stringtranslate.com

Воздушный тепловой насос

Тепловой насос на балконе квартиры

Воздушный тепловой насос ( ASHP ) — это тепловой насос, который может поглощать тепло из воздуха снаружи здания и выделять его внутри; он использует тот же процесс охлаждения с помощью паровой компрессии и почти такое же оборудование, что и кондиционер , но в противоположном направлении. ASHP — наиболее распространенный тип тепловых насосов и, как правило, будучи меньше, как правило, используется для обогрева отдельных домов или квартир, а не кварталов, районов или промышленных процессов. [1]

Тепловые насосы типа «воздух-воздух» подают горячий или холодный воздух непосредственно в комнаты, но обычно не обеспечивают горячую воду. Тепловые насосы типа «воздух-вода» используют радиаторы или напольное отопление для обогрева всего дома и часто также используются для обеспечения горячей водой для бытовых нужд .

ASHP обычно может получить 4 кВт·ч тепловой энергии из 1 кВт·ч электрической энергии. Они оптимизированы для температур потока от 30 до 40 °C (от 86 до 104 °F), подходят для зданий с излучателями тепла, рассчитанными на низкие температуры потока. С потерями в эффективности ASHP может даже обеспечить полное центральное отопление с температурой потока до 80 °C (176 °F). [2]

По состоянию на 2023 год около 10% отопления зданий во всем мире осуществляется с помощью ASHP. Они являются основным способом постепенного отказа от газовых котлов (также известных как «печи») в домах, чтобы избежать выбросов парниковых газов . [3]

Воздушные тепловые насосы используются для перемещения тепла между двумя теплообменниками, один из которых находится снаружи здания и оснащен ребрами, через которые воздух нагнетается с помощью вентилятора, а другой либо напрямую нагревает воздух внутри здания, либо нагревает воду, которая затем циркулирует по зданию через радиаторы или напольное отопление, которое отдает тепло в здание. Эти устройства также могут работать в режиме охлаждения, когда они извлекают тепло через внутренний теплообменник и выбрасывают его в окружающий воздух с помощью внешнего теплообменника. Некоторые из них можно использовать для нагрева воды для стирки, которая хранится в баке для горячей воды для бытовых нужд. [4]

Воздушные тепловые насосы относительно просты и недороги в установке, поэтому являются наиболее широко используемым типом. В мягкую погоду коэффициент полезного действия (КПД) может быть от 2 до 5, в то время как при температурах ниже −8 °C (18 °F) воздушный тепловой насос может по-прежнему достигать КПД от 1 до 4. [5]

В то время как старые воздушные тепловые насосы работали относительно плохо при низких температурах и лучше подходили для теплого климата, новые модели с компрессорами с переменной скоростью остаются высокоэффективными в условиях замерзания, что позволяет широко внедрять их и экономить средства в таких местах, как Миннесота и Мэн в Соединенных Штатах. [6]

Технологии

Воздушный тепловой насос

Воздух при любой естественной температуре содержит некоторое количество тепла. Воздушный тепловой насос переносит часть этого тепла из одного места в другое, например, между внешней и внутренней частью здания.

Система воздух-воздух может быть спроектирована для передачи тепла в любом направлении, для обогрева или охлаждения внутренних помещений здания зимой и летом соответственно. Внутренние воздуховоды могут использоваться для распределения воздуха. [7] Система воздух-вода только перекачивает тепло внутрь и может обеспечивать отопление помещений и горячую воду. [8] Для простоты описание ниже фокусируется на использовании для внутреннего отопления.

Технология похожа на холодильник, морозильник или кондиционер: разный эффект обусловлен расположением различных компонентов системы. Так же, как трубы на задней стенке холодильника нагреваются по мере охлаждения внутри, так и ASHP нагревает внутреннюю часть здания, охлаждая наружный воздух.

Основными компонентами сплит-системы (называемой сплит -системой , поскольку в ней имеются как внутренние, так и внешние змеевики) воздушного теплового насоса являются:

Реже в упакованном ASHP все находится снаружи, а горячий (или холодный) воздух подается внутрь через воздуховод. [10] Их также называют моноблочными, и они полезны для хранения горючего пропана снаружи дома. [3]

ASHP может обеспечить в три или четыре раза больше тепла, чем электрический нагреватель сопротивления, используя то же количество электроэнергии. [11] Сжигание газа или масла приведет к выбросу углекислого газа, а также NOx , что может быть вредно для здоровья. [12] Воздушный тепловой насос не выделяет углекислый газ, оксид азота или любой другой вид газа. Он использует небольшое количество электроэнергии для передачи большого количества тепла.

Большинство ASHP являются обратимыми и способны либо обогревать, либо охлаждать здания [13] , а в некоторых случаях также обеспечивать бытовую горячую воду . Использование теплового насоса «воздух-вода» для охлаждения домов подвергалось критике. [14]

Внутренний вид наружного блока воздушного теплового насоса
A: внутреннее отделение, B: наружное отделение, I: изоляция, 1: конденсатор, 2: расширительный клапан, 3: испаритель, 4: компрессор

Нагрев и охлаждение осуществляются путем прокачки хладагента через внутренние и наружные змеевики теплового насоса. Как и в холодильнике, компрессор , конденсатор , расширительный клапан и испаритель используются для изменения состояний хладагента между более холодным жидким и более горячим газообразным состояниями.

Когда жидкий хладагент при низкой температуре и низком давлении проходит через наружные змеевики теплообменника, окружающее тепло заставляет жидкость кипеть (превращаться в газ или пар ). Тепловая энергия из наружного воздуха поглощается и сохраняется в хладагенте в виде скрытой теплоты . Затем газ сжимается с помощью электрического насоса; сжатие повышает температуру газа .

