1. พื้นหลังทางอุณหภูมิ
หลักฐานของวงจร Carnot, COP ทฤษฎีสูงสุดของปั๊มความร้อนแหล่งอากาศถูกกําหนดว่า:
COP_max = T_hot / (T_hot - T_cold)
โดย T คืออุณหภูมิสัมบูรณ์ในเคลวิน สูตรแสดงให้เห็นว่า ความแตกต่างอุณหภูมิระหว่างแหล่งและสระน้ําที่เล็กกว่านั้น
ในระบบจริง อุณหภูมิการทํางานจริงต่ํากว่าสูงสุดทางทฤษฎีนี้มาก ตาม ASHRAE Handbook (2020)ปั๊มความร้อนแหล่งอากาศที่ทันสมัยมักจะบรรลุได้เพียง 40% ถึง 60% ของขีดจํากัดของ Carnot เนื่องจากความสูญเสียทางเทอร์โมไดนามิกและความอ่อนแอขององค์ประกอบ.
วิศวกรรม Insight: หลักการ Carnot เป็นมาตรฐานที่คุ้มค่า แต่พฤติกรรมของระบบในโลกจริงและกลยุทธ์ควบคุมระบบ.
2. ข้อมูลสนาม
สมาคมปั๊มความร้อนแหล่งอากาศแห่งยุโรป (EHPA) ให้ผลการทดสอบผลการทํางานตามฤดูกาลที่เน้นผลการผลกระทบจากอุณหภูมิแวดล้อมที่ลดลง
เมื่ออุณหภูมิภายนอกลดลงจาก 7 °C เป็น -7 °C
COP ของปั๊มความร้อนแหล่งอากาศลดลงจาก 4.2 เป็น 3.1 (-26%)
COP ของปั๊มความร้อนแหล่งพื้นดินลดลงจาก 5.1 เป็น 4.3 (-16%)
แนวโน้มเหล่านี้เป็นหลักในเขตภูมิอากาศที่มีความต้องการในการทําความร้อนสูงขึ้น เช่น ในฟินแลนด์ตอนใต้ ยูนิตที่อยู่อาศัยบางแห่งได้บันทึกค่า COP ต่ํากว่า 2.0 ระหว่างอากาศหนาวนาน
3กลไกการลด COP
อุณหภูมิภายนอกที่ต่ํากว่าอาจทําให้ COP ของปั๊มความร้อนแหล่งอากาศลดลงอย่างสําคัญ เพราะเหตุผลต่อไปนี้:
1) ความดันระเหยที่ต่ําลง, อัตราความดันของเครื่องปรับอากาศที่สูงขึ้น และการบริโภคพลังงานเพิ่มขึ้น
2) การลดกระแสน้ํามันเย็นที่ลดลง ทําให้การถ่ายส่งความร้อนไปยังเครื่องระเหย
3) ช่วงการละลายบ่อย ๆ ที่ใช้พลังงานเสริมและรบกวนการทํางานในระดับคงที่
1. พื้นหลังทางอุณหภูมิ
หลักฐานของวงจร Carnot, COP ทฤษฎีสูงสุดของปั๊มความร้อนแหล่งอากาศถูกกําหนดว่า:
COP_max = T_hot / (T_hot - T_cold)
โดย T คืออุณหภูมิสัมบูรณ์ในเคลวิน สูตรแสดงให้เห็นว่า ความแตกต่างอุณหภูมิระหว่างแหล่งและสระน้ําที่เล็กกว่านั้น
ในระบบจริง อุณหภูมิการทํางานจริงต่ํากว่าสูงสุดทางทฤษฎีนี้มาก ตาม ASHRAE Handbook (2020)ปั๊มความร้อนแหล่งอากาศที่ทันสมัยมักจะบรรลุได้เพียง 40% ถึง 60% ของขีดจํากัดของ Carnot เนื่องจากความสูญเสียทางเทอร์โมไดนามิกและความอ่อนแอขององค์ประกอบ.
วิศวกรรม Insight: หลักการ Carnot เป็นมาตรฐานที่คุ้มค่า แต่พฤติกรรมของระบบในโลกจริงและกลยุทธ์ควบคุมระบบ.
2. ข้อมูลสนาม
สมาคมปั๊มความร้อนแหล่งอากาศแห่งยุโรป (EHPA) ให้ผลการทดสอบผลการทํางานตามฤดูกาลที่เน้นผลการผลกระทบจากอุณหภูมิแวดล้อมที่ลดลง
เมื่ออุณหภูมิภายนอกลดลงจาก 7 °C เป็น -7 °C
COP ของปั๊มความร้อนแหล่งอากาศลดลงจาก 4.2 เป็น 3.1 (-26%)
COP ของปั๊มความร้อนแหล่งพื้นดินลดลงจาก 5.1 เป็น 4.3 (-16%)
แนวโน้มเหล่านี้เป็นหลักในเขตภูมิอากาศที่มีความต้องการในการทําความร้อนสูงขึ้น เช่น ในฟินแลนด์ตอนใต้ ยูนิตที่อยู่อาศัยบางแห่งได้บันทึกค่า COP ต่ํากว่า 2.0 ระหว่างอากาศหนาวนาน
3กลไกการลด COP
อุณหภูมิภายนอกที่ต่ํากว่าอาจทําให้ COP ของปั๊มความร้อนแหล่งอากาศลดลงอย่างสําคัญ เพราะเหตุผลต่อไปนี้:
1) ความดันระเหยที่ต่ําลง, อัตราความดันของเครื่องปรับอากาศที่สูงขึ้น และการบริโภคพลังงานเพิ่มขึ้น
2) การลดกระแสน้ํามันเย็นที่ลดลง ทําให้การถ่ายส่งความร้อนไปยังเครื่องระเหย
3) ช่วงการละลายบ่อย ๆ ที่ใช้พลังงานเสริมและรบกวนการทํางานในระดับคงที่
