Anong Mga Salik ang Nagdudulot ng Pagbawas ng Efficiency ng Heat Pump?
Pinuri bilang isang pangunahing solusyon upang palitan ang pag-init ng fossil fuel, ang teknolohiya ng heat pump ay mabilis na ginagamit sa buong mundo. Gayunpaman, dahil nabigo ang maraming mga pag-install na makamit ang mga antas ng teoretikal na kahusayan sa pagpapatakbo sa totoong mundo, ang mga pinagbabatayan na dahilan ay sinusuri.
Ang isang survey ng Energy Saving Trust (EST) ng UK ay nagsiwalat ng isang nakagugulat na katotohanan: 83% ng mga naka-install na heat pump sa UK ay hindi maganda ang pagganap, na may 87% na nabigong matugunan ang pinakamababang benchmark ng kahusayan sa enerhiya ng isang 3-star na rating.
Sinuri ng pananaliksik ng ETH Zurich, na nakikipagtulungan sa ilang unibersidad, ang real-world operational data mula sa 1,023 heat pump sa 10 bansa sa Central Europe. Nakakita sila ng makabuluhang pagkakaiba-iba ng pagganap sa pagitan ng mga yunit - sa ilalim ng magkaparehong mga kondisyon ng temperatura, ang Coefficient of Performance (COP) gap sa pagitan ng ilang device ay umabot ng 2-3 beses. Ang paghahanap na ito ay nagtulak sa industriya na muling suriin ang mga kritikal na salik na nakakaapekto sa kahusayan ng heat pump.
01 Mga Isyu sa Kagamitan at Pag-install
Ang mga pangunahing sanhi ng mababang kahusayan ng heat pump ay nasa mismong kagamitan at kalidad ng pag-install. Natukoy ang survey ng EST hindi organisadong pamamahala ng industriya sa loob ng sektor ng pag-install bilang isang pangunahing problema.
Si Simon Green, Pinuno ng Pagpapaunlad ng Negosyo sa EST, ay tahasang nagsabi: "Kapag na-install at ginamit nang tama, ang teknolohiya ng heat pump ay maaaring makabuluhang bawasan ang mga emisyon ng CO₂ ng UK. Gayunpaman, ang kasalukuyang sitwasyon ay malaki ang pagkakaiba sa aming mga pagtatantya."
Sa UK, ang Heating and Hotwater Industry Council (HHIC), na responsable para sa residential heat pump installation, ay kinikilala ng publiko kakulangan ng sapat na lakas-tao upang matulungan ang mga mamimili na pumili ng mga angkop na produkto. Ang kawalan ng ekspertong gabay na ito ay humahantong sa madalas na mga error sa pagpili, kung saan ang mga user ay madalas na bumibili ng kagamitan na hindi tumutugma sa mga katangian ng kanilang gusali.
Ang pagtanda ng kagamitan ay isa pang pamatay ng kahusayan. Ang mga tagagawa ng modernong air-source heat pump ay nakatala sa kanilang mga gabay sa pagpapanatili na Ang mga pangunahing bahagi tulad ng mga compressor at heat exchher ay nauubos sa paglipas ng panahon. Ang hindi magandang sealing ay nagdudulot ng mga pagtagas ng nagpapalamig, nagpapababa ng kahusayan sa pag-init/paglamig, habang ang pagtanda ng mga electrical system ay direktang nakakaapekto sa katatagan ng pagpapatakbo.
02 Mga Salik sa Kapaligiran at Disenyo
Ang mga kondisyon sa kapaligiran ay ang pangalawang pangunahing variable na nakakaapekto sa kahusayan. Ang temperatura ng kapaligiran ay tiyak na nakakaimpluwensya sa kahusayan ng pag-init ng mga air-source heat pump - ang mas mababang temperatura ay humantong sa makabuluhang pagbawas ng kahusayan.
Ang lokasyon ng pag-install ay pantay na mahalaga. Ang paglalagay malapit sa mga pinagmumulan ng init o mga radiator ay naghihigpit sa daloy ng hangin, na direktang nakakapinsala sa kahusayan ng pagpapalitan ng init. Ang halumigmig sa loob at kalidad ng hangin ay nagdudulot din ng mga epekto sa pagpapainit.
