TEPELNÉ ČERPADLÁ R744 S EJEKTORMI: PROJEKTY, CIELE A VÝSLEDKY

 

IIR/SZCHKT konferencia, Bratislava 09/2024

 

Oliver Javerschek*, Alessandro Silva**, Miguel Boscan **

*BITZER Kuehlmaschinenbau GmbH, Peter-Schaufler-Strasse 3,

72108 Rottenburg-Ergenzingen, Germany

+49 (0)7031 932-244, oliver.javerschek@bitzer.de

**BITZER U.S. INC., 4080 Enterprise Way,

GA 30542 Flowery Branch; United States of America

+1 (770) 718-2900, asilva@bitzerus.com

+1 (770) 718-2900, mboscan@bitzerusc.com

 

ABSTRAKT

 

Ako treba vnímať tepelné čerpadlá s ejektormi v kontexte diskusií o znižovaní globálnych emisií CO2, energetickom prechode, dodávkach energie a stabilite siete? Je zrejmé, že vykurovanie priestorov a ohrev vody sú zodpovedné za veľkú časť globálnych emisií CO2. Postupná premena dodávok energie na obnoviteľné energie zabezpečí, že podiel emisií CO2 z tepelných čerpadiel bude aj v budúcnosti klesať. Tepelné čerpadlá sú preto kľúčovým stavebným kameňom pre trvalo udržateľné zásobovanie teplom. Tento príspevok sa zaoberá aktuálnymi projektmi BITZER v oblasti tepelných čerpadiel R744 s ejektormi vo výkonovom rozsahu od 40 kW do niekoľkých megawattov. Prezentujú sa projekty, ciele a niektoré výsledky.

 

Kľúčové slová: tepelné čerpadlá – ejektory – oxid uhličitý

 

1. ÚVOD

 

Európsky parlament prijal 24. júna 2021 klimatický zákon EÚ. Európske ciele sú zakotvené v klimatickom balíku „Fit for 55“ a zahŕňajú 55 % zníženie emisií skleníkových plynov do roku 2030 a ďalší cieľ stať sa klimaticky neutrálnym do roku 2050. Pokiaľ ide o dodávky energie, Parlament v septembri 2023 schválil nový cieľ. Cieľom je, aby do roku 2030 pochádzalo 42,5 % energie z obnoviteľných zdrojov. Členské štáty EÚ však boli požiadané, aby sa zamerali na 45 % podiel výroby elektriny v priemysle, budovách a doprave. Tento ambiciózny cieľ podporuje aj Komisia ako súčasť svojho plánu REPowerEU. Aktuálne štatistiky EÚ ukazujú, že podiel obnoviteľných energií v roku 2023 bol 40,5 percenta. Podiel veterných elektrární na pevnine a na mori bol pôsobivých 18,9 % (1). 

V EÚ je potreba energie na vykurovanie a chladenie približne 50 % (2) . Väčšina potrebnej energie na vykurovanie a chladenie sa stále vyrába z fosílnych palív. Okrem toho sa v súčasnosti využíva len veľmi malá časť odpadového tepla vyprodukovaného v EÚ. IEA vo svojej správe o vykurovaní za rok 2020 uviedla, že dekarbonizácia odvetvia nepostupuje dostatočne rýchlo (3). Aktualizovaná správa Eurostatu uvádza súčasný podiel obnoviteľných energií v diskutovanom sektore na 24,8 % (4). Na dosiahnutie cieľov EÚ v oblasti klímy a energetiky uvedených na začiatku je preto potrebné, aby sa sektor vykurovania a chladenia stal efektívnejším a uhlíkovo neutrálnym. To sa dá dosiahnuť 100 % obnoviteľnými zdrojmi energie a využitím odpadového tepla. Diaľkové vykurovanie a chladenie (DHC) je osvedčeným riešením na zabezpečenie vykurovania, teplej úžitkovej vody a chladenia. Systémy sú predurčené na zásobovanie lokálne dostupnými, obnoviteľnými a nízkouhlíkovými zdrojmi energie. Napríklad solárna tepelná energia, geotermálna energia a odpadové teplo. To tiež znamená, že dodávka energie sa stáva nezávislejšou, pretože nie je odkázaná len na jeden zdroj energie. Pokročilé siete diaľkového vykurovania sú prispôsobené a optimalizované miestnym podmienkam. Ďalším pozitívnym aspektom je, že veľké centralizované systémy možno často prevádzkovať oveľa efektívnejšie ako niekoľko menších systémov. Výskum a vývoj a z toho vyplývajúce inovácie sú aj naďalej hnacou silou pokroku. V Európe to jasne dokazujú mnohé výskumné projekty, napríklad v Dánsku, a inovatívne startupy, ktoré vyvíjajú nové aplikácie.

