✖


Jump to content

Воздушный тепловой насос

В этой статье рассказывается о деталях наиболее распространенного типа теплового насоса . Более общую информацию см. в разделе «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; в нем используется тот же процесс охлаждения с компрессией пара и почти то же оборудование, что и в кондиционере , но в противоположном направлении. ASHP являются наиболее распространенным типом тепловых насосов и, как правило, имеют меньшие размеры и, как правило, используются для отопления отдельных домов или квартир, а не кварталов, районов или промышленных процессов. [1]

Тепловые насосы «воздух-воздух» поставляют горячий или холодный воздух непосредственно в помещения, но обычно не обеспечивают горячую воду. воздух-вода» Тепловые насосы « используют радиаторы или полы с подогревом для обогрева всего дома, а также часто используются для обеспечения горячей водой для бытовых нужд .

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

По состоянию на 2023 год около 10% отопления зданий во всем мире обеспечивается ASHP. Это основной способ поэтапного 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 снаружи здания, который оснащен ребрами, через которые воздух прогоняется с помощью вентилятора, а другой либо непосредственно нагревает воздух внутри здания, либо нагревает воду, которая затем нагревается. циркулирует по зданию через радиаторы или полы с подогревом, отдавая тепло зданию. Эти устройства также могут работать в режиме охлаждения, где они отбирают 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 резервуаре для горячей воды. [4]

Воздушные тепловые насосы относительно просты и недороги в установке, поэтому являются наиболее широко используемым типом. В мягкую погоду коэффициент полезного действия (COP) может составлять от 2 до 5, тогда как при температуре ниже -8 ° C (18 ° F) тепловой насос с воздушным источником все еще может достигать COP 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 регулируемой скоростью остаются высокоэффективными в условиях замерзания, что обеспечивает широкое внедрение и экономию средств в таких местах, как Миннесота и Мэн в США. Штаты. [6]

Технология

[ редактировать ]
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. Для распределения воздуха можно использовать внутренние воздуховоды. [7] Система «воздух-вода» перекачивает тепло только внутрь и может обеспечить отопление помещений и горячую воду. [8] Для простоты описание ниже сосредоточено на использовании для внутреннего отопления.

Технология аналогична холодильнику, морозильной камере или кондиционеру: разный эффект обусловлен расположением разных компонентов системы. Точно так же, как трубы на задней стороне холодильника нагреваются по мере охлаждения внутреннего пространства, так и ASHP согревает внутреннюю часть здания, одновременно охлаждая наружный воздух.

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

  • наружного испарителя Змеевик теплообменника , который извлекает тепло из окружающего воздуха.
  • Один или несколько [9] внутреннего конденсатора змеевики теплообменника . Они передают тепло в воздух в помещении или в систему отопления помещения, такую ​​как водяные радиаторы или контуры под полом, а также в резервуар для горячей воды для бытового потребления.

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

ASHP может обеспечить в три или четыре раза больше тепла, чем электрический нагреватель, используя то же количество электроэнергии. [11] При сжигании газа или нефти выделяются углекислый газ и NOx , которые могут быть вредны для здоровья. [12] Воздушный тепловой насос не выделяет углекислого газа, оксида азота или любого другого газа. Он использует небольшое количество электроэнергии для передачи большого количества тепла.

Большинство ASHP являются обратимыми и способны как обогревать, так и охлаждать здания. [13] а в некоторых случаях также обеспечивают горячее водоснабжение . Использование теплового насоса «воздух-вода» для охлаждения дома подверглось 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 осуществляется 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 состоянием жидкости и более горячим газом .

Когда жидкий хладагент при низкой температуре и низком давлении проходит через змеевики наружного теплообменника, окружающее тепло вызывает кипение жидкости (переход в газ или пар ). Тепловая энергия наружного воздуха поглощается и сохраняется в хладагенте в виде скрытого тепла . Затем газ сжимается с помощью электрического насоса; сжатие увеличивает температуру газа .

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

Затем холодный жидкий хладагент снова поступает в змеевики наружного теплообменника, 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 на рынке не будут использоваться другие технологии, кроме сжатия пара. [15]

Использование

[ редактировать ]

ASHP являются наиболее распространенным типом теплового насоса и, как правило, имеют меньшие размеры и, 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 обогрева и охлаждения внутренних помещений даже в холодном климате и могут эффективно использоваться для нагрева воды в более мягком климате. Основным преимуществом некоторых ASHP является то, что одну и ту же систему можно использовать для отопления зимой и охлаждения летом. Хотя стоимость установки, как правило, высока, она меньше, чем стоимость геотермального теплового насоса , поскольку геотермальный тепловой насос требует земляных работ для установки контура заземления. Преимущество геотермального теплового насоса заключается в том, что он имеет доступ к теплоаккумулирующей способности земли, что позволяет ему производить больше тепла с меньшими затратами электроэнергии в холодных условиях.

