Qual è la differenza tra pompe di calore e pompe di calore geotermiche?
Nell'era odierna, orientata a un utilizzo efficiente ed ecologico dell'energia, le pompe di calore e le pompe di calore geotermiche, due importanti sistemi di riscaldamento e raffreddamento, stanno gradualmente entrando nella mente delle persone. Differiscono significativamente in termini di principi di funzionamento, fonti energetiche, efficienza e costi di installazione. Comprendere queste differenze può aiutare gli utenti a scegliere l'apparecchiatura più adatta alle proprie esigenze e situazioni concrete.
Principi di funzionamento: diversi percorsi di trasferimento del calore
Una pompa di calore, in sostanza, è un dispositivo che utilizza energia in grado di estrarre calore da oggetti a bassa temperatura e trasferirlo a quelli ad alta temperatura. Il suo principio di funzionamento si basa sul concetto di pompa ad acqua. Proprio come una pompa ad acqua invia acqua da un punto più basso a uno più alto, una pompa di calore realizza il flusso inverso di calore da un'area a bassa temperatura a un'area ad alta temperatura consumando una certa quantità di energia esterna. Prendendo come esempio la comune pompa di calore a compressione, essa è composta principalmente da quattro componenti principali: un compressore, un condensatore, un componente di strozzamento e un evaporatore. Durante il funzionamento, l'evaporatore assorbe calore da una fonte di calore a bassa temperatura (come l'aria esterna), facendo evaporare il mezzo di lavoro a bassa temperatura e bassa pressione in vapore; il vapore viene aspirato e compresso dal compressore per trasformarsi in vapore ad alta temperatura e alta pressione; il vapore ad alta temperatura e alta pressione rilascia calore a un oggetto ad alta temperatura (come l'aria interna) nel condensatore e condensa in un liquido; Il liquido viene depressurizzato attraverso il componente di strozzamento e poi ritorna all'evaporatore per completare un ciclo. Questo ciclo si ripete per ottenere uno scambio termico continuo.
Le pompe di calore geotermiche, note anche come pompe di calore geotermiche (GHSP), si basano anch'esse sul principio di base delle pompe di calore, ma utilizzano risorse geotermiche superficiali sulla superficie terrestre come fonti di freddo e calore. Il loro processo di funzionamento è simile a quello delle pompe di calore tradizionali, ma la fonte di calore proviene dal sottosuolo. Quando una pompa di calore geotermica viene utilizzata per il riscaldamento, lo scambiatore di calore sotterraneo assorbe calore da fonti di calore a bassa temperatura come il suolo, le falde acquifere o le acque superficiali, lo trasferisce alla pompa di calore attraverso il fluido di lavoro circolante, che a sua volta ne aumenta la temperatura e lo distribuisce all'interno per riscaldare l'ambiente. In modalità di raffreddamento, il processo viene invertito e il calore all'interno viene trasferito nel sottosuolo.
Fonti di energia: scegliere tra aria e terra
Le pompe di calore sfruttano diverse fonti energetiche. Tra queste, la comune pompa di calore ad aria ricava calore dall'aria circostante. L'aria, in quanto fonte di calore, è ampiamente distribuita e inesauribile. Finché c'è aria, la pompa di calore ad aria può svolgere il suo ruolo. Tuttavia, la temperatura dell'aria è fortemente influenzata dalle stagioni, dall'alternanza giorno-notte e dalle variazioni meteorologiche. Negli inverni freddi, la temperatura dell'aria è bassa, il che aumenta la difficoltà per la pompa di calore di ricavare calore dall'aria e l'efficienza di riscaldamento può diminuire.
