ปัจจัยใดบ้างที่ทำให้ประสิทธิภาพปั๊มความร้อนลดลง?
เทคโนโลยีปั๊มความร้อนได้รับการยกย่องว่าเป็นโซลูชันสำคัญในการทดแทนการใช้เชื้อเพลิงฟอสซิล และกำลังถูกนำไปใช้งานทั่วโลกอย่างรวดเร็ว อย่างไรก็ตาม เนื่องจากการติดตั้งจำนวนมากไม่สามารถบรรลุระดับประสิทธิภาพตามทฤษฎีในการใช้งานจริง จึงทำให้ต้องตรวจสอบสาเหตุที่แท้จริง
การสำรวจโดย พลังงาน ประหยัด เชื่อมั่น (เอสที) ของสหราชอาณาจักรเปิดเผยข้อเท็จจริงที่น่าตกใจ: 83% ของปั๊มความร้อนที่ติดตั้งในสหราชอาณาจักรมีประสิทธิภาพต่ำกว่ามาตรฐานโดย 87% ไม่สามารถบรรลุเกณฑ์ประสิทธิภาพพลังงานขั้นต่ำระดับ 3 ดาว
งานวิจัยของ อีทีเอช ซูริค ร่วมมือกับมหาวิทยาลัยหลายแห่งวิเคราะห์ข้อมูลการทำงานจริงจากปั๊มความร้อน 1,023 เครื่องใน 10 ประเทศในยุโรปกลาง พบว่าประสิทธิภาพการทำงานแตกต่างกันอย่างมีนัยสำคัญระหว่างหน่วยต่างๆ ภายใต้สภาวะอุณหภูมิที่เหมือนกัน ช่องว่างของค่าสัมประสิทธิ์ประสิทธิภาพ (ตำรวจ) ระหว่างอุปกรณ์บางชนิดเพิ่มขึ้น 2-3 เท่าการค้นพบนี้ทำให้ภาคอุตสาหกรรมต้องตรวจสอบปัจจัยสำคัญที่ส่งผลต่อประสิทธิภาพของปั๊มความร้อนอีกครั้ง
01 ประเด็นด้านอุปกรณ์และการติดตั้ง
สาเหตุหลักของประสิทธิภาพปั๊มความร้อนต่ำนั้นอยู่ที่ตัวอุปกรณ์เองและคุณภาพการติดตั้ง การสำรวจของ เอสที พบว่า การจัดการอุตสาหกรรมที่ไม่เป็นระเบียบภายในภาคการติดตั้ง เป็นปัญหาหลัก
ไซม่อน สีเขียว หัวหน้าฝ่ายพัฒนาธุรกิจของ เอสที กล่าวอย่างตรงไปตรงมาว่า: ดิ๊ๆๆๆ เมื่อติดตั้งและใช้งานอย่างถูกต้อง เทคโนโลยีปั๊มความร้อนจะช่วยลดการปล่อย ซีโอ₂ ของสหราชอาณาจักรได้อย่างมาก อย่างไรก็ตาม สถานการณ์ปัจจุบันแตกต่างจากที่เราประมาณการไว้อย่างมาก"
ในสหราชอาณาจักร สภาอุตสาหกรรมเครื่องทำความร้อนและน้ำร้อน (เอชเอชไอซี) ซึ่งรับผิดชอบการติดตั้งปั๊มความร้อนในที่พักอาศัย ได้รับการยอมรับอย่างเปิดเผย ขาดบุคลากรเพียงพอที่จะช่วยผู้บริโภคเลือกผลิตภัณฑ์ที่เหมาะสมการไม่มีคำแนะนำจากผู้เชี่ยวชาญทำให้เกิดข้อผิดพลาดในการเลือกบ่อยครั้ง โดยผู้ใช้มักซื้ออุปกรณ์ที่ไม่ตรงกับคุณลักษณะของอาคารของตน
