Аналіз продуктивності теплових насосів

Тепловий насос став найбільш популярним опалювальним обладнанням у Європі у 2018 році. Основна частка продажів припала на нове будівництво. Однак, щоб і далі збільшувати потенціал скорочення викидів СО2, у майбутньому, теплові насоси повинні бути масово інтегровані у сучасні будинки.

За прогнозами аналітичного центру Agora Energiewende та Німецької Галузевої Федерації (BDI), до 2050 року потреба у теплових насосах зросте до 14 мільйонів пристроїв. І основну частку, до 90%, складатимуть повітряні теплові насоси.

З метою поліпшення функціональності, ефективності та інтеграції теплових насосів у системи опалення, інститут Fraunhofer ISE, у рамках проєкту «WPsmart im Bestand», вже більш як 12 років проводить аналіз роботи теплових насосів у польових умовах на реальних об'єктах. Проаналізовано 15 систем з тепловими насосами повітря/вода та 12 установок на основі геотермальних теплових насосів (розсіл/вода). Всі будинки, що брали участь у дослідженні мають вік принаймні 20 років, більшість з яких зведено з 1950 по 1995 рік. Енергетичний стан будинків також дуже різний. У якості нагрівальних поверхонь використовуються радіатори, конвектори та системи підлогового опалення.

При розрахунку річного фактора продуктивності (JAZ) враховувались наступні споживачі електроенергії: тепловий насос, привід джерела тепла (насос контуру первинного контуру розсолу або вентилятор) і додатковий нагрівальний елемент. Значення теплової потужності вимірюються перед накопичувачем. Приведені проміжні результати засновані на періоді з липня 2017 по червень 2018 року.

Особливо цікавим є порівняння отриманих даних з результатами моніторингу, що були проведені десять років тому. Середньорічний фактор продуктивності JAZ у новому дослідженні становить 3,1 для систем повітря/вода і 3,7 для геотермальних систем. Це на 19% та 12% вище, ніж значення отримані 10 років тому. Як повідомляє портал buduemo.com, причини цього досить різноманітні:

1. У поточному дослідженні температури опалювального контуру у середньому менші ніж десять років тому і, отже, більш сприятливі для ефективного функціонування теплових насосів.
   
   
2. Будинки, що досліджуються, мають нижчу теплову потребу, що дозволяє знизити температуру контуру опалення.
   
   
3. Фахове планування та якісний монтаж дозволяють знизити робочі температури.

Іншим фактором покращення річних показників роботи є підвищення ефективності самих пристроїв.

Короткий аналіз результатів JAZ для всіх теплових насосів:

На малюнку системи повітря/вода представлені відповідно до зростання річних показників роботи. JAZ знаходиться у діапазоні від 2,5 до 3,4. Нещодавно модернізований будинок досяг рівня 4,1.

Середнє значення всіх установок становить 3,1. Чітко спостерігається тенденція досягнення вищого значення JAZ, при умові нижчої температури у контурі опалення.

Кореляція між ефективністю та температурою контуру опалення менш виражена для дванадцяти геотермальних установок, що розглядаються тут, ніж для теплових насосів повітря/вода. Це свідчить про те, що теплові насоси у реальному режимі роботи стикаються з безліччю різних факторів, які впливають на ефективність. Основна перевага теплових насосів закладена у вищій температурі джерела тепла, що суттєво дає про себе знати в основний проміжок опалювального сезону. Протягом всього періоду вимірювань температура розсолу була у діапазоні від 2,8 °C і 5,4 °C.

Вимірювання підтвердили, що високі температури контуру опалення знижують ефективність системи. Такий негативний вплив на ефективність чітко можна побачити на прикладі установки № 1, де з максимальною температурою подачі у 66 °C, значення JAZ склало всього 1,8!

Дослідження, ще раз довели, що ефективність роботи теплових насосів суттєво залежить від правильного проєктування всієї системи й необхідності використання низькотемпературних систем опалення. У поєднанні з теплонасосними установками, поверхневі системи опалення/охолодження - це комфорт та низькі витрати енергії.