Đánh giá của các chuyên gia về ứng dụng của nó

Đánh giá bơm nhiệt không khí

Thị trường bơm nhiệt bắt đầu tăng trưởng đáng kể ở Thụy Điển vào cuối thế kỷ trước và Thụy Điển ngày nay là một trong những thị trường bơm nhiệt phát triển nhất ở cả châu Âu và phần còn lại của thế giới khi sử dụng bơm nhiệt chủ yếu để sưởi ấm không gian và sưởi ấm nước nóng trong nước. Máy bơm nhiệt mặt đất, khí thải và không khí là loại máy bơm nhiệt được sử dụng phổ biến trong nhà ở Thụy Điển và vào đầu thập kỷ trước, thị trường máy bơm nhiệt không khí bắt đầu phát triển nhanh chóng. Loại bơm nhiệt này đặc biệt hấp dẫn ở các khu vực phía Nam và ở các khu vực gần bờ biển nơi khí hậu ôn hòa hơn. Loại bơm nhiệt cũng là một lựa chọn hấp dẫn trong đó không được phép khoan nhiệt mặt đất. Trong những năm qua, số lượng các đơn vị bơm nhiệt được bán ra mỗi năm đã giảm xuống một mức độ lớn, một trong những hậu quả là hầu hết tất cả các lò đốt dầu ở Thụy Điển hiện đã được thay thế. Hiệu ứng này cũng có thể được nhìn thấy đối với các máy bơm nhiệt không khí như trong Hình 1. Có thể hy vọng thị trường bơm nhiệt sẽ ổn định ở mức độ ngày nay trong một vài năm và sau đó tăng trưởng trở lại khi tất cả bơm nhiệt được bán trong những năm đầu vào giữa thập kỷ trước sẽ được thay thế.
Để hướng dẫn người tiêu dùng lựa chọn máy bơm nhiệt nào, một số máy bơm nhiệt không khí đã được thử nghiệm thay mặt cho Cơ quan Năng lượng Thụy Điển (và Cơ quan Tiêu dùng Thụy Điển năm 1999) và kết quả được công bố trên trang web của họ. Một số báo cáo và
báo cáo kết quả từ các phép đo hiện trường đã được tìm thấy, ví dụ Nordman (2014), Dunbabin và cộng sự. (2013), Dunbabin và Wickins (2012), Tiljander (2012) và Miara (2008), nhưng một số ấn phẩm tóm tắt kết quả từ các thử nghiệm trong phòng thí nghiệm máy bơm nhiệt không khí trong nước trong nhiều năm qua đã được tìm thấy trong tài liệu mở. Những người duy nhất được tìm thấy là các báo cáo của Freymond (2013) và bởi Nano et al. (2005) cho thấy hiệu suất của bơm nhiệt theo thời gian ở Thụy Sĩ. Kết quả thử nghiệm bơm nhiệt trong phòng thí nghiệm cũng được công bố theo cách tương tự như ở Thụy Điển tại ví dụ trang web của Cơ quan Năng lượng Đan Mạch.

PHƯƠNG PHÁP
Các bơm nhiệt đã được đánh giá trong các thử nghiệm trong phòng thí nghiệm tại Viện nghiên cứu kỹ thuật SP Thụy Điển thay mặt cho Cơ quan năng lượng Thụy Điển là chủ sở hữu của kết quả thử nghiệm (Cơ quan tiêu dùng Thụy Điển năm 1999). Phòng thí nghiệm được công nhận theo tiêu chuẩn ISO 17025 cho các phương pháp và tiêu chuẩn thử nghiệm được áp dụng trong các thử nghiệm này.