Le pompe di calore geotermiche sfruttano le risorse geotermiche superficiali della superficie terrestre. Il suolo superficiale, le falde acquifere e le acque superficiali della Terra immagazzinano una grande quantità di energia solare e geotermica, e le loro temperature sono relativamente stabili. Ad esempio, in inverno, la temperatura del sottosuolo è solitamente superiore a quella dell'aria esterna, il che consente alle pompe di calore geotermiche di ottenere calore dal sottosuolo per il riscaldamento in modo più efficiente; in estate, la temperatura del sottosuolo è inferiore a quella dell'aria esterna, che può essere utilizzata come fonte di freddo per il raffrescamento. Questa fonte di calore stabile garantisce buone condizioni di funzionamento per le pompe di calore geotermiche, impedendone il funzionamento in caso di drastiche variazioni della temperatura dell'aria esterna.
Confronto dell'efficienza: le pompe di calore geotermiche hanno il vantaggio
L'efficienza delle pompe di calore è misurata da indicatori come il Coefficiente di Prestazione (COP) e il Fattore di Prestazione Stagionale (SPF). Il Coefficiente di Prestazione (COP) rappresenta la quantità di calore generata per unità di elettricità. Più alto è il valore, maggiore è il calore generato dalla pompa di calore rispetto al consumo energetico unitario e maggiore è l'efficienza. In generale, l'efficienza delle pompe di calore ad aria è solitamente compresa tra il 200% e il 400%, il che significa che per ogni kWh di elettricità consumata, è possibile generare da 2 a 4 kWh di calore. L'efficienza è influenzata da molti fattori, come la temperatura esterna, la differenza di temperatura tra interno ed esterno e le prestazioni della pompa di calore stessa. In climi estremamente freddi, per ottenere calore sufficiente dall'aria a bassa temperatura, le pompe di calore ad aria potrebbero dover consumare più elettricità per mantenere il funzionamento, con conseguente diminuzione del valore COP.
Le pompe di calore geotermiche offrono prestazioni più eccellenti in termini di efficienza perché utilizzano fonti di calore sotterranee relativamente stabili. L'efficienza energetica delle pompe di calore geotermiche può raggiungere il 300% - 600%, il che può ridurre il consumo energetico di circa il 25% - 50% rispetto alle pompe di calore aria-acqua. Nelle fredde notti invernali, quando la temperatura dell'aria nel terreno può scendere a livelli estremamente bassi, la temperatura del sottosuolo può comunque rimanere in un intervallo relativamente stabile, consentendo alle pompe di calore geotermiche di funzionare in modo continuo ed efficiente e di fornire calore agli ambienti interni in modo stabile. Anche in termini di valore COP medio calcolato durante l'intera stagione di riscaldamento (ovvero il fattore di prestazione stagionale SPF), le pompe di calore geotermiche presentano un intervallo elevato, il che dimostra ulteriormente la loro elevata efficienza nel funzionamento a lungo termine.
Costi di installazione: differenze nell'investimento iniziale
In termini di costi di installazione, esiste una differenza significativa tra pompe di calore e pompe di calore geotermiche. Prendendo ad esempio la comune pompa di calore ad aria, la sua installazione è relativamente semplice e non richiede complesse opere di ingegneria sotterranea. In genere, il costo di installazione di una comune pompa di calore ad aria per uso domestico è compreso tra 3.800 e 8.200 yuan (da circa 27.000 a 58.000 yuan). Questo include i costi di acquisto delle apparecchiature e i costi di manodopera per l'installazione di base. Le pompe di calore ad aria occupano una piccola area e richiedono poco spazio per l'installazione. La maggior parte dei balconi, tetti o cortili di abitazioni possono soddisfare le condizioni di installazione.
