Kokie veiksniai lemia šilumos siurblio efektyvumo sumažėjimą?
Šilumos siurblių technologija, laikoma pagrindiniu sprendimu pakeisti iškastiniu kuru kūrenamą šildymą, sparčiai diegiama visame pasaulyje. Tačiau kadangi daugelis įrenginių realiomis eksploatavimo sąlygomis nepasiekia teorinio efektyvumo lygio, pradedama atidžiai tikrinti pagrindines to priežastis.
JK „Energy Saving Trust“ (EST) atlikta apklausa atskleidė stulbinantį faktą: 83 % įrengtų šilumos siurblių JK veikia nepakankamai efektyviai, o 87 % neatitinka minimalaus energijos vartojimo efektyvumo kriterijaus – 3 žvaigždučių įvertinimo.
ETH Zuricho universiteto atliktame tyrime, bendradarbiaujant su keliais universitetais, buvo analizuojami 1023 šilumos siurblių realiojo veikimo duomenys 10 Vidurio Europos šalių. Jie nustatė reikšmingus įrenginių našumo skirtumus – esant vienodoms temperatūros sąlygoms. Kai kurių įrenginių našumo koeficiento (COP) skirtumas siekė 2–3 kartusŠis atradimas paskatino pramonę iš naujo išnagrinėti svarbiausius veiksnius, turinčius įtakos šilumos siurblių efektyvumui.
01 Įrangos ir įrengimo problemos
Pagrindinės mažo šilumos siurblių efektyvumo priežastys slypi pačioje įrangoje ir įrengimo kokybėje. EST apklausa nustatė neorganizuotas pramonės valdymas montavimo sektoriuje kaip esminė problema.
EST verslo plėtros vadovas Simonas Greenas atvirai pareiškė: „Tinkamai įrengta ir naudojama šilumos siurblių technologija galėtų gerokai sumažinti JK CO₂ išmetimą. Tačiau dabartinė situacija gerokai skiriasi nuo mūsų vertinimų.“
Jungtinėje Karalystėje Šilumos ir karšto vandens pramonės taryba (HHIC), atsakinga už gyvenamųjų namų šilumos siurblių įrengimą, viešai pripažino, kad nepakanka darbo jėgos, kuri padėtų vartotojams išsirinkti tinkamus produktusDėl ekspertų patarimų trūkumo dažnai pasitaiko pasirinkimo klaidų, nes vartotojai dažnai perka įrangą, neatitinkančią jų pastato charakteristikų.
Įrangos senėjimas yra dar vienas efektyvumo žlugdantis veiksnys. Šiuolaikiniai oro-vandens šilumos siurblių gamintojai savo priežiūros vadovuose nurodo, kad Pagrindiniai komponentai, tokie kaip kompresoriai ir šilumokaičiai, laikui bėgant susidėviDėl prasto sandarinimo šaltnešio nuotėkiai sumažėja šildymo / vėsinimo efektyvumas, o senstančios elektros sistemos tiesiogiai veikia veikimo stabilumą.
02 Aplinkos ir dizaino veiksniai
Aplinkos sąlygos yra antras pagal svarbą kintamasis, turintis įtakos efektyvumui. Aplinkos temperatūra lemiamą įtaką daro oro-vandens šilumos siurblių šildymo efektyvumui – žemesnė temperatūra žymiai sumažina efektyvumą.
Montavimo vieta yra ne mažiau svarbi. Pastatymas šalia šilumos šaltinių ar radiatorių riboja oro srautą, o tai tiesiogiai pablogina šilumos mainų efektyvumą. Patalpų drėgmė ir oro kokybė taip pat sukelia kaskadinį poveikį šildymo efektyvumui.
ETH Zuricho didelio masto duomenų analizė parodė, kad geoterminių šilumos siurblių vidutinis COP buvo 4,90, gerokai viršijantis oro šilumos siurblių vidutinį 4,03 rodiklį.Svarbu tai, kad lauko temperatūros svyravimai mažiau veikia geoterminio šildymo efektyvumą, todėl jis veikia stabiliau.
Tyrimas taip pat atskleidė esminį projektavimo trūkumą: maždaug 7–11 % šilumos siurblių sistemų yra per didelės, o apie 1 % – per mažos.Dėl šio dydžio neatitikimo neleidžiama veikti optimaliomis sąlygomis, todėl eikvojama energija.
03 Netinkamas eksploatavimas ir priežiūra
Šilumos siurblio sistemos priežiūros būsena tiesiogiai veikia jos ilgalaikį efektyvumą. Reguliarus techninis aptarnavimas yra raktas į normalų veikimątačiau praktikoje šis pagrindinis reikalavimas dažnai pamirštamas.
Prasta priežiūra gali sukelti komponentų užsikimšimą ar pažeidimą, o nestandartiniai priežiūros metodai gali sukelti naujų problemų. Neteisingas šaltnešio užpildymo lygis – per didelis arba per mažas – žymiai sumažina šildymo efektyvumą. Netinkamų valymo priemonių naudojimas šilumokaičiams taip pat kenkia našumui.
Europos tyrimai rodo, kad Sumažinus šildymo kreivės nustatymą 1 °C, vidutinis šilumos siurblio efektyvumas gali padidėti 0,11 COP ir sumažinti namų ūkio energijos suvartojimą 2,61 %.Daugelis vartotojų nežino apie tokius optimizavimo metodus, todėl sistema ilgai neveikia optimaliai.
