Анализ производительности тепловых насосов

Тепловой насос стал наиболее популярным отопительным оборудованием в Европе в 2018 году. Основная доля продаж пришлась на новое строительство. Однако, чтобы и дальше увеличивать потенциал сокращения выбросов СО2, в будущем, тепловые насосы должны быть массово интегрированы в нынешние дома.

По прогнозам аналитического центра Agora Energiewende и Немецкой Отраслевой Федерации (BDI), к 2050 году потребность в тепловых насосах вырастет до 14 миллионов устройств. И основную долю, до 90%, будут составлять воздушные тепловые насосы.

С целью улучшения функциональности, эффективности и интеграции тепловых насосов в системы отопления, институт Fraunhofer ISE, в рамках проекта «WPsmart im Bestand», уже более 12 лет проводит анализ работы тепловых насосов в полевых условиях на реальных объектах. Проанализированы 15 систем с тепловыми насосами воздух/вода и 12 установок на основе геотермальных тепловых насосов (рассол/вода). Все здания, которые принимали участие в исследовании имеют возраст минимум 20 лет. Большинство из которых построено с 1950 по 1995 год. Энергетическое состояние домов также очень разное. В качестве нагревательных поверхностей используются радиаторы, конвекторы и системы напольного отопления.

При расчете годового фактора производительности (JAZ) учитывались следующие потребители электроэнергии: тепловой насос, привод источника тепла (насос контура первичного контура рассола или вентилятор) и дополнительный нагревательный элемент. Значение тепловой мощности измеряются перед накопителем. Приведены промежуточные результаты основаны на периоде с июля 2017 по июнь 2018.

Особенно интересным является сравнение полученных данных с результатами мониторинга, проведенных десять лет назад. Среднегодовой фактор производительности JAZ в новом исследовании составляет 3,1 для систем воздух/вода и 3,7 для геотермальных систем. Это на 19% и 12% выше, чем значения полученные 10 лет назад. Как сообщает портал buduemo.com, причины этого весьма разнообразны:

1. В текущем исследовании температуры отопительного контура в среднем меньше, чем десять лет назад и, следовательно, более благоприятные для эффективного функционирования тепловых насосов.
   
   
2. Дома, которые исследуются, имеют низкую тепловую потребность, что позволяет снизить температуру системы отопления.
   
   
3. Профессиональное планирование и качественный монтаж позволяют снизить рабочие температуры.

Другим фактором улучшения годовых показателей работы является повышение эффективности самих устройств.

Краткий анализ результатов JAZ для всех тепловых насосов:

На рисунке системы воздух/вода представлены в соответствии с ростом годовых показателей работы. JAZ находится в диапазоне от 2,5 до 3,4. Недавно модернизированный дом достиг уровня 4,1.

Среднее значение всех установок составляет 3,1. Отчетливо наблюдается тенденция достижения высшего значения JAZ, при условии низкой температуры в контуре отопления.

Корреляция между эффективностью и температурой контура отопления менее выражена для двенадцати геотермальных установок, рассматриваемых здесь, чем для тепловых насосов воздух/вода. Это свидетельствует о том, что тепловые насосы в реальном режиме работы сталкиваются с множеством различных факторов, влияющих на эффективность. Основное преимущество тепловых насосов заложено в высокой температуре источника тепла, что существенно дает о себе знать в основной промежуток отопительного сезона. В течение всего периода измерений температура рассола была в диапазоне от 2,8 ° C и 5,4 ° C.

Измерения подтвердили, что высокие температуры контура отопления снижают эффективность системы. Такое негативное влияние на эффективность четко можно увидеть на примере установки № 1, где с максимальной температурой подачи в 66 ° C, значение JAZ составило всего 1,8!

Исследования, еще раз доказали, что эффективность работы тепловых насосов существенно зависит от правильного проектирования всей системы и необходимости использования низкотемпературных систем отопления. В сочетании с теплонасосными установками, поверхностные системы отопления/охлаждения - это комфорт и низкие затраты энергии.