Внутри здания газ проходит через клапан давления в змеевики теплообменника. Там горячий газообразный хладагент конденсируется обратно в жидкость и передает накопленное скрытое тепло в воздух в помещении, систему водяного отопления или горячего водоснабжения. Воздух в помещении или вода для отопления прокачиваются через теплообменник с помощью электрического насоса или вентилятора .

Затем холодный жидкий хладагент снова поступает в наружные теплообменники, чтобы начать новый цикл. Каждый цикл обычно занимает несколько минут. [11]

Большинство тепловых насосов также могут работать в режиме охлаждения, когда холодный хладагент перемещается через внутренние змеевики для охлаждения воздуха в помещении.

По состоянию на 2024 год другие технологии, кроме компрессии пара, не будут играть существенной роли на рынке. [15]

Использование

ASHP являются наиболее распространенным типом тепловых насосов и, как правило, будучи меньше, как правило, больше подходят для отопления отдельных домов, а не многоквартирных домов, компактных городских районов или промышленных процессов. [1] В густонаселенных городских центрах тепловые сети могут быть лучше, чем ASHP. [1] Воздушные тепловые насосы используются для обеспечения отопления и охлаждения внутренних помещений даже в более холодном климате и могут эффективно использоваться для нагрева воды в более мягком климате. Главным преимуществом некоторых ASHP является то, что одна и та же система может использоваться для отопления зимой и охлаждения летом. Хотя стоимость установки, как правило, высока, она меньше стоимости грунтового теплового насоса , поскольку для установки грунтового теплового насоса требуются земляные работы. Преимущество грунтового теплового насоса заключается в том, что он имеет доступ к тепловой емкости грунта, что позволяет ему производить больше тепла за меньшие затраты электроэнергии в холодных условиях.

Домашние батареи могут снизить риск отключения электроэнергии, и, как и ASHP, становятся все более популярными. [16] Некоторые ASHP могут быть соединены с солнечными панелями в качестве основного источника энергии, с обычной электросетью в качестве резервного источника. [ необходима цитата ]

Решения по хранению тепла, включающие резистивный нагрев, могут использоваться совместно с ASHP. Хранение может быть более рентабельным, если доступны тарифы на электроэнергию по времени использования. Тепло хранится в керамических кирпичах высокой плотности, содержащихся в теплоизолированном корпусе; [17] примером являются нагреватели-накопители . ASHP также могут использоваться в паре с пассивным солнечным отоплением . Тепловая масса (например, бетон или камни), нагретая пассивным солнечным теплом, может помочь стабилизировать температуру в помещении, поглощая тепло в течение дня и выделяя тепло ночью, когда наружная температура ниже, а эффективность теплового насоса ниже.

Замена газового отопления в существующих домах

Хорошая теплоизоляция дома важна. [18] По состоянию на 2023 год ASHP больше газовых котлов и требуют больше места снаружи, поэтому процесс более сложный и может быть более дорогим, чем если бы можно было просто снять газовый котел и установить ASHP на его место. [3] [19] Если важны эксплуатационные расходы, важно выбрать правильный размер, поскольку ASHP слишком большого размера будет дороже в эксплуатации. [20]

Может быть сложнее модернизировать традиционные системы отопления, которые используют радиаторы/ излучающие панели , нагреватели плинтусов с горячей водой или даже воздуховоды меньшего диаметра, с помощью тепла, получаемого от ASHP. Более низкие выходные температуры теплового насоса означают, что радиаторы (и, возможно, трубы) придется заменить на радиаторы большего размера или вместо них установить низкотемпературную систему напольного отопления . [21]

В качестве альтернативы можно установить высокотемпературный тепловой насос и сохранить существующие тепловые излучатели, однако с 2023 года эти тепловые насосы будут дороже в покупке и эксплуатации, поэтому они могут подойти только для зданий, которые трудно изменить или утеплить, например, для некоторых больших исторических домов. [22]

Утверждается, что ASHP более полезны для здоровья, чем отопление на ископаемом топливе, например, газовые обогреватели, поскольку поддерживают более равномерную температуру и исключают риск образования вредных паров. [18] Также утверждается, что благодаря фильтрации воздуха и снижению влажности в жарком влажном летнем климате они снижают риск для здоровья, связанный с пылью, аллергенами и плесенью. [23]

В холодном климате

Наружный блок воздушного теплового насоса, работающий в условиях замерзания

Эксплуатация обычных ASHP обычно не рекомендуется ниже −10 °C. [24] Однако ASHP, разработанные специально для очень холодного климата (в США они сертифицированы по Energy Star [25] ), могут извлекать полезное тепло из окружающего воздуха при температуре до −30 °C (−22 °F), однако при температуре ниже −25 °C электрический резистивный нагрев может быть более эффективным. [24] Это стало возможным благодаря использованию компрессоров с переменной скоростью, работающих от инверторов. [25] Хотя воздушные тепловые насосы менее эффективны, чем хорошо установленные грунтовые тепловые насосы в холодных условиях, воздушные тепловые насосы имеют более низкие первоначальные затраты и могут быть наиболее экономичным или практичным выбором. [26] Гибридная система , включающая как тепловой насос, так и альтернативный источник тепла, такой как котел на ископаемом топливе, может быть подходящей, если нецелесообразно должным образом утеплять большой дом. [27] В качестве альтернативы можно рассмотреть несколько тепловых насосов или высокотемпературный тепловой насос. [27]

При некоторых погодных условиях конденсат будет образовываться и замерзать на змеевиках теплообменника наружного блока, уменьшая поток воздуха через змеевики. Чтобы очистить его, блок запускает цикл размораживания, переключаясь в режим охлаждения на несколько минут, нагревая змеевики до тех пор, пока лед не растает. Тепловые насосы «воздух-вода» используют для этой цели тепло циркулирующей воды, что приводит к небольшому и, вероятно, незаметному падению температуры воды; [28] для систем «воздух-воздух» тепло либо берется из воздуха в здании, либо с помощью электрического нагревателя. [29] Некоторые системы «воздух-воздух» просто останавливают работу вентиляторов обоих блоков и переключаются в режим охлаждения, так что наружный блок снова становится конденсатором, нагреваясь и размораживаясь.

