Аккумулятор Trojan T145 https://invertory.ru/product/Trojan-t145/
Исследователи из Италии разработали новый тепловой насос на основе углекислого газа, который может работать с фотоэлектрической и тепловой энергией, теплообменником с оребрёнными змеевиками и теплообменником с U-образными трубами. Их эксперимент показал, что одновременное использование как минимум двух источников энергии всегда приводит к повышению производительности системы даже при ограниченной площади теплообмена.
Группа учёных из Падуанского университета в Италии провела численное моделирование нового теплового насоса, который, как сообщается, может с высокой эффективностью сочетать три возобновляемых источника энергии.
В качестве источника солнечной энергии в системе используются фотоэлектрические и тепловые коллекторы (PVT), в качестве источника грунтовых вод — трубчатый теплообменник (BHE), а в качестве источника воздуха — теплообменник с оребрением (FCHE).
«Исследуются две конфигурации многоисточникового теплового насоса: солнечно-воздушный режим (SA-режим) с ребристым змеевиком и коллекторами PV-T, работающими одновременно, и наземно-воздушный режим (GA-режим) с ребристым змеевиком и BHE, работающими одновременно, — объяснила команда. — Многоисточниковая система работает как тепловой насос с двумя источниками (DSHP) в каждом режиме. Важно отметить, что эта конфигурация отличается от всех существующих параллельных и последовательных установок, описанных в литературе».
Численное моделирование было выполнено с помощью программного обеспечения MATLAB. Помимо PVT-блоков, BHE и FCHE, система также включала в себя компрессор, газовый охладитель (GC), внутренний теплообменник (IHE), электронный расширительный клапан (EEV) и ресивер низкого давления (REC). Испаритель с оребрением подаётся в сухом режиме, а солнечный и наземный испарители работают в затопленном режиме. В качестве хладагента используется CO2.
«Перегретый хладагент сжимается и направляется в газовую камеру для охлаждения. Затем он проходит через испаритель, где подвергается дополнительному переохлаждению. После расширения в расширительном клапане хладагент попадает в двухфазную область и испаряется внутри испарителя», — пояснили в компании. «При повышенном качестве пара CO2 попадает в регенеративный теплообменник, где двухфазная жидкость разделяется на пар и жидкость из-за разницы в плотности. Жидкий CO2 забирается со дна REC и направляется либо в BHE в режиме GA, либо в коллекторы PV-T в режиме SA. После процесса испарения хладагент возвращается в REC. Наконец, насыщенный пар всасывается обратно в компрессор.
Система была смоделирована для работы в городе Падова на севере Италии, где среднемесячная интенсивность солнечного излучения составляет 300 Вт/м², среднегодовая температура почвы — 13 °C, а средняя температура воздуха — 7 °C. Она была протестирована с разным количеством BHE, каждый из которых был погружён на глубину 30 м, и разным количеством PVT-устройств. Устройства мощностью 270 Вт были установлены под углом 45°.
Моделирование показало, что в обеих системах солнечный или наземный испаритель работает одновременно с воздушным испарителем, и повышение температуры воздуха на 1 К приводит к увеличению коэффициента полезного действия (COP) на 4,8% в режиме SA и на 4,3% в режиме GA. Кроме того, было показано, что на SA-режим влияет интенсивность солнечного излучения: при увеличении глобальной наклонной интенсивности излучения (GTI) на 100 Вт/м² коэффициент полезного действия повышается на 2,8%, в то время как на GA-режим влияет температура почвы: при повышении температуры почвы на 1 К коэффициент полезного действия повышается на 0,9%.
Более того, учёные обнаружили, что добавление от одного до трёх BHE приводит к увеличению температуры почвы на 8–21 % в диапазоне от 7 °C до 13 °C. Тем не менее, добавление от 1 до 4 блоков PVT привело к увеличению COP на 4–22 % в диапазоне GTI от 300 Вт/м² до 1100 Вт/м².
«Что ещё более важно, коэффициент полезного действия теплового насоса с несколькими источниками энергии всегда выше, чем у теплового насоса с воздушным источником энергии», — подчеркнули исследователи, отметив, что сейчас они планируют изучить влияние количества фотоэлектрических модулей и скважинных теплообменников на производительность теплового насоса.
Система была описана в “исследовании многоисточникового теплового насоса на основе диоксида углерода с прямым расширением для максимального использования возобновляемых источников энергии”, опубликованном в журнале Applied Thermal Engineering. В группу также входили ученые из Нидерландского технологического университета Делфта.
Другая исследовательская группа из Падуанского университета недавно разработала тепловой насос прямого расширения мощностью 5 кВт, работающий на солнечной энергии, в котором попеременно используются две разные технологии испарителей. Охлаждение фотоэлектрического модуля за счёт испарения CO2 увеличивает выработку электроэнергии на 8%.