Д-р инж. Иван Димчев коментира ефективността на термопомпите „въздух-вода“ при различни климатични условия в страната

Енергийната ефективност е сред водещите приоритети на Европейския съюз (ЕС), но тя заема и централно място в индустрията и бита и вълнува все повече професионалистите. От това силно засегнат е ОВК секторът, затова и осведомеността по отношение на новостите в директивите и наредбите, засягащи енергийната ефективност са от съществено значение за конкурентоспособността на проектантските бюра. Именно с тази цел Инженер.bg в партньорство с експерта в областта д-р инж. Иван Димчев – изследовател, преподавател и проектант със специалност „Топлотехника“, стартира рубрика, посветена на актуалните тенденции и изисквания по отношение на енергийната ефективност в контекста на настъпващите климатични проблеми. „Термопомпите имат ключова роля за постигане на целите, които си е поставил ЕС, а именно до 2050 г. Европа да бъде първият континент, неутрален по отношение на климата“, коментира г-н Димчев. Подробен анализ за ефективността на термопомпите „въздух-вода“ при различни климатични условия ще откриете в следващите редове.

Най-широко разпространените термопомпи представляват електрически задвижвани парокомпресорни хладилни системи. Употребата им като източник на топлина и студ в жилищни и обществени сгради се наблюдава все по-често. „Основната причина, поради която пазарният дял на термопомпите продължава значително да нараства и постепенно да измества конвенционалните топлинни източници, е, че термопомпените системи се класифицират като съоръжения, които използват възобновяема енергия. Затова на практика те имат ключова роля за постигане на целите за климатична неутралност на ЕС“, информира д-р инж. Иван Димчев.

Най-често използваните термопомпи във водните отоплителни системи спрямо флуида, от който получават енергия, са „въздух-вода“ и „вода-вода“. Ръстът в продажбите на термопомпи в Европа за периода 2008 – 2020 г. се дължи именно на термопомпи „въздух-вода“ (Фиг. 1). Предпочитанията към тях се обясняват с лесната им инсталация и високото ниво на комфорт. Използваните основно за битови цели биват два вида: от разделен тип (комплект вътрешно и външно тяло) и моноблок.

Фиг. 1 – Ръст в продажбите на термопомпи в Европа за периода 2008 – 2020 г.

Източник: https://www.rehva.eu/rehva-journal/chapter/european-heat-pump-market

„С оглед на последните изменения в нормативната уредба (Наредба № РД-02-20-3 от 9 ноември 2022 г.), всички новопостроени сгради трябва да бъдат проектирани със сградни системи, които да използват поне 55% енергия от възобновяеми източници (ВЕИ) на базата на енергопотреблението за отопление, вентилация, охлаждане, битова гореща вода (БГВ) и осветление. Следва да направим уточнението, че с изменение и допълнение на въпросната наредба, публикувано в Държавен вестник бр.18 от 1 март 2024 г., се даде отсрочка до 2027 г. това условие да не бъде изпълнявано за сградите, които се планира да бъдат присъединени към градските топло- или газопреносни мрежи и процентът възобновяема енергия за тях следва да бъде едва 15%“, съобщи специалистът.

„Един от най-разпространените начини за постигане на изискванията за 55% потребна енергия от възобновяеми източници е именно използването на термопомпи „въздух-вода“, добави той.

Същественият въпрос е: Винаги ли използването на термопомпи ще гарантира удовлетворяване на това изискване за всички 9 климатични зони, които са идентифицирани на територията на България?

„При термопомпите консумираното електричество зависи от техния коефициент на преобразуване (COP), който представлява отношението на отоплителната мощност към електрическата мощност за извършване на обрания кръгов процес. Той се изразява в kW/kW. По отношение на определянето на енергопотреблението на дадена сграда както на ниво проект, така и при обследване за енергийна ефективност или предлагане на енергоспестяващи мерки, съществено значение има сезонният коефициент на преобразуване (SCOP). Той представлява годишната енергия, необходима за отопление, разделена на годишната консумация на електричество. Изразява се в kWh/kWh“, обясни основателят на Димчев Дизайн.

В тази връзка нормативната база на Република България е допълнена през 2022 г. с изисквания за адаптиране на енергийните характеристики на термопомпите към реалните експлоатационни условия както по отношение на системите, които ще бъдат обслужвани, така и спрямо външните климатични условия.