Шум

Воздушный тепловой насос требует наружного блока, содержащего движущиеся механические компоненты, включая вентиляторы, которые производят шум. Современные устройства предлагают графики для работы в бесшумном режиме с пониженной скоростью вентилятора. Это снизит максимальную мощность нагрева, но может применяться при умеренных наружных температурах без потери эффективности. Акустические кожухи являются еще одним подходом к снижению шума в чувствительном районе. В изолированных зданиях работа может быть приостановлена ​​на ночь без значительной потери температуры. Только при низких температурах защита от замерзания заставляет работу через несколько часов. Правильное размещение также важно. [30]

В Соединенных Штатах допустимый уровень шума в ночное время составляет 45 децибел по шкале А (дБА) . [31] В Великобритании предел установлен на уровне 42 дБ, измеренных от ближайшего соседа [32] в соответствии со стандартом MCS 020 [33] или эквивалентным ему. [34] В Германии предел в жилых районах составляет 35 дБ, что обычно измеряется по европейскому стандарту EN 12102. [35]

Еще одной особенностью внешних теплообменников воздушных тепловых насосов (ASHP) является необходимость время от времени останавливать вентилятор на несколько минут, чтобы избавиться от инея, который скапливается в наружном блоке в режиме нагрева. После этого тепловой насос снова начинает работать. Эта часть рабочего цикла приводит к двум резким изменениям шума, производимого вентилятором. Акустический эффект такого нарушения особенно силен в тихих помещениях, где фоновый ночной шум может быть всего от 0 до 10 дБА. Это включено в законодательство во Франции. Согласно французской концепции шумового раздражения, «появление шума» — это разница между окружающим шумом, включая мешающий шум, и окружающим шумом без мешающего шума. [36] [37] Напротив, для геотермального теплового насоса не нужен наружный блок с движущимися механическими компонентами.

Рейтинги эффективности

Эффективность воздушных тепловых насосов измеряется коэффициентом производительности (COP). COP 4 означает, что тепловой насос производит 4 единицы тепловой энергии на каждую 1 единицу потребляемой им электроэнергии. В диапазоне температур от −3 °C (27 °F) до 10 °C (50 °F) COP для многих машин довольно стабилен. Приблизительно TheoreticalMaxCOP = (DesiredIndoorTempC + 273) ÷ (DesiredIndoorTempC - OutdoorTempC). [ необходима цитата ] [38] [ необходим лучший источник ]

В мягкую погоду с наружной температурой 10 °C (50 °F) КПД эффективных воздушных тепловых насосов составляет от 4 до 6. [39] Однако в холодный зимний день требуется больше работы для перемещения того же количества тепла в помещении, чем в мягкий день. [40] Производительность теплового насоса ограничена циклом Карно и будет приближаться к 1,0 по мере увеличения разницы температур снаружи и внутри, что для большинства воздушных тепловых насосов происходит, когда наружная температура приближается к −18 °C (0 °F). [ требуется цитирование ] Конструкция теплового насоса, которая позволяет использовать углекислый газ в качестве хладагента, может иметь КПД более 2 даже при температуре до −20 °C, что снижает показатель безубыточности до −30 °C (−22 °F). [ требуется цитирование ] У геотермального теплового насоса КПД сравнительно меньше меняется при изменении наружной температуры, поскольку земля, из которой они извлекают тепло, имеет более постоянную температуру, чем наружный воздух.

Конструкция теплового насоса оказывает значительное влияние на его эффективность. Многие воздушные тепловые насосы разработаны в первую очередь как кондиционеры , в основном для использования при летних температурах. Проектирование теплового насоса специально для целей теплообмена может достичь большего КПД и более длительного жизненного цикла. Основные изменения касаются масштаба и типа компрессора и испарителя.

Сезонно скорректированная эффективность отопления и охлаждения определяется сезонным коэффициентом эффективности отопления (HSPF) и сезонным коэффициентом энергоэффективности (SEER) соответственно. В США минимальный уровень эффективности составляет 14 или 15 SEER и 8,8 HSPF. [25]

Компрессоры с переменной скоростью более эффективны, поскольку они часто могут работать медленнее, а воздух проходит медленнее, давая воде больше времени для конденсации, таким образом, они более эффективны, поскольку более сухой воздух легче охлаждать. Однако они более дороги и, скорее всего, потребуют обслуживания или замены. [23] Обслуживание, такое как замена фильтров, может повысить производительность на 10–25%. [41]

Типы хладагентов

Чистые хладагенты можно разделить на органические вещества ( углеводороды (HC), хлорфторуглероды (CFC), гидрохлорфторуглероды ( HCFC) , гидрофторуглероды (HFC), гидрофторолефины (HFO) и HCFO) и неорганические вещества ( аммиак ( NH
3), углекислый газ ( CO
2) и вода ( H
2O ) [42] ). [43] Их точки кипения обычно ниже −25 °C. [44]