Nalaman iyon ng malakihang pagsusuri ng data ng ETH Zurich nakamit ng ground-source heat pump ang isang average na COP na 4.90, na higit sa 4.03 average para sa mga air-source unit. Higit sa lahat, ang kahusayan sa ground-source ay hindi gaanong naaapektuhan ng mga pagbabagu-bago ng temperatura sa labas, na nagpapakita ng mas matatag na pagganap.
Natuklasan din ng pananaliksik ang isang pangunahing depekto sa disenyo: humigit-kumulang 7-11% ng mga heat pump system ay sobrang laki, habang humigit-kumulang 1% ay kulang sa laki. Pinipigilan ng hindi pagkakatugma ng sukat na ito ang operasyon sa pinakamainam na kondisyon, na nagdudulot ng pag-aaksaya ng enerhiya.
03 Hindi Wastong Operasyon at Pagpapanatili
Ang katayuan ng pagpapanatili ng isang heat pump system ay direktang nakakaapekto sa pangmatagalang kahusayan nito. Ang regular na pagpapanatili ay susi sa pagtiyak ng normal na operasyon, ngunit ang pangunahing pangangailangang ito ay madalas na napapabayaan sa pagsasanay.
Ang hindi magandang pangangalaga ay maaaring magdulot ng pagbabara o pagkasira ng bahagi, habang ang mga hindi karaniwang paraan ng pagpapanatili ay nagpapakilala ng mga bagong problema. Ang mga maling antas ng singil ng nagpapalamig – sobra man ang singil o kulang ang singil – ay makabuluhang nakakabawas sa kahusayan sa pag-init. Ang paggamit ng hindi wastong mga ahente ng paglilinis sa mga heat exchanger ay nakakasira rin sa performance.
Ang pananaliksik sa Europa ay nagpapahiwatig na ang pagbabawas ng setting ng heating curve ng 1°C ay maaaring tumaas ang average na heat pump na kahusayan ng 0.11 COP at mabawasan ang pagkonsumo ng enerhiya ng sambahayan ng 2.61%. Maraming mga user ang walang kamalayan sa mga ganitong paraan ng pag-optimize, na humahantong sa matagal na suboptimal na operasyon.
Ang mga isyu sa nagpapalamig ay isa pang karaniwang dahilan ng pagkawala ng kahusayan. Ang hindi sapat na kapasidad ng pagdadala ng init ng nagpapalamig ay binabawasan ang epektibong pagpapalitan ng init sa bawat cycle. Ang ilang mga tagagawa ay gumagamit ng mga substandard na nagpapalamig upang mabawasan ang mga gastos, o ang pagtagas ay nangyayari sa panahon ng transportasyon, na nagreresulta sa pagkabigo na maabot ang disenyo ng temperatura ng tubig.
04 Mga Isyu sa Configuration at Pag-size ng System
Ang hindi naaangkop na pagsasaayos ng system ay isang malalim na ugat na sanhi ng kawalan ng kakayahan. Ang mga heat pump na nakatuon sa produksyon ng domestic hot water (DHW) ay nagpapakita ng makabuluhang mas mababang halaga ng COP kaysa sa mga ginagamit para sa pagpainit ng espasyo, dahil Ang DHW ay nangangailangan ng mas mataas na temperatura ng daloy. Ang pagkakaibang ito sa mga katangian ng pangangailangan ng enerhiya ay madalas na hindi napapansin sa panahon ng disenyo.
Ang mga problema sa pagpapalaki ay partikular na talamak sa mga aplikasyon ng tirahan. Ang koponan ng ETH Zurich ay bumuo ng mga sukatan ng paggamit upang masuri ang kaangkupan ng laki, na natagpuan iyon kapansin-pansing karaniwan ang mga sistemang malaki o maliit.
Sa industriya, ang mga pamamaraan ng pagsasama ng system ay kritikal na nakakaapekto sa pangkalahatang kahusayan. Ang mga pag-aaral sa planta ng semento na CO₂ capture projects ay nagpapakita na ang pagsasama ng mga high-temperature heat pump ay maaaring mabawasan ang incremental clinker cost ng 32%. Gayunpaman, ang pagkamit ng naturang pag-optimize ay nangangailangan ng tumpak na disenyo ng system at mga kakayahan sa pagsasama, na nagdudulot ng mga hamon para sa maraming installer.