2.1 Phương pháp thử để đánh giá hiệu suất năng lượng Công suất đốt nóng và hệ số hiệu suất (COP) đã được đánh giá trong
phù hợp với các tiêu chuẩn EN hiện hành cho thời gian thử nghiệm. Liên quan đến các thử nghiệm của bốn bơm nhiệt được thực hiện vào năm 1999, EN 255 đã được áp dụng. Tại thời điểm này, tất cả các bơm nhiệt được thử nghiệm đều được điều khiển tắt. Trong năm 2006 – 2008, EN 255 đã được thay thế bằng EN 14511 (năm 2004) và do đó, bơm nhiệt không được kiểm tra tại các điểm kiểm tra chính xác và theo cùng một cách chính xác. Các điểm kiểm tra được hiển thị bên dưới trong Bảng 1. Ngoại trừ các điểm kiểm tra còn có những điểm khác. Vấn đề chính là theo EN 255, tốc độ dòng nước nóng phải được đặt theo hướng dẫn của nhà sản xuất, trong khi tốc độ dòng chảy này phải được đặt để đạt mức chênh lệch nhiệt độ 5 K ở điều kiện định mức, + 7/35 ° C hoặc + 7/45 ° C (nhiệt độ ngoài trời / nhiệt độ nước đầu ra) theo EN14511. Những hạn chế này liên quan đến việc thiết lập tốc độ dòng chảy, dẫn đến giá trị COP thấp hơn một chút, cần lưu ý khi so sánh kết quả. Trong các thử nghiệm được thực hiện trong giai đoạn 2006-2008, một trong những máy bơm nhiệt được thử nghiệm đã được trang bị điều khiển tốc độ thay đổi của máy nén. Để đánh giá hiệu suất ở điều kiện tải một phần, CEN / TS 14825 đã được áp dụng. Tiêu chuẩn EN 14511 đã được sửa đổi một lần nữa vào năm 2007 nhưng bản sửa đổi này không có bất kỳ ảnh hưởng đáng kể nào đến quy trình thử nghiệm đối với bơm nhiệt không khí. Ở giai đoạn này, ba trong số các đối tượng được thử nghiệm có điều khiển tốc độ thay đổi của máy nén và sáu đối tượng còn lại được điều khiển tắt. Trong các thử nghiệm được thực hiện trong năm 2012, các tiêu chuẩn và phương pháp tương tự đã được áp dụng và cả bốn đối tượng thử nghiệm đều được kiểm soát tốc độ thay đổi. Tiêu chuẩn yêu cầu độ không đảm bảo mở rộng của phép đo nhỏ hơn ± 5% đối với COP và công suất gia nhiệt đã được đáp ứng trong tất cả các thử nghiệm.

2.2 Phương pháp tính toán để đánh giá hiệu suất theo mùa
Trong thiết kế sinh thái EU (EU, 2013a) và các quy định ghi nhãn năng lượng (EU, 2013b) đối với máy sưởi không gian và máy sưởi kết hợp gần đây đã được bỏ phiếu và bộ yêu cầu đầu tiên có hiệu lực vào tháng 9 năm 2015. Để đánh giá mức độ phù hợp và Các mức độ của các yêu cầu này, các tác giả, thay mặt cho Cơ quan Năng lượng Thụy Điển, đã tính toán các giá trị gần đúng của hiệu suất năng lượng sưởi ấm không gian theo mùa, đó là chỉ số chính mà các yêu cầu thiết kế sinh thái và nhãn năng lượng dựa trên. Theo quy định, các tính toán phải được thực hiện theo tiêu chuẩn EN 14825 mới được công bố và các thử nghiệm phải được thực hiện theo EN 14825 và EN 14511. Các tính toán đã được thực hiện theo EN 14825, nhưng vì nhiều thử nghiệm đã được thực hiện trước khi các tài liệu làm việc của các quy định và tiêu chuẩn mới được công bố, kết quả kiểm tra bị thiếu hiệu suất ở chế độ tắt, chế độ tắt nhiệt và ở chế độ làm nóng trục khuỷu. Trước các chế độ như vậy, các giả định liên quan đến hiệu suất năng lượng đã được thực hiện. Ngoài ra, theo các phiên bản mới nhất của EN 14511, tốc độ dòng nước nóng phải được đặt để đạt được chênh lệch nhiệt độ 8 K khi tính toán hiệu suất cho hệ thống sưởi cần 55 ° C ở điều kiện thiết kế (giờ lạnh nhất trong năm). Trong bài báo này, các tính toán đã được thực hiện, dựa trên kết quả thử nghiệm khi bơm nhiệt được đánh giá có chênh lệch nhiệt độ là 5 K. Hiệu quả của điều này có lẽ là kết quả được đánh giá thấp (lên đến vài phần trăm).
Theo quy định và EN14825, hiệu suất năng lượng sưởi ấm không gian theo mùa, ηs, sẽ được tính cho ba vùng khí hậu khác nhau; Strasbourg (trung bình), Helsinki (lạnh) và Athens (ấm áp). Tuy nhiên, hiệu quả hiển thị trên nhãn năng lượng chỉ dựa trên khí hậu trung bình. Trong nghiên cứu này tính toán đã được thực hiện cho khí hậu trung bình và lạnh.
