Kādi faktori izraisa siltumsūkņa efektivitātes samazināšanos?
Siltumsūkņu tehnoloģija, kas tiek slavēta kā galvenais risinājums fosilā kurināmā apkures aizstāšanai, tiek strauji ieviesta visā pasaulē. Tomēr, tā kā daudzas iekārtas reālās darbības apstākļos nesasniedz teorētisko efektivitātes līmeni, tiek rūpīgi pārbaudīti tā cēloņi.
Apvienotās Karalistes Enerģijas taupīšanas fonda (EST) veiktā aptauja atklāja pārsteidzošu faktu: 83% no Apvienotajā Karalistē uzstādītajiem siltumsūkņiem nedarbojas pietiekami labi., un 87 % neatbilst minimālajam energoefektivitātes kritērijam, kas ir 3 zvaigžņu vērtējums.
ETH Zurich pētījumā, sadarbojoties ar vairākām universitātēm, tika analizēti reāli darbības dati no 1023 siltumsūkņiem 10 Centrāleiropas valstīs. Tika konstatētas būtiskas veiktspējas atšķirības starp iekārtām – identiskos temperatūras apstākļos, Efektīvā koeficienta (COP) atšķirība starp dažām ierīcēm sasniedza 2–3 reizesŠis atklājums ir pamudinājis nozari atkārtoti izpētīt kritiskos faktorus, kas ietekmē siltumsūkņu efektivitāti.
01 Iekārtu un uzstādīšanas problēmas
Galvenie vaininieki zemajai siltumsūkņu efektivitātei ir pašā iekārtā un uzstādīšanas kvalitātē. EST aptauja atklāja neorganizēta nozares vadība uzstādīšanas nozarē kā pamatproblēma.
Saimons Grīns, EST biznesa attīstības vadītājs, atklāti paziņoja: "Pareizi uzstādīta un izmantota siltumsūkņu tehnoloģija varētu ievērojami samazināt Apvienotās Karalistes CO₂ emisijas. Tomēr pašreizējā situācija ievērojami atšķiras no mūsu aplēsēm."
Apvienotajā Karalistē Apkures un karstā ūdens nozares padome (HHIC), kas ir atbildīga par dzīvojamo māju siltumsūkņu uzstādīšanu, publiski atzina, ka nepietiekams darbaspēka daudzums, lai palīdzētu patērētājiem izvēlēties piemērotus produktusŠis ekspertu ieteikumu trūkums noved pie biežām izvēles kļūdām, lietotājiem bieži iegādājoties aprīkojumu, kas neatbilst viņu ēkas raksturlielumiem.
Iekārtu novecošana ir vēl viens efektivitātes slogs. Mūsdienu gaisa-ūdens siltumsūkņu ražotāji savās apkopes rokasgrāmatās norāda, ka galvenās sastāvdaļas, piemēram, kompresori un siltummaiņi, laika gaitā nolietojasSlikts blīvējums izraisa aukstumaģenta noplūdes, samazinot apkures/dzesēšanas efektivitāti, savukārt novecojošas elektriskās sistēmas tieši ietekmē darbības stabilitāti.
02 Vides un dizaina faktori
Vides apstākļi ir otrais galvenais mainīgais, kas ietekmē efektivitāti. Apkārtējās vides temperatūra izšķiroši ietekmē gaisa-ūdens siltumsūkņu sildīšanas efektivitāti. zemāka temperatūra ievērojami samazina efektivitāti.
Tikpat svarīga ir uzstādīšanas vieta. Novietošana siltuma avotu vai radiatoru tuvumā ierobežo gaisa plūsmu, tieši pasliktinot siltumapmaiņas efektivitāti. Iekštelpu mitrums un gaisa kvalitāte rada arī kaskādes efektu uz apkures veiktspēju.
ETH Zurich plaša mēroga datu analīze atklāja, ka Zemes siltumsūkņu vidējais COP bija 4,90, kas ievērojami pārsniedz gaisa siltumsūkņu vidējo rādītāju 4,03.Svarīgi ir tas, ka zemes siltumsūkņa efektivitāti mazāk ietekmē āra temperatūras svārstības, tādējādi nodrošinot stabilāku veiktspēju.
Pētījums atklāja arī būtisku dizaina trūkumu: aptuveni 7–11 % siltumsūkņu sistēmu ir pārāk lielas, savukārt aptuveni 1 % ir pārāk mazas.Šī izmēru neatbilstība neļauj darboties optimālos apstākļos, radot enerģijas izšķērdēšanu.
03 Nepareiza darbība un apkope
Siltumsūkņa sistēmas apkopes statuss tieši ietekmē tās ilgtermiņa efektivitāti. Regulāra apkope ir normālas darbības nodrošināšanas atslēgatomēr praksē šī pamatprasība bieži tiek ignorēta.
Slikta apkope var izraisīt detaļu aizsērēšanu vai bojājumus, savukārt nestandarta apkopes metodes rada jaunas problēmas. Nepareizs aukstumaģenta uzpildes līmenis – gan pārāk liels, gan nepietiekams – ievērojami samazina apkures efektivitāti. Līdzīgi arī nepareizu tīrīšanas līdzekļu lietošana siltummaiņiem pasliktina veiktspēju.
Eiropas pētījumi liecina, ka Samazinot apkures līknes iestatījumu par 1 °C, var palielināt vidējo siltumsūkņa efektivitāti par 0,11 COP un samazināt mājsaimniecības enerģijas patēriņu par 2,61 %.Daudzi lietotāji nav informēti par šādām optimizācijas metodēm, kā rezultātā ilgstoši netiek nodrošināta optimāla darbība.
