Оптимальный выбор теплового насоса. Колебания COP

смотреть статью в виде pdf

Например, коэффициент 4 означает, что полученная мощность нагрева в четыре раза выше, чем электрическая мощность. И тут они начинают рекламные инсинуации.

Практически во всех каталогах и предложениях тепловых насосов коэффициент эффективности самого теплового насоса приводится в лабораторных условиях, и поэтому рассчитывается экономия расходов на отопление. Недоразумения начинаются только тогда, когда пользователь отопительного центра с тепловым насосом устанавливает счетчик электроэнергии перед распределительным щитом панели управления и обнаруживает более высокое энергопотребление, чем предполагалось при установке теплового насоса.
Реальный энергетический баланс источника тепла должен учитывать все необходимые элементы теплоцентрали, работающие на электричестве. Большинство систем для получения тепла из окружающей среды требуют использования устройств, потребляющих электроэнергию, а потребление энергии отдельными системами значительно диверсифицировано.

КС-система с ПК
Тепловой насос потребляет электроэнергию не только для привода компрессора теплового насоса, но и для вспомогательного оборудования, необходимого для его работы. Ярким примером этого является водяной тепловой насос, где коэффициент эффективности обычно превышает 4. И это верно, если мы примем коэффициент только для самого теплового насоса. Однако для работы панели управления, например, с скважинами на поверхности воды, для привода погружного насоса требуется ток, который обычно для небольших тепловых насосов составляет около 15% мощности, необходимой для привода компрессора.
Существует также потребление электроэнергии для привода циркуляторов центрального отопления и отопительной установки. Фактический коэффициент полезного действия для всей системы отопления ниже, чем приведенный в каталогах.
Другим важным фактором, влияющим на фактический коэффициент водо-водяного отопительного центра, является качество воды, забираемой из скважины. В случае, если качество воды вызывает риск коррозии испарителя или его загрязнения, необходимо отделить циркуляцию воды из скважины от циркуляции воды через испаритель с помощью пластинчатого теплообменника. Это снижает температуру воды в контуре испарителя и, следовательно, необходимость использования в ней смеси воды и гликоля, что приводит к дальнейшему снижению эффективности теплового насоса и всей системы отопления.
Интересно дать коэффициент эффективности водяного теплового насоса для температуры нижнего источника тепла + 10 ° C. Вероятно, эти данные взяты из западных климатических условий. На практике я не встречал грунтовых вод на побережье с температурой выше 8,5 ° С. Понижение температуры нижнего источника тепла на 1 ° C снижает мощность нагрева теплового насоса примерно на 3%, что дополнительно снижает коэффициент полезного действия системы отопления.

Бытовая горячая вода
Еще одной причиной недоразумений является коэффициент эффективности нагрева горячей воды для бытовых нужд. В соответствии с действующими строительными стандартами в жилищном строительстве, потребление тепловой энергии для нагрева горячей водопроводной воды составляет около 15% от общей тепловой потребности здания. Таким образом, коэффициент КС по сравнению с приведенным в каталогах для параметров 10/35 падает только по этой причине на 15%. Чтобы нагреть горячую воду до 45 ° C, даже при использовании нагревателя с двумя змеевиками необходимая температура нагревающей воды в стандартное время для нагрева горячей воды с использованием ее циркуляции составляет не менее 60 ° C. В стандартных тепловых насосах это трудно достичь. Необходимость получения такой высокой температуры вызывает снижение коэффициента полезного действия насоса примерно на 5% по отношению к температуре 55 ° C.
Наименьшее недопонимание возникает при использовании системы отопления с тепловым насосом типа «воздух-вода», где коэффициент эффективности дается вместе с электрической мощностью для привода вентилятора испарителя, а температура подачи 60 ° C легко достижима.

Настоящий КС
Чтобы проиллюстрировать фактические коэффициенты тепловых центров с тепловыми насосами, я привожу таблицу, основанную на расчете годовой потребности в тепловой энергии для обогреваемых полов в здании с площадью обогрева 250 м2.

допущения:
* максимальная мощность обогрева для отопления здания при температуре наружного воздуха tz - 16oC - 12,5 кВт,
* температура воды в отопительной установке при tz - 16oC - источник питания 35oC, обратная 25oC,
* среднегодовая наружная температура отопительного сезона + 2оС,
* температура воды из скважины 8,5 ° С,
* температура воды от горизонтального коллектора 0oC,
* температура воды от грунтовых зондов + 1оС,
* температура отопительной системы для нагрева бытовая горячая вода - подача 60 ° С, возврат 55 ° С,
* температура бытовой горячей воды 45 ° С.

Из таблицы видно, что коэффициенты COP для тепловых насосов, указанные в каталогах, отличаются от фактических коэффициентов всей системы отопления с тепловым насосом. Эти расчеты должны опровергнуть мнение о том, что наиболее эффективной системой является система вода-вода с скважинами поверхностных вод. Приведенный выше анализ касается энергетических свойств тепловых насосов.
Другая проблема заключается в экономических последствиях использования теплового насоса. Он должен включать инвестиционные затраты, расходы на электроэнергию, расходы на техническое обслуживание и коэффициент надежности, связанные с затратами на обслуживание. Наш опыт показывает, что затраты на обслуживание и надежность, связанные с расходами на обслуживание, являются самыми низкими при использовании теплового насоса типа воздух-вода.