За последние 200 лет стандарты и требования к новым хладагентам изменились. В настоящее время требуется низкий потенциал глобального потепления (ПГП), в дополнение ко всем предыдущим требованиям по безопасности, практичности, совместимости материалов, соответствующему сроку службы в атмосфере, [ необходимо разъяснение ] и совместимости с высокоэффективными продуктами. К 2022 году устройства, использующие хладагенты с очень низким ПГП, по-прежнему будут иметь небольшую долю рынка, но, как ожидается, будут играть все большую роль из-за ужесточаемых правил, [45] поскольку большинство стран теперь ратифицировали Кигалийскую поправку о запрете ГФУ. [46] Изобутан (R600A) и пропан (R290) гораздо менее вредны для окружающей среды, чем обычные гидрофторуглероды (ГФУ), и уже используются в воздушных тепловых насосах. [47] Пропан может быть наиболее подходящим для высокотемпературных тепловых насосов. [48] Аммиак (R717) и диоксид углерода ( R-744 ) также имеют низкий ПГП. С 2023 года выбросы CO будут меньше
2Тепловые насосы не получили широкого распространения, и их исследования и разработки продолжаются. [49] В отчете за 2024 год говорится, что хладагенты с ПГП уязвимы для дальнейших международных ограничений. [50]

До 1990-х годов тепловые насосы, а также холодильники и другие подобные продукты использовали хлорфторуглероды (ХФУ) в качестве хладагентов, которые при попадании в атмосферу наносили серьезный ущерб озоновому слою . Использование этих химикатов было запрещено или строго ограничено Монреальским протоколом от августа 1987 года. [51]

Заменители, включая R-134a и R-410A , представляют собой гидрофторуглероды (ГФУ) с похожими термодинамическими свойствами и незначительным потенциалом разрушения озонового слоя (ODP), но с проблемным ПГП. [52] ГФУ являются мощными парниковыми газами, которые способствуют изменению климата. [53] [54] Диметиловый эфир (ДМЭ) также приобрел популярность в качестве хладагента в сочетании с R404a. [55] Более поздние хладагенты включают дифторметан (R32) с более низким ПГП, но все еще более 600.

Ожидается, что устройства с хладагентом R-290 (пропаном) будут играть ключевую роль в будущем. [48] [59] 100-летний ПГП пропана, равный 0,02, чрезвычайно низок и примерно в 7000 раз меньше, чем у R-32. Однако воспламеняемость пропана требует дополнительных мер безопасности: максимально безопасные заправки были установлены значительно ниже, чем для хладагентов с меньшей воспламеняемостью (разрешая только примерно в 13,5 раз меньше хладагента в системе, чем R-32). [60] [61] [62] Это означает, что R-290 не подходит для всех ситуаций или мест. Тем не менее, к 2022 году все большее количество устройств с R-290 будет предлагаться для бытового использования, особенно в Европе. [ необходима цитата ]

В то же время, [ когда? ] хладагенты HFC все еще доминируют на рынке. Недавние правительственные распоряжения привели к поэтапному отказу от хладагента R-22 . Заменители, такие как R-32 и R-410A, продвигаются как экологически чистые, но все еще имеют высокий ПГП. [63] Тепловой насос обычно использует 3 кг хладагента. С R-32 это количество все еще имеет 20-летнее воздействие, эквивалентное 7 тоннам CO2 , что соответствует двум годам отопления природным газом в среднем доме. Хладагенты с высоким ОРП уже были поэтапно выведены из обращения. [ нужна цитата ]

Влияние на декарбонизацию и электроснабжение

Тепловые насосы играют ключевую роль в декарбонизации потребления энергии в домашних условиях путем постепенного отказа от газовых котлов . [19] [11] По данным МЭА, к 2024 году выбросы CO2 могут быть сокращены на 500 миллионов тонн к 2030 году. [64]

Поскольку ветряные электростанции все чаще используются для подачи электроэнергии в некоторые сети, например, на территории Юкон в Канаде , возросшая зимняя нагрузка хорошо сочетается с возросшей зимней генерацией от ветряных турбин , а более спокойные дни приводят к снижению отопительной нагрузки для большинства домов, даже если температура воздуха низкая. [65]

Тепловые насосы могут помочь стабилизировать сети посредством реагирования на спрос . [66] По мере роста проникновения тепловых насосов в некоторых странах, таких как Великобритания, может потребоваться поощрять домохозяйства использовать тепловые накопители энергии , такие как очень хорошо изолированные резервуары для воды. [67] В некоторых странах, таких как Австралия, интеграция этого тепловых накопителей с солнечными батареями на крыше также могла бы помочь. [68]

Хотя более дорогие тепловые насосы могут быть более эффективными, исследование 2024 года пришло к выводу, что для Великобритании «с точки зрения энергетической системы в целом оптимальным с точки зрения затрат является проектирование тепловых насосов с номинальным КПД в диапазоне 2,8–3,2, что обычно имеет удельную стоимость ниже 650 фунтов стерлингов/кВтч, и одновременное инвестирование в увеличение мощностей технологий генерации возобновляемой энергии и аккумуляторов, в первую очередь, а затем в ГТКЦ и ГТКЦ с УХУ». [69]

Экономика

Расходы

По состоянию на 2023 год покупка и установка ASHP в существующем доме обойдется дорого, если нет государственных субсидий, но стоимость за весь срок службы, скорее всего, будет меньше или аналогична стоимости газового котла и кондиционера. [70] [71] Это, как правило, также верно, если охлаждение не требуется, поскольку ASHP, скорее всего, прослужит дольше, если будет использоваться только для отопления. [72] Стоимость срока службы воздушного теплового насоса будет зависеть от цены на электроэнергию по сравнению с газом (если он доступен), и может потребоваться от двух до десяти лет, чтобы достичь уровня безубыточности. [70] МЭА рекомендует правительствам субсидировать покупную цену бытовых тепловых насосов, и некоторые страны так и делают. [73]