Домашние аккумуляторы могут снизить риск отключения электроэнергии, и, как и ASHP, они становятся все более популярными. [16] Некоторые ASHP могут быть подключены к солнечным панелям в качестве основного источника энергии, а обычная электрическая сеть - в качестве резервного источника. [ нужна ссылка ]

Решения для хранения тепла, включающие резистивный нагрев, могут использоваться в сочетании с ASHP. Хранение может быть более рентабельным, если доступны тарифы на электроэнергию во время использования. Тепло сохраняется в керамических кирпичах высокой плотности, заключенных в теплоизолированный корпус; [17] накопительные обогреватели Примером могут служить . ASHP также могут работать 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 температура на улице ниже и эффективность теплового насоса ниже.

Замена газового отопления в существующих домах

[ редактировать ]

Хорошая изоляция дома имеет важное значение. [18] По состоянию на 2023 год ASHP больше, чем газовые котлы, и им требуется больше места снаружи, поэтому процесс сложнее и может быть дороже, чем если бы можно было просто снять газовый котел и установить на его место ASHP. [3] [19] Если эксплуатационные расходы важны, важно выбрать правильный размер, потому что слишком большой ASHP будет дороже в эксплуатации. [20]

Модернизация традиционных систем отопления, в которых используются радиаторы/ излучающие панели , плинтусные обогреватели с горячей водой или даже воздуховоды меньшего диаметра, с использованием тепла, полученного от ASHP, может оказаться более сложной задачей. Более низкие выходные температуры теплового насоса означают, что радиаторы (и, возможно, трубы), возможно, придется заменить на более крупные или вместо них установить низкотемпературную систему подогрева пола . [21]

В качестве альтернативы можно установить высокотемпературный тепловой насос и сохранить существующие излучатели тепла, однако с 2023 г. эти тепловые насосы дороже покупать и эксплуатировать, поэтому они могут подходить только для зданий, которые трудно переделать или изолировать, например, для некоторых больших исторических домов. [22]

Утверждается, что ASHP более полезен для здоровья, чем отопление, работающее на ископаемом топливе, например, газовые обогреватели, поскольку оно поддерживает более равномерную температуру и позволяет избежать риска появления вредных паров. [18] Кроме того, фильтруя воздух и снижая влажность в жарком влажном летнем климате, они, как говорят, уменьшают пыль, аллергены и риск для здоровья, связанный с плесенью . [23]

В холодном климате

[ редактировать ]
Наружный блок воздушного теплового насоса, работающего в условиях замерзания.

Эксплуатация обычных ASHP обычно не рекомендуется при температуре ниже -10 °C. [24] Однако ASHP разработаны специально для очень холодного климата (в США они сертифицированы Energy Star). [25] ) может извлекать полезное тепло из окружающего воздуха при температуре -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 регулируемой скоростью, работающих от инверторов. [25] Хотя воздушные тепловые насосы менее эффективны, чем хорошо установленные геотермальные тепловые насосы в холодных условиях, воздушные тепловые насосы имеют более низкие первоначальные затраты и могут быть наиболее экономичным и практичным выбором. [26] , Гибридная система включающая как тепловой насос, так и альтернативный источник тепла, такой как котел на ископаемом топливе, может подойти, если нецелесообразно должным образом изолировать большой дом. [27] В качестве альтернативы можно рассмотреть возможность использования нескольких тепловых насосов или высокотемпературного теплового насоса. [27]

В некоторых погодных условиях образуется конденсат, который затем замерзает на змеевиках теплообменника наружного блока, уменьшая поток воздуха через змеевики. Чтобы устранить эту проблему, агрегат запускает цикл разморозки, переключаясь на несколько минут в режим охлаждения и 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 берется либо 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

[ редактировать ]

Для воздушного теплового насоса требуется наружный блок, содержащий движущиеся механические компоненты, включая вентиляторы, которые создают шум. Современные устройства предлагают графики работы в бесшумном режиме с пониженной скоростью вращения вентилятора. Это снизит максимальную мощность нагрева, но его можно применять при умеренных температурах наружного воздуха без потери эффективности. Акустические кожухи — еще один способ снизить шум в чувствительных районах. В утепленных зданиях работу можно приостанавливать в ночное время без существенной потери температуры. Только при низких температурах защита от замерзания заставляет сработать уже через несколько часов. Правильное размещение также важно. [30]

В США разрешенный уровень шума в ночное время составляет 45 децибел по шкале А (дБА) . [31] В Великобритании предел установлен на уровне 42 дБ при измерении от ближайшего соседа. [32] по стандарту MCS 020 [33] или эквивалент. [34] В Германии предел в жилых районах составляет 35, что обычно измеряется европейским стандартом EN 12102. [35]

Еще одной особенностью внешних теплообменников воздушных тепловых насосов (ВТН) является необходимость время от времени останавливать вентилятор на несколько минут, чтобы избавиться от инея, скапливающегося в наружном блоке в режиме обогрева. После этого тепловой насос снова начинает работать. Эта часть рабочего цикла приводит к двум внезапным изменениям шума вентилятора. Акустический эффект таких помех особенно силен в тихих помещениях, где фоновый ночной шум может составлять от 0 до 10 дБА. Это включено в законодательство Франции. Согласно французской концепции шумового дискомфорта, «возникновение шума» — это разница между окружающим шумом, включающим мешающий шум, и окружающим шумом без мешающего шума. [36] [37] Напротив, для геотермального теплового насоса не требуется наружный блок с движущимися механическими компонентами.

