Исследование доказывает эффективность теплового насоса при низких температурах
Новый отчет подтверждает, что тепловые насосы могут обеспечить наиболее эффективное отопление во многих странах с холодным климатом по всему миру.
Анализ показывает, что, поскольку в большинстве европейских стран зима более мягкая с минимальной температурой выше -10°C, тепловые насосы могут быть успешно установлены в этих условиях, не беспокоясь о производительности или необходимости резервной тепловой мощности.
В работе ученых из Великобритании, Бельгии и Ирландии анализируются полевые исследования с реальными данными о производительности воздушных тепловых насосов. Исследования показывают, что стандартные воздушные тепловые насосы могут поддерживать средний КПД от 2 до 3 в умеренном холодном климате, а воздушные тепловые насосы для холодного климата могут иметь КПД выше 1,5 при экстремально низких температурах, даже при -30°C.
Мягкий холодный климат определяется как климат, в котором средняя температура января превышает -10°C, тогда как экстремально холодный климат – это климат со средней температурой ниже -10°C в самый холодный месяц.
Исследование основывалось на необработанных данных о производительности из ряда климатических зон, моделей тепловых насосов и конфигураций тепловых насосов из Швейцарии, Германии, Великобритании, США, Канады и Китая.
Тесты
Испытания показали, что при температуре наружного воздуха от 5°C до -10°C средний COP во всех системах составлял 2,74, а медиана — 2,62.
В экстремально холодном климате, характеризующемся средней температурой ниже -10°C и приближающейся к -30°C, использовались специально разработанные тепловые насосы для холодного климата от ведущих компаний на рынке.
Испытания в Финляндии на моделях Mitsubishi и Toshiba показали COP выше 2 даже при температуре до -20°C. При температуре -30°C коэффициент COP все еще находился в диапазоне от 1,5 до 2 для модели Mitsubishi и от 1 до 1,5 для модели Toshiba.
В ходе полевых испытаний, проведенных в Миннесоте, производительность тепловых насосов с центральным воздуховодом и холодным климатом измерялась на четырех разных объектах. На трех объектах значения COP находились в диапазоне от 1 до 2 при работе только с тепловым насосом при температуре ниже -12°C.
Полевые испытания также проводились на Аляске Национальной лабораторией Ок-Ридж с использованием теплового насоса с воздушным источником для холодного климата. Эти испытания показали, что COP остается относительно высоким: COP составляет 2 при -25°C и 1,8 при -35°C.
Повышение эффективности
Исследователи предполагают, что существуют стратегии по улучшению производительности тепловых насосов в зданиях, в частности, за счет снижения температуры подачи тепла. Они утверждают, что многие устаревшие и неэффективные системы отопления имеют относительно высокие температуры подачи воды в диапазоне 60–70°C. Их снижение может улучшить производительность теплового насоса. В гидравлических системах замена небольшого количества радиаторов для снижения требуемой температуры подачи воды может значительно повысить эффективность теплового насоса.
В некоторых исследованиях использовался резервный резистивный или пламенный нагрев – или, по крайней мере, он был доступен на случай необходимости. Однако резервный нагрев обычно включался только тогда, когда наружная температура опускалась ниже -10°C или ниже. При температуре выше -10°C тепловые насосы могли обеспечить необходимое тепло при относительно высокой эффективности.
В отчете делается вывод, что опасения по поводу необходимости резервного отопления в умеренном холодном климате могут быть необоснованными, а роль гибридных систем может быть ограничена. Это поднимает вопрос о роли гибридных систем в самом холодном климате, не обязательно из-за эффективности, а из-за высокой производительности тепловых насосов, необходимой при очень низких температурах.
Исследователи предполагают, что ценным направлением для дальнейших исследований могло бы стать изучение конкретной ценности систем отопления гибридного типа.
Хотя установка специальных воздушных тепловых насосов для холодного климата может снизить производительность в самую холодную погоду, исследователи признают, что производительность этих агрегатов может ухудшиться при более умеренных температурах.
Поскольку они разработаны специально для низких температур и более высоких требований к обогреву, такие компоненты, как расширительный клапан и компрессор, могут с трудом работать при более низкой мощности.
Отчет подготовили Дункан Гибб, старший советник Проекта содействия регулированию (RAP) в Брюсселе, д-р Ян Розенов, директор европейских программ RAP и почетный научный сотрудник Института изменения окружающей среды Оксфордского университета; д-р Ричард Лоуз, старший научный сотрудник RAP; Профессор Нил Хьюитт, руководитель школы Белфастской школы архитектуры и искусственной среды Ольстерского университета.