Рынок

В Норвегии, [74] Австралии и Новой Зеландии большая часть отопления осуществляется с помощью тепловых насосов. В 2022 году тепловые насосы превзошли по продажам отопление на основе ископаемого топлива в США и Франции. [73] В Великобритании годовые продажи тепловых насосов неуклонно росли в последние годы: в 2018 году было продано 26 725 тепловых насосов, а в 2023 году эта цифра увеличилась до 60 244 продаж тепловых насосов . [75] ASHP можно помочь конкурировать, увеличив цену ископаемого газа по сравнению с ценой на электроэнергию и используя подходящее гибкое ценообразование на электроэнергию . [19] В США наиболее распространенным типом является воздух-воздух. [76] По состоянию на 2023 год более 80% тепловых насосов являются воздушными. [11] В 2023 году МЭА обратилось за более точными данными, особенно по воздуху-воздуху. [73]

Техническое обслуживание и надежность

Считается, что ASHP требуют меньше обслуживания, чем отопление на ископаемом топливе, и некоторые говорят, что ASHP легче обслуживать, чем грунтовые тепловые насосы из-за сложности поиска и устранения подземных утечек. Установка слишком маленького ASHP может сократить его срок службы (но слишком большой будет менее эффективным). [77] Однако другие говорят, что котлы требуют меньше обслуживания, чем ASHP. [78] Опрос Consumer Reports показал, что «в среднем около половины тепловых насосов, вероятно, столкнутся с проблемами к концу восьмого года владения». [79]

История

Современные методы химического охлаждения были разработаны после предложения цикла Карно в 1824 году. В 1843 году Якоб Перкинс изобрел машину для производства льда , которая использовала эфир , а в 1850 году Эдмон Карре построил холодильник , который использовал воду и серную кислоту . В Японии Фусаносукэ Кухара , основатель Hitachi, Ltd. , в 1917 году создал кондиционер для собственного домашнего использования, используя сжатый CO2 в качестве хладагента. [80]

В 1930 году Томас Миджли-младший открыл дихлордифторметан , хлорированный фторуглерод ( ХФУ ), известный как фреон . ХФУ быстро заменили традиционные хладагенты, включая CO2 ( который оказалось трудно сжимать для бытового использования [81] ), для использования в тепловых насосах и холодильниках . Но с 1980-х годов ХФУ начали терять популярность как хладагенты, когда было обнаружено их разрушительное воздействие на озоновый слой . Два альтернативных типа хладагентов, гидрофторуглероды ( ГФУ ) и гидрохлорфторуглероды ( ГХФУ ), также потеряли популярность, когда их идентифицировали как парниковые газы (кроме того, было обнаружено, что ГХФУ наносят больший вред озоновому слою, чем первоначально считалось). Венская конвенция об охране озонового слоя , Монреальский протокол и Киотский протокол призывают к полному отказу от таких хладагентов к 2030 году.

В 1989 году, на фоне международной обеспокоенности по поводу воздействия хлорфторуглеродов и гидрохлорфторуглеродов на озоновый слой, ученый Густав Лоренцен и SINTEF запатентовали метод использования CO2 в качестве хладагента для отопления и охлаждения. Дальнейшие исследования охлаждения CO2 проводились в Shecco (Sustainable HEating and Cooling with CO2 ) в Брюсселе , Бельгия , что привело к увеличению использования технологии хладагента CO2 в Европе. [81]

В 1993 году японская компания Denso в сотрудничестве с Густавом Лоренценом разработала автомобильный кондиционер, использующий CO2 в качестве хладагента. Они продемонстрировали изобретение на конференции Международного института холода/Густава Лорентцена в июне 1998 года. [82] После конференции CRIEPI ( Центральный научно-исследовательский институт электроэнергетической промышленности ) и TEPCO ( Токийская электроэнергетическая компания ) обратились к Denso с предложением разработать прототип кондиционера, использующего натуральные хладагенты вместо фреона. Вместе они изготовили 30 прототипов установок для годичной экспериментальной установки в различных местах по всей Японии , от холодного климата Хоккайдо до более жаркой Окинавы . После этого успешного технико-экономического обоснования компания Denso получила патент на сжатие хладагента CO2 для использования в тепловом насосе от SINTEF в сентябре 2000 года. В начале 21-го века тепловые насосы CO2 , запатентованные EcoCute, стали популярными для нового жилья в Японии, но в других местах их распространение было медленнее. [83]

Производство

Спрос на тепловые насосы увеличился в первой четверти 21-го века в США и Европе, при этом правительства субсидировали их для повышения энергетической безопасности и декарбонизации . Европейцы, как правило, используют системы воздух-вода (также называемые гидроническими), которые используют радиаторы, а не системы воздух-воздух, более распространенные в других местах. Азиатские страны произвели три четверти тепловых насосов в мире в 2021 году. [84]