Рейтинги эффективности

[ редактировать ]

Эффективность воздушных тепловых насосов измеряется коэффициентом производительности (COP). Коэффициент COP, равный 4, означает, что тепловой насос производит 4 единицы тепловой энергии на каждую единицу потребляемой 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 — externalTempC). [ нужна ссылка ] [38] [ нужен лучший источник ]

В мягкую погоду с наружной температурой 10 °C (50 °F) КПД эффективных воздушных тепловых насосов колеблется от 4 до 6. [39] Однако в холодный зимний день требуется больше усилий для передачи такого же количества тепла в помещение, 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 помещения, что для большинства тепловых насосов с воздушным источником происходит, когда температура наружного воздуха приближается к -18 ° C (0 ° F). [ нужна ссылка ] Конструкция теплового насоса, в которой в качестве хладагента используется углекислый газ, может иметь COP более 2 даже до -20 ° C, что приводит к снижению показателя безубыточности до -30 ° C (-22 ° F). [ нужна ссылка ] У геотермального теплового насоса сравнительно меньшее изменение КПД при изменении температуры наружного воздуха, 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 предназначены в первую очередь для кондиционирования воздуха , в основном для использования при летних температурах. Разработка теплового насоса специально для целей теплообмена может обеспечить более высокий КПД и продлить срок службы. Принципиальные изменения заключаются в размерах и типе компрессора и испарителя.

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

Компрессоры с регулируемой скоростью более эффективны, потому что они часто могут работать медленнее и потому что воздух проходит медленнее, давая воде больше времени для конденсации, что более эффективно, поскольку более сухой воздух легче охлаждать. Однако они дороже и с большей вероятностью потребуют обслуживания или замены. [23] Техническое обслуживание, такое как замена фильтров, может повысить производительность на 10–25%. [41]

Типы хладагентов

[ редактировать ]
Этот раздел представляет собой отрывок из книги «Тепловой насос § Выбор хладагента» . [ редактировать ]

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
2О ) [42] ). [43] Их температура кипения обычно ниже -25 ° C. [44]

За последние 200 лет изменились стандарты и требования к новым хладагентам. низкий потенциал глобального потепления (ПГП), в дополнение ко всем предыдущим требованиям к безопасности, практичности, совместимости материалов, соответствующей атмосферной жизни, В настоящее время требуется [ нужны разъяснения ] и совместимость с высокоэффективными продуктами. К 2022 году устройства, использующие хладагенты с очень низким ПГП, по-прежнему будут занимать небольшую долю рынка, но, как ожидается, их роль будет возрастать из-за ужесточения нормативных требований. [45] поскольку большинство стран уже 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. По состоянию на 2023 год меньший CO
2 тепловых насоса 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 в тепловых насосах, а также в холодильниках и другой сопутствующей продукции в качестве хладагентов использовались хлорфторуглероды (ХФУ), которые серьезный ущерб озоновому слою при попадании в атмосферу наносили . Использование этих химикатов было запрещено или строго ограничено Монреальским протоколом от августа 1987 года. [51]

Заменители, в том числе R-134a и R-410A , представляют собой гидрофторуглероды (ГФУ) со схожими термодинамическими свойствами с незначительным потенциалом разрушения озона (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 же более 600.

хладагент 20-летний ГВП 100-летний ПГП
Р-290 пропан [56] 0.072 0.02
R-600a изобутан 3 [57]
Р-32 [56] 491 136
Р-410а [58] 4705 2285
Р-134а [58] 4060 1470
Р-404а [58] 7258 4808

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: максимальные безопасные заправки установлены значительно ниже, чем для хладагентов с более низкой воспламеняемостью (только допуская примерно в 13,5 раз меньше хладагента в системе, чем R-32). [60] [61] [62] Это означает, что R-290 подходит не для всех ситуаций и мест. Тем не менее, к 2022 году все большее количество устройств на R-290 будет предлагаться для внутреннего использования, особенно в Европе. [ нужна ссылка ]

В то же время, [ когда? ] Хладагенты ГФУ по-прежнему доминируют на рынке. Недавние правительственные постановления привели к поэтапному отказу от хладагента R-22 . Заменители, такие как R-32 и R-410A, пропагандируются как экологически чистые, но при этом имеют высокий ПГП. [63] Тепловой насос обычно использует 3 кг хладагента. При использовании R-32 это количество по-прежнему имеет 20-летнее воздействие, эквивалентное 7 тоннам CO 2 , что соответствует двум годам отопления природным газом в среднем домашнем хозяйстве. Хладагенты с высоким ОРП уже выведены из обращения. [ нужна ссылка ]

Влияние на декарбонизацию и электроснабжение

[ редактировать ]

Тепловые насосы играют ключевую роль в декарбонизации домашнего энергопотребления за счет 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, такие как территория Юкон в Канаде , повышенная зимняя нагрузка хорошо сочетается с увеличением зимней выработки электроэнергии ветряными турбинами , а более спокойные дни приводят к снижению тепловой нагрузки для большинства домов, даже если температура воздуха низкий. [65]

