Какие факторы вызывают снижение эффективности теплового насоса?
Технология тепловых насосов, воспринятая как ключевое решение для замены отопления на ископаемом топливе, быстро внедряется по всему миру. Однако, поскольку многие установки не достигают теоретических уровней эффективности в реальных условиях эксплуатации, основные причины подвергаются тщательному изучению.
Исследование, проведенное британским Фондом энергосбережения (стандартное восточное время), выявило поразительный факт: 83% установленных тепловых насосов в Великобритании работают неэффективно, при этом 87% из них не соответствуют минимальному показателю энергоэффективности, соответствующему рейтингу в 3 звезды.
Исследование Эфириум Цюрих в сотрудничестве с несколькими университетами проанализировало реальные эксплуатационные данные 1023 тепловых насосов в 10 странах Центральной Европы. Они обнаружили значительные различия в производительности между агрегатами — при одинаковых температурных условиях, разрыв в коэффициенте полезного действия (КПД) между некоторыми устройствами достигал 2-3 разЭто открытие побудило отрасль пересмотреть критические факторы, влияющие на эффективность тепловых насосов.
01 Проблемы с оборудованием и установкой
Главные виновники низкой эффективности теплового насоса кроются в самом оборудовании и качестве установки. Исследование стандартное восточное время выявило неорганизованное управление отраслью в секторе установки как основная проблема.
Саймон Грин, руководитель отдела развития бизнеса в стандартное восточное время, откровенно заявил: "При правильной установке и использовании технология тепловых насосов может значительно сократить выбросы КО₂ в Великобритании. Однако текущая ситуация значительно отличается от наших оценок. дддххх
В Великобритании Совет по отопительной и водогрейной промышленности (HHIC), отвечающий за установку тепловых насосов в жилых домах, публично признал нехватка рабочей силы, которая могла бы помочь потребителям выбрать подходящие продукты. Отсутствие экспертного руководства приводит к частым ошибкам при выборе, когда пользователи часто приобретают оборудование, не соответствующее характеристикам их здания.
Старение оборудования — еще один убийца эффективности. Современные производители воздушных тепловых насосов отмечают в своих руководствах по техническому обслуживанию, что ключевые компоненты, такие как компрессоры и теплообменники, со временем изнашиваются. Плохая герметизация приводит к утечкам хладагента, что снижает эффективность нагрева/охлаждения, а старение электрических систем напрямую влияет на стабильность работы.
02 Факторы окружающей среды и дизайна
Условия окружающей среды являются второй важной переменной, влияющей на эффективность. Температура окружающей среды решительно влияет на эффективность нагрева воздушных тепловых насосов – более низкие температуры приводят к значительному снижению эффективности.
Место установки также имеет решающее значение. Размещение вблизи источников тепла или радиаторов ограничивает поток воздуха, что напрямую снижает эффективность теплообмена. Влажность и качество воздуха в помещении также создают каскадные эффекты на производительность отопления.
Масштабный анализ данных, проведенный Эфириум Цюрих, показал, что Средний КПД геотермальных тепловых насосов составил 4,90, что значительно превышает средний показатель 4,03 для воздушных тепловых насосов.. Что особенно важно, эффективность грунтового источника меньше зависит от колебаний наружной температуры, демонстрируя более стабильную работу.
Исследование также выявило ключевой недостаток конструкции: приблизительно 7–11 % систем тепловых насосов имеют избыточные размеры, а около 1 % — недостаточные.. Такое несоответствие размеров не позволяет работать в оптимальных условиях, что приводит к потерям энергии.
03 Неправильная эксплуатация и обслуживание
Состояние технического обслуживания системы теплового насоса напрямую влияет на ее долгосрочную эффективность. Регулярное техническое обслуживание является залогом нормальной работы, однако на практике это основное требование часто игнорируется.
Ненадлежащее обслуживание может привести к засорению или повреждению компонентов, а нестандартные методы обслуживания создают новые проблемы. Неправильные уровни заправки хладагента — будь то избыточная или недостаточная заправка — значительно снижают эффективность нагрева. Использование неподходящих чистящих средств на теплообменниках также снижает производительность.
Европейские исследования показывают, что Уменьшение настройки кривой нагрева на 1°C может повысить среднюю эффективность теплового насоса на 0,11 КС и сократить потребление энергии домохозяйством на 2,61%. Многие пользователи не знают о таких методах оптимизации, что приводит к длительной неоптимальной работе.