Šaldymo agento problemos yra dar viena dažna efektyvumo praradimo priežastis. Nepakankamas šaltnešio šilumos laidumas sumažina efektyvų šilumos mainą per ciklą. Kai kurie gamintojai naudoja nekokybiškus šaltnešius, kad sumažintų išlaidas, arba transportavimo metu įvyksta nuotėkis, dėl kurio nepasiekiama projektinė vandens temperatūra.
04 Sistemos konfigūracijos ir dydžio nustatymo problemos
Netinkama sistemos konfigūracija yra giliai įsišaknijusi neefektyvumo priežastis. Šilumos siurbliai, skirti karšto vandens (KV) gamybai, rodo žymiai mažesnes COP vertes nei tie, kurie naudojami patalpų šildymui, nes Karštam vandeniui reikalinga aukštesnė srauto temperatūraŠis energijos poreikio charakteristikų skirtumas projektuojant dažnai nepastebimas.
Dydžio problemos ypač opios gyvenamosiose patalpose. ETH Zuricho komanda sukūrė panaudojimo rodiklius dydžio tinkamumui įvertinti ir nustatė, kad Per didelės arba per mažos sistemos yra labai dažnos.
Pramonėje sistemų integravimo metodai daro didelę įtaką bendram efektyvumui. Cemento gamyklų CO₂ surinkimo projektų tyrimai rodo, kad Aukštos temperatūros šilumos siurblių integravimas gali sumažinti papildomas klinkerio sąnaudas 32 %.Tačiau tokiam optimizavimui reikalingas tikslus sistemos projektavimas ir integravimo galimybės, o tai kelia iššūkių daugeliui montuotojų.
Kinijoje populiarios dvigubo tiekimo sistemos (integruotas vėsinimas ir šildymas) dėl novatoriško dizaino padidina bendrą energijos vartojimo efektyvumą. Vasarą šaltnešis paskirstomas per prie sienos montuojamus vidinius blokus; žiemą karštas vanduo cirkuliuoja per grindinio šildymo sistemas, laikantis tradicinio kinų sveikatos principo „šiltos kojos, vėsi galva“. Optimizuotos konfigūracijos duoda didelį efektyvumą.
05 Sprendimai ir ateities perspektyvos
Šilumos siurblių efektyvumo iššūkiams spręsti reikalingos ir technologinės inovacijos, ir politikos korekcijos. Honkongo mokslo ir technologijų universiteto (HKUST) tyrėjų proveržis susijęs su Ti₇₈Nb₂₂ elastingu lydiniu, pasiekdamas 20 kartų didesnį temperatūros pokyčio efektyvumą nei įprastų metalų, pasiekdamas 90 % Karno efektyvumo ribos.
Ši medžiaga įkaista ir atvėsta elastingos deformacijos būdu, atverdama naują kelią kietojo kūno šilumos siurblių technologijai. Šiuo metu komanda kuria pramoninio šilumos siurblio prototipą, pagrįstą šiuo lydiniu.
Veiklos stebėsena ir išmanus reguliavimas suteikia praktinio efektyvumo padidėjimo Europos tyrėjai rekomenduoja nustatyti. standartizuotos eksploatacinių savybių vertinimo procedūros po įrengimo ir kuriant skaitmeninius įrankius, kurie padėtų vartotojams optimizuoti nustatymus. Paprasti pakeitimai, pavyzdžiui, šildymo kreivės sumažinimas, leidžia sutaupyti daug energijos.
Politikos formavimą reikia tobulinti. Vokietijos patirtis rodo, kad Didelės elektros energijos kainos gali trukdyti šilumos siurblių diegimuiRacionalūs energijos mokesčių struktūrų koregavimai, dėl kurių elektra taptų konkurencingesnė gamtinių dujų atžvilgiu, paspartintų iškastiniu kuru kūrenamų šildymo sistemų pakeitimą.
Pramoninis pritaikymas turi didžiulį potencialą. Cemento gamyklų CO₂ surinkimo projektai, kuriuose integruojami aukštos temperatūros šilumos siurbliai, rodo technologijos gebėjimą sumažinti išmetamųjų teršalų kiekį ir kartu 32 % sumažinti papildomas klinkerio sąnaudas. Plečiantis atsinaujinančios elektros energijos naudojimui ir bręstant aukštos temperatūros šilumos siurblių technologijai, tokie sprendimai galėtų tapti pagrindinėmis energiją vartojančių pramonės šakų dekarbonizacijos technologijomis.
Šilumos siurblių technologijos ateities plėtros kelias tampa aiškesnis. HKUST medžiagų mokslininkų sukurtas elastingas Ti₇₈Nb₂₂ lydinys laboratorijoje pasižymi išskirtinėmis savybėmis. Pramonės sritys tyrinėja naujas sritis. Cemento gamyklų anglies dioksido surinkimo projektai, kuriuose derinami aukštos temperatūros šilumos siurbliai su mechanine garų rekompresija (MVR), sumažino... CO₂ surinkimo išlaidos siekia 125,9 EUR už tonąŠioms inovacijoms pereinant iš laboratorijų į rinką, šilumos siurbliai iš tiesų taps pagrindine jėga pasaulinėje energetikos pertvarkoje.