Pinapahusay ng sikat na "dual-supply" system ng China (pinagsamang paglamig at pag-init) ang pangkalahatang kahusayan sa enerhiya sa pamamagitan ng makabagong disenyo. Sa tag-araw, ang nagpapalamig ay ipinamamahagi sa pamamagitan ng mga panloob na unit na nakadikit sa dingding; sa taglamig, umiikot ang mainit na tubig sa mga underfloor radiant heating system, na umaayon sa tradisyonal na Chinese health principle ng "warm feet, cool na ulo." Ang mga naka-optimize na configuration ay nagbubunga ng makabuluhang kahusayan.
05 Mga Solusyon at Outlook sa Hinaharap
Ang pagtugon sa mga hamon sa kahusayan ng heat pump ay nangangailangan ng parehong teknolohikal na pagbabago at mga pagsasaayos ng patakaran. Ang isang pambihirang tagumpay ng mga mananaliksik ng Hong Kong University of Science and Technology (HKUST) ay nagsasangkot ng Ti₇₈Nb₂₂ elastic alloy, na nakakamit ng kahusayan sa pagbabago ng temperatura na 20 beses na mas mataas kaysa sa mga karaniwang metal, na umaabot sa 90% ng limitasyon sa kahusayan ng Carnot.
Ang materyal na ito ay nagpapainit at lumalamig sa pamamagitan ng elastic deformation, na nagbubukas ng isang bagong landas para sa solid-state heat pump na teknolohiya. Ang koponan ay kasalukuyang bumubuo ng isang pang-industriyang heat pump prototype batay sa haluang ito.
Ang operational monitoring at intelligent adjustment ay nag-aalok ng praktikal na kahusayan. Inirerekomenda ng mga mananaliksik sa Europa ang pagtatatag standardized post-installation performance assessment procedures at pagbuo ng mga digital na tool upang matulungan ang mga user na i-optimize ang mga setting. Ang mga simpleng pagsasaayos, tulad ng pagpapababa ng heating curve, ay nagbubunga ng malaking tipid sa enerhiya.
Ang disenyo ng patakaran ay nangangailangan ng pagpipino. Ipinapakita iyon ng karanasang Aleman ang mataas na presyo ng kuryente ay maaaring makahadlang sa paggamit ng heat pump. Ang mga makatwirang pagsasaayos sa mga istruktura ng buwis sa enerhiya, na ginagawang mas mapagkumpitensya ang kuryente laban sa natural na gas, ay magpapabilis sa pagpapalit ng fossil-fuel heating.
Ang mga pang-industriya na aplikasyon ay may malaking potensyal. Ang mga proyekto ng pagkuha ng CO₂ ng planta ng semento na nagsasama ng mga high-temperature heat pump ay nagpapakita ng kakayahan ng teknolohiya na bawasan ang mga emisyon habang pinuputol ang mga incremental na gastos sa klinker ng 32%. Habang lumalawak ang nababagong koryente at namumuo ang teknolohiya ng high-temperature na heat pump, ang mga naturang solusyon ay maaaring maging mga pangunahing teknolohiya ng decarbonization para sa mga industriyang masinsinan sa enerhiya.
Ang hinaharap na landas ng pag-unlad para sa teknolohiya ng heat pump ay nagiging mas malinaw. Ang Ti₇₈Nb₂₂ elastic alloy na binuo ng mga HKUST material scientist ay mahusay na gumaganap sa lab. Ang mga larangang pang-industriya ay nagtutuklas ng mga bagong hangganan. Ang mga proyekto ng carbon capture ng planta ng semento na pinagsasama ang mga high-temperature heat pump na may Mechanical Vapor Recompression (MVR) ay nabawasan Ang pagkuha ng CO₂ ay nagkakahalaga ng €125.9 bawat tonelada. Habang lumilipat ang mga inobasyong ito mula sa lab patungo sa merkado, ang mga heat pump ay talagang magiging isang mahalagang puwersa sa pandaigdigang paglipat ng enerhiya.