การเสื่อมสภาพของอุปกรณ์เป็นอีกสาเหตุหนึ่งที่ทำให้ประสิทธิภาพลดลง ผู้ผลิตปั๊มความร้อนจากอากาศในปัจจุบันระบุไว้ในคู่มือการบำรุงรักษาว่า ส่วนประกอบสำคัญเช่นคอมเพรสเซอร์และเครื่องระบายความร้อนจะสึกหรอไปตามกาลเวลาการปิดผนึกที่ไม่ดีทำให้เกิดการรั่วไหลของสารทำความเย็น ซึ่งลดประสิทธิภาพการทำความร้อน/ทำความเย็น ขณะเดียวกันระบบไฟฟ้าที่เก่าแก่ก็ส่งผลกระทบโดยตรงต่อเสถียรภาพในการทำงาน
02 ปัจจัยด้านสิ่งแวดล้อมและการออกแบบ
สภาพแวดล้อมเป็นตัวแปรสำคัญอันดับสองที่ส่งผลต่อประสิทธิภาพ อุณหภูมิแวดล้อมส่งผลอย่างชัดเจนต่อประสิทธิภาพการให้ความร้อนของปั๊มความร้อนแบบใช้อากาศ อุณหภูมิที่ลดลงส่งผลให้ประสิทธิภาพลดลงอย่างมาก-
ตำแหน่งการติดตั้งก็มีความสำคัญเช่นกัน การติดตั้งใกล้แหล่งความร้อนหรือหม้อน้ำจะจำกัดการไหลของอากาศ ส่งผลให้ประสิทธิภาพการแลกเปลี่ยนความร้อนลดลงโดยตรง ความชื้นและคุณภาพอากาศภายในอาคารยังส่งผลต่อประสิทธิภาพการทำความร้อนอีกด้วย
การวิเคราะห์ข้อมูลขนาดใหญ่ของ อีทีเอช ซูริค พบว่า ปั๊มความร้อนแบบใช้แหล่งความร้อนภาคพื้นดินมี ตำรวจ เฉลี่ย 4.90 ซึ่งสูงกว่าค่าเฉลี่ย 4.03 ของหน่วยที่ใช้แหล่งความร้อนอากาศมากสิ่งสำคัญคือ ประสิทธิภาพของแหล่งพลังงานพื้นดินได้รับผลกระทบจากความผันผวนของอุณหภูมิภายนอกน้อยลง แสดงให้เห็นถึงประสิทธิภาพที่เสถียรยิ่งขึ้น
การวิจัยยังเปิดเผยข้อบกพร่องในการออกแบบที่สำคัญ: ประมาณ ระบบปั๊มความร้อน 7-11% มีขนาดใหญ่เกินไป ในขณะที่ประมาณ 1% มีขนาดเล็กเกินไปความไม่ตรงกันของขนาดนี้ทำให้ไม่สามารถทำงานในสภาวะที่เหมาะสมได้ ส่งผลให้เกิดการสูญเสียพลังงาน
03 การใช้งานและการบำรุงรักษาที่ไม่เหมาะสม
สถานะการบำรุงรักษาของระบบปั๊มความร้อนส่งผลโดยตรงต่อประสิทธิภาพในระยะยาว การบำรุงรักษาตามปกติเป็นสิ่งสำคัญเพื่อให้มั่นใจว่าการทำงานปกติอย่างไรก็ตามข้อกำหนดพื้นฐานนี้มักถูกละเลยในทางปฏิบัติ
การบำรุงรักษาที่ไม่ดีอาจทำให้ส่วนประกอบเกิดการอุดตันหรือเสียหาย ในขณะที่วิธีการบำรุงรักษาที่ไม่ได้มาตรฐานอาจทำให้เกิดปัญหาใหม่ ระดับการเติมสารทำความเย็นที่ไม่ถูกต้อง ไม่ว่าจะเติมมากเกินไปหรือน้อยเกินไป จะทำให้ประสิทธิภาพการทำความร้อนลดลงอย่างมาก การใช้สารทำความสะอาดที่ไม่เหมาะสมบนตัวแลกเปลี่ยนความร้อนก็ส่งผลเสียต่อประสิทธิภาพเช่นกัน
การวิจัยของยุโรประบุว่า การลดการตั้งค่าเส้นโค้งความร้อนลง 1°C สามารถเพิ่มประสิทธิภาพปั๊มความร้อนโดยเฉลี่ยได้ 0.11 ตำรวจ และลดการใช้พลังงานในครัวเรือนลง 2.61%ผู้ใช้หลายรายไม่ทราบถึงวิธีการเพิ่มประสิทธิภาพดังกล่าว ทำให้การดำเนินงานไม่ได้ผลอย่างเหมาะสมและยาวนานขึ้น