Фиг. 2: Вариант 1 – Термопомпа 8 kW без ел. нагревател

„Съгласно наредбата за енергийните характеристики на сгради за изчисляване на потреблението на енергия през отоплителния период се използва сезонният коефициент на преобразуване в работен режим – SCOPON. Той включва в себе си работата на термопомпата, която се характеризира със SCOPNET (за термопомпа „въздух-вода“ отчита само работата на компресора и вентилаторите) и евентуална работа на допълнителен електрически нагревател в случай на необходимост“, коментира професионалистът.

Най-точният начин, съгласно сравнение на различните методи, разгледано в научна публикация на И. Димчев, А. Терзиев и М. Иванов, за определяне SCOP е като се използва методиката, описана в стандарта БДС EN 14825 с климатични данни под формата на бин-ове за локалните климатични условия, при които ще работи конкретната термопомпа.

„Ако разгледаме за пример еднофамилна жилищна сграда с отопляема площ A=173 m², на три етажа без сутерен с характеристики на ограждащите елементи, близки до нормативните изисквания, отоплителният ѝ товар за климатична зона 7 (София) ще бъде 8079 W, докато за климатична зона 9 (Сандански) ще бъде 6527 W или 19.2% по-нисък“, продължи коментара си д-р инж. Димчев.

От своя страна SCOP зависи от високата ефективност на термопомпата при частичен товар (правилният избор на съоръжението), изходящата температура на топлоносителя и климатичните условия на населеното място. Поради тази причина са разгледани два варианта за избор на термопомпа: Вариант 1:8 kW – термопомпа от разделен тип без електрически нагревател и Вариант 2:4 kW – термопомпа от разделен тип с 4 kW електрически нагревател. Резултатите от преизчисляването на SCOP за всяка климатична зона, сравнени с декларирания SCOP от производителя на термопомпите, са представени на Фиг. 2 и Фиг. 3, при работа с топлоносител вода с параметри 45/40 ⁰C – при външна изчислителна температура.

Фиг. 3: Вариант 2 – Термопомпа 4 kW с 4 kW  ел. нагревател

За климатични зони 2 и 7 разликата между декларирания и преизчисления SCOP е най-голяма – достига до близо 25%, при Вариант 1. При Вариант 2 разликата при същите климатични зони е 15.8%, което потвърждава твърдението, че преоразмеряването на термопомпата води до големи грешки. За да работим с висок SCOP, трябва да сме избрали подходяща термопомпа за конкретните експлоатационни условия. Тази разлика в SCOP неминуемо води и до разлика в енергопотреблението.

Термопомпите, разгледани във Вариант 1 и 2, се използват както за отопление, така и за осигуряване на БГВ.

За разгледания пример е симулирано енергопотреблението въз основата на квазистационарния модел, основан на месечните данни за климата, посредством софтуерен продукт EAB Software v. HC 1.0. Резултатите от симулацията са показани на Фиг. 4. – първична невъзобновяема енергия (kWh/m²), клас на енергопотребление и дял на енергията от възобновяеми енергийни източници (ВЕИ).

Ако се използват данните, предоставени от производителя, които са изчислени по БДС EN 14825 за умерен климат, разглежданата сграда в климатична зона 7 и с двете термопомпи попада в изискванията на националната дефиниция за сгради с близко до нулево потребление на енергия. Това обаче ще доведе до сериозна грешка от 16.8% в енергопотреблението, тъй като действителният SCOP на 8 kW термопомпа е с 25% по-нисък от декларирания. Следователно сградата, поставена в климатична зона 7, няма да изпълнява изискванията за близко до нулево потребление на енергия, тъй като с по-ниския SCOP попада в клас B. „За Климатична зона 9 с по-малката термопомпа преизчисленият SCOP ще бъде по-голям от декларирания. Това е така, защото за България производителят трябва да декларира SCOP за умерен климат съгласно БДС EN 14825, а реално Сандански и цялата климатична зона 9 се доближава повече до топлия климат“, допълни още д-р инж. Иван Димчев, управител на Димчев Дизайн.

Следете Виртуалните страници на Инженер.bg за още полезна информация по темата за енергийната ефективност, добрите практики и актуалните тенденции в изграждането на ОВК системи. За професионална консултация и съдействие, бихте могли да се обърнете към Димчев Дизайн – новаторска консултантска фирма в сферата на отоплителната, вентилацонната, климатичната техника и енергийната ефективност.

Източник на снимковия материал: Димчев Дизайн, ©Engineer.BG via Canva.com