 

Postoj k medzinárodným dohodám o zmene klímy

V Severnej Amerike kladný postoj vlády USA k medzinárodným dohodám o zmene klímy, ako je vidieť v Parížskej klimatickej dohode (5) a dodatku k Montrealskému protokolu z Kigali (6), podčiarkuje jej odhodlanie podporovať globálne hospodárstvo s čistou energiou. Tieto dohody stanovili pre Spojené štáty ambiciózne ciele, ktorých cieľom je do roku 2030 znížiť emisie skleníkových plynov (GHG) o 50 % až 52 % v porovnaní s úrovňou z roku 2005, do roku 2035 dekarbonizovať energetický sektor v USA a do roku 2050 dosiahnuť hospodárstvo s nulovými čistými emisiami. (7). Federálne úsilie kladie značný dôraz na znižovanie emisií z budov, čo vedie k značným investíciám do modernizácie a vylepšenia budov z hľadiska cenovej dostupnosti, odolnosti, dostupnosti, energetickej účinnosti a elektrifikácie (8). Okrem toho bol zavedený súbor politík a cielených opatrení na podporu výskumu technológie tepelných čerpadiel, rozšírenie jej nasadenia a riešenie slabých miest v rámci dodávateľského reťazca. Vládna dekarbonizačná agenda spolu s podpornými politikami a programami predstavuje bezprecedentnú príležitosť na napredovanie vo výskume, vývoji a nasadzovaní technológií tepelných čerpadiel, ktoré sú považované za nevyhnutné pre realizáciu týchto cieľov. Komplexný prehľad trhu s tepelnými čerpadlami však odhalil niekoľko oblastí a sektorov, ktoré si vyžadujú riešenia šité na mieru, aby podnietili prijatie technológie tepelných čerpadiel. Tieto riešenia zahŕňajú zvyšovanie kapacity dodávateľského reťazca, rozširovanie pracovnej sily prostredníctvom školení a vzdelávacích iniciatív, zvyšovanie cenovej dostupnosti a dostupnosti technológie tepelných čerpadiel a posilňovanie podpornej sieťovej infraštruktúry. Medzi kľúčové technologické výzvy patrí absencia regionálnych riešení prispôsobených pre chladnejšie podnebie, vysoké počiatočné náklady a zložitý dizajn a riadenie komponentov a systémov pre hybridné tepelné čerpadlá s viacerými zdrojmi tepla. Mohlo by dôjsť aj k ohrozeniu energetických výhod v dôsledku problémov pri inštalácii a priestorových obmedzení obmedzujúcich inštalácie tepelných čerpadiel. 

