Профессор Ричард Фиттон, ведущий климатических исследований, руководит командой в крупнейшей в мире лаборатории по изменению климата, расположенной недалеко от Манчестера. Это учреждение воспроизводит весь спектр погодных условий – от морозных снежных бурь при минус 20°C до изнуряющей жары при 40°C, чтобы оценить эффективность различных систем отопления. За последний год команда провела обширные испытания, сравнивая электрические решения для обогрева, такие как тепловые насосы и инфракрасные обогреватели, с традиционными газовыми котлами. Это исследование стало самым масштабным из подобных в мире, и теперь оно обнародовало свои результаты.
Исследование Университета Салфорда отметило, что тепловые насосы «показали хорошие результаты» и оправдали ожидания. Однако есть одно существенное замечание. Инфракрасные обогреватели, которые обеспечивают непосредственное тепло для людей, а не нагревают окружающий воздух, были признаны значительно быстрее прогревающими помещения по сравнению с тепловыми насосами, но с более высокими эксплуатационными расходами, достигая в три раза большего.
Результаты данного исследования повлияют не только на технологии, используемые в ряде новых жилых проектов, но и на стратегии модернизации существующих объектов для решения климатической чрезвычайной ситуации. Исследование четко определяет наиболее эффективные методы чистого отопления, обеспечивающие комфорт без чрезмерных энергетических затрат.
Достижение данного этапа потребовало значительной преданности делу и ресурсов. Лаборатория стоимостью 16 миллионов фунтов стерлингов, названная Энергетический Дом 2.0, открыла свои двери в прошлом году. Эта впечатляющая структура, специальноDesigned for climate experiments, is equipped with wind machines, rain simulators, snow generators, and large heating and cooling devices.
Внутри этого учреждения две ведущие британские строительные компании построили пару концептуальных домов с тремя спальнями. Один из них был построен компанией Bellway, другой — Barratt. Оба дома стратегически утеплены в соответствии с предложенным Стандартом Будущих Дома, стремящимся к 75% снижению выбросов по сравнению с нормами 2013 года.
По словам Bellway, ключевым изменением, выявленным новым стандартом, является переход от газовых котлов к электрическим системам обогрева. Эмпирическое исследование предоставляет возможность обнаружить «зону Златовласки, где все просто идеально».
Два прототипа были оборудованы семью различными системами отопления. Команда Фиттона подвергла эти системы идентичным экстремальным и типичным зимним погодным условиям, характерным для Великобритании: обычным 5°C и суровым -5°C. Они оценили, достигли ли дома комфортных 18°C в спальнях и 21°C в жилых помещениях при непрерывных и прерывистых режимах отопления (последний моделировал занятость только утром и вечером). Они также рассчитали предполагаемые ежедневные энергетические затраты на основе текущего предела цен на электроэнергию, установленного в размере 24,5 пенса за кВтч.
Фиттон отметил значительные открытия, включая случаи «существенного недогрева» во время тестов при -5°C. Ни одна из систем не достигла целевых показателей комфорта при прерывистом использовании из-за недостаточно крупных обогревателей, установленных в домах — не потому что сама технология была неэффективной.
Это подчеркивает критическую суть: для того чтобы электрические системы отопления работали эффективно, они должны проектироваться с большими блоками, чем те, что обычно используются с газовыми котлами. «Мы стремимся увеличить тепловую массу за счет улучшения размеров радиаторов и труб и настройки системы для максимизации эффективности», — объяснил Фиттон. «Лучше выявить эти потребности сейчас, чем после строительства тысяч домов во время холодного периода».
Оливер Новакович, директор по техническим вопросам и инновациям в Barratt, признал результаты: «Это бесценная информация. Могло было быть хуже; мы могли бы обнаружить, что системы не функционируют в экстремальных условиях. Теперь мы понимаем, что они работают эффективно, но дизайн нуждается в корректировке».
Способы, которыми домохозяйства используют свое отопление, также должны будут адаптироваться. Газовые котлы, как правило, оптимизированы для быстрого достижения температур до 70°C и используются в более короткие промежутки времени, соответствующие расписанию людей. Однако, по словам Barratt, электрические системы отопления «недостаточно работали» при перерывистом использовании, но показывали лучшие результаты при постоянной работе. Вот что показало исследование.
Инфракрасные Системы Отопления
eHome2 компании Barratt использует инфракрасную технологию отопления от Cürv, встраивая стильные белые стеновые панели и зеркальные обогреватели, управляемые умной системой Loxone. Тем временем, дом Будущего компании Bellway оснащен двумя типами инфракрасного отопления: панелями Ambion на стенах и обогревателями Wondrwall на потолках.
Все инфракрасные системы продемонстрировали более быстрые способности к нагреву по сравнению с тепловыми насосами. Система Ambion достигла самой быстрой температуры, увеличив на 1,25°C в час. Однако, при тяжелых условиях — -5°C, она требует ежедневных расходов на эксплуатацию в размере около 14 фунтов стерлингов — в два-три раза больше, чем тепловые насосы.