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ abc "Почему домам Британии понадобятся разные типы тепловых насосов". The Economist . ISSN  0013-0613 . Получено 19 февраля 2024 г.
  2. ^ Le, Khoa; Huang, MJ; Hewitt, Neil (2018). "Домашний высокотемпературный воздушный тепловой насос: анализ производительности с использованием моделирования TRNSYS". Международная конференция по высокопроизводительным зданиям . West Lafayette, IN, USA: 5th International High Performance Buildings Conference at Purdue University: 1. Получено 20 февраля 2022 г.
  3. ^ abc "Heat pumps show how hard decarbonization will be". The Economist . ISSN  0013-0613 . Получено 14 сентября 2023 г. .
  4. ^ Лоуренс, Карен. "Air source heat pumps explained". Которые? . Архивировано из оригинала 4 октября 2022 г. . Получено 4 октября 2022 г. .
  5. ^ Канада, Natural Resources (22 апреля 2009 г.). «Отопление и охлаждение с помощью теплового насоса». natural-resources.canada.ca . Получено 22 февраля 2024 г. .
  6. ^ «Тепловые насосы работают в холоде — американцы просто пока об этом не знают». Grist . 9 мая 2022 г. Архивировано из оригинала 9 мая 2022 г. Получено 9 мая 2022 г.
  7. ^ "9 типов тепловых насосов". ACHR News . Получено 15 сентября 2023 г.
  8. ^ Лоуренс, Карен; Мэсси, Джейк (14 июля 2023 г.). «Объяснение тепловых насосов с воздушным источником». Которые? .
  9. ^ "Мини-сплит-тепловые насосы без воздуховодов". Energy.gov . Получено 14 сентября 2023 г. .
  10. ^ "Воздушные тепловые насосы". Energy.gov . Получено 14 сентября 2023 г. .
  11. ^ abcd "Все, что вам нужно знать о диком мире тепловых насосов". MIT Technology Review . Получено 19 сентября 2023 г.
  12. ^ "Газовые котлы и NOx: скрытый источник выбросов" (PDF) . Energy & Climate Intelligence Unit. Октябрь 2020 г. . Получено 20 января 2024 г. .
  13. ^ Вклад реверсивных тепловых насосов «воздух-воздух» в обязательства Великобритании по Директиве о возобновляемых источниках энергии (2009/28/EC) — отчет Delta-ee для Департамента бизнеса, энергетики и промышленной стратегии (PDF) (Отчет). Delta Energy & Environment. 2017. Практически все продаваемые сегодня тепловые насосы «воздух-воздух» являются реверсивными (стр. 7)
  14. ^ Хендра, Грэм (5 мая 2021 г.). «Четыре причины не охлаждать дом с помощью теплового насоса». Renewable Heating Hub . Получено 23 декабря 2023 г.
  15. ^ "Приложение 53 Современные технологии охлаждения/холодильного оборудования, 2 страницы, резюме". HPT - Технологии тепловых насосов . Получено 19 февраля 2024 г.
  16. ^ Эмброуз, Джиллиан (14 августа 2023 г.). «В домах Великобритании установлено «рекордное количество» солнечных панелей и тепловых насосов». The Guardian . ISSN  0261-3077 . Получено 16 сентября 2023 г.
  17. ^ Franklin Energy Services, LLC (2011). "Повышение эффективности теплового насоса с воздушным источником при работе при низкой температуре окружающей среды с использованием дополнительного электрического отопления: системы дополнительного отопления с накоплением тепла" (PDF) . Отдел энергетических ресурсов Миннесоты; Министерство торговли Миннесоты. стр. 9. Архивировано из оригинала (PDF) 11 июня 2014 г. . Получено 15 октября 2014 г.
  18. ^ ab "Совет | Я пытался установить тепловой насос, но не смог. Вот как это сделать правильно". Washington Post . 28 февраля 2023 г. . Получено 19 февраля 2024 г. .
  19. ^ abc Harris, B. (14 июля 2023 г.). "Тепловые насосы" (PDF) . Парламент Великобритании . Получено 20 января 2024 г. .
  20. ^ «Вот как выбрать тепловой насос подходящего размера для вашего дома». CNET . Получено 18 сентября 2023 г. .
  21. ^ "Работают ли тепловые насосы с радиаторами? | Heat Pump House". heatpumphouse.com . Получено 19 февраля 2024 г. .
  22. ^ Джекман, Джош (28 января 2022 г.). «Высокотемпературные тепловые насосы | Стоят ли они того?». The Eco Experts . Получено 17 сентября 2023 г.
  23. ^ ab "Одноступенчатый против двухступенчатых против переменной скорости для теплового насоса/кондиционера". Как выбрать лучшие системы HVAC . 4 апреля 2018 г. Получено 19 февраля 2024 г.
  24. ^ ab "Воздушные тепловые насосы для холодного климата". www.hydro.mb.ca . Получено 15 сентября 2023 г. .
  25. ^ abc «Могут ли тепловые насосы работать в холодном климате?». Consumer Reports . 2 августа 2022 г. Получено 15 сентября 2023 г.
  26. ^ «Являются ли воздушные тепловые насосы угрозой для поставщиков геотермальных тепловых насосов?». Forbes . Получено 15 октября 2014 г.
  27. ^ ab "Гибридные тепловые насосы". Energy Saving Trust . Получено 30 сентября 2023 г.
  28. ^ "Как разморозить тепловой насос зимой". Evergreen Energy . Февраль 2018. Получено 14 сентября 2021 .
  29. ^ "Цикл размораживания теплового насоса". Международная ассоциация домашних инспекторов . Получено 14 сентября 2021 г.