Тепловые насосы могут помочь стабилизировать энергосистемы за счет реагирования на спрос . [66] Поскольку проникновение тепловых насосов увеличивается, некоторым странам, таким как Великобритания, возможно, придется поощрять домохозяйства использовать накопители тепловой энергии , например, очень хорошо изолированные резервуары для воды. [67] В некоторых странах, таких как Австралия, интеграция этого теплового хранилища с солнечной батареей на крыше также могла бы помочь. [68]

Хотя более дорогостоящие тепловые насосы могут быть более эффективными, исследование 2024 года пришло к выводу, что для Великобритании «с точки зрения энергетической системы в целом экономически оптимально проектировать тепловые насосы с номинальным КПД в диапазоне 2,8–3,2, который обычно имеет определенный стоимость ниже 650 фунтов стерлингов за кВт∙ч, и одновременно инвестировать в увеличение мощности технологий производства возобновляемой энергии и батарей, в первую очередь, а затем OCGT и CCGT с CCS». [69]

Экономика

[ редактировать ]

Расходы

[ редактировать ]

По состоянию на 2023 год покупка и установка ASHP в существующем доме обходятся дорого, если нет государственной субсидии, но стоимость жизненного цикла, вероятно, будет меньше или аналогична стоимости газового котла и кондиционера. [70] [71] Как правило, это также верно, если охлаждение не требуется, поскольку ASHP, вероятно, прослужит дольше, если будет использоваться только нагрев. [72] Стоимость жизненного цикла воздушного теплового насоса будет зависеть от цены на электроэнергию по сравнению с ценой на газ (если таковой имеется), и для достижения окупаемости может потребоваться от двух до десяти лет. [70] МЭА рекомендует правительствам субсидировать закупочную цену бытовых тепловых насосов, и некоторые страны так и делают. [73]

Рынок

[ редактировать ]

В Норвегии, [74] В Австралии и Новой Зеландии большая часть отопления осуществляется за счет тепловых насосов. В 2022 году тепловые насосы превзойдут по продажам системы отопления, работающие на ископаемом топливе, в США и Франции. [73] В Великобритании годовые продажи тепловых насосов в последние годы неуклонно росли: 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 за счет повышения цен на ископаемый газ по сравнению с ценами на электроэнергию и использования подходящих гибких цен на электроэнергию . [19] В США наиболее распространен тип «воздух-воздух». [76] По состоянию на 2023 год более 80% тепловых насосов используют воздух. [11] В 2023 году МЭА обратилось за более точными данными, особенно по воздуху-воздуху. [73]

Обслуживание и надежность

[ редактировать ]

Считается, что ASHP требует меньшего обслуживания, чем отопление, работающее на ископаемом топливе, а некоторые говорят, что ASHP легче обслуживать, чем геотермальные тепловые насосы, из-за сложности поиска и устранения подземных утечек. Установка слишком маленького ASHP может сократить срок его службы (но слишком большой будет менее эффективен). [77] Однако другие говорят, что котлы требуют меньшего обслуживания, чем ASHP. [78] Исследование Consumer Reports показало, что «в среднем около половины тепловых насосов могут столкнуться с проблемами к концу восьмого года владения». [79]

История

[ редактировать ]

Современные методы химического охлаждения были разработаны после предложения цикла Карно в 1824 году. Джейкоб Перкинс изобрел машину для изготовления льда , в которой использовался эфир , в 1843 году, а Эдмон Карре построил холодильник , в котором использовалась вода и серная кислота, в 1850 году. В Японии Фусаносукэ Кухара , основатель Hitachi, Ltd. , в 1917 году изготовил кондиционер для собственного домашнего использования, используя сжатый CO2 . в качестве хладагента [80]

В 1930 году Томас Миджли-младший открыл дихлордифторметан , хлорированный фторуглерод ( CFC ), известный как фреон . ХФУ быстро заменили традиционные хладагенты, включая CO 2 (который оказалось трудно сжать для бытового использования). [81] ), для использования в тепловых насосах и холодильниках . Но с 1980-х годов ХФУ начали терять популярность в качестве хладагента, когда было обнаружено их разрушительное воздействие на озоновый слой . Два альтернативных типа хладагентов, гидрофторуглероды ( ГФУ ) и гидрохлорфторуглероды ( ГХФУ ), также потеряли популярность, когда их определили как парниковые газы (кроме того, было обнаружено, что ГХФУ наносят больший вред озоновому слою, чем первоначально предполагалось). Венская конвенция по защите 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, учёный Густав Лоренцен и компания SINTEF запатентовали метод использования CO 2 в качестве хладагента при отоплении и охлаждении. Дальнейшие исследования в области охлаждения CO 2 были затем проведены в Shecco (устойчивое отопление и охлаждение с помощью CO 2 ) в Брюсселе , Бельгия , что привело к увеличению использования технологии хладагента CO 2 в Европе. [81]

