Система тепловых насосов с тремя источниками для холодного климата
На сайте инверторы ру, вы можете купить аккумулятор FIAMM 12FIT60
Китайские и испанские исследователи разработали систему тепловых насосов с несколькими источниками, объединяющую воздушные, водные и грунтовые источники тепла для повышения эффективности в холодном климате. Гибридная система достигает коэффициента полезного действия до 2,74 и использует стратегию адаптивного управления для оптимизации выбора источника тепла в зависимости от сезона.
Тепловой насос с несколькими источниками
Исследователи из Китая и Испании разработали систему тепловых насосов с тремя источниками тепла, предназначенную для холодного климата. Система включает в себя воздушный тепловой насос (ВТПН), водяной тепловой насос (ВТПН) и геотермальный тепловой насос (ГТПН). Эффективность системы была подтверждена как моделированием, так и экспериментальными испытаниями.
«По сравнению с существующими исследованиями, которые в основном сосредоточены на интеграции многокомпонентных систем тепловых насосов или качественной оценке производительности систем, данное исследование направлено на количественную термодинамическую оценку многокомпонентных систем тепловых насосов, работающих в условиях холодного климата, — заявили исследователи.
— Был проведен многомерный анализ чувствительности для количественной оценки влияния ключевых рабочих параметров на степень повышения давления в системе, температуру фазового перехода и коэффициент полезного действия (КПД), что позволило выявить термодинамические ограничения, связанные с различными низкопотенциальными источниками тепла», — добавили они.
The research team developed a test system combining a photovoltaic-thermal (PVT) collector with a single vapor-compression heat pump capable of switching between three heat sources: ambient air, heated water, and a simulated ground loop. The PVT collector served a dual purpose: its PV modules generated electricity to directly power the heat pump compressor, while its thermal component recovered heat from the modules and transferred it to circulating water used as the heat source for the WSHP.
Экспериментальная установка включала в себя ротационный компрессор, работающий на хладагенте 1,1,1,2-тетрафторэтан (R134a), пластинчатый теплообменник площадью 4,5 м² для WSHP, ребристо-трубчатый теплообменник площадью 4,5 м² для ASHP, имитацию теплообменника с грунтовым источником площадью 1,0 м², электронный расширительный клапан, газожидкостный сепаратор и систему мониторинга.
Несмотря на то, что испытательный стенд был спроектирован для работы во всех трех конфигурациях, экспериментально был подтвержден и использован для калибровки имитационной модели Aspen Plus только режим WSHP с использованием PVT. Конфигурации ASHP и GSHP оценивались исключительно с помощью моделирования.
Первоначальная модель Aspen Plus, стандартный отраслевой симулятор химических процессов, используемый для моделирования, проектирования и оптимизации сложных промышленных процессов, была основана на идеализированных допущениях, что приводило к расхождениям между результатами моделирования и экспериментальными данными. Поэтому исследователи откалибровали модель с помощью измерений WSHP, проведенных при температуре воды на входе 30 °C и массовом расходе хладагента 18 кг/ч. Затем были внесены поправки с учетом потерь давления в испарителе, колебаний эффективности компрессора и потерь тепла в окружающую среду.
Используя откалиброванную модель, команда оценила производительность системы в погодных условиях представителя района Хайдянь в Пекине. Анализ показал, что конфигурация ASHP достигла COP в диапазоне от 1,95 до 2,74, конфигурация WSHP показала COP от 1,93 до 2,43, а конфигурация GSHP достигла COP между 2,02 и 2,26.
Основываясь на этих результатах, исследователи предложили стратегию работы системы с несколькими источниками теплового насоса. Режим WSHP будет приоритетным в солнечные зимние дни, когда температура на выходе из системы отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха превышает 15 °C. Режим GSHP будет использоваться в зимние ночи и в периоды сильных холодов, когда солнечная энергия недоступна, а температура на улице опускается ниже -5 °C. Режим ASHP будет использоваться в весенний и осенний периоды, когда температура на улице не опускается ниже 10 °C.
«Определив приоритетность весовых коэффициентов чувствительности, мы выявили приоритеты управления для систем с несколькими источниками тепла: в реальных условиях температура источника тепла на стороне испарения может быть стабилизирована путем переключения между несколькими источниками тепла, — заявили исследователи.
— В сочетании с технологией частотно-регулируемого привода, обеспечивающей оптимальное соответствие между расходом хладагента и тепловой нагрузкой, система гарантирует оптимальный баланс использования каскадной энергии в широком диапазоне рабочих условий». Результаты этого исследования обеспечивают научную теоретическую базу и техническую поддержку для достижения целей «двойного углеродного нейтралитета» в строительном секторе», — заключили они.
Гибридная система была представлена в статье «Моделирование и экспериментальное исследование эффективности трехкомпонентной системы воздушного, водяного и грунтового тепловых насосов с использованием солнечной энергии», опубликованной в Next Energy. Исследование провели ученые из Пекинского университета гражданского строительства и архитектуры, Университета Цинхуа и Мадридского университета имени Карла III в Китае и Испании.