Международен изследователски екип проведе емпирично проучване върху модернизацията на двустепенни термопомпени (ТП) системи с фотоволтаична енергия в съществуващи многофамилни сгради. Изводът на учените е, че технологията е технически осъществима, носи ползи и е приложима дори за много стари сгради в различните вариации на европейския климат.
Изследването е част от финансиран от ЕС проект Happening, който има за цел да разработи решения, които интегрират както централизирани, така и децентрализирани ТП. В тези решения централизираната система предварително загрява водата, която след това се загрява във втора термопомпа във всяко жилище.
„Избраните места за проучване се намират в Испания, Италия и Австрия. Всяко от тях работи при различни климатични условия и се отличава с различни характеристики на сградата и изисквания за температура на отопление“, обясни екипът. „Това разнообразие осигурява цялостна оценка за интегрирането на системите“.
Учените сравниха по-специално енергийните характеристики на предложените системи със стандартни решения в съществуващи многофамилни сгради, като се фокусираха върху потреблението на първична енергия и емисиите като CO2-еквивалент чрез анализ на данни от полеви измервания.
Испанското проучване се базира на сграда в Пасая, в Баската автономна общност в Северна Испания; италианското проучване е реализирано във Верцуоло, в северния регион Пиемонт; австрийското пък е в Лицен, във федерална провинция Щирия.
Тези места са класифицирани съответно като имащи умерен океански климат, влажен субтропичен климат и топло-летен влажен континентален климат. Отоплителните градусови дни са 925 за Пасая, 1717 за Верцуоло и 2523 за Лицен.
Сградата в испанския експеримент е построена през 2008 г. и никога не е била реновирана. В Италия тестовата сграда е построена през 16-ти век и е реновирана между 2006 и 2008 г. Многофамилната сграда в Австрия е построена между 1940 и 1945 г. и е реновирана през последните десетилетия. И в трите случая само два етажа се считат за обитаеми.
Австрийският казус има отопляема площ от 980 м², италианският – 400 м², а испанският – 620 м². Австрийската сграда има 18 жилища и 31 жители, докато италианската има 10 къщи и 14 жители. Испанската има 8 жилища и 24 жители.
В Испания две централизирани термопомпи въздух-вода (AWHP) използват пропан (R-290) като хладилен агент, осигурявайки обща отоплителна мощност от 36 kW. Те са свързани към система за съхранение на топлинна енергия, състояща се от 2000-литров резервоар за вода, който предварително загрява водата в нискотемпературен разпределителен контур. Всяко жилище е оборудвано с децентрализирана термопомпа вода-вода (WWHP) на пропан, осигуряваща обща отоплителна мощност от 48 kW. Електричеството, използвано от термопомпите, се осигурява частично от фотоволтаични панели с пикова мощност от 15 kW.
Инсталацията в Италия инсталацията се състои от три централизирани AWHP с хладилен агент R-32 и общ отоплителен капацитет от 45 kW. Тези термопомпи са свързани с два буфера с общ обем 1300 литра. Общият топлинен капацитет на децентрализираните WAHP е 39 kW за отопление и 33 kW за охлаждане. Освен това на покрива е инсталирана фотоволтаична система с пикова мощност от 10 kW, заедно с батерийна система с капацитет 22 kWh.
Австрийският тест стъпва на четири централизирани термопомпени системи (AWHP), използващи хладилен агент R-410A, с обща отоплителна мощност от 124 kW с резервен електрически нагревател от 6 kW. Те са свързани към четири буфера с общ обем 3200 литра и 18 децентрализирани WHP, по една за всяко жилище. Децентрализираните термопомпи използват хладилен агент R-32, за да осигурят обща отоплителна мощност от 132 kW. Фотоволтаична система с мощност 28 kW, инсталирана на покрива на сградата, захранва машините с ток.
Периодът на оценка за изследването е обхванал 12 последователни месеца. Той е продължил от ноември 2023 г. до октомври 2024 г. в Испания, а за другите две страни – от август 2023 г. до юли 2024 г.
„Общите сезонни коефициенти на ефективност на термопомпените системи са сходни, като средно са около 2,0 и в трите казуса. Между 63,5% и 76,3% от първичната енергия, използвана за отопление и охлаждане, идва от възобновяеми енергийни източници“, казаха учените.
„В сравнение с предишните системи за отопление, емисиите на парникови газове от термопомпените системи са намалени с 65,4% до 84,3%, което изпълнява целта на Европейския съюз за 60% намаление до 2030 г. Между 60,9% и 86,4% от спестяванията на емисии се дължат на инсталирането на двустепенни термопомпени системи, докато 13,6% до 39,1% от спестяванията са резултат от собствено потребление на фотоволтаична електроенергия“, уточниха изследователите.
Изводът е, че преоборудването на двустепенни термопомпени системи с фотоволтаично подпомагане в съществуващи многофамилни сгради е технически осъществимо и смислено при различни климатични условия и сценарии за потребление на енергия.