В 1993 году японская компания Denso в сотрудничестве с Густавом Лоренценом разработала автомобильный кондиционер, использующий CO 2 в качестве хладагента. Они продемонстрировали свое изобретение на конференции Международного института холода/Густава Лоренцена в июне 1998 года. [82] После конференции CRIEPI ( Центральный научно-исследовательский институт электроэнергетики ) и TEPCO ( Токийская электроэнергетическая компания ) обратились к Denso с предложением разработать прототип кондиционера с использованием натуральных хладагентов вместо фреона. Вместе они произвели 30 прототипов для годичной экспериментальной установки по всей Японии , от холодного климата Хоккайдо до более жаркой Окинавы . После этого успешного технико-экономического обоснования тепловых насосах в сентябре 2000 года компания Denso получила от SINTEF патент на сжатие хладагента CO 2 для использования в . Япония, но в других местах они развивались медленнее. [83]

Производство

[ редактировать ]

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 гидравлическими), в которых используются радиаторы, а не системы «воздух-воздух», более распространенные в других странах. В 2021 году азиатские страны произвели три четверти тепловых насосов в мире. [84]

См. также

[ редактировать ]

Ссылки

[ редактировать ]
  1. ^ Перейти обратно: а б с «Почему британским домам потребуются различные типы тепловых насосов» . Экономист . ISSN   0013-0613 . Проверено 19 февраля 2024 г.
  2. ^ Ле, Хоа; Хуанг, MJ; Хьюитт, Нил (2018). «Бытовой высокотемпературный тепловой насос с источником воздуха: анализ производительности с использованием моделирования TRNSYS» . Международная конференция по высокоэффективным зданиям . Вест-Лафайет, Индиана, США: 5-я Международная конференция по высокоэффективным зданиям в Университете Пердью: 1 . Проверено 20 февраля 2022 г.
  3. ^ Перейти обратно: а б с «Тепловые насосы показывают, насколько трудной будет декарбонизация» . Экономист . ISSN   0013-0613 . Проверено 14 сентября 2023 г.
  4. ^ Лоуренс, Карен. «Объяснение воздушных тепловых насосов» . Который? . Архивировано из оригинала 4 октября 2022 года . Проверено 4 октября 2022 г.
  5. ^ Канада, Природные ресурсы (22 апреля 2009 г.). «Отопление и охлаждение с помощью теплового насоса» . natural-resources.canada.ca . Проверено 22 февраля 2024 г.
  6. ^ «Тепловые насосы действительно работают на холоде – просто американцы об этом еще не знают» . Грист . 9 мая 2022 года. Архивировано из оригинала 9 мая 2022 года . Проверено 9 мая 2022 г.
  7. ^ «9 типов тепловых насосов» . Новости АКПЧ . Проверено 15 сентября 2023 г.
  8. ^ Лоуренс, Карен; Мэсси, Джейк (14 июля 2023 г.). «Объяснение воздушных тепловых насосов» . Который? .
  9. ^ «Бесканальные мини-сплит-тепловые насосы» . Energy.gov.ru . Проверено 14 сентября 2023 г.
  10. ^ «Воздушные тепловые насосы» . Energy.gov.ru . Проверено 14 сентября 2023 г.
  11. ^ Перейти обратно: а б с д «Все, что вам нужно знать о диком мире тепловых насосов» . Обзор технологий Массачусетского технологического института . Проверено 19 сентября 2023 г.
  12. ^ «Газовые котлы и NOx: скрытый источник выбросов» (PDF) . Группа энергетической и климатической разведки. Октябрь 2020 года . Проверено 20 января 2024 г.
  13. ^ Вклад реверсивных тепловых насосов воздух-воздух в выполнение обязательств Великобритании в соответствии с Директивой о возобновляемых источниках энергии (2009/28/EC) — отчет Delta-ee для Министерства бизнеса, энергетики и промышленной стратегии (PDF) (Отчет). Дельта Энергия и Окружающая среда. 2017. Практически все продаваемые сегодня тепловые насосы «воздух-воздух» являются реверсивными (стр.7).
  14. ^ Хендра, Грэм (5 мая 2021 г.). «Четыре причины не охлаждать свой дом с помощью теплового насоса» . Центр возобновляемого отопления . Проверено 23 декабря 2023 г.
  15. ^ «Приложение 53. Передовые технологии охлаждения/холодильника, 2 страницы, краткое содержание» . HPT – Теплонасосные технологии . Проверено 19 февраля 2024 г.
  16. ^ Эмброуз, Джиллиан (14 августа 2023 г.). «В домах Великобритании установлено «рекордное количество» солнечных батарей и тепловых насосов» . Хранитель . ISSN   0261-3077 . Проверено 16 сентября 2023 г.
  17. ^ Франклин Энерджи Сервисез, ООО (2011 г.). «Повышение эффективности воздушного теплового насоса при работе при низкой температуре окружающей среды с использованием дополнительного электрического отопления: дополнительные системы отопления с накоплением тепла» (PDF) . Миннесотский отдел энергетических ресурсов; Министерство торговли Миннесоты. п. 9. Архивировано из оригинала (PDF) 11 июня 2014 года . Проверено 15 октября 2014 г.
  18. ^ Перейти обратно: а б «Совет | Я пытался установить тепловой насос, но безуспешно. Вот как это сделать правильно» . Вашингтон Пост . 28 февраля 2023 г. Проверено 19 февраля 2024 г.
  19. ^ Перейти обратно: а б с Харрис, Б. (14 июля 2023 г.). «Тепловые насосы» (PDF) . Парламент Великобритании . Проверено 20 января 2024 г.
  20. ^ «Как выбрать тепловой насос подходящего размера для вашего дома» . CNET . Проверено 18 сентября 2023 г.
  21. ^ «Работают ли тепловые насосы с радиаторами? | Тепловой насос» . Heatpumphouse.com . Проверено 19 февраля 2024 г.
