Четырехлетний исследовательский проект немецкого института систем солнечной энергетики Фраунгофера (Fraunhofer ISE) продемонстрировал, что тепловые насосы могут работать эффективно и со значительно меньшими выбросами CO2 в существующих жилых зданиях. Проведя мониторинг 77 систем в домах на одну и несколько семей, исследование показало, что сезонные коэффициенты производительности (SPF) составляют от 2,6 до 5,4. Тепловые насосы выделяют на 64% меньше CO2 в 2024 году, чем сопоставимые системы, работающие на природном газе, в динамических условиях электросети.
В проекте приняли участие два поставщика электроэнергии и девять производителей тепловых насосов. Исследование проводилось в реальных условиях. Тепловые насосы «воздух-вода» показали средний коэффициент энергоэффективности 3,4, а системы с геотермальным источником — в среднем 4,3. Исследование не выявило корреляции между возрастом зданий и эффективностью тепловых насосов. Из-за мягкой погоды использование электрических нагревательных стержней оставалось низким и составляло 1,3 % от общего потребления электроэнергии в системах «воздух-вода» и почти нулевое потребление в системах с геотермальным источником.
Также был представлен новый метод долгосрочных акустических измерений. Из пяти протестированных устройств в трёх были превышены допустимые уровни шума в ночное время, связанные с работой теплового насоса, хотя уровень шума оставался ниже уровня окружающего шума. Исследователи отметили, что соблюдение требований по уровню шума можно обеспечить за счёт более тщательного выбора устройства, его размещения или звукоизоляции.
В ходе исследования также оценивалась интеграция фотоэлектрических систем. В шести зданиях фотоэлектрические системы обеспечивали 25–40 % автономности и 22–37 % собственного потребления. С использованием аккумуляторных батарей эти показатели увеличились до 32–62 % и 40–83 % соответственно. Корректировка рабочих температур в соответствии с выработкой фотоэлектрической энергии улучшила использование солнечной энергии и помогла снизить нагрузку на сеть.
Несмотря на то, что результаты подтвердили эффективность работы, исследование выявило общие области, требующие улучшения. Среди основных проблем были названы неправильный выбор мощности оборудования, частое переключение и недостаточное разделение контуров отопления и горячего водоснабжения. Для решения этих проблем на этапах планирования, установки и ввода в эксплуатацию была разработана технологическая матрица.
В число отслеживаемых систем входили 61 воздушно-водяной тепловой насос и 16 геотермальных тепловых насосов. Здания были построены в период с 1826 по 2001 год, а площадь отапливаемых помещений составляла от 90 до 370 м². В старых домах, вошедших в выборку, уровень ремонта был выше среднего. Данные по 34 объектам были получены в рамках более раннего проекта «WPsmart в существующих зданиях», а 43 системы были установлены недавно.
Партнёрами проекта выступили компании Bosch Thermotechnik, Glen Dimplex Deutschland, Max Weishaupt, NIBE Systemtechnik, Panasonic, DAIKIN Germany, Stiebel Eltron, Viessmann, Vaillant, Lechwerke и муниципальные службы Штутгарта. Проект финансировался Федеральным министерством экономики и энергетики (BMWi) под кодом FKZ: 03EN2029A.
«Результаты ясно показывают, что тепловые насосы могут эффективно работать даже в старых зданиях и обеспечивать экологичное отопление без необходимости реконструкции зданий в соответствии с новыми строительными стандартами», — сказал Дэнни Гюнтер, руководитель группы «Тепловые насосы и преобразование существующих зданий» в Институте строительной инженерии Фраунгофера.
