Теплові насоси доцільні також у старих будівлях

Майже кожна друга новобудова опалюється наразі тепловим насосом. У 2019 році, 46% власників будинків обрали тепловий насос для опалення приміщень та підготовки побутової  гарячої води, в наслідок чого отримують тепло ефективно і екологічно.

Протягом тривалого часу не було систематично визначеної інформації, чи знижують теплові насоси викиди CO2 також у старих житлових будинках, що має вирішальне значення для переходу на екологічно раціональні енергетичні джерела, оскільки його успіх значною мірою залежить від оновлення будівельного фонду та використання кліматично безпечного теплопостачання.

Значне уникнення викидів CO2

Наразі термін невизначеності закінчився. Dr. Marek Miara, координатор Департаменту Теплових Насосів Інституту Fraunhofer з Сонячних Енергетичних Систем ІSЕ: “Теплові насоси в нашому дослідницькому проекті надійно забезпечують потрібне тепло, майже не було експлуатаційних аварій. Очевидні помилки підчас інсталяції або параметризації контролерів виявилися значно рідшими, ніж у попередніх польових тестах, що також обумовлено підвищеним ноу-хау серед виробників та установників за останні 10-15 років”.

Однак існує суттєвий потенціал для вдосконалення, наприклад, шляхом подальших заходів забезпечення якості підчас інсталяції та експлуатації, що підтримуються можливостями цифровізації, додає Miara.

Метрологічний аналіз теплових насосів з повітряним та геотермальним джерелом енергії в існуючих односімейних будинках. © Fraunhofer ISE.

Досліджувані теплові насоси також набагато сприятливіші для клімату, ніж викопне паливо. У 2018 році розрахункові – на підставі вимірювань – викиди CO2 досліджуваних теплових насосів з повітряним джерелом енергії виявились на 19–47% нижчі, ніж у випадку теплопостачання для схожої будівлі за допомогою газових конденсаційних котлів. Відповідні показники теплових насосів з ґрунтовим джерелом енергії складали навіть від 39 до 57%.

А завдяки подальшій добудові засобів вітроенергетики та фотовольтаїки, продовжуватимуть покращуватися показники СО2 для генерації електрики і, як результат, викиди CO2 продовжуватимуть зменшуватися. Внаслідок цього можна очікувати понад 50% економії у середньотерміновій перспективі, навіть за песимістичного сценарію розвитку генерації зеленої електроенергії.

Сезонний коефіцієнт енергетичної ефективності до 4,7

Інститут Fraunhofer ISE протестував 41 тепловий насос протягом однакового періоду часу та з єдиною межею балансу. За період з липня 2018 року по червень 2019 року команда фахівців проаналізувала 29 теплових насосів з повітряним джерелом тепла для опалення приміщень та підготовки побутової гарячої води. Системи досягли сезонного коефіцієнту енергетичної ефективності від 2,5 до 3,8. Середнє значення становило 3,1. Два виключення з особливо хорошим показником сезонного коефіцієнту енергетичної ефективності не було включено до розрахунку.

У випадку 12 геотермальних теплових насосів дослідники виявили показник сезонного коефіцієнту енергетичної ефективності між 3,3 та 4,7 із середнім значенням 4,1. Один негативний показник для геотермальних теплових насосів було виключено з розрахунків.

Температура опалювального контуру нижча за очікувану

Максимальна температур теплоносія, необхідна для обігріву приміщень, для 27 теплових насосів з повітряним джерелом тепла була в середньому трошки нижче 44°C, для 11 геотермальних теплових насосів – трошки  більше 45°C, в обох випадках без виключень.

“В сегменті існуючих будівель, необхідні температури теплоносія в стандартній розрахунковій точці є часто предметом дискусії, тобто температури опалювального контуру при дуже низьких зовнішніх температурах розглядаються в діапазоні від -12°C до -16°C”, наголошує Miara. Однак такі холодні дні трапляються вкрай рідко.

“Вирішальним фактором ефективності є таким чином необхідні температури за умов найбільшої інтенсивності нагрівання, тобто за температури трошки вище 0°C”, пояснює фахівець з теплових насосів. “Тому, рідкісні виключення навряд чи відіграють вирішальну роль в річному балансі”.