  22. ^ Джекман, Джош (28 января 2022 г.). «Высокотемпературные тепловые насосы | Стоят ли они того?» . Экоэксперты . Проверено 17 сентября 2023 г.
  23. ^ Перейти обратно: а б «Одноступенчатый против двухступенчатого и регулируемой скорости для теплового насоса/кондиционера» . Как выбрать лучшие системы отопления, вентиляции и кондиционирования . 4 апреля 2018 года . Проверено 19 февраля 2024 г.
  24. ^ Перейти обратно: а б «Тепловые насосы с воздушным источником воздуха для холодного климата» . www.гидро.мб.ка . Проверено 15 сентября 2023 г.
  25. ^ Перейти обратно: а б с «Могут ли тепловые насосы работать в холодном климате?» . Отчеты потребителей . 2 августа 2022 г. Проверено 15 сентября 2023 г.
  26. ^ «Являются ли воздушные тепловые насосы угрозой для поставщиков геотермальных тепловых насосов?» . Форбс . Проверено 15 октября 2014 г.
  27. ^ Перейти обратно: а б «Гибридные тепловые насосы» . Трест энергосбережения . Проверено 30 сентября 2023 г.
  28. ^ «Как разморозить тепловой насос зимой» . Эвергрин Энерджи . февраль 2018 года . Проверено 14 сентября 2021 г.
  29. ^ «Цикл разморозки теплового насоса» . Международная ассоциация домашних инспекторов . Проверено 14 сентября 2021 г.
  30. ^ «ТЕПЛОВЫЕ НАСОСЫ И ШУМ: РУКОВОДСТВО ПО УСТАНОВКЕ СОСЕДОВ» (PDF) .
  31. ^ «Моника С. Хаммер, Трейси К. Суинберн и Ричард Л. Нейтцель «Шумовое загрязнение окружающей среды в Соединенных Штатах: разработка эффективных мер общественного здравоохранения» Перспективы гигиены окружающей среды V122, I2, 2014» . Архивировано из оригинала 2 июля 2016 года . Проверено 25 января 2016 г.
  32. ^ «Насколько шумны тепловые насосы?» . Тепловые насосы Великобритании . 11 апреля 2022 г. Проверено 14 сентября 2023 г.
  33. ^ «Стандарт установки микрогенерации MCS 020» (PDF) . МКС . Проверено 17 марта 2024 г.
  34. ^ «Шум и соседи: правила относительно шума от наружных блоков теплового насоса — MCS 020 или эквивалент» . Галочка . Проверено 17 марта 2024 г.
  35. ^ «Петиция № 0922/2020 от FB (Германия) о предельных значениях низкочастотного шума» (PDF) .
  36. ^ «Hiil innovating Justice «Как определить приемлемые уровни шума (Франция)» . Архивировано из оригинала 12 февраля 2017 года . Проверено 25 января 2016 года .
  37. ^ «Кодекс общественного здравоохранения – статья R1334-33 (на французском языке)» . Проверено 8 февраля 2016 г.
  38. ^ «Существует ли какой-то теоретический максимальный коэффициент полезного действия (COP) для тепловых насосов и чиллеров?» . Обмен стеками по физике . Проверено 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» . ИКАС . Проверено 20 января 2024 г.
  41. ^ «Эксплуатация и обслуживание теплового насоса» . Energy.gov.ru . Проверено 19 февраля 2024 г.
  42. ^ Чамун, Марван; Рульер, Ромуальд; Хабершилль, Филипп; Берай, Жан Франсуа (1 июня 2012 г.). «Динамическая модель промышленного теплового насоса, использующего воду в качестве хладагента» . Международный журнал холодильного оборудования . 35 (4): 1080–1091. дои : 10.1016/j.ijrefrig.2011.12.007 . ISSN   0140-7007 .
  43. ^ Ву, Ди (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 года . Проверено 17 ноября 2022 г.
  44. ^ «Все, что вам нужно знать о диком мире тепловых насосов» . Обзор технологий Массачусетского технологического института . Архивировано из оригинала 1 августа 2023 года . Проверено 19 сентября 2023 г.
  45. ^ Миара, Марек (22 октября 2019 г.). «Тепловые насосы с экологически чистым хладагентом, разработанные для установки внутри помещений» . Фраунгофера ИСЭ. Архивировано из оригинала 20 февраля 2022 года . Проверено 21 февраля 2022 г.
  46. ^ Рабе, Барри Г. (23 сентября 2022 г.). «Поворот от глобального климатического отставания к лидеру: Кигали и американская политика ГФУ» . Брукингс . Архивировано из оригинала 4 октября 2022 года . Проверено 4 октября 2022 г.
  47. ^ Иттейлаг, Ричард Л. (9 августа 2012 г.). Зеленое электричество и глобальное потепление . АвторДом. п. 77. ИСБН  9781477217405 . Архивировано из оригинала 23 ноября 2021 года . Проверено 1 ноября 2020 г.
  48. ^ Перейти обратно: а б «Тепловые насосы, работающие на пропане, более экологичны» . Экономист . 6 сентября 2023 г. ISSN   0013-0613 . Архивировано из оригинала 17 сентября 2023 года . Проверено 17 сентября 2023 г.
  49. ^ «Умный тепловой насос CO2» . www.dti.dk. ​ Архивировано из оригинала 30 января 2023 года . Проверено 17 сентября 2023 г.
  50. ^ «Приложение 53. Передовые технологии охлаждения/холодильника, 2 страницы, краткое содержание» . HPT – Теплонасосные технологии . Проверено 19 февраля 2024 г.
  51. ^ «Справочник Монреальского протокола по веществам, разрушающим озоновый слой – 7-е издание» . Программа ООН по окружающей среде – Секретариат по озону. 2007. Архивировано из оригинала 30 мая 2016 года . Проверено 18 декабря 2016 г.
  52. ^ «Хладагенты – экологические свойства» . Инженерный набор инструментов . Архивировано из оригинала 14 марта 2013 года . Проверено 12 сентября 2016 г.
  53. ^ R-410A#Воздействие на окружающую среду .
  54. ^ Ecometrica.com (27 июня 2012 г.). «Расчет парникового потенциала R-410A» . Архивировано из оригинала 13 июля 2015 года . Проверено 13 июля 2015 г.
  55. ^ «Смесь хладагента 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. ^ Перейти обратно: а б IPCC_AR6_WG1_Ch7 2021 , 7SM-26
