Як розраховується ефективність теплового насосу?

?Будь-який тепловий насос під час експлуатації має різні значення вироблення теплової енергії та споживання при цьому електроенергії. Співвідношення цих величин є показником ефективності теплового насоса.

Миттєва ефективність теплового насосу (COP)

Ефективність роботи теплового насоса оцінюється показником COP (Coefficient of Performance) – коефіцієнт ефективності теплового перетворення.

COP= Q/E , де

Q – потужність теплової енергії кВт, що виробляється.
E – потужність споживаної електроенергії кВт.

Значення COP завжди вище одиниці на відміну прямого перетворення електроенергії в електричному нагрівачі, де ефективність майже дорівнює одиниці. Значення “Е” включає електроенергію, що витрачається на роботу компресора, насосів, приводу вентилятора (для повітряних теплових насосів). Що коефіцієнт COP, то ефективніше працює тепловий насос, оскільки такої ж теплової потужності потрібно менше електрики. Коефіцієнт ефективності залежить від температури джерела тепла (низькопотенційного джерела енергії) та температури, на яку необхідно нагріти теплоносій у системі опалення. Тому COP відрізняється у кожній робочій точці.

Щоб можна було порівнювати теплові насоси один з одним, їхній коефіцієнт ефективності наведений для певних робочих точок:

• A2W35 для теплових насосів повітря / вода (A2: температура повітря – 2 ° C, W: температура подачі води (теплоносія) в опаленні – 35 ° C);
• B0W35 для теплових насосів ґрунт/вода (B0: розсіл геотермального контуру – 0°C, W: температура подачі води – 35°C);
• W10W35 для теплових насосів вода / вода (W10: температура ґрунтових вод – 10 ° C, W: температура подачі води – 35 ° C).

Іноді наводяться дані для В0W55 (подача в систему опалення – 55 ° C), А7W55 (A7: температура повітря – 7 ° C, W: температура подачі води в опаленні – 55 ° C) і т.д.

Графік залежності потужності споживання, потужності та ефективності теплового насоса при зміні температури розсолу геотермального контуру та постійній температурі в подачу системи опалення 55 градусів (W55).

Графік залежності потужності споживання, потужності та ефективності теплового насоса при зміні температури теплоносія в подачу системи опалення та постійній температурі розсолу геотермального контуру – 10 градусів (B10).

Коефіцієнт продуктивності залежить від типу теплового насоса. Для установок, випробуваних у незалежних лабораторіях, середнє значення для теплових насосів повітря-вода становить близько 3,2 (A2W35), а для теплових насосів ґрунт/вода – 4,3 (B0W35). Теплові насоси вода/вода мають найкращі показники продуктивності – 5,4 (W10W35).

Однак є певний нюанс, оскільки при випробуваннях для теплових насосів з використанням ґрунтових вод не враховується електроенергія, що витрачається на роботу насоса свердловин. Крім того, вимірювання проводяться при температурі низькопотенційного джерела енергії при 10°C замість 0°C як для геотермальних установок. Отже, тепловий насос вода/вода не обов’язково є найкращим пристроєм, краще лише режим роботи.

Реальний ККД теплового насосу

Теоретично максимально можливе COP у певній робочій точці відповідає зворотній ефективності у відповідності з ідеальним циклом Карно. Його не можна перевершити.

Через неідеальність і втрати теплового насоса реальний коефіцієнт корисної дії завжди нижче максимально можливого. Співвідношення реального та ідеального коефіцієнта продуктивності називається оцінкою якості або ККД теплового насоса. Насправді досягаються значення від 40 до 60 %.

Для більш високої ефективності теплового перетворення застосовують різні методи. До цих методів можна віднести:

• Використання електронних дроселів протоки. Заміна механічного дроселя на електронний – дозволяє більш точно підтримувати необхідний тиск, а також дозволяє при тих самих режимах отримувати на 5-15% більше теплової потужності з кращою ефективністю.
• Застосування компресорів з додатковим упорскуванням пари. Використання таких компресорів супроводжується вбудовуванням контур додаткового теплообмінника, в якому, потік фреону від конденсатора розділяється, і його частина подається безпосередньо в компресор. При цьому відбувається збільшення на 10 – 30% вироблення теплової потужності та ефективності теплового перетворення. Крім підвищення ефективності, застосування компресорів такого типу дозволяє розширити діапазон температур, при яких можлива робота теплового насоса. Зокрема, для теплових насосів повітря/вода допустима температура повітря опускається до -20 оС, водяний контур можна нагрівати до 55-60 оС з піками до 65 оС.

Сезонна ефективність теплового насоса (SPF)

Для опису ефективності роботи теплового насоса використовується показник сезонної ефективності теплового перетворення SPF (Seasonal Performance Factor). Для його визначення використовується така формула:

, де

QHi – кількість виробленої теплової енергії протягом місяця (в кВт*год);

EHi – кількість спожитої електроенергії за місяць (в кВт*год);

n – кількість місяців опалювального сезону на рік.

Відповідно до Європейських директив для визначення ступеня економії за весь опалювальний період використовується саме цей показник. Чим вище цей показник, тим менші фінансові експлуатаційні витрати за сезон використання теплонасосної системи.