Тепловой насос для сточных вод из душевых кабин обеспечивает коэффициент преобразования энергии до 4,1 в течение всего года

На сайте инверторы.ру можно подобрать Аккумулятор FIAMM 12 FLB 100 P

Китайские исследователи протестировали гибридный тепловой насос для сточных вод из душевых кабин и воздуха в университетских общежитиях. В течение года коэффициент преобразования энергии стабильно составлял от 3,4 до 4,1 в месяц. Система сократила ежегодные выбросы углекислого газа на 77,77 % и обеспечила более низкую стоимость жизненного цикла по сравнению с традиционными котлами в типичных рыночных условиях.

Исследователи из Китая разработали тепловой насос, использующий сточные воды из душевых (WSHP), в сочетании с тепловым насосом, использующим воздух (ASHP). Они наблюдали за работой системы в течение года в университетских общежитиях и оценивали ее энергоэффективность, стоимость жизненного цикла (LCC) и воздействие на окружающую среду.

WSHP остаются нишевой технологией, хотя для крупных жилых, административных и гостиничных комплексов доступны коммерческие системы рекуперации тепла сточных вод и продукты на основе тепловых насосов.

«В этом исследовании представлена комбинированная система WSHP-ASHP, которая рекуперирует тепло из сточных вод душевых и обеспечивает такое же количество горячей воды для душа во время его принятия», — сообщили исследователи. «На основе фактических эксплуатационных данных за один год, таких как температура на входе и расход пресной воды и сточных вод, температура в резервуаре и ежедневное энергопотребление системы, было проведено динамическое моделирование и комплексный анализ преимуществ».

Исследователи установили систему в двух студенческих общежитиях на территории кампуса Китайского нефтяного университета в Циндао, провинция Шаньдун, Китай, где проживают около 2500 студентов. Система состоит из водогрейной установки мощностью 200 кВт, установки горячего водоснабжения мощностью 120 кВт, резервуара для горячей воды объемом 40 м³ и резервуара для сточных вод объемом 40 м³.

Основным источником тепла является система рекуперации тепла сточных вод, включающая в себя теплообменник предварительного нагрева и два цикла сжатия пара. Когда уровень сточных вод в накопительном баке достигает