Tính toán hiệu suất năng lượng sưởi ấm không gian theo mùa, ηs, dựa trên phương pháp bin với một thùng cho mỗi độ nhiệt độ ngoài trời trong mùa nóng, tức là có một thùng cho -10 ° C, một cho -9 ° C và như vậy trên. Đối với mỗi thùng, một số giờ nhất định được xác định cho các vùng khí hậu khác nhau. Đối với những giờ trong năm, khi công suất của bơm nhiệt không đủ, sao lưu với nhiệt điện trở (COP = 1) được giả sử để bổ sung cho bơm nhiệt. Các phương trình dưới đây mô tả cách thực hiện các phép tính và các định nghĩa được mô tả trong danh sách danh pháp. Các định nghĩa chính xác về các tham số và số có thể được tìm thấy trong tiêu chuẩn EN14825 và trong các phương pháp chuyển tiếp (EU, 2013c) đã được công bố cùng với các quy định.

Trong những trường hợp dữ liệu cho các điểm kiểm tra chính xác, được yêu cầu làm dữ liệu đầu vào EN 14825, bị thiếu, phép nội suy và ngoại suy dựa trên các điểm kiểm tra liền kề đã được thực hiện.
Tất nhiên phép ngoại suy giới thiệu nhiều sự không chắc chắn hơn phép nội suy, nhưng đôi khi là cần thiết, ví dụ: vì hiệu suất cho các điểm kiểm tra dưới 35 ° C là không có sẵn. Độ không đảm bảo được giới thiệu bởi phép ngoại suy và ngoại suy là lớn nhất đối với các bơm nhiệt được điều khiển tốc độ thay đổi.
2.3 Xác định khoảng cách trao đổi nhiệt và khoảng cách vây Các khu vực trao đổi nhiệt và khoảng cách vây được xác định bằng cách kiểm tra trực quan và đo kích thước khác nhau của các đơn vị ngoài trời.
2.4 Phương pháp thử để đánh giá hiệu suất âm thanh
Hiệu suất âm thanh của bộ phận ngoài trời của bơm nhiệt được đánh giá cho 16 bơm nhiệt được thử nghiệm sau năm 2005. Các bơm nhiệt được thử nghiệm theo EN 12102 và ISO 3747 (cấp kỹ thuật). Độ tái lập của công suất âm thanh A cường độ khi các phương pháp này được áp dụng được đánh giá là ± 3,2 dB (khoảng tin cậy 95%) theo ISO 3747, với điều kiện là một số điều kiện cụ thể được đáp ứng. Những điều kiện hoàn thành trong các bài kiểm tra.

KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
Trong các phần sau đây, kết quả tóm tắt được trình bày trong một số biểu đồ. Đối với các sản phẩm vẫn còn trên thị trường, dữ liệu chi tiết hơn về kết quả thử nghiệm có thể được tìm thấy trên trang web của Cơ quan Năng lượng Thụy Điển (bằng tiếng Thụy Điển).