  57. ^ LearnMetrics (12 мая 2023 г.). «Список хладагентов с низким ПГП: 69 хладагентов с ПГП ниже 500» . ИзучитеМетрики . Архивировано из оригинала 10 июня 2023 года . Проверено 13 сентября 2023 г.
  58. ^ Перейти обратно: а б с «Потенциал глобального потепления (ПГП) хладагентов ГФУ» . iifiir.org . Архивировано из оригинала 24 сентября 2023 года . Проверено 13 сентября 2023 г.
  59. ^ Эверитт, Нил (15 сентября 2023 г.). «Завод Qvantum имеет мощность 1 млн тепловых насосов» . Охлаждающий пост . Архивировано из оригинала 24 сентября 2023 года . Проверено 17 сентября 2023 г.
  60. ^ Миара, Марек (22 октября 2019 г.). «Тепловые насосы с экологически чистым хладагентом, разработанные для установки внутри помещений» . Фраунгофера ИСЭ. Архивировано из оригинала 20 февраля 2022 года . Проверено 21 февраля 2022 г.
  61. ^ «Безопасность хладагентов – о безопасности, токсичности и воспламеняемости хладагентов» . Галочка . Проверено 17 апреля 2024 г.
  62. ^ «A2L – Легковоспламеняющиеся хладагенты» . Журнал АКР . 1 сентября 2015 года . Проверено 17 апреля 2024 г.
  63. ^ Агентство по охране окружающей среды США, OAR (14 ноября 2014 г.). «Поэтапный отказ от озоноразрушающих веществ (ОРВ)» . Агентство по охране окружающей среды США . Архивировано из оригинала 24 сентября 2015 года . Проверено 16 февраля 2020 г. .
  64. ^ «Тепловые насосы – энергетическая система» . МЭА . Проверено 19 февраля 2024 г.
  65. ^ «Оценка технологии воздушных тепловых насосов на Юконе» (PDF) . Правительство Юкона Центр энергетических решений и Yukon Energy, Mines and Resources. 31 мая 2013 года . Проверено 15 октября 2014 г.
  66. ^ «Дополнительная ценность тепловых насосов для стабильности сети за счет реагирования на спрос» . HPT – Теплонасосные технологии . Проверено 15 сентября 2023 г.
  67. ^ «Как тепловые насосы могут сохранять тепло в домах, не перегревая электросеть» . eng.ox.ac.uk. ​Проверено 15 сентября 2023 г.
  68. ^ Ли, Юаньюань; Розенгартен, Гэри; Стэнли, Кэмерон; Моджири, Ахмад (10 декабря 2022 г.). «Электрификация систем отопления, охлаждения и горячего водоснабжения жилых помещений: сглаживание нагрузки с использованием фотоэлектрических систем, теплового насоса и тепловых батарей» . Журнал хранения энергии . 56 : 105873. doi : 10.1016/j.est.2022.105873 . ISSN   2352-152X . S2CID   253858807 .
  69. ^ Олимпиос, Андреас В.; Хосейнпури, Пуя; Маркидес, Христос Н. (14 февраля 2024 г.). «На пути к оптимальной конструкции бытовых тепловых насосов воздух-вода для энергетической системы с нулевым выбросом углерода в Великобритании» . Отчеты о сотовой связи. Устойчивое развитие . 1 (2): 100021. doi : 10.1016/j.crsus.2024.100021 . ISSN   2949-7906 .
  70. ^ Перейти обратно: а б «Сколько стоит установка теплового насоса? (Руководство на 2023 год)» . АШИ . Проверено 30 сентября 2023 г.
  71. ^ Чунг, Э. (26 сентября 2023 г.). «Сэкономит ли вам деньги переход на тепловой насос? Вот как это узнать» . CBC/Радио Канады . Проверено 20 января 2024 г.
  72. ^ «Тепловые насосы против кондиционеров — почему первоначальные затраты могут вводить в заблуждение» . Carbonswitch.com . Проверено 30 сентября 2023 г.
  73. ^ Перейти обратно: а б с «Мировые продажи тепловых насосов продолжают выражаться двузначными цифрами – Анализ» . МЭА . Проверено 15 сентября 2023 г.
  74. ^ Розенов, Ян; Гибб, Дункан; Новак, Томас; Лоуз, Ричард (октябрь 2022 г.). «Нагревание мирового рынка тепловых насосов» . Энергия природы . 7 (10): 901–904. дои : 10.1038/s41560-022-01104-8 . ISSN   2058-7546 . S2CID   252141783 .
  75. ^ «Источник: Ассоциация тепловых насосов» . Тепловые насосы . Проверено 14 июня 2024 г.
  76. ^ «Тепловой насос может подойти вашему дому. Вот все, что нужно знать» . Нью-Йорк Таймс . 6 июня 2023 г. ISSN   0362-4331 . Проверено 18 сентября 2023 г.
  77. ^ «Какой тепловой насос лучше всего подходит по надежности и эффективности в 2023 году?» . www.ecohome.net . Проверено 18 сентября 2023 г.
  78. ^ «Тепловой насос или печь: какой источник тепла подойдет для вашего дома?» . CNET . Проверено 18 сентября 2023 г.
  79. ^ «Самые и наименее надежные бренды тепловых насосов» . Отчеты потребителей . 7 апреля 2023 г. Проверено 18 сентября 2023 г.
  80. ↑ Фусаносукэ Кухара использовал CO 2 криокулер со сжатым газом в 1917 году. Архивировано 10 июля 2022 г. на 2-й странице Wayback Machine под номером 28, правая строка 3-6. Фусаносукэ Кухара прикрепил CO 2 со сжатым газом криокулер мощностью около 6400 ккал / час . в своем доме в 1917 году. На японском языке: Говорят, что впервые холодильник был использован для кондиционирования воздуха в 1917 году, когда Фусаносукэ Кухара установил компрессор углекислого газа мощностью примерно 6400 ккал/ч в своем частном доме в Кобе для охлаждения воздуха. комната. .
  81. ^ Перейти обратно: а б Повторное открытие CO 2. Архивировано 7 октября 2007 г. в Wayback Machine SHECCO.
  82. ^ Натуральные рабочие жидкости '98, IIR - Конференция Густава Лоренцена : CiNii. Архивировано 27 февраля 2024 г. в Wayback Machine.
  83. ^ Кувадзима, Хирото (8 сентября 2023 г.). «Panasonic увеличивает производство водонагревателей Eco Cute | ЯПОНИЯ Вперед» . japan-forward.com . Проверено 28 мая 2024 г.
  84. ^ «Кто хочет стать миллиардером, использующим тепловые насосы?» . Вашингтон Пост .