Riešenie týchto výziev si vyžaduje cielené výskumné úsilie vrátane zlepšenia účinnosti a kapacity tepelných čerpadiel pre rôzne klimatické podmienky. Cieľom je znížiť náklady na inštaláciu, zvýšiť spoľahlivosť vysoko účinných systémov, navrhnúť riešenia pre náročné inštalácie a vyvinúť alternatívne chladiace technológie a chladivá s nižším GWP na minimalizáciu priamych emisií. Vyžaduje si to multidisciplinárny prístup zahŕňajúci ekonomické, sociálne, politické a technologické inovácie od všetkých zainteresovaných strán, vrátane vývoja efektívnych systémov s optimalizovanými komponentmi, inteligentného monitorovania, optimálnych kontrolných mechanizmov, inovatívnej systémovej integrácie, agregačných stratégií a efektívnych servisných protokolov (9).  Kanada sa tiež zaviazala dosiahnuť nulové čisté emisie do roku 2050 (10), čím sa pripojí k viac ako 120 krajinám vrátane všetkých ostatných krajín G7. Kanadský klimatický inštitút označuje tepelné čerpadlá za efektívny nástroj na znižovanie emisií z budov a domácností, pretože namiesto spaľovania fosílnych palív vyrábajú teplo a chlad z elektriny. V októbri 2023 kanadská vláda oznámila vylepšenia „Programu dostupnosti tepelného čerpadla (OHPA)“ s cieľom urobiť prechod z vykurovacieho oleja na elektrické tepelné čerpadlá dostupnejší pre domácnosti s nízkymi až strednými príjmami (11). 

Pokiaľ ide o rozvoj diaľkového vykurovania a chladenia (DHC), obchodovanie s uhlíkom, uhlíkové dane ani investičné dotácie nie sú bežné pri podpore takéhoto rozvoja v Severnej Amerike; štáty a provincie však niektoré z týchto stimulov využívajú. V Severnej Amerike existujú značné prekážky rozvoja DHC, vrátane národných politík, ktoré nepodporujú tento druh technológie, a finančne a politicky slabé obce majú obmedzené možnosti na ich podporu. Okrem toho vysoké investičné náklady a dlhé časy návratnosti odrádzajú investorov zo súkromného sektora od DHC a domácich zákazníkov je ťažšie prilákať ako verejných a komerčných zákazníkov (12).

 

2. DIALKOVÉ VYKUROVANIE A CHLADENIE (DHC)

 

2.1 Projekt FORCO2

Dánsky technologický inštitút, DTI, vedie projekt FORCO2, ktorý je podporovaný dánskym výskumným programom EUDP (Energy Technology Development and Demonstration Program). Dánsky program podporuje súkromné ​​spoločnosti a univerzity vo vývoji a demonštrácii nových energetických technológií. Projekt riadi Jóhannes Kristófersson. Zúčastnené spoločnosti sú Fenagy, Danfoss, Kelvion, Güntner, EICon, CO2X a BITZER. Hlavným cieľom tohto projektu je vývoj novo navrhnutého, priemyselne vyrábaného reverzibilného chladiča a jednotky tepelného čerpadla na báze prírodného a bezpečného chladiva R744, pričom cieľovým trhom sú klimatizačné systémy a priemyselné procesy. V letných mesiacoch sa systém používa ako chladič s rekuperáciou tepla na výrobu teplej úžitkovej vody pre klimatizačné systémy alebo na pokrytie nízkoteplotných systém funguje ako tepelné čerpadlo na pokrytie potreby tepelnej energie. Navrhovaný systém je znázornený na obrázku 1. Ak sa nový systém porovná so súčasným stavom techniky v podobe chladiča a elektrického kotla, je možné dosiahnuť výrazné úspory energie.