Проблемы с хладагентом — еще одна распространенная причина потери эффективности. Недостаточная теплопроводность хладагента снижает эффективный теплообмен за цикл. Некоторые производители используют некачественные хладагенты, чтобы сократить расходы, или происходит утечка во время транспортировки, что приводит к невозможности достичь проектных температур воды.
04 Проблемы конфигурации и размера системы
Неправильная конфигурация системы является глубоко укоренившейся причиной неэффективности. Тепловые насосы, предназначенные для производства горячей воды для бытовых нужд (ГВС), показывают значительно более низкие значения КПД, чем те, которые используются для отопления помещений, потому что ГВС требует более высоких температур потокаЭта разница в характеристиках энергопотребления часто упускается из виду при проектировании.
Проблемы с размерами особенно остро стоят в жилых помещениях. Команда Эфириум Цюрих разработала показатели использования для оценки целесообразности размеров, обнаружив, что Системы слишком большого или слишком малого размера встречаются довольно часто.
В промышленности методы системной интеграции критически влияют на общую эффективность. Исследования проектов по улавливанию КО₂ на цементных заводах показывают, что Интеграция высокотемпературных тепловых насосов может снизить дополнительную стоимость клинкера на 32%Однако достижение такой оптимизации требует точного проектирования системы и возможностей интеграции, что создает проблемы для многих установщиков.
Популярные в Китае системы "двойной-поставляется" (интегрированное охлаждение и отопление) повышают общую энергоэффективность за счет инновационного дизайна. Летом хладагент распределяется через настенные внутренние блоки; зимой горячая вода циркулирует через системы лучистого отопления под полом, что соответствует традиционному китайскому принципу здоровья "теплые ноги, прохладная голова.дддххх Оптимизированные конфигурации обеспечивают значительный рост эффективности.
05 Решения и перспективы на будущее
Решение проблем эффективности тепловых насосов требует как технологических инноваций, так и корректировки политики. Прорыв исследователей Гонконгского университета науки и технологий (HKUST) связан с эластичным сплавом Ти₇₈Кол-во₂₂, достигая эффективности изменения температуры в 20 раз выше, чем у обычных металлов, достигая 90% предела эффективности Карно.
Этот материал нагревается и охлаждается посредством упругой деформации, открывая новый путь для технологии твердотельных тепловых насосов. В настоящее время команда разрабатывает прототип промышленного теплового насоса на основе этого сплава.
Оперативный мониторинг и интеллектуальная настройка обеспечивают практический рост эффективности. Европейские исследователи рекомендуют установить стандартизированные процедуры оценки производительности после установки и разработка цифровых инструментов, помогающих пользователям оптимизировать настройки. Простые настройки, такие как понижение кривой нагрева, дают существенную экономию энергии.
Необходимо усовершенствовать политику. Опыт Германии показывает, что Высокие цены на электроэнергию могут помешать внедрению тепловых насосовРациональные корректировки структур налогообложения энергоносителей, которые сделают электроэнергию более конкурентоспособной по сравнению с природным газом, ускорят замену отопления на основе ископаемого топлива.
Промышленные приложения имеют огромный потенциал. Проекты по улавливанию КО₂ на цементных заводах, интегрирующие высокотемпературные тепловые насосы, демонстрируют способность технологии сокращать выбросы, одновременно сокращая дополнительные затраты на клинкер на 32%. По мере расширения возобновляемой электроэнергии и развития технологии высокотемпературных тепловых насосов такие решения могут стать основными технологиями декарбонизации для энергоемких отраслей.
Будущий путь развития технологии тепловых насосов становится все более ясным. Эластичный сплав Ти₇₈Кол-во₂₂, разработанный учеными-материаловедами HKUST, демонстрирует исключительные результаты в лабораторных условиях. Промышленные отрасли открывают новые горизонты. Проекты по улавливанию углерода на цементных заводах, сочетающие высокотемпературные тепловые насосы с механической рекомпрессией пара (МВР), снизили Стоимость улавливания КО₂ составит 125,9 евро за тоннуПо мере того, как эти инновации выходят из лабораторий на рынок, тепловые насосы действительно станут решающей силой в глобальном энергетическом переходе.