  30. ^ «ТЕПЛОВЫЕ НАСОСЫ И ШУМ: РУКОВОДСТВО ПО УСТАНОВКЕ В РАЙОНЕ» (PDF) .
  31. ^ "Моника С. Хаммер, Трейси К. Суинберн и Ричард Л. Нейтцель "Загрязнение окружающей среды шумом в Соединенных Штатах: разработка эффективных мер реагирования общественного здравоохранения" Перспективы охраны окружающей среды V122,I2,2014". Архивировано из оригинала 2 июля 2016 года . Получено 25 января 2016 года .
  32. ^ «Насколько шумны тепловые насосы?». Heat Pumps UK . 11 апреля 2022 г. Получено 14 сентября 2023 г.
  33. ^ "Стандарт установки микрогенерации MCS 020" (PDF) . MCS . Получено 17 марта 2024 г. .
  34. ^ "Шум и соседи: правила, касающиеся шума от наружных блоков тепловых насосов - MCS 020 или эквивалент". Отметить галочкой . Получено 17 марта 2024 г.
  35. ^ «Петиция № 0922/2020 от FB (на немецком языке) о предельных значениях низкочастотного шума» (PDF) .
  36. ^ "Hiil innovating Justice "Как определить приемлемые уровни шумового раздражения (Франция)". Архивировано из оригинала 12 февраля 2017 года . Получено 25 января 2016 года .
  37. ^ «Кодекс общественной безопасности – Статья R1334-33 (на французском языке)» . Проверено 8 февраля 2016 г.
  38. ^ "Существует ли какой-то теоретический максимальный коэффициент полезного действия (КПД) для тепловых насосов и чиллеров?". Physics Stack Exchange . Получено 19 февраля 2024 г. .
  39. ^ «Wärmepumpen mit Prüf- / Effizienznachweis (тепловые насосы с проверкой эффективности)» . BAFA (Федеральное управление экономики и экспортного контроля Германии) . Проверено 20 февраля 2022 г.
  40. ^ "Воздушные тепловые насосы". ICAX . Получено 20 января 2024 г. .
  41. ^ "Эксплуатация и обслуживание вашего теплового насоса". Energy.gov . Получено 19 февраля 2024 г. .
  42. ^ Шамун, Марван; Рульер, Ромуальд; Хабершилль, Филипп; Берай, Жан Франсуа (1 июня 2012 г.). «Динамическая модель промышленного теплового насоса, использующего воду в качестве хладагента». Международный журнал по охлаждению . 35 (4): 1080–1091. doi :10.1016/j.ijrefrig.2011.12.007. ISSN  0140-7007.
  43. ^ Wu, Di (2021). "Парокомпрессионные тепловые насосы с чистыми хладагентами с низким ПГП". Обзоры возобновляемой и устойчивой энергетики . 138 : 110571. doi : 10.1016/j.rser.2020.110571. ISSN  1364-0321. S2CID  229455137. Архивировано из оригинала 24 сентября 2023 г. Получено 17 ноября 2022 г.
  44. ^ "Все, что вам нужно знать о диком мире тепловых насосов". MIT Technology Review . Архивировано из оригинала 1 августа 2023 г. Получено 19 сентября 2023 г.
  45. ^ Miara, Marek (22 октября 2019 г.). «Тепловые насосы с хладагентом, безопасным для климата, разработаны для установки в помещении». Fraunhofer ISE. Архивировано из оригинала 20 февраля 2022 г. Получено 21 февраля 2022 г.
  46. ^ Rabe, Barry G. (23 сентября 2022 г.). «Поворот от отстающего в глобальном климате к лидеру: Кигали и американская политика в отношении ГФУ». Brookings . Архивировано из оригинала 4 октября 2022 г. Получено 4 октября 2022 г.
  47. ^ Иттейлаг, Ричард Л. (9 августа 2012 г.). Зеленое электричество и глобальное потепление. AuthorHouse. стр. 77. ISBN 9781477217405. Архивировано из оригинала 23 ноября 2021 г. . Получено 1 ноября 2020 г. .
  48. ^ ab "Пропановые тепловые насосы более экологичны". The Economist . 6 сентября 2023 г. ISSN  0013-0613. Архивировано из оригинала 17 сентября 2023 г. Получено 17 сентября 2023 г.
  49. ^ "Smart CO2 Heat Pump". www.dti.dk . Архивировано из оригинала 30 января 2023 г. Получено 17 сентября 2023 г.
  50. ^ "Приложение 53 Современные технологии охлаждения/холодильного оборудования, 2 страницы, резюме". HPT - Технологии тепловых насосов . Получено 19 февраля 2024 г.
  51. ^ "Справочник по Монреальскому протоколу по веществам, разрушающим озоновый слой – 7-е издание". Программа ООН по окружающей среде – Секретариат по озону. 2007. Архивировано из оригинала 30 мая 2016 года . Получено 18 декабря 2016 года .
  52. ^ "Хладагенты – Экологические свойства". The Engineering ToolBox . Архивировано из оригинала 14 марта 2013 г. Получено 12 сентября 2016 г.
  53. ^ R-410A#Воздействие на окружающую среду .
  54. ^ Ecometrica.com (27 июня 2012 г.). "Расчет потенциала парниковых газов R-410A". Архивировано из оригинала 13 июля 2015 г. Получено 13 июля 2015 г.
  55. ^ «Смесь хладагентов R404 и DME как новое решение для ограничения потенциала глобального потепления» (PDF) . 14 марта 2012 г. Архивировано из оригинала (PDF) 14 марта 2012 г.
  56. ^ ab IPCC_AR6_WG1_Ch7 2021, 7SM-26
  57. ^ LearnMetrics (12 мая 2023 г.). «Список хладагентов с низким ПГП: 69 хладагентов с ПГП ниже 500». LearnMetrics . Архивировано из оригинала 10 июня 2023 г. . Получено 13 сентября 2023 г. .
