Специалисты аттестованы в Японии
Цены от производителя

ORNL разрабатывает энергоэффективный тепловой насос для холодных климатических зон

20 мая 2016

Oak Ridge, штат Теннеси. — Национальная лаборатория Oak Ridge (Oak Ridge National Laboratory, ORNL) Министерства энергетики США (DOE) , в сотрудничестве с Emerson Climate Technologies, разработали прототип воздушного теплового насоса для более холодных регионов страны — такого, который нагревает лучше и использует значительно меньше энергии.

Эта технология также повышает эффективность и комфорт воздушного теплового насоса для более мягких климатических условий, где тепловые насосы уже распространены, что означает значительное сбережение национальной первичной энергии (около 0,04 квадов в год) и возможное сокращение выбросов парниковых газов (2,4 млн тонн в год).

Уникальный дизайн с ориентацией на холодный климат

Воздушные тепловые насосы хорошо зарекомендовали себя в южных районах страны, где зимы относительно мягкие. Проблема заключается в том, что тепловая мощность и эффективность обычных воздушных тепловых насосов значительно уменьшается при падении наружной температуры и увеличении спроса на отопление дома. Поэтому, должны быть использованы дополнительные электрические нагреватели, что уменьшает эффективность обогрева. В этом проекте, исследователи ORNL разработали тепловой насос, который сводит к минимуму потери тепловой мощности и снижение КПД при низких температурах, максимизируя тепловой комфорт.

Исчерпывающие исследования привели к прототипу, как экономически эффективному, так и высокоэффективному при обогреве дома, даже при низких температурах наружного воздуха. Сердцем прототипа является новый спиральный компрессор, разработанный компанией Emerson, который оптимизирован для низких окружающих температур и надежен при таких условиях эксплуатации. В конструкции использовались тандемные компрессоры (два параллельных, односкоростных спиральных компрессора равного размера) и другие возможности для достижения целевых показателей. Один компрессор работает для охлаждения и нагрева в мягких условиях, но когда температура наружного воздуха резко упадет, оба компрессора вступают в работу.

Испытывая производительность, экономию энергии в реальных домах

Инновационная концепция исследовательской группы показывает обнадеживающие результаты. Прототип был испытан в полевых условиях в начале 2015 года в заселенном доме в Сиднее, штат Огайо, который до этого был оборудован обычными воздушными тепловыми насосами. В течение самого холодного месяца прототип поддерживал комфортную температуру в доме, продемонстрировав 40 процентную экономию энергии. Когда температура наружного воздуха упала до -13°F (-25°C), прототип сохранил дом теплым без каких-либо дополнительных электрических нагревателей.

На самом деле, эта технология настолько эффективна — и экономически эффективна — что уже превзошла цели Министерства энергетики к 2020 году, достигнув величины в 1,077 у первичного сезонного коэффициента полезного действия (цель была 1,07), а также цены за установку $18 за kBtuh (цель была $25).

Ключевая технология, которая может принести пользу всем

Emerson является одним из крупнейших в стране отечественных производителей компрессоров для бытового и легкого коммерческого климатического оборудования и в настоящее время продвигает свои компрессора, оптимизированные для холодного климата, производителям воздушных тепловых насосов. Прототип ORNL предоставляет производителям пример того, как интегрировать эти новые компрессоры в конструкции воздушных тепловых насосов, которые достигают исключительной производительности в холодном климате.

«Этот проект является прекрасным примером того, как сотрудничество между промышленностью и национальной лабораторией может принести пользу населению в целом,» сказал Hung Pham, директор интегрированных технологий в Emerson Climate Technologies. «Вместе мы разработали наиболее экономически эффективный вариант воздушного теплового насоса для холодного климата, который будет иметь светлое будущее, вытесняя отопление помещений при помощи нефти, пропана и электропечей. Кроме того, воздушные тепловые насосы для мягких климатических условиях также могут быть улучшены за счет базовой технологии».

Сотрудничество между ОРНЛ и Эмерсон было проведено в рамках Кооперативного соглашения по исследованиям и разработкам (Cooperative Research and Development Agreement, CRADA). Управление Building Technologies Министерства энергетики спонсировало усилия ORNL в рамках CRADA, а Emerson работал на основе самофинансирования.