجهیزات گرمایشی کمکی نیاز باشد.
پمپ‌های حرارتی زمین‌گرمایی برای کاربرانی که شرایط مکانی خاص و الزامات بالایی برای بهره‌وری انرژی دارند، مناسب‌تر هستند. به عنوان مثال، ویلاهای تک‌خانواری یا خانه‌هایی با باغ‌های بزرگ، فضای کافی برای ساخت سیستم‌های تبادل حرارت زیرزمینی دارند. در برخی مناطق با الزامات سختگیرانه حفاظت از محیط زیست و پیگیری استفاده کارآمد از انرژی، دولت همچنین سیاست‌های مربوطه را برای تشویق استفاده از پمپ‌های حرارتی زمین‌گرمایی و ارائه یارانه‌های مالی خاص معرفی خواهد کرد. علاوه بر این، برای برخی از ساختمان‌های تجاری بزرگ یا تأسیسات عمومی، مانند هتل‌ها، بیمارستان‌ها و مدارس، به دلیل نیازهای گرمایشی و سرمایشی زیاد و زمان کارکرد طولانی، ویژگی‌های راندمان بالا و صرفه‌جویی در مصرف انرژی پمپ‌های حرارتی زمین‌گرمایی می‌تواند در درازمدت هزینه‌های انرژی زیادی را صرفه‌جویی کند که از توجیه اقتصادی بالایی برخوردار است. با این حال، اگر محل ساخت و ساز کوچک باشد و امکان انجام ساخت و سازهای زیرزمینی در مقیاس بزرگ وجود نداشته باشد، یا شرایط زمین‌شناسی زیرزمینی پیچیده باشد و برای حفاری و لوله‌گذاری مناسب نباشد، کاربرد پمپ‌های حرارتی زمین‌گرمایی محدود خواهد شد.
به طور خلاصه، تفاوت‌های آشکاری بین پمپ‌های حرارتی و پمپ‌های حرارتی زمین‌گرمایی از بسیاری جهات وجود دارد. کاربران هنگام انتخاب باید به طور جامع نیازهای استفاده، شرایط محل، بودجه و همچنین آب و هوا و سیاست‌های محلی خود را در نظر بگیرند، مزایا و معایب را بسنجند و مناسب‌ترین تصمیم را برای خود بگیرند. چه پمپ حرارتی را انتخاب کنند و چه پمپ حرارتی زمین‌گرمایی، انتخاب آنها می‌تواند به صرفه‌جویی در مصرف انرژی و کاهش انتشار گازهای گلخانه‌ای و ایجاد یک محیط زندگی و کار راحت کمک کند.