Електричні нагрівачі працювали дуже рідко

Споживання енергії електричними нагрівальними елементами, що підтримують тепловий насос за особливо холодних температур, відіграють незначну роль у системах під тестами. З огляду на всі теплові насоси з повітряним джерелом тепла, оснащені електричним нагрівачем (24 з 29), частка роботи нагрівальних елементів становила 1,9%.

Поважний час роботи нагрівальних елементів зафіксовано лише внаслідок неправильної параметризації, дефектів або внаслідок запобігання легіонеллі. У випадку геотермальних теплових насосів, лише 2 з 12 систем взагалі застосовували нагрівальні елементи.

Вік будівлі не критичний

Тим не менш, використання теплових насосів у існуючих будівлях не є очевидним. Marek Miara: “Успішна робота залежить не тільки від якості та ефективності теплового насоса, але насамперед від зовнішніх факторів, перш за все, від енергетичного рівню будівлі та встановленої системи передачі тепла”.

За даними, зібраними підчас дослідження, вік будівлі не має значення. Перехід на панельні опалювальні системи не є абсолютно необхідним, оскільки результати демонструють, що радіатори також працювали за порівняно низьких температур.
Наразі на ринку доступні радіатори, що потребують значно нижчої температури теплоносія з однаковими вимогами до габаритів. “Загальний успіх залежить від ретельного планування та якісного монтажу”, наголошує Miara. Отже, опалювальні монтажники та планувальники відіграють центральну роль.

Будинки, що обстежені в рамках проекту, були віком від 15 до 170 років. Будинки, споруджені до першої Постанови про теплоізоляцію 1979 року, були реконструйовані в різній мірі, тоді як відносно рідкісні санаційні заходи у випадку молодших будівель мали незначний вплив на енергетичну якість зовнішньої оболонки або конструкції будівлі. Питоме споживання тепла для опалення для всіх будівель без урахування погодних флуктуацій становить від 50 до 250 кВт·г/(м2∙а).

Проаналізовано також інтеграцію в інтелектуальні електромережі

В зазначеному проекті Інститут Fraunhofer ISE також вивчив інтеграцію електричних теплових насосів в інтелектуальну електромережу. Основна увага приділялася тестуванню функціональності Smart Grid Ready (SG-Ready), маркування якої означає сумісність теплових насосів з інтелектуальною електромережою.

Симуляційні розрахунки підтвердили доцільність інтелектуального керування та довели відтворювану зміну навантаження для системи більш ніж 250 теплових насосів. В рамках польового дослідження 9 теплових насосів, керованих за допомогою SG-Ready, було протестовано технічне впровадження, а також визначено вплив інтелектуального управління та властивостей системи на зміну навантаження.

Моніторингові проекти в Інституті Fraunhofer ISE

Інститут Fraunhofer ISE досліджує теплові насоси з 2000 року. У 2007 році розпочато перший з п’яти масштабних об’єктних випробувань. Партнерами Інституту Fraunhofer ISE в проекті WPsmart були виробники теплових насосів ait-deutschland, Bosch Thermotechnik, Glen Dimplex, Heliotherm, Weishaupt, Stiebel Eltron, Vaillant та Viessmann, а також постачальники енергії Elektrizitätswerke Mittelbaden, Lechwerke та Stadtwerke Stuttgart. Федеральне Міністерство з Питань Економіки та Енергетики підтримало проект фінансово (FKZ: 03ET1272A).

Результати підсумкового звіту:

https://www.ise.fraunhofer.de/de/forschungsprojekte/wpsmart-im-bestand.html.

Розпочато новий моніторинговий проект

З 2020 до 2022 року Інститут збиратиме протягом трьох років подальше ноу-хау стосовно теплових насосів: На початку поточного року розпочато новий дослідницький проект ‘Забезпечення Якості Теплового Насосу в Комплекті’. Під керівництвом Інституту Fraunhofer ISE проводиться, з багатьма партнерами, польове тестування з близько 100 електричними тепловими насосами в односімейних будинках. Основний фокус зосереджено на забезпечення якості для ефективної роботи теплового насоса. Зацікавлені власники будинків можуть зареєструватися до кінця вересня 2020 року. Для проекту необхідні будівлі, що побудовані до 1995 року.