Vēl viens bieži sastopams efektivitātes zuduma cēlonis ir aukstumaģenta problēmas. Nepietiekama aukstumaģenta siltumvadītspēja samazina efektīvo siltumapmaiņu vienā ciklā. Daži ražotāji izmanto zemas kvalitātes aukstumaģentus, lai samazinātu izmaksas, vai arī transportēšanas laikā rodas noplūde, kā rezultātā netiek sasniegta paredzētā ūdens temperatūra.
04 Sistēmas konfigurācijas un izmēru problēmas
Nepiemērota sistēmas konfigurācija ir dziļi iesakņojies neefektivitātes cēlonis. Siltumsūkņi, kas paredzēti karstā ūdens (DHW) ražošanai, uzrāda ievērojami zemākas COP vērtības nekā tie, ko izmanto telpu apsildei, jo Karstajam ūdenim nepieciešama augstāka turpgaitas temperatūraŠī enerģijas pieprasījuma raksturlielumu atšķirība projektēšanas laikā bieži tiek ignorēta.
Izmēru problēmas ir īpaši aktuālas dzīvojamo māju lietojumos. ETH Zurich komanda izstrādāja izmantošanas rādītājus, lai novērtētu izmēru piemērotību, secinot, ka pārāk lielas vai pārāk mazas sistēmas ir ievērojami izplatītas.
Rūpniecībā sistēmu integrācijas metodes kritiski ietekmē kopējo efektivitāti. Pētījumi cementa rūpnīcu CO₂ uztveršanas projektos liecina, ka Augstas temperatūras siltumsūkņu integrēšana var samazināt klinkera izmaksas par 32 %Tomēr šādas optimizācijas sasniegšanai ir nepieciešama precīza sistēmas projektēšana un integrācijas iespējas, kas rada izaicinājumus daudziem uzstādītājiem.
Ķīnā populārās divkāršās piegādes sistēmas (integrēta dzesēšana un sildīšana) uzlabo kopējo energoefektivitāti, pateicoties inovatīvam dizainam. Vasarā aukstumaģents tiek izplatīts, izmantojot pie sienas montējamas iekštelpu iekārtas; ziemā karstais ūdens cirkulē pa grīdas apsildes sistēmām, ievērojot tradicionālo ķīniešu veselības principu "siltas kājas, vēsa galva". Optimizētas konfigurācijas nodrošina ievērojamu efektivitātes pieaugumu.
05 Risinājumi un nākotnes perspektīvas
Siltumsūkņu efektivitātes problēmu risināšanai ir nepieciešamas gan tehnoloģiskas inovācijas, gan politikas pielāgojumi. Honkongas Zinātnes un tehnoloģiju universitātes (HKUST) pētnieku atklājums ir saistīts ar Ti₇₈Nb₂₂ elastīgo sakausējumu, sasniedzot 20 reizes lielāku temperatūras maiņas efektivitāti nekā parastajiem metāliem, sasniedzot 90% no Karno efektivitātes robežas.
Šis materiāls uzsilst un atdziest, izmantojot elastīgu deformāciju, paverot jaunu ceļu cietvielu siltumsūkņu tehnoloģijai. Komanda pašlaik izstrādā rūpnieciskā siltumsūkņa prototipu, kura pamatā ir šis sakausējums.
Darbības uzraudzība un vieda pielāgošana sniedz praktiskus efektivitātes uzlabojumus. Eiropas pētnieki iesaka izveidot standartizētas pēcinstalācijas veiktspējas novērtēšanas procedūras un digitālu rīku izstrāde, lai palīdzētu lietotājiem optimizēt iestatījumus. Vienkāršas korekcijas, piemēram, apkures līknes pazemināšana, nodrošina ievērojamu enerģijas ietaupījumu.
Politikas izstrāde ir jāuzlabo. Vācijas pieredze rāda, ka Augstās elektroenerģijas cenas var kavēt siltumsūkņu ieviešanuRacionālas enerģijas nodokļu struktūru korekcijas, padarot elektroenerģiju konkurētspējīgāku salīdzinājumā ar dabasgāzi, paātrinātu fosilā kurināmā apkures aizstāšanu.
Rūpnieciskiem pielietojumiem ir milzīgs potenciāls. Cementa rūpnīcu CO₂ uztveršanas projekti, kuros integrēti augstas temperatūras siltumsūkņi, demonstrē tehnoloģijas spēju samazināt emisijas, vienlaikus samazinot klinkera izmaksas par 32%. Tā kā atjaunojamās elektroenerģijas ražošana paplašinājās un augstas temperatūras siltumsūkņu tehnoloģija attīstījās, šādi risinājumi varētu kļūt par galvenajām dekarbonizācijas tehnoloģijām energoietilpīgās nozarēs.
Siltumsūkņu tehnoloģijas nākotnes attīstības ceļš kļūst skaidrāks. HKUST materiālzinātnieku izstrādātais elastīgais Ti₇₈Nb₂₂ sakausējums laboratorijā darbojas izcili. Rūpniecības nozares pēta jaunas robežas. Cementa rūpnīcu oglekļa uztveršanas projekti, kuros apvienoti augstas temperatūras siltumsūkņi ar mehānisko tvaiku rekompresiju (MVR), ir samazinājuši... CO₂ uztveršanas izmaksas līdz 125,9 eiro par tonnuŠīm inovācijām virzoties no laboratorijas uz tirgu, siltumsūkņi patiesi kļūs par galveno spēku globālajā enerģijas pārejā.