Il costo di installazione delle pompe di calore geotermiche è relativamente elevato. Poiché necessitano di utilizzare fonti di calore sotterranee, è necessario realizzare un sistema di scambio termico sotterraneo. Se si adotta il metodo di posa verticale delle tubazioni, è necessario perforare fori nel sottosuolo, solitamente a una profondità compresa tra 60 e 150 metri. Il numero di fori dipende dalle esigenze di riscaldamento e raffreddamento dell'edificio e dalle condizioni del sito. Inoltre, è necessario installare pompe di circolazione dell'acqua, sistemi di controllo e altre apparecchiature. Questi fattori comportano un aumento significativo dei costi di installazione delle pompe di calore geotermiche, con un costo medio di installazione compreso tra 15.000 e 35.000 yuan (circa 106.000-247.000 yuan). Oltre al costo di installazione iniziale, i costi di manutenzione delle pompe di calore geotermiche durante il funzionamento sono relativamente bassi, poiché la vita utile del sistema di scambio termico sotterraneo è lunga, fino a 40-60 anni, e la vita utile delle apparecchiature interne è anch'essa di circa 20-25 anni; mentre la vita utile complessiva delle pompe di calore ad aria è generalmente di 10-15 anni, un periodo relativamente breve. In un periodo più avanzato, potrebbe essere necessaria una sostituzione più frequente delle apparecchiature, con conseguente aumento dei costi di utilizzo a lungo termine.
Scenari applicabili: scelta in base alle condizioni locali
Le pompe di calore, in particolare quelle ad aria, hanno un'ampia applicabilità. Grazie alla loro semplicità di installazione e ai bassi requisiti di sito, sono adatte a diverse tipologie di edifici. Che si tratti di un condominio, di un complesso residenziale in città o di una casa autocostruita in campagna, possono essere facilmente installate e utilizzate, purché vi sia uno spazio esterno adeguato. In alcune zone con clima mite, le pompe di calore ad aria possono sfruttare appieno i loro vantaggi di elevata efficienza e risparmio energetico, offrendo agli utenti servizi di riscaldamento e raffrescamento confortevoli. Tuttavia, nelle zone fredde, quando la temperatura esterna è troppo bassa, l'effetto riscaldante delle pompe di calore ad aria può essere compromesso e potrebbe essere necessario ricorrere a un impianto di riscaldamento ausiliario per soddisfare il fabbisogno di riscaldamento interno.
Le pompe di calore geotermiche sono più adatte agli utenti che hanno determinate condizioni del sito e requisiti elevati di efficienza energetica. Ad esempio, ville unifamiliari o case con ampi giardini dispongono di spazio sufficiente per la costruzione di sistemi di scambio termico sotterranei. In alcune aree con rigorosi requisiti di tutela ambientale e perseguimento di un utilizzo efficiente dell'energia, il governo introdurrà anche politiche pertinenti per incoraggiare l'uso delle pompe di calore geotermiche e fornire determinati sussidi finanziari. Inoltre, per alcuni edifici commerciali o strutture pubbliche di grandi dimensioni, come hotel, ospedali e scuole, a causa delle loro elevate esigenze di riscaldamento e raffreddamento e dei lunghi tempi di funzionamento, le caratteristiche di alta efficienza e risparmio energetico delle pompe di calore geotermiche possono consentire un notevole risparmio sui costi energetici nel funzionamento a lungo termine, il che presenta un'elevata fattibilità economica. Tuttavia, se il sito di costruzione è di piccole dimensioni e non può essere utilizzato per costruzioni sotterranee su larga scala, o se le condizioni geologiche del sottosuolo sono complesse e non adatte alla perforazione e alla posa di tubazioni, l'applicazione delle pompe di calore geotermiche sarà limitata.
In sintesi, esistono differenze evidenti tra pompe di calore e pompe di calore geotermiche sotto molti aspetti. Nella scelta, gli utenti dovrebbero considerare attentamente le proprie esigenze di utilizzo, le condizioni del sito, il budget, nonché il clima e le politiche locali, soppesare i pro e i contro e prendere la decisione più adatta alle proprie esigenze. Che si scelga una pompa di calore o una pompa di calore geotermica, questa può contribuire al risparmio energetico e alla riduzione delle emissioni, creando un ambiente di vita e di lavoro confortevole.