  58. ^ abc "Потенциал глобального потепления (ПГП) хладагентов ГФУ". iifiir.org . Архивировано из оригинала 24 сентября 2023 г. . Получено 13 сентября 2023 г. .
  59. ^ Эверитт, Нил (15 сентября 2023 г.). «Qvantum plant has 1 million heat pump capacity». Cooling Post . Архивировано из оригинала 24 сентября 2023 г. Получено 17 сентября 2023 г.
  60. ^ Miara, Marek (22 октября 2019 г.). «Тепловые насосы с хладагентом, безопасным для климата, разработаны для установки в помещении». Fraunhofer ISE. Архивировано из оригинала 20 февраля 2022 г. Получено 21 февраля 2022 г.
  61. ^ "Безопасность хладагентов - О безопасности хладагентов, токсичности и воспламеняемости". Отметить галочкой . Получено 17 апреля 2024 г.
  62. ^ "A2L – слабовоспламеняющиеся хладагенты". Журнал ACR . 1 сентября 2015 г. Получено 17 апреля 2024 г.
  63. ^ Агентство по охране окружающей среды США, OAR (14 ноября 2014 г.). «Поэтапный отказ от веществ, разрушающих озоновый слой (ODS)». US EPA . Архивировано из оригинала 24 сентября 2015 г. Получено 16 февраля 2020 г.
  64. ^ "Тепловые насосы - Энергетическая система". МЭА . Получено 19 февраля 2024 г.
  65. ^ "Оценка технологии теплового насоса с воздушным источником в Юконе" (PDF) . Центр энергетических решений правительства Юкона и Yukon Energy, Mines and Resources. 31 мая 2013 г. Получено 15 октября 2014 г.
  66. ^ "Добавленная стоимость тепловых насосов для стабильности сети посредством реагирования на спрос". HPT - Технологии тепловых насосов . Получено 15 сентября 2023 г.
  67. ^ «Как тепловые насосы могут поддерживать тепло в домах, не перегревая электросеть». eng.ox.ac.uk . Получено 15 сентября 2023 г.
  68. ^ Ли, Юаньюань; Розенгартен, Гэри; Стэнли, Кэмерон; Моджири, Ахмад (10 декабря 2022 г.). «Электрификация отопления, охлаждения и горячего водоснабжения жилых помещений: сглаживание нагрузки с использованием локальных фотоэлектрических систем, теплового насоса и тепловых батарей». Журнал хранения энергии . 56 : 105873. Bibcode : 2022JEnSt..5605873L. doi : 10.1016/j.est.2022.105873. ISSN  2352-152X. S2CID  253858807.
  69. ^ Олимпиос, Андреас В.; Хосейнпури, Пуйя; Маркидес, Христос Н. (14 февраля 2024 г.). «На пути к оптимальным конструкциям бытовых тепловых насосов «воздух-вода» для энергетической системы с нулевым выбросом углерода в Великобритании». Cell Reports Sustainability . 1 (2): 100021. doi : 10.1016/j.crsus.2024.100021 . ISSN  2949-7906.
  70. ^ ab "Сколько стоит установка теплового насоса? (Руководство 2023 г.)". ASHI . Получено 30 сентября 2023 г. .
  71. ^ Chung, E. (26 сентября 2023 г.). «Сэкономит ли переход на тепловой насос деньги? Вот как это узнать». CBC/Radio-Canada . Получено 20 января 2024 г.
  72. ^ «Тепловые насосы против кондиционеров — почему первоначальные затраты могут быть обманчивыми». carbonswitch.com . Получено 30 сентября 2023 г. .
  73. ^ abc "Глобальные продажи тепловых насосов продолжают двузначный рост – Анализ". МЭА . 31 марта 2023 г. Получено 15 сентября 2023 г.
  74. ^ Rosenow, Jan; Gibb, Duncan; Nowak, Thomas; Lowes, Richard (октябрь 2022 г.). «Разогрев мирового рынка тепловых насосов». Nature Energy . 7 (10): 901–904. Bibcode : 2022NatEn...7..901R. doi : 10.1038/s41560-022-01104-8 . ISSN  2058-7546. S2CID  252141783.
  75. ^ "Источник: Ассоциация тепловых насосов". Тепловые насосы . Получено 14 июня 2024 г. .
  76. ^ «Тепловой насос может подойти для вашего дома. Вот все, что нужно знать». The New York Times . 6 июня 2023 г. ISSN  0362-4331 . Получено 18 сентября 2023 г.
  77. ^ «Какой тепловой насос лучше всего подходит для надежности и эффективности в 2023 году?». www.ecohome.net . Получено 18 сентября 2023 г. .
  78. ^ «Тепловой насос против печи: какой источник тепла подходит для вашего дома?». CNET . Получено 18 сентября 2023 г.
  79. ^ "Самые и наименее надежные бренды тепловых насосов". Consumer Reports . 7 апреля 2023 г. Получено 18 сентября 2023 г.
  80. ^ Фусаносукэ Кухара использовал криоохладитель на сжатом газе CO2 в 1917 году. Архивировано 10 июля 2022 г. на 2-й странице Wayback Machine под номером 28, правая строка 3–6. Фусаносукэ Кухара прикрепил криоохладитель на сжатом газе CO2 с приблизительно. 6400 ккал/ч в его доме в 1917 году. На японском языке: 冷凍機が冷房用として使用されたのは1917年久原房之助が神戸の私邸に約64 00 ккал / час — это норма, которую можно потреблять в течение часа.
  81. ^ ab Повторное открытие CO2 Архивировано 2007-10-07 в Wayback Machine SHECCO
  82. ^ Natural Working Fluids '98, IIR - Конференция Густава Лорентцена: CiNii Архивировано 27.02.2024 на Wayback Machine
  83. ^ Куваджима, Хирото (8 сентября 2023 г.). «Panasonic увеличивает производство водонагревателей Eco Cute | JAPAN Forward». japan-forward.com . Получено 28 мая 2024 г.
  84. ^ «Кто хочет стать миллиардером на тепловом насосе?». The Washington Post .

Источники

Отчеты МГЭИК