Источники

[ редактировать ]

доклады МГЭИК

[ редактировать ]
Retrieved from "https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Air_source_heat_pump&oldid=1237869849"
Arc.Ask3.Ru: конец переведенного документа.
Arc.Ask3.Ru
Номер скриншота №: 49c029dddc74ca008dff41a9ad24eb8f__1722452760
URL1:https://arc.ask3.ru/arc/aa/49/8f/49c029dddc74ca008dff41a9ad24eb8f.html
Заголовок, (Title) документа по адресу, URL1:
Air source heat pump - Wikipedia
Данный printscreen веб страницы (снимок веб страницы, скриншот веб страницы), визуально-программная копия документа расположенного по адресу URL1 и сохраненная в файл, имеет: квалифицированную, усовершенствованную (подтверждены: метки времени, валидность сертификата), открепленную ЭЦП (приложена к данному файлу), что может быть использовано для подтверждения содержания и факта существования документа в этот момент времени. Права на данный скриншот принадлежат администрации Ask3.ru, использование в качестве доказательства только с письменного разрешения правообладателя скриншота. Администрация Ask3.ru не несет ответственности за информацию размещенную на данном скриншоте. Права на прочие зарегистрированные элементы любого права, изображенные на снимках принадлежат их владельцам. Качество перевода предоставляется как есть. Любые претензии, иски не могут быть предъявлены. Если вы не согласны с любым пунктом перечисленным выше, вы не можете использовать данный сайт и информация размещенную на нем (сайте/странице), немедленно покиньте данный сайт. В случае нарушения любого пункта перечисленного выше, штраф 55! (Пятьдесят пять факториал, Денежную единицу (имеющую самостоятельную стоимость) можете выбрать самостоятельно, выплаичвается товарами в течение 7 дней с момента нарушения.)