Панели Cürv столкнулись с трудностями в экстремальном холоде, лишь сумев поднять температуру в гостиной до примерно 12,7°C всего на 2°C после работы в течение двух часов утром. Дополнительно, температура значительно варьировалась, с показаниями примерно на 4°C выше рядом с панелями, чем по центру комнаты.
Чтобы обеспечить стабильные температуры, рекомендуется размещать инфракрасные панели ближе к зонам сидения. Bellway отмечает, что панели Ambion будут особенно подходящими для квартир, где нет внешнего пространства для более крупных систем отопления.
Лотковый Тепловой Насос
В качестве решения для домов с ограниченными внешними пространствами, Bellway установила тепловой насос Worcester Bosch 3400i Hydrotop, незаметно расположенный на чердаке. Этот инновационный подход избавляет от необходимости устанавливать громоздкие уличные блоки, похожие на кондиционеры.
Тем не менее, исследование показало, что эта система работает «значительно хуже» традиционных наружных тепловых насосов, часто требуя резервного обогревателя в холодных условиях и приводя к высоким эксплуатационным расходам, до 15,43 фунтов стерлингов в день.
Урок: Технология была недавно введена, и дальнейшее развитие необходимо для повышения её эффективности, отмечает Bellway.
Тепловой насос с радиаторами у плинтуса
Дом Barratt интегрирует наружный тепловой насос Vaillant aroTherm Plus 5Kw с инновационными радиаторами ThermaSkirt, которые располагаются у плинтуса. Эта конфигурация экономит пространство по сравнению с традиционными радиаторами и дешевле, и проще в установке, чем системы с подогревом пола.
В условиях обычной зимы при 5°C его ежедневный эксплуатационный расход составлял 2,83 фунта стерлингов, обеспечивая комфорт во всем доме. Однако при -5°C, при прерывистом использовании, температура в гостиной упала до неудобных 11°C после утренней работы, поднявшись всего на 1°C.
Система продемонстрировала приличный коэффициент полезного действия (COP) до 2,9, что означает, что она могла преобразовывать одну единицу энергии в 2,9 единиц тепла. Это значительно эффективнее, чем стандартный газовый котел с COP 0,9. С помощью квалифицированного специалиста по отоплению можно оптимизировать системы тепловых насосов до достижения COP до 5,2.
Bellway планирует улучшить систему, установив более крупные радиаторы ThermaSkirt, включая три трубы вместо двух в плинтусе:
Тепловой насос с традиционными радиаторами
Дом Bellway также оснащен тепловым насосом Panasonic WH-MDC05J3E5, расположенным снаружи. Эта конфигурация сработала как ожидалось, хорошо нагревая дом в условиях 5°C с прерывистым использованием, обходясь всего в 1,84 фунта стерлингов в день при достижении стабильного COP 3,7.
Тем не менее, при -5°C с прерывистым отоплением температура в гостиной достигла всего 15°C к 9 часам утра. Непрерывное отопление повысило её до 19°C, но значительно увеличило расходы на эксплуатацию до 8,83 фунта стерлингов в день.
Использование цифровых термостатических клапанов на радиаторах (TRV) обеспечивало детальный контроль температуры в помещениях, что иногда приводило к недостаточному потоку воды через систему, заставляя тепловой насос работать интенсивнее и приводя к непостоянному отоплению.
Извлеченный урок: радиаторы были недостаточно большими для экстремально низких температур. Ясно, что есть необходимость в более крупных единицах, и во время использования технологии теплового насоса следует избегать зонирования.
В конечном счете, наилучший вариант — это…
Исследователи также оценили комбинацию внешнего теплового насоса Panasonic от Bellway с полы с подогревом на первом этаже и стандартными радиаторами на верхнем этаже. В конфигурации с подогревом пола теплый вода циркулировала через пластиковые трубы, размещенные на хорошо изолированном основании, покрытом деревянным полом в стиле елочка.
Дом сохранял тепло на протяжении всего дня, даже когда отопление ограничивалось утренним и вечерним использованием при температурах -5°C. Тем не менее, прерывистое отопление привело к скачкам температуры, при этом некоторые области стали перегреваться на более чем 2,3°C. При постоянной работе система поддерживала комфортный уровень с благоприятным COP до 3,7, при этом типичная стоимость зимнего дня составила 2,31 фунта стерлингов или 6,34 фунта стерлингов при отрицательных температурах.
Урок: Полный подогрев пола может не быть необходимым для оптимальной работы теплового насоса. Установка его на первом этаже в сочетании с традиционными радиаторами на втором этаже дает отличные результаты. Последовательность — это ключ; непрерывная работа системы обеспечивает наилучшее выполнение.