ปัญหาสารทำความเย็นเป็นอีกสาเหตุหนึ่งที่มักทำให้ประสิทธิภาพลดลง เนื่องจากสารทำความเย็นมีความสามารถในการพาความร้อนไม่เพียงพอ ทำให้การแลกเปลี่ยนความร้อนต่อรอบมีประสิทธิภาพลดลง ผู้ผลิตบางรายใช้สารทำความเย็นที่ไม่ได้มาตรฐานเพื่อลดต้นทุน หรือเกิดการรั่วไหลระหว่างการขนส่ง ส่งผลให้ไม่สามารถทำอุณหภูมิของน้ำให้ถึงระดับที่ออกแบบไว้
04 ปัญหาเกี่ยวกับการกำหนดค่าระบบและขนาด
การกำหนดค่าระบบที่ไม่เหมาะสมเป็นสาเหตุที่ฝังรากลึกของความไม่มีประสิทธิภาพ ปั๊มความร้อนที่ใช้สำหรับการผลิตน้ำร้อนในครัวเรือนมีค่า ตำรวจ ต่ำกว่าปั๊มที่ใช้สำหรับการทำความร้อนในพื้นที่อย่างมาก เนื่องจาก เครื่องทำน้ำอุ่นในครัวเรือนต้องใช้อุณหภูมิการไหลที่สูงกว่าความแตกต่างในลักษณะความต้องการพลังงานมักถูกมองข้ามในระหว่างการออกแบบ
ปัญหาเรื่องขนาดเป็นเรื่องร้ายแรงโดยเฉพาะในการใช้งานในที่อยู่อาศัย ทีมงานของ อีทีเอช ซูริค ได้พัฒนามาตรวัดการใช้งานเพื่อประเมินความเหมาะสมของขนาด และพบว่า ระบบขนาดใหญ่หรือเล็กเกินไปเป็นเรื่องธรรมดามาก-
ในอุตสาหกรรม วิธีการบูรณาการระบบส่งผลกระทบอย่างสำคัญต่อประสิทธิภาพโดยรวม การศึกษาในโครงการดักจับ ซีโอ₂ ของโรงงานซีเมนต์แสดงให้เห็นว่า การรวมปั๊มความร้อนอุณหภูมิสูงสามารถลดต้นทุนคลิงเกอร์ส่วนเพิ่มได้ 32%อย่างไรก็ตาม การจะบรรลุถึงการเพิ่มประสิทธิภาพดังกล่าวต้องอาศัยการออกแบบระบบและความสามารถในการบูรณาการที่แม่นยำ ซึ่งถือเป็นความท้าทายสำหรับผู้ติดตั้งหลายราย
ระบบ ดิ๊ดด๊าด-จัดให้เลยจ้ะ ที่ได้รับความนิยมในประเทศจีน (ระบบทำความเย็นและทำความร้อนแบบบูรณาการ) ช่วยเพิ่มประสิทธิภาพการใช้พลังงานโดยรวมด้วยการออกแบบที่สร้างสรรค์ ในฤดูร้อน สารทำความเย็นจะจ่ายผ่านหน่วยในร่มที่ติดผนัง ในฤดูหนาว น้ำร้อนจะหมุนเวียนผ่านระบบทำความร้อนใต้พื้น ซึ่งสอดคล้องกับหลักการด้านสุขภาพแบบดั้งเดิมของจีนที่ว่า "เท้าอุ่น ศีรษะเย็น การกำหนดค่าที่เหมาะสมที่สุดทำให้ประสิทธิภาพเพิ่มขึ้นอย่างมาก
05 โซลูชั่นและแนวโน้มในอนาคต
