Ефективність теплового насоса: про що вона нам говорить
Коли справа доходить до оцінки ефективності системи опалення, важливу роль відіграє ефективність. Під цим ми маємо на увазі, яка частина енергії, що надходить до системи, може бути фактично використана. У той час як нафтові та газові системи опалення досягають результатів менше 100 %, ефективність теплового насоса часто набагато вища. Нижче ми пояснимо, чому це так і як можна підвищити ефективність вашого теплового насоса.
Стандартний показник ефективності системи опалення
Величина η (ета) розраховується для опису ефективності процесів і машин. Він виражається у відсотках і залежить від вхідної енергії та вихідної корисної енергії. Фактично, чим вище значення, тим ефективніше працює система. Значення 100% є ідеальним, оскільки тоді вся енергія, що надходить, може бути фактично використана.
Прикладгазового опалення: Якщо до пальника надходить газ з енергетичною цінністю 100 кВт/год і 95 кВт/год може бути фактично використано в системі опалення, то ККД становить 95 % (η = 95/100 * 100 = 95 %). Решта 5 % - це втрати, які відбуваються в теплогенераторі.
Коефіцієнт корисної дії понад 100
На відміну від газових систем опалення, ККД теплового насоса може перевищувати 100 %. Залежно від налаштувань, ККД може становити від 300 до 500 %. Вкладена енергія не просто примножується, як за помахом чарівної палички - високі показники можна пояснити принципом роботи теплових насосів і вибраними вихідними параметрами.
Принцип роботи теплового насоса дозволяє досягти високих показників ефективності
Теплові насоси передають енергію навколишнього середовища з повітря, ґрунту або води спеціальному середовищу - холодоагенту, який випаровується в процесі роботи. Потім компресор з електричним приводом підвищує тиск холодоагенту, спричиняючи підвищення його температури. Утворена теплота передається воді для нагріву. Це можна виразити наступною формулою:
- Теплова енергія = енергія навколишнього середовища + електрична енергія
Коли мова йде про ефективність теплового насоса, ми зазвичай беремо до уваги тільки електричну енергію, яку споживає компресор, і вироблену теплову енергію. Енергія навколишнього середовища, яка подається в процес в інших місцях безкоштовно, не враховується. Це призводить до наступної формули ефективності теплового насоса:
- Коефіцієнт корисної дії теплового насоса = електрична енергія на вході / теплова енергія на виході
Вибір референтних значень, як правило, призводить до ефективності, що перевищує 100 %.
Теорія: Ефективність теплових насосів за Карно
Коли мова йде про теплові насоси, експерти також говорять про ККД Карно або фактор Карно. Це теоретичне значення позначає максимально можливу ефективність ідеального циклу. Цикл - це повторюваний процес, за допомогою якого тепловий насос використовує енергію з навколишнього середовища для нагрівання (випаровування, стиснення, конденсація, розширення, повторне випаровування холодоагенту і т.д.). Температури джерела тепла і системи опалення в Кельвінах використовуються для розрахунку коефіцієнта Карно за наступною формулою:
- Коефіцієнт Карно = температура потоку / (температура потоку - температура джерела енергії навколишнього середовища)
Важливо вказувати значення в Кельвінах. Для цього до температури в градусах Цельсія додається 273 (температура в градусах Цельсія + 273 = температура в Кельвінах).
Взагалі кажучи, результат не матиме великого значення для пересічного споживача. Однак він може бути використаний для визначення мінімальної кількості електричної енергії, яку слід використовувати за існуючих умов. Оскільки втрати відбуваються в різних точках процесу, на практиці потреба в електроенергії зазвичай вища. Але вона ніколи не буває нижчою за значення, розраховане за формулою ККД теплового насоса Карно.
Ефективність теплового насоса: порівняння за джерелом тепла
Коефіцієнт Карно показує, що ефективність теплового насоса залежить від температурних умов. Фактично, чим менша різниця між температурою джерела та потоку, тим вищий ККД. Це пов'язано з тим, що компресору потрібно виконати менше роботи, щоб підвищити температуру енергії навколишнього середовища до рівня, придатного для використання. Енергоспоживання теплового насоса зменшується, а ефективність зростає.
Коли мова йде про опалення будівлі, це також дозволяє зробити ще один висновок: за інших рівних умов ефективність залежить від використання енергії навколишнього середовища, особливо взимку. У наступній таблиці наведено порівняння теплових насосів на основі повітря та розсолу/води.
Порівняння показує, що ефективність повітряного теплового насоса нижча взимку, оскільки система використовує більш холодне джерело енергії з навколишнього середовища. Соляні/водяні теплові насоси, які видобувають тепло з ґрунту, працюють краще, оскільки різниця між температурою джерела та потоку менша в опалювальний сезон. Це спростовує міф про те, що теплові насоси погано працюють взимку.
Альтернативні показники екологічної ефективності опалення
Окрім ефективності теплового насоса, існує низка інших інформативних параметрів. Ось огляд найважливіших з них:
- COP: Коефіцієнт корисної дії (COP) вказує на ефективність у певній точці (наприклад, температура повітря 2 °C і температура подачі 35 °C). Він визначається на випробувальному стенді шляхом ділення теплової потужності на спожиту електричну потужність.
- SCOP: Як і COP, сезонний коефіцієнт продуктивності (SCOP) також визначається на випробувальному стенді. Однак він враховує ефективність за різних кліматичних умов і тому є ще більш інформативним.
- РічнийCOP: Так само, як і ефективність, COP і SCOP, річний коефіцієнт продуктивності теплового насоса співвідносить вигоди і витрати один з одним. Однак тут мають значення виміряні енергетичні величини (передане тепло і споживання електроенергії), саме тому це значення дозволяє зробити висновки про ефективність роботи.
- ETA: Сезонна енергоефективність опалення приміщень (ETAs) також враховує фактор первинної енергії використаної енергії, який необхідно розділити на SCOP для визначення значення ETAs. Це особливо важливо для субсидій на теплові насоси, оскільки мають бути дотримані певні ліміти ETA.
Якщо ефективність теплового насоса низька, потрібно більше електроенергії, а витрати на опалення зростають. Щоб запобігти цьому, слід оптимізувати ефективність ще на етапі проектування. Метою всіх таких заходів є утримання різниці температур між джерелом тепла і потоком якомога нижчою. Доступні наступні варіанти:
- Вибрати найбільш економічно ефективне джерело тепла: Якщо є кілька джерел тепла на вибір, найтепліше джерело забезпечить найвищу ефективність за інших рівних умов. Тому ґрунтові теплові насоси є більш ефективними, ніж повітряні теплові насоси.
- Встановлюйтевеликі поверхні нагріву: Після того, як визначено тип джерела тепла, температуру подачі в багатьох випадках можна знизити. Особливо ефективним для цього є встановлення великих радіаторів, низькотемпературних радіаторів або систем централізованого опалення. Якщо ви маєте право на субсидію на тепловий насос, ви можете включити в неї витрати на опалювальні поверхні.
- Оптимізуйте систему опалення: Оптимізація розподілу тепла також допоможе підвищити ефективність вашого теплового насоса. Цього можна досягти, наприклад, за допомогою гідравлічного балансування, яке знижує температуру подачі. Якщо ви вже використовуєте тепловий насос, уряд пропонує субсидію на оптимізацію системи опалення.
- Відрегулюйте налаштуваннятеплового насоса: Якщо ваша система опалення регулюється залежно від зовнішньої температури, ви також можете оптимізувати ефективність, налаштувавши криву нагріву. Вона визначає, наскільки високою має бути температура подачі при різних температурах зовнішнього повітря. Завдяки регулюванню залежно від температури в приміщенні можна оптимізувати температуру в приміщенні.
Окрім модернізації системи опалення, ви також можете провести ізоляційні заходи або замінити вікна. Це зменшить потребу в теплі та дозволить знизити температуру подачі. Однак, порівняно з проведенням робіт на вашій системі опалення, зусилля та витрати, пов'язані з цим, як правило, вищі.