 

Všeobecné porovnanie medzi súčasným stavom techniky a novým systémovým riešením je znázornené na obrázku 2. Konvenčný chladič so vzduchom chladeným kondenzátorom a elektrický kotol sú porovnané so systémom vyvinutým v rámci projektu. Predpokladá sa, že požiadavky na vykurovanie a chladenie sú 2 MW a 1 MW. Koeficient výkonu (COP) pri súčasnom stave riešenia je len 1,33. Naproti tomu nový prístup umožňuje zvýšenie účinnosti o 451 %, čo zodpovedá COP 6,0. Aj keď sú požiadavky na vykurovanie a chladenie stanovené na 1 MW a 1 MW, porovnanie stále ukazuje zvýšenie energetickej účinnosti o 327 % s vypočítaným COP 5,30 oproti 1,62. To ukazuje významný nárast energetickej účinnosti. Kombináciou zvýšenej energetickej účinnosti, opätovného využitia odpadového tepla a elektrifikácie tento výskumný program prekračuje nové možnosti a rieši výzvy budúcnosti tým, že umožňuje čisté a energeticky efektívne vykurovanie a chladenie pre priemyselné procesy a veľké budovy. To všetko kombináciou chladiča (vodný chladič) a vykurovacieho systému (tepelného čerpadla) v jednej jednotke.

Systém, ktorý sa skúma a na ktorom sa pracuje v rámci projektu FORCO2, sa nachádza v laboratóriu na DTI v Arhuse. Ide o nízkozdvižný systém s ejektormi s čiastočne zaplavenými výparníkmi. Uvažuje sa s aktívnym olejovým hospodárstvom s nízkotlakovým zásobníkom oleja. Používajú sa štyri kompresory BITZER typu 8FTE-140Z s integrovanými regulátormi hladiny oleja OLM-3, vyvinuté a optimalizované pre túto aplikáciu. V nominálnom konštrukčnom bode poskytujú kompresory hmotnostný prietok viac ako 28 000 kg/h s príkonom okolo 400 kW. Z z pohľadu výrobcu kompresorov sa väčšina meraní a testov v laboratóriu DTI zameriava na zistenia špecifické pre danú aplikáciu. Napríklad koordinácia ropného hospodárstva. 

 

Obrázok 3 zobrazuje záznam údajov IQ modulu kompresora v prevádzke. Na zázname je znázornený príklad prevádzky v režime vyhadzovania s nízkym zdvihom. Pri sacom tlaku 45 barov, výtlačnom tlaku 110 barov a prehriatí 10 K vytlačí kompresor uvedený v zázname údajov hmotnostný prietok 6 227 kg/h s príkonom 103 kW pri 50 Hz prevádzke. Spodná časť obrázku 3 zobrazuje cykly vstrekovania regulátora hladiny oleja OLM-3. Pri tomto teste bola hladina oleja v kľukovej skrini regulovaná medzi 70 a 40 %. Okrem variácií rôznych regulovaných hladín oleja v kľukovej skrini sa skúmajú aj požadované vstrekovacie cykly s meniacimi sa diferenciálnymi tlakmi, aby sa definovalo optimálne hospodárenie s olejom pre efektívnu prevádzku systému. Napríklad je možné generovať podrobné mapy výkonnosti pre systém riadenia oleja. Tie potom ukazujú potrebné vstrekovacie cykly regulátora hladiny oleja v závislosti od regulovanej hladiny oleja v kľukovej skrini kompresora a prevládajúceho rozdielového tlaku pre prívod oleja na základe konštantných hmotnostných prietokov kompresora a rýchlosti prenosu oleja (OCR). Napríklad pri hmotnostnom prietoku kompresora okolo 8 000 kg/h už nestačí diferenčný tlak < 2 bary na udržanie kompresora v prevádzke bez signalizácie stavu oleja. Aj OCR, ktoré boli namerané v rámci projektu, potvrdzujú, že veľmi nízke hodnoty nie sú namerané len v laboratóriu, ale sú prítomné aj v stabilne bežiacom systéme v reálnych podmienkach a pod vplyvom všetkých regulačných a ovládacích prvkov. Nameraná relatívna OCR pre hmotnostné prietoky do 10 300 kg/h indikuje veľmi nízke hodnoty, ktoré sú vždy pod 0,5 %.