Анализ показывает, что, поскольку в большинстве европейских стран зима более мягкая с минимальной температурой выше -10°C, тепловые насосы могут быть успешно установлены в этих условиях, не беспокоясь о производительности или необходимости резервной тепловой мощности.
В работе ученых из Великобритании, Бельгии и Ирландии анализируются полевые исследования с реальными данными о производительности воздушных тепловых насосов. Исследования показывают, что стандартные воздушные тепловые насосы могут поддерживать средний КПД от 2 до 3 в умеренном холодном климате, а воздушные тепловые насосы для холодного климата могут иметь КПД выше 1,5 при экстремально низких температурах, даже при -30°C.
Мягкий холодный климат определяется как климат, в котором средняя температура января превышает -10°C, тогда как экстремально холодный климат – это климат со средней температурой ниже -10°C в самый холодный месяц.
Исследование основывалось на необработанных данных о производительности из ряда климатических зон, моделей тепловых насосов и конфигураций тепловых насосов из Швейцарии, Германии, Великобритании, США, Канады и Китая.
Тесты
Испытания показали, что при температуре наружного воздуха от 5°C до -10°C средний COP во всех системах составлял 2,74, а медиана — 2,62.
В экстремально холодном климате, характеризующемся средней температурой ниже -10°C и приближающейся к -30°C, использовались специально разработанные тепловые насосы для холодного климата от ведущих компаний на рынке.
Испытания в Финляндии на моделях Mitsubishi и Toshiba показали COP выше 2 даже при температуре до -20°C. При температуре -30°C коэффициент COP все еще находился в диапазоне от 1,5 до 2 для модели Mitsubishi и от 1 до 1,5 для модели Toshiba.
В ходе полевых испытаний, проведенных в Миннесоте, производительность тепловых насосов с центральным воздуховодом и холодным климатом измерялась на четырех разных объектах. На трех объектах значения COP находились в диапазоне от 1 до 2 при работе только с тепловым насосом при температуре ниже -12°C.
Полевые испытания также проводились на Аляске Национальной лабораторией Ок-Ридж с использованием теплового насоса с воздушным источником для холодного климата. Эти испытания показали, что COP остается относительно высоким: COP составляет 2 при -25°C и 1,8 при -35°C.
Повышение эффективности
Исследователи предполагают, что существуют стратегии по улучшению производительности тепловых насосов в зданиях, в частности, за счет снижения температуры подачи тепла. Они утверждают, что многие устаревшие и неэффективные системы отопления имеют относительно высокие температуры подачи воды в диапазоне 60–70°C. Их снижение может улучшить производительность теплового насоса. В гидравлических системах замена небольшого количества радиаторов для снижения требуемой температуры подачи воды может значительно повысить эффективность теплового насоса.
В некоторых исследованиях использовался резервный резистивный или пламенный нагрев – или, по крайней мере, он был доступен на случай необходимости. Однако резервный нагрев обычно включался только тогда, когда наружная температура опускалась ниже -10°C или ниже. При температуре выше -10°C тепловые насосы могли обеспечить необходимое тепло при относительно высокой эффективности.
В отчете делается вывод, что опасения по поводу необходимости резервного отопления в умеренном холодном климате могут быть необоснованными, а роль гибридных систем может быть ограничена. Это поднимает вопрос о роли гибридных систем в самом холодном климате, не обязательно из-за эффективности, а из-за высокой производительности тепловых насосов, необходимой при очень низких температурах.
Исследователи предполагают, что ценным направлением для дальнейших исследований могло бы стать изучение конкретной ценности систем отопления гибридного типа.
Хотя установка специальных воздушных тепловых насосов для холодного климата может снизить производительность в самую холодную погоду, исследователи признают, что производительность этих агрегатов может ухудшиться при более умеренных температурах.
Поскольку они разработаны специально для низких температур и более высоких требований к обогреву, такие компоненты, как расширительный клапан и компрессор, могут с трудом работать при более низкой мощности.
Отчет подготовили Дункан Гибб, старший советник Проекта содействия регулированию (RAP) в Брюсселе, д-р Ян Розенов, директор европейских программ RAP и почетный научный сотрудник Института изменения окружающей среды Оксфордского университета; д-р Ричард Лоуз, старший научный сотрудник RAP; Профессор Нил Хьюитт, руководитель школы Белфастской школы архитектуры и искусственной среды Ольстерского университета.