3.1 Xu hướng hoạt động của máy bơm nhiệt không khí-nước
COP là thước đo phổ biến cho hiệu quả sử dụng năng lượng đối với bơm nhiệt và cho đến nay, COP tại các điểm kiểm tra +7353 hoặc +7/45 thường là các biện pháp được đưa ra tại các tấm đánh dấu của bơm nhiệt. Trong Hình 2 bên dưới, COP (theo EN255 hoặc EN14511) được hiển thị cho các bơm nhiệt được thử nghiệm trong các năm khác nhau. Như đã đề cập ở trên, tất cả các thử nghiệm đã không được thực hiện theo các tiêu chuẩn giống hệt nhau, có thể mang lại cho các thử nghiệm 1999 giá trị cao hơn một chút so với nếu chúng đã được thử nghiệm theo EN14511. (Các tác giả thiếu so sánh trực tiếp hiệu suất của bơm nhiệt được thử nghiệm theo hai tiêu chuẩn, nhưng theo dữ liệu được trình bày bởi Freymond (2013), COP ở mức +2353 trong hầu hết các trường hợp tốt hơn 5-10% nếu bơm nhiệt là được thử nghiệm theo EN255 so với EN14511.) Ngoài ra, ba trong số bốn đối tượng được thử nghiệm trong năm 2012 đã được chọn với giá thấp hơn đáng kể. Tuy nhiên, có thể nhận thấy một xu hướng tích cực đối với COP vào lúc 17h30 (mặc dù không có ý nghĩa thống kê do số lượng điểm kiểm tra hạn chế). Nếu năm 2012 bị loại khỏi phân tích, hiệu suất của các bơm nhiệt kém nhất và hoạt động tốt nhất sẽ tăng theo thời gian. Việc sắp xếp các bài kiểm tra so sánh mà từ đó các kết quả được công bố có lẽ là một trong những lý do cho sự phát triển này. Tuy nhiên, có một sự lây lan đáng kể trong hiệu suất. Vẫn có những sản phẩm trên thị trường có hiệu suất thấp hơn so với một số sản phẩm được thử nghiệm vào năm 1999 (thậm chí có thể lấy thực tế là các tiêu chuẩn khác nhau đã được áp dụng). Dữ liệu được trình bày bởi Freymond (2013) và Nani et al. (2005), dựa trên dữ liệu thử nghiệm từ trung tâm thử nghiệm bơm nhiệt WPZ, cũng cho thấy xu hướng tích cực trong hiệu suất ở mức +2353 trong những năm qua, ngay cả khi mức chênh lệch lớn (Nani et al., 2005). Dữ liệu thử nghiệm được công bố liên tục trên trang web WPZ có thể kích thích sự phát triển của
các sản phẩm, giống như các thử nghiệm so sánh được bắt đầu từ Năng lượng Thụy Điển
Đại lý.
Khi nói đến các điểm kiểm tra tại +7/55 và -7/55, chúng không được thực hiện vào năm 1999 và không có so sánh trực tiếp. Bằng cách nghiên cứu các kết quả từ năm 2006 và sau đó cho các điểm kiểm tra đó, có thể nhận thấy xu hướng tích cực, ít nhất là đối với +7/55, mặc dù mức chênh lệch lớn.
Một số đối tượng thử nghiệm không thể cung cấp nhiệt độ đầu ra + 55 ° C của nước nóng ở một số nhiệt độ ngoài trời (với chênh lệch nhiệt độ dưới 5 K). Trong những trường hợp này, giá trị COP đã được đưa ra một giá trị là 1,0. Trong các ứng dụng thực tế, điều này không nhất thiết phải là một vấn đề nghiêm trọng, vì trong hầu hết các trường hợp, bơm nhiệt sẽ cần sự trợ giúp của máy sưởi bổ sung vào những giờ đó trong năm khi nhiệt độ nước cao như vậy là cần thiết, và máy sưởi này được đặt sau máy bơm nhiệt. Tuy nhiên, nếu
bơm nhiệt không thể cung cấp nhiệt độ nước cao đến 55 ° C, luôn có nguy cơ máy bơm nhiệt dừng lại và máy sưởi bổ sung phải đáp ứng toàn bộ nhu cầu sưởi ấm.

3.1 Hiệu suất liên quan đến các yêu cầu trong quy định ghi nhãn năng lượng và ghi nhãn năng lượng trong EU
