Воздушная фотоэлектрическая тепловая система может обеспечить значительную экономию энергии в зданиях
Аккумулятор Challenger EVG12-110
Шведские исследователи разработали фотоэлектрическую тепловую систему, которая может нагревать вентиляционный воздух и горячую воду для бытовых нужд, снижая потребность в централизованном теплоснабжении до 16 % для вентиляции и до 7 % для горячей воды, а также уменьшая пиковые тепловые нагрузки в холодном северном климате.
Исследовательская группа под руководством ученых из шведского Королевского технологического института изучила возможность использования технологии фотоэлектрического преобразования тепловой энергии в атмосфере (Air-PVT) в северных широтах.
«На первом этапе мы изучаем технологию Air-PVT, которая сама по себе является нетрадиционной солнечной технологией. Мы хотели показать, как переход от стандартных фотоэлектрических систем к Air-PVT при реконструкции зданий может помочь снизить затраты на электроэнергию, повысить энергетический класс зданий и увеличить стоимость недвижимости, при этом не нарушая требований, которые в будущем будут предъявляться к солнечным электростанциям, — рассказал автор исследования Гиоргос Аспетакис. — На научном уровне это исследование выходит за рамки теоретического моделирования в лабораторных условиях». Он основан на реальных данных, полученных в ходе эксплуатации прототипа Air-PVT и многоквартирного дома в Стокгольме, Швеция.
Прототип системы Air-PVT был протестирован в многоквартирном доме в Стокгольме, где его использовали как для вентиляции с рекуперацией тепла (HRV), так и для нагрева воды для бытовых нужд (DHW).
Прототип был изготовлен путем прикрепления задней панели к солнечной фотоэлектрической панели и подачи окружающего воздуха через канал диаметром 14 мм за счет отрицательного давления. Экспериментальная система включала в себя воздуховоды, вентилятор и измерительные приборы. В течение 42 дней летом проводились непрерывные измерения, а результаты моделирования за тот же период сравнивались с экспериментальными данными. На основании результатов проверки команда смогла сделать вывод, что «модели адекватно отражают реальную работу коллектора».
После проверки работоспособности системы группа смоделировала ее работу в здании с 56 квартирами. Владельцы недвижимости, участвовавшие в проекте, предоставили схемы и технические характеристики оборудования, а также данные с датчиков, в том числе о температуре, давлении и объемных расходах, которые отслеживались в течение нескольких лет. Анализ был сосредоточен на двух основных процессах: предварительном нагреве холодной воды для производства горячей воды в летний период и предварительном нагреве поступающего свежего воздуха для вентиляции в остальное время года. Для демонстрации влияния климатических условий были выбраны два дополнительных объекта: Лунд на юге Швеции и Умео на севере.
«Мы с удивлением обнаружили, что нагрев горячей воды для бытовых нужд с помощью теплого воздуха, что на первый взгляд кажется нелогичным, на самом деле возможен с точки зрения снижения пиковой нагрузки на систему централизованного теплоснабжения, — отметил Аспетакис. — Еще одним неожиданным фактом стало то, что в некоторые солнечные зимние дни система Air-PVT способна повысить температуру поступающего свежего воздуха с 0 до 20 °C».
Кроме того, система может снизить годовую потребность в централизованном теплоснабжении на 16 % для вентиляции и на 7 % для горячего водоснабжения. Система также значительно снижает пиковую потребность в централизованном теплоснабжении для горячего водоснабжения: в среднем на 11 % за сезон и более чем на 50 % в отдельные дни. Экономия на вентиляции была примерно одинаковой в разных климатических зонах, но в северной Швеции защита от промерзания была менее эффективной. Наклон панелей практически не влиял на эффективность, а вертикальная установка обеспечивала лишь незначительную дополнительную экономию на отоплении.
«Относительная экономия энергии при вентиляции с использованием технологии Air-PVT оставалась неизменной при различных показателях эффективности теплообменника, — заключили исследователи. — Наибольший абсолютный выигрыш наблюдался в установках с эффективностью менее 85 %. Напротив, образование наледи в системе вентиляции с рекуперацией тепла было снижено, особенно в установках с высокой эффективностью, — разница составила до 200 часов».
По словам Аспетакиса, его команда, которая в основном работала с системами отопления в регионах с холодным климатом, теперь планирует «расширить сферу деятельности на более теплые регионы и оценить потенциал технологии Air-PVT для солнечного охлаждения. Мы также планируем тщательно изучить экономическую составляющую этой технологии, чтобы продемонстрировать жизнеспособные бизнес-кейсы».