Изменение климата приводит к постоянному увеличению количества жарких летних дней. В офисах и домах становится все жарче, а ночи приносят мало передышки от жары. На этом фоне ожидается значительное увеличение количества установок новых систем охлаждения, что, в свою очередь, приведет к увеличению потребления энергии. Одна из возможных экономически эффективных альтернатив — использование существующих систем отопления. Согласно анализу Института строительной физики им. Фраунгофера IBP, тепловые насосы в этих системах могут работать в обратном направлении для обеспечения эффективного охлаждения.
Глобальное потребление энергии системами кондиционирования воздуха продолжает расти. Согласно информации Международного энергетического агентства (МЭА), общее количество энергии, использованной для охлаждения жилых и офисных зданий в 2016 году, составило около 2000 тераватт-часов. Это примерно 10 процентов от общего потребления энергии в мире. К 2050 году эта сумма может утроиться: к тому времени каждую секунду будут продаваться десять систем кондиционирования воздуха. В Германии эксперты ожидают, что потребление энергии для охлаждения жилых домов удвоится в течение следующих 20 лет. В отношении нежилых зданий Агентство по охране окружающей среды Германии ожидает увеличения на 25 процентов.
Как можно предотвратить этот ожидаемый скачок в установке новых систем охлаждения? Этим вопросом занимается группа исследователей Fraunhofer IBP. «В существующих зданиях, если тепловой насос, то есть теплогенератор, который уже установлен, может работать в обратном направлении для обеспечения кондиционирования воздуха, та же система, которая уже используется для отопления, может также использоваться для охлаждения», — говорит Сабина Гиглмайер. , ученый из Fraunhofer IBP. Это избавит от необходимости покупать новые системы охлаждения и сэкономит энергию.
Оценка потенциала радиаторов и систем теплого пола
Чтобы оценить, в какой степени эту технологию можно использовать, чтобы избежать перегрева летом, инженер и ее команда оценили потенциал двух систем отопления: они исследовали, могут ли радиаторы и системы теплого пола — распределители тепла — заменить блоки кондиционирования воздуха, которые часто используется в уже существующих постройках. Эти устройства отводят отработанное тепло через трубу через окно или отверстие в стене.
В рамках исследования исследователи собрали большой объем данных о климате в помещении, которые затем использовали для проверки цифрового двойника. Предоставлено: Fraunhofer-Gesellschaft.
«Эти системы кондиционирования воздуха не только потребляют много энергии, они также громкие и создают сквозняки. Они также могут вызвать проблемы с гигиеной, если за ними не ухаживать должным образом», — объясняет исследователь.
Чтобы определить, могут ли быть объединены тепловые насосы с радиаторами или системами теплого пола для использования в качестве системы охлаждения, исследователь и ее команда провели первоначальные испытания в лабораторных условиях в климатической камере с радиаторами и системами теплого пола. Затем были протестированы цифровые двойники систем отопления с использованием программного обеспечения для моделирования зданий WUFI Plus, чтобы определить, совпадают ли лабораторные измерения с расчетами программного обеспечения.
«Мы можем использовать цифровых двойников, чтобы получить достоверное представление о реальности и рассчитать влияние всей системы в широком диапазоне сценариев применения. Это позволяет нам определить конкретные области, в которых тепловые насосы плюс радиаторы или обогреватели пола наиболее эффективны. » Программа моделирования создает (гигричную) связь между теплом и влажностью в расчетах. Моделирование можно масштабировать для любого типа здания с учетом ряда параметров, таких как размер комнаты и окна, размер нагревательных элементов, внешняя температура, а также дизайн и количество окон. Исследователи могут изучить другие параметры, такие как потребность в энергии и комфорт. Это позволяет провести всестороннюю оценку систем отопления и охлаждения.
Инфографика: Летнее охлаждение с помощью систем отопления. Предоставлено: Fraunhofer-Gesellschaft.
Испытания показали, что как радиаторы, так и системы напольного отопления могут значительно снизить температуру окружающего воздуха летом и создать приятный охлаждающий эффект в офисных помещениях стандартным размером 16 м 2 с окнами до 3 м 2.и два рабочих, без образования нежелательного конденсата на холодных поверхностях. Температуру на входе в систему необходимо регулировать в зависимости от точки росы окружающей температуры, чтобы избежать повреждения конструкции из-за конденсации. «Температура точки росы — это критический показатель, который нам необходимо учитывать в наших расчетах. Это связано с тем, что влага конденсируется на поверхности, когда поверхность холоднее, чем температура точки росы воздуха. Вот почему так важно учитывать температура точки росы при охлаждении. Другими словами, если температура точки росы составляет 13 градусов по Цельсию, вода, которую мы подаем через систему отопления, не может быть холоднее этой, иначе вода из воздуха будет конденсироваться на нагревательном элементе «.
Снижение температуры до 65% в часах
Еще один важный критерий для расчетов — превышение температуры градусо-часов. Эта единица измерения относится к количеству часов и кельвинов выше предельной температуры помещения, которая составляет 26 градусов Цельсия в год. В жилых домах допускается не более 1200 часов превышения температуры в год, а в офисах — всего 500. Расчеты исследователей показали сокращение более чем на 40 процентов превышения температуры градусо-часов для радиаторов размером 70 см на 1 м. Для радиаторов вдвое большего размера может быть достигнуто сокращение на 65 процентов по сравнению с неохлаждаемым помещением.
«В целом, мы продемонстрировали, что охлаждающая способность, достигаемая с помощью радиаторов, является достаточной при умеренной доле площади окна. Однако более высокая доля площади окна требует большей площади охлаждения для достижения комфортных климатических условий в помещении. Эту площадь можно обеспечить, используя системы теплого пола , которые, как показали наши испытания, также производят значительно больший охлаждающий эффект », — резюмирует Гиглмайер. Тепловые насосы с функцией охлаждения могут быть альтернативой дорогостоящим системам охлаждения в существующих зданиях.
Степень, в которой система в целом влияет на комфорт пользователя — например, становятся ли полы слишком холодными или изменения температуры влияют на напольные покрытия и другие материалы в комнате — еще предстоит исследовать.
Будьте в курсе в удобном формате, присоединяйтесь: TG-канал и ВК