Hình 4 bên dưới cho thấy giá trị gần đúng của fors đối với 15 máy bơm nhiệt được thử nghiệm trong giai đoạn 2006 – 2012. Một trong những máy bơm nhiệt được thử nghiệm trong năm 2012 không thể hoạt động tại một số điểm thử nghiệm và không thể tính toán s. Tính toán đã được thực hiện cho lạnh và cho khí hậu trung bình. Trong EN14825, điểm hóa trị hai, tức là nhiệt độ ngoài trời thấp nhất trong đó công suất của bơm nhiệt có thể đáp ứng nhu cầu sưởi ấm của tòa nhà, không được cố định, nhưng phải được xác định theo nhà sản xuất (hoặc nhà nhập khẩu) của sản phẩm. Tuy nhiên, có các giá trị tối đa, -7 ° C cho khí hậu lạnh và + 2 ° C cho khí hậu trung bình. Trong trường hợp này, nhiệt độ hai phần được chọn là -10 ° C cho khí hậu lạnh và -5 ° C cho khí hậu trung bình. Những giá trị này được đánh giá là giá trị thực tế cho việc ghi nhãn năng lượng trong tương lai của bơm nhiệt. Các giá trị ngưỡng cho các yêu cầu ecodesign 2 và 4 năm sau khi công bố các quy định (tháng 9 năm 2015 và 2017) và các giá trị ngưỡng cho các chữ cái khác nhau của nhãn năng lượng cũng được hiển thị. Hai ví dụ về nhãn năng lượng được thể hiện trong Hình 5. Các yêu cầu ecodesign được nêu trong quy định (EU, 2013a) dẫn đến thực tế là không có máy bơm nhiệt nào có hiệu suất kém hơn các giá trị ngưỡng được phép đưa vào thị trường châu Âu sau khi đưa ra ngày. Hệ thống này dựa trên tự khai báo và sẽ được kiểm soát bởi các phương tiện giám sát thị trường được thực hiện bởi các cơ quan khác nhau ở các quốc gia thành viên khác nhau. Các yêu cầu ecodesign dựa trên hiệu suất ở khí hậu trung bình và như có thể thấy trong Hình 4, 9 trong số 15 máy bơm nhiệt được thử nghiệm có thể sẽ vượt qua các yêu cầu sau 2 năm (2015) nhưng chỉ có 6 sẽ đáp ứng các yêu cầu sau 4 năm ( 2017). Có thể giá trị ηs có thể tăng lên ở một mức độ nào đó bằng cách xây dựng điểm bivalent để khai báo các bơm nhiệt, điều này có thể dẫn đến việc một số bơm nhiệt vượt qua các yêu cầu. Đối với một số bơm nhiệt, có thể tăng bys bằng cách khai báo bơm nhiệt cho nhiệt độ hóa trị hai thấp hơn, nhưng đặc biệt đối với các sản phẩm được điều khiển tắt, hiệu ứng hạ nhiệt độ hai hóa trị có thể có tác dụng ngược lại. Cần phải đề cập ở đây rằng các yêu cầu đối với bơm nhiệt cao hơn nhiều so với ví dụ: nồi hơi nhiên liệu và nồi hơi điện chỉ cần đạt được 86% và 36% tương ứng để vượt qua yêu cầu thiết kế sinh thái. Giá trị fors cho khí hậu lạnh cũng được hiển thị và, như mong đợi, những giá trị này thấp hơn cho khí hậu lạnh. Tuy nhiên, một phát hiện thú vị là những máy bơm nhiệt thu được s cao nhất cho khí hậu trung bình (sẽ có nhãn năng lượng A ++) không nhất thiết phải là những máy thu được giá trị cao nhất cho khí hậu lạnh.
Nếu bơm nhiệt chỉ được thiết kế để sưởi ấm không gian, cả hiệu suất của nó trong hệ thống sưởi 55 ° C (nghĩa là hệ thống sưởi yêu cầu nhiệt độ đầu ra 55 ° C ở điều kiện thiết kế, ví dụ như bộ tản nhiệt) cũng như hiệu suất của nó trong 35 ° Hệ thống sưởi ấm C (ví dụ sưởi ấm sàn) có thể được hiển thị trên nhãn. Tuy nhiên, đối với máy bơm nhiệt cũng được thiết kế để làm nóng nước nóng trong nhà, máy sưởi không gian kết hợp, hiệu suất của nó khi sản xuất nước nóng trong nước phải được hiển thị trên nhãn và do đó không có đủ không gian cho hiệu suất trong 35 ° C hệ thống sưởi ấm trên nhãn. Như có thể thấy trong Hình 5, lớp hiệu suất năng lượng, dựa trên giá trị for cho khí hậu trung bình, được hiển thị bằng mũi tên trên nhãn. Ngoài ra, giá trị Pdesignh được hiển thị cho các vùng khí hậu khác nhau. Giá trị Pdesignh là nhu cầu sưởi ấm giờ lạnh nhất trong năm đối với tòa nhà tưởng tượng mà s đã được tính toán. Do đó, không có thông tin về hiệu quả của bơm nhiệt ở cả thời tiết lạnh và khí hậu ấm áp được đưa ra trên nhãn. Do đó, có một rủi ro là sẽ tập trung nhiều vào việc cải thiện hiệu suất cho khí hậu trung bình, để có được A ++ trên nhãn năng lượng và ít tập trung vào việc cải thiện hiệu suất ở vùng khí hậu lạnh, trong đó chức năng trong quá trình phủ sương và rã đông Chế độ rất quan trọng.