Prototyp tepelného čerpadla s pomocou PV-s duálnym kondenzátorom dosahuje koeficient výkonu 7,59

Výskumníci z Univerzity Miguela Hernándeza v Elche v Španielsku navrhli systém tepelného čerpadla vzduch{0}}do{1}}vody, ktorý dokáže presunúť výrobu teplej vody pre domácnosť (TÚV) na centrálny denný čas, čím sa maximalizuje využitie výroby elektrickej energie z fotovoltaiky.

Novinka systému spočíva v použití dvoch kondenzátorov namiesto jednej jednotky.

Výskumníci vysvetlili, že konvenčné kompaktné tepelné čerpadlo na teplú úžitkovú vodu (TÚV) obsahuje kompresor, výparník, expanzný ventil a kondenzátor omotaný okolo dna zásobníka, ktorý ohrieva celý objem vody prirodzenou konvekciou. Navrhovaná konfigurácia s dvojitým-kondenzátorom pridáva druhý kondenzátor v hornej časti nádrže v kombinácii s optimalizovaným riadiacim systémom na výber prevádzkového režimu pri zachovaní štandardných komponentov.

Spodný aj horný kondenzátor pozostáva zo špirálových rúrok inštalovaných medzi stenou nádrže a izolačnou vrstvou. Keď funguje spodný kondenzátor, teplo sa dodáva na dno 215-litrovej nádrže, čím sa podporuje vrstvenie a ohrieva celý objem. Keď je aktivovaný horný kondenzátor, ohrieva sa iba horná časť nádrže, čo umožňuje cielenejšiu prevádzku a nižšiu akumuláciu energie.

Prototyp bol vyvinutý z komerčného tepelného čerpadla deleného-typu vzduch-na-vodu vybaveného 600 W špirálovým kompresorom a chladivom R134a. Pôvodný elektrický odporový ohrievač 2 400 W bol odpojený, aby bola zabezpečená prevádzka výlučne v režime tepelného čerpadla. Systém mal výrobcom stanovený koeficient výkonu (COP) 3,17 pri 14 C. Úpravy zahŕňali integráciu druhého kondenzátora, prepracovanie chladiaceho okruhu a modernizáciu riadiaceho systému na testovanie v reálnych prevádzkových podmienkach TÚV a FV.

Experimentálne nastavenie bolo navrhnuté tak, aby replikovalo skutočnú potrebu teplej vody v domácnosti pomocou uzavretého-systému, aby sa predišlo plytvaniu vodou. Pozostával z dvoch klimatických komôr, dvojitého-kondenzačného tepelného čerpadla, 600 W FV inštalácie a riadeného hydraulického okruhu. Tepelné čerpadlo bolo pripojené do siete aj do FV systému, pričom sa neuvažovalo o finančnej kompenzácii za prebytok elektriny dodávanej do siete.

Prídavná nádrž, obehové čerpadlo a chladič vody udržiavali teplotu vstupnej vody na 10 C, aby simulovali podmienky napájania zo siete. Regulátor Arduino Mega ovládal čerpadlá, ventily, chladič a tepelné čerpadlo, aby umožnil automatizované testovanie. Systém bol vybavený aj 30 snímačmi teploty, prietokomermi a elektrickými monitorovacími zariadeniami, pričom údaje sa zaznamenávali v-minútových intervaloch.

Výskumníci vyhodnotili tri konfigurácie pri okolitej teplote 18 C: konvenčné jedno-kondenzačné tepelné čerpadlo, rovnaký systém spojený s PV a duálne-kondenzačné tepelné čerpadlo s PV. Testy sa riadili profilom spotreby TÚV podľa normy EN 16147, čím sa zabezpečila teplota prívodu nad 45 C.

Výsledky ukázali, že konfigurácia s dvojitým{0}kondenzátorom zlepšila riadenie stratifikácie, znížila celkovú spotrebu energie a zachovala kvalitu prípravy TÚV a zároveň výrazne zvýšila vlastnú spotrebu FV{1}}.

Analýza zistila, že priemerný sezónny COP tepelného čerpadla dosiahol 3,55 v konfigurácii s jedným kondenzátorom a 3,65 v kombinácii s FV.

"Ako sa očakávalo, obe hodnoty sú podobné, pretože medzi nimi nie je žiadny rozdiel v prevádzkovom režime," zdôraznil výskumný tím. "V treťom teste s dvoma kondenzátormi a vylepšenou stratégiou riadenia, ktorá umožňuje prevádzku s nižšou teplotou vody, táto účinnosť stúpne na 3,71. Tento trend je výraznejší pri analýze účinnosti služby TÚV, kde sú výsledky 3,08 a 3,12 pre prvé dva prevádzkové režimy a 3,37 pre konfiguráciu s dvoma kondenzátormi a kondenzátormi, pretože v nádrži sú dva panely s FV panelmi. menšie tepelné straty."

Vlastná spotreba slnečnej energie-s duálnym-kondenzačným systémom medzitým vzrástla z 9,9 % na 55,5 %.

„Výsledky tiež zdôrazňujú potrebu zvažovať okamžitú vlastnú{0}}spotrebu pomocou výpočtovej základne najviac minútu-po{2}}minúte, a nie hodinové alebo denné, pretože to má za následok nereálne vysoké solárne príspevky,“ uzavreli akademici. "Vzhľadom na energiu dodávanú FV panelmi je možné prehodnotiť výkon HP, čo vedie k COP 3,46 pri práci s jedným kondenzátorom a 7,59 pri práci s konfiguráciou s dvoma kondenzátormi."

Systém bol opísaný v „Experimentálnom hodnotení nového dizajnu fotovoltaického tepelného čerpadla s duálnym kondenzátorom“, publikovanom v Solar Energy.