การแก้ไขปัญหาประสิทธิภาพของปั๊มความร้อนต้องอาศัยทั้งนวัตกรรมทางเทคโนโลยีและการปรับเปลี่ยนนโยบาย ความก้าวหน้าครั้งสำคัญจากนักวิจัยจากมหาวิทยาลัยวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีฮ่องกง (ฮ่องกงอุสท์) เกี่ยวข้องกับโลหะผสมยืดหยุ่น ติ₇₈หมายเหตุ₂₂ซึ่งบรรลุประสิทธิภาพการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิสูงกว่าโลหะทั่วไปถึง 20 เท่า หรือบรรลุขีดจำกัดประสิทธิภาพคาร์โนต์ร้อยละ 90
วัสดุนี้ให้ความร้อนและความเย็นผ่านการเปลี่ยนรูปยืดหยุ่น ซึ่งเปิดทางใหม่ให้กับเทคโนโลยีปั๊มความร้อนแบบโซลิดสเตต ปัจจุบันทีมงานกำลังพัฒนาต้นแบบปั๊มความร้อนอุตสาหกรรมที่ใช้โลหะผสมชนิดนี้
การตรวจสอบการทำงานและการปรับอัจฉริยะช่วยให้มีประสิทธิภาพมากขึ้นในทางปฏิบัติ นักวิจัยในยุโรปแนะนำให้จัดตั้ง ขั้นตอนการประเมินประสิทธิภาพหลังการติดตั้งที่ได้มาตรฐาน และพัฒนาเครื่องมือดิจิทัลเพื่อช่วยให้ผู้ใช้ปรับแต่งการตั้งค่าได้อย่างเหมาะสม การปรับแต่งเล็กน้อย เช่น การลดเส้นโค้งความร้อน จะช่วยให้ประหยัดพลังงานได้อย่างมาก
การออกแบบนโยบายจำเป็นต้องมีการปรับปรุง ประสบการณ์ของชาวเยอรมันแสดงให้เห็นว่า ราคาไฟฟ้าที่สูงอาจเป็นอุปสรรคต่อการนำปั๊มความร้อนมาใช้การปรับโครงสร้างภาษีพลังงานอย่างมีเหตุผล ทำให้ไฟฟ้าสามารถแข่งขันกับก๊าซธรรมชาติได้ จะช่วยเร่งให้เกิดการทดแทนพลังงานความร้อนจากเชื้อเพลิงฟอสซิล
การใช้งานในอุตสาหกรรมมีศักยภาพมหาศาล โครงการดักจับ คาร์บอนไดออกไซด์ ของโรงงานปูนซีเมนต์ที่ผสานปั๊มความร้อนอุณหภูมิสูงเข้าด้วยกันแสดงให้เห็นถึงความสามารถของเทคโนโลยีในการลดการปล่อยมลพิษในขณะที่ลดต้นทุนคลิงเกอร์ที่เพิ่มขึ้นได้ 32% เมื่อพลังงานไฟฟ้าหมุนเวียนขยายตัวและเทคโนโลยีปั๊มความร้อนอุณหภูมิสูงมีการพัฒนาเต็มที่ โซลูชันดังกล่าวอาจกลายเป็นเทคโนโลยีหลักในการลดคาร์บอนสำหรับอุตสาหกรรมที่ใช้พลังงานเข้มข้น
เส้นทางการพัฒนาในอนาคตของเทคโนโลยีปั๊มความร้อนเริ่มชัดเจนยิ่งขึ้น โลหะผสม ติ₇₈หมายเหตุ₂₂ ที่ยืดหยุ่นได้ซึ่งพัฒนาโดยนักวิทยาศาสตร์ด้านวัสดุของ ฮ่องกงอุสท์ มีประสิทธิภาพที่โดดเด่นในห้องปฏิบัติการ ภาคอุตสาหกรรมกำลังสำรวจขอบเขตใหม่ โครงการดักจับคาร์บอนของโรงงานซีเมนต์ที่รวมปั๊มความร้อนอุณหภูมิสูงเข้ากับการอัดไอเชิงกล (เอ็มวีอาร์) ช่วยลด ต้นทุนการดักจับ คาร์บอนไดออกไซด์ อยู่ที่ 125.9 ยูโรต่อตันเมื่อนวัตกรรมเหล่านี้ย้ายจากห้องทดลองสู่ตลาด ปั๊มความร้อนจะกลายเป็นแรงสำคัญอย่างแท้จริงในการเปลี่ยนผ่านด้านพลังงานระดับโลก