Наземные системы
В наземных системах коэффициент COP зависит от общей длины горизонтальных или вертикальных коллекторных труб. Эта длина, в свою очередь, зависит от качества почвы, в частности от ее влажности. Эти длины могут быть очень разнообразными. Тепловая эффективность грунта для наземных коллекторов варьируется от 10 Вт / м2 для сухой и песчаной почвы до 40 Вт / м2 для влажных глинистых почв. Для вертикальных коллекторов (заземляющих зондов) производительность зонда составляет от 30 до 60 Вт / мб. Длина горизонтальных или вертикальных коллекторных труб оказывает большое влияние на энергопотребление циркуляционных насосов рассола и, следовательно, на КПД всей отопительной системы с тепловым насосом рассол-вода.
Перед предложением или проектированием рекомендуется проконсультироваться с геологом или, в случае зондов, выполнить специализированный геологический проект.

углубления
Глубина скважины в системах вода-вода оказывает еще большее влияние на этот фактор. Производительность погружного насоса очень ровная. Это означает, что каждый дополнительный метр высоты подъема вызывает значительное уменьшение потока воды через испаритель. В случае бурения более глубоких скважин необходимо использовать погружной насос с более высокой потребляемой мощностью, что очень отрицательно влияет на КПД всей системы отопления с тепловым насосом.
Потребление электроэнергии может увеличиться в случае плохого качества воды, особенно с высоким содержанием железа. Осаждение загрязняющих веществ на стенках труб, соединяющих скважину с тепловым насосом, вызывает повышенное сопротивление потоку и, следовательно, большее потребление тока насосом с глубокими скважинами.

Слишком большой тепловой насос
Еще одним очень частым случаем, влияющим на снижение коэффициента COP системы отопления с тепловым насосом, является установка теплового насоса увеличенного размера, то есть теплового насоса с более высокой мощностью нагрева, чем требуется для отопления здания. Добавление мощности нагрева для нагрева горячей воды является наиболее распространенной ошибкой. В обычных жилых зданиях это не нужно, поскольку при программировании приоритета нагрева горячей воды (с коротким периодом отопления) отключение отопления здания не вызывает его заметного охлаждения. Однако потребность в тепле для приготовления горячей воды должна учитываться при выборе наземного теплообменника. Избыточный тепловой насос приводит к более частому включению и выключению компрессора, поэтому потребление электроэнергии при пуске выше и, следовательно, увеличивается общее потребление электроэнергии, не говоря уже о его более быстром потреблении. Вот почему необходимо использовать буферный резервуар для нагревающей воды, который удлиняет рабочий цикл компрессора.
Также выгоднее использовать двухвалентную систему с электрическим нагревательным элементом в буфере, поддерживающем тепловой насос при самых низких температурах наружного воздуха. Это очень короткие периоды в отопительный сезон, и увеличенная потребляемая мощность от мощности нагревателя будет ниже, чем увеличенная потребляемая мощность при установке негабаритного теплового насоса.
Оптимальный расчет теплового насоса оказывает большое влияние на фактическую потребность в тепле в здании, когда затраты на отопление не высоки и все потребности в безопасности добавляются к потребности в тепле, предполагая, что пользователь не жалуется на перегретые помещения. При нынешних ценах на энергоносители представляется более разумным принять небольшое недогрев в период самых низких наружных температур с 20% -ным сокращением ежегодных затрат на отопление и снижением инвестиционных затрат.

Выбор теплового насоса
Тепловой насос в системах отопления не может сравниться с котлом, потому что его принцип работы состоит в том, чтобы объединить три контура; нижний контур источника тепла, промежуточный контур рабочего тела, называемый фреоном, и контур теплоносителя (верхний источник тепла). Все эти цепи тесно связаны с системой автоматического регулирования, и помехи в любой из них вызывают нарушение работы всей системы. В обычном котле мы имеем дело только с прямым теплообменом, при котором пары нагревают греющую воду.
Менее ответственные дистрибьюторы и установщики тепловых насосов зависят от продажи более крупного теплового насоса, потому что он дороже, поэтому его продажа приносит большую прибыль. Отвечает за пользователя, чтобы получить оптимальное решение с точки зрения затрат на отопление, инвестиционных затрат и теплового комфорта. Сознательные пользователи, с такими пользователями мы обычно имеем дело с потенциальными пользователями тепловых насосов, они контролируют затраты тепла и тепла теплового насоса. Они устанавливают необходимые счетчики электроэнергии и тепла. Они даже ведут компьютерный реестр большинства параметров, влияющих на работу системы. В случае эффектов, несовместимых с системой отопления, предлагаемой во время доставки, они приходят к выводу, что приняли неверное решение об использовании системы отопления с тепловым насосом. Такие дефектные реализации тепловых центров способствуют распространению неблагоприятных, негативных мнений о системах отопления с тепловыми насосами. Говорят, что один неисправный тепловой насос работает больше, чем многие люди.

расходы
Системы отопления с тепловыми насосами, несомненно, относятся к системам с самыми низкими расходами на отопление. Проектирование и монтаж отопительного центра с тепловым насосом следует поручить специализированной компании с большими теоретическими и практическими знаниями в области отопления и охлаждения, которой нет у некоторых монтажных компаний или дистрибьюторов тепловых насосов. Невозможно установить оптимально функционирующий центральный тепловой насос без знания теплового комфорта, знаний о зданиях и базовой информации о правильной работе системы отопления и вентиляции.
Большая ошибка со стороны потенциальных инвесторов также заключается в том, что инвестиционные затраты являются единственным критерием реализации. Самые дешевые инвестиции оказываются самыми дорогими на практике, потому что качество дешевого оборудования требует дополнительных инвестиций в ближайшем будущем, а низкое качество изготовления приводит к необходимости многочисленных исправлений и дополнений. Обеспечение качества и гарантии имеют второстепенное значение из-за многих правовых лазеек в этой области и нестабильности монтажных компаний.
Мирослав Козлов