2.2 Zariadenia v prevádzke

Podobne ako rozšírené prijatie R744 v chladiarenských technológiách počas 21. storočia, v súčasnosti sa v Dánsku rozvíja ďalší vývoj, ktorý slúži ako pozitívny príklad pre mnohé európske krajiny. Podiel diaľkového vykurovania na dodávkach tepla v Dánsku je pozoruhodne vysoký. Už 66 % všetkých dánskych domácností je napojených na siete diaľkového vykurovania. To sa rovná celkovému počtu 1 843 774 domácností a 3,7 milióna ľudí. Dopyt po energii pre siete diaľkového vykurovania v Dánsku je splnený na 76 % z obnoviteľných zdrojov energie (13). Dánske siete diaľkového vykurovania sa považujú za vysoko efektívne. Používajú sa najmodernejšie technológie vrátane tepelných čerpadiel využívajúcich prírodné chladivá. Inteligentná sieťová infraštruktúra navyše zabezpečuje efektívnu distribúciu a využitie tepelnej energie. Skladovanie tepelnej energie navyše poskytuje príležitosti na vytváranie flexibilných sietí a napredovanie v integrácii obnoviteľných zdrojov energie. Pretože využívanie veternej a slnečnej energie môže viesť k výkyvom vo výrobe elektriny, čo môže mať vplyv na stabilitu siete vo forme zmien napätia a frekvenčných odchýlok, je zabezpečenie stability siete kľúčovým faktorom pri integrácii obnoviteľných energií. Rýchly a flexibilná dostupnosť tepelného čerpadla, ktoré umožňuje akumuláciu veternej alebo slnečnej energie vo forme tepelnej energie, pomáha zabezpečiť stabilitu siete. Navyše, skladovanie tepelnej energie môže pomôcť vyrovnať špičkové zaťaženie v sieťach diaľkového vykurovania akumuláciou tepelnej energie na pokrytie špičkového dopytu. Vývoj v Dánsku teda ukazuje, že siete diaľkového vykurovania zohrávajú významnú úlohu pri prechode na udržateľné a nízkouhlíkové dodávky energie, najmä v kombinácii s obnoviteľnými zdrojmi energie a účinnými technológiami skladovania energie, ako je znázornené na obrázku 4.

 

Spoločnosť Fenagy je v popredí integrácie tepelných čerpadiel R744 v rozsahu megawattov v rámci sietí diaľkového vykurovania v Dánsku. Tieto systémy pozostávajú predovšetkým z tepelných čerpadiel vzduch-voda (A2W) s ejektorovou aplikáciou High-Lift. V tejto konfigurácii použité ejektory uľahčujú prenos hmotnostného toku z prvého stupňa kompresora do stupňa paralelného stláčania, čím sa zdôrazňujú pozitívne účinky paralelného stláčania. Zlepšenie účinnosti je výraznejšie, keď je teplota chladiča na strane chladiča plynu vyššia. Zaujímavé je, že aplikácia High-Lift sa ukázala byť menej citlivá ako aplikácia Low-Lift, keď sa zaoberá širokým rozsahom teplôt chladiča na strane chladiča plynu aj na strane výparníka. Keď je potenciálna energia na hnacej strane ejektorov nedostatočná, systémy môžu upraviť záťaž buď jej posunutím na prvý stupeň kompresora alebo prevádzkou v režime bleskového obtoku plynu. Pokiaľ ide o účinnosť motora, priemysel dodržiava normu IEC 60034-30 pre použitie otvorených kompresorov. BITZER však nevyrába otvorené kompresory pre aplikácie R744. Preto sú novo vyvinuté polohermetické 8-valcové kompresory vyrábané s vysokoúčinnými motormi chladenými saním plynom, špeciálne vyvinutými pre tento typ kompresorov. Nasadené asynchrónne motory vykazujú účinnosť výrazne vyššiu ako 90 % pri minimálnom aj maximálnom krútiacom momente, čo ich robí porovnateľnými s motormi uvedenými vo vyššie citovanej norme. Porovnanie účinnosti motora na základe štandardizovaného krútiaceho momentu prezentoval BITZER na konferencii IIR v Ohride, ktorú organizoval prof. Risto Ciconkov, ešte v roku 2021. V systémoch Fenagy prevládali typy kompresorov 8CTE-140Z a 8FTE- 140Z, s teoretickým objemom výtlaku pri 50 Hz 99,2 m³/h a 69,4 m³/h. Okrem toho sa v budúcnosti použije typ 8DTE-140K so zdvihovým objemom 82 m³/h. Pre tepelné čerpadlo A2W uvedené do prevádzky vo Vildbjergu v októbri 2023 sa v troch systémoch používa celkovo dvanásť kompresorov 8CTE-140Z a šesť kompresorov 6DTEU-50LZ. Systém, ktorý pracuje pri teplote okolia 5 °C a teplote vody 38 °C a 68 °C, poskytuje nominálny vykurovací výkon 6 MW pri dosiahnutí COP 3,2. Na dosiahnutie tohto nominálneho výkonu je potrebná celková plocha výparníka 540 m², rozdelená medzi 18 výparníkov, z ktorých každý je vybavený 10 ventilátormi. Náplň chladiva predstavuje menej ako 0,5 kg na kW výkonu, čo zvýrazňuje kompaktný a optimalizovaný dizajn systému. Zásobník teplej vody sa môže pochváliť kapacitou 3 000 m³. Obrázky 1 až 3 poskytujú dojmy z inštalácie vo Vildbjergu.

V decembri 2023 bolo uvedené do prevádzky zariadenie vo Farevejle. Pozostáva z kombinácie tepelného čerpadla vzduch-voda (A2W) s výkonom 4 MW a tepelného čerpadla voda-voda (W2W) s výkonom 1,5 MW, ktoré využíva spolu 18 kompresorov. Je pozoruhodné, že zásobník teplej vody má kapacitu 4 000 m³. Prvé tepelné čerpadlo s 8-valcovými kompresormi BITZER objednané spoločnosťou Fenagy, využíva osem strojov typu 8CTE-140Z a môže sa pochváliť menovitým vykurovacím výkonom 4 MW. Tento systém funguje od marca 2023.

 

3. MERANIE VÝKONU EJEKTORA

 

V roku 2022 práca spoločnosti BITZER predstavila vývoj výpočtového modelu pre ejektory. Model je založený na troch podmoduloch: geometrický model, model pohybového hmotnostného toku a model tlakového zdvihu. Model hybného hmotnostného toku a model tlakového zdvihu sú semiempirické a závisia od spoľahlivých nameraných údajov. Čoraz širšia základňa nameraných údajov sa nakoniec použije na opätovnú koreláciu modelov s cieľom vypočítať ešte presnejšie údaje o výkonnosti. Výzvou sa ukázalo, že len málo laboratórií alebo spoločností má možnosť merať výkon ejektorov s veľkými nominálnymi kapacitami v laboratórnych podmienkach. Ejektor typu HDV-E65 diskutovaný v tomto článku bol meraný v laboratóriu OEM. 

 

Obrázok 5 poskytuje dojem o prevádzkovaných testovacích podmienkach v p,h-diagrame. Ďalej sú skúmané meracie body s hybným tlakom medzi 80 a 100 bara. Pre konštantné hnacie tlaky sa hybná teplota menila s rôznymi stupňami otvorenia ejektora. Sací tlak ejektora bol udržiavaný konštantný na 29 bara s priemerným prehriatím 14 K. Tlakový zdvih a strhávanie boli stanovené ako funkcia opísaných vstupných podmienok. Zelená bodkovaná čiara znázorňuje typickú riadiacu funkciu regulátora WURM pre optimálny výtlačný tlak a je uvedená ako príklad.

Namerané prietoky hnacej hmoty sú znázornené na obrázku 6 ako funkcia stupňa otvorenia, definovaného ako pomer zdvihu k maximálnemu zdvihu, H.

Pre konštantný stupeň otvorenia sa hnacie tlaky menia v krokoch po 5 baroch medzi 80 a 100 bar, pričom hnacia teplota je znázornená na vedľajšej osi vo forme farebnej stupnice. Namerané prietoky hnacej hmoty sa pohybujú medzi 3 994 a 4 843 kg/h pri teplotách pohonu okolo 28 až 44 °C. Pre konštantný otvárací pomer vykazuje zdvih a strhávanie lineárnu závislosť od teploty motora. Namerané zdvihy a účinnosti podľa Elbela ako funkcia teploty motora sú uvedené na obrázku 7. Pre merania diskutované v tejto práci je zdvih v rozsahu od 4,5 do 11,1. Pomery strhnutia sú teda v rozsahu od 0,33 do 0,60. Ako ďalej ukazuje obrázok 3.3, účinnosti sú na vysokej úrovni a v rozsahu od 0,3 do 0,40. Najvyššie hodnoty sú uvedené pri hnacom tlaku 80 barov. Tu sa tlakový zdvih pohybuje medzi 4,49 a 7,04 baru. Ak vezmeme do úvahy pomer otvárania H = 0,8, nameraný tlakový zdvih je medzi 6,2 a 11,1 bar a strhávanie medzi 0,35 a 0,52. 

 

Výsledné účinnosti sú znázornené na obrázku 8.

Na základe hybných podmienok 80 bara a 32 °C ponúka ejektor tlakový zdvih 6,2 bar pri pomere unášania 0,52 a dosahuje tak účinnosť 40 %. Vďaka veľmi vysokému tlakovému zdvihu 11,1 bar so strhávaním 0,35 sa účinnosť rovná 30 % pre hybné podmienky 100 bar a 44 °C.

HDV-E65 vykazoval veľmi dobré výkonové hodnoty v celom meranom rozsahu. Účinnosti presahujú predtým vypočítané účinnosti. Odchýlka je pravdepodobne spôsobená skutočnosťou, že modely výpočtu ejektorov boli prevažne korelované s údajmi z modelov HDV-E30, -E23 a E16, ako aj z predchodcu modelu HDV-E08. Podmienky s nízkymi teplotami motora, spojené s výrazným znížením potenciálnej energie, môžu predstavovať problém pri udržiavaní vysokých pomerov unášania, najmä pre aplikácie s nízkym zdvihom. Prebiehajú ďalšie merania a skúmania na podrobnú analýzu a mapovanie výkonu.

 

4. ZÁVERY

Táto štúdia ukazuje, ako je potrebné drasticky znížiť emisie v sektore chladenia a vykurovania, aby sa dosiahla klimatická neutralita. Podiel obnoviteľných energií v sektore chladenia a vykurovania sa musí naďalej zvyšovať a musí sa využívať odpadové teplo. Vývoj v Dánsku ukazuje, že diaľkové vykurovanie a chladenie v kombinácii s obnoviteľnými zdrojmi energie je vynikajúcim prístupom k zvýšeniu účinnosti dodávky energie, čím sa znížia emisie a udržia sa siete na dodávku elektrickej energie stabilné a flexibilné. Politická situácia v Severnej Amerike na druhej strane ukazuje, že existujú veľké prekážky centralizovaného prístupu ako v Dánsku. V dôsledku toho sa tam sústreďujú menšie a decentralizované riešenia s tepelnými čerpadlami. Pre použitie prírodného chladiva R744 boli vyvinuté nové riešenia v podobe vysoko účinných kompresorov a ejektorov. Inovatívne start-upy ako Fenagy a veľkí OEM používajú tieto produkty. To znamená, že ich možno priebežne ďalej rozvíjať na základe prevádzkových údajov a skúseností. Výskumné projekty ako projekt FORCO2, ktoré vedie a koordinuje DTI, tiež ukazujú, že vývoj možno posunúť vpred v spolupráci s partnermi z priemyslu.

 

POĎAKOVANIE

Autori v mene BITZER vďačne oceňujú podporu Jóhannesa Kristóferssona z DTI za koordináciu projektu FORCO2, pohostinnosť v DTI a zdieľanie grafiky. Veľmi špeciálne ďakujem Kim Christensen a jeho tímu z Fenagy as za to, že boli predchodcom a zdieľali údaje pre túto prácu. Veľká vďaka patrí aj Alexandrovi Chor Pachaiovi z Alexander Cohr Pachai Global Consultancy ApS za zdieľanie najnovších informácií z Fóra o chladení a tepelných čerpadlách v Kodani.

NOMENKLATURA

  • Koeficient výkonu COP (-)
  • mM Vyhadzovač s prietokom hnacej hmoty (kg/h)
  • Eta Účinnosť podľa Elbel 
  • (-) OCR Miera prenosu oleja (%)
  • H Pomer zdvihu k maximálnemu zdvihu 
  • (-) tM Teplota pohybu (°C)

 

  REFERENCES

  1. https://de.statista.com/statistik/daten/studie/182159/umfrage/struktur-der-bruttostromerzeugung-in-dereu-27/
  2. Advancing district heating & cooling solutions and uptake in European cities   ISBN978-92-68-00300-8
  3. https://www.iea.org/reports/heating
  4. https://energy.ec.europa.eu/topics/energy-efficiency/heating-and-cooling_en
  5. Whitehouse.gov. Paris Climate Agreement. January 20, 2021.
  6. Whitehouse.gov. Statement by President Joe Biden on Senate Ratification of the Kigali Amendment to  the Montreal Protocol. September 21, 2022.
  7. Whitehouse.gov. FACT SHEET: President Biden Sets 2030 Greenhouse Gas Pollution Reduction Target Aimed at Creating Good-Paying Union Jobs and Securing U.S. Leadership on Clean Energy Technologies.  April 22, 2021.
  8. Whitehouse.gov. FACT SHEET: Biden Administration Accelerates Efforts to Create Jobs Making   American Buildings More Affordable, Cleaner, and Resilient. May 17, 2021.
  9. Malhotra, Mini, et al. "Heat pumps in the United States: Market potentials, challenges and opportunities,      technology advances." (2023).
  10. (10) Government of Canada (GoC). Canadian Net Zero Emissions Accountability Act. Ottawa, CA: GoC; 2020.
  11. (11) https://natural-resources.canada.ca/energy-efficiency/homes/canada-greener-homes-initiative/oil-heat-pump-affordability-program/24775. 
  12. (12)Wiltshire, Robin, ed. Advanced district heating and cooling (DHC) systems. Woodhead Publishing, 2015.  Pp. 17-41.
  13. (13) Fakta om fjernvarme | Danskfjernvarme
  14. (14) Javerschek, O.; Mannewitz, J. (2021). Advanced design for CO2 compressors in industrial applications. 9th   IIR Conference on Ammonia and CO2 Refrigeration Technologies. Ohrid, North Macedonia, 16-17       September, 2021.
  15. (15)Simon F., Pfaffl J., Javerschek O., 2022. Introduction of an ejector for industrial scale CO2 systems,
  16. 19th International Refrigeration and Air Conditioning Conference at Purdue, July 10 - 14, 2022, Paper- ID 2583
  17. (16) Elbel, S., 2011. Historical and present developments of ejector refrigeration systems with emphasis on   transcritical carbon dioxide air-conditioning applications. International Journal of Refrigeration, Volume 34,   Issue 7, November 2011, Pages 1545-1561

 

Viac informácií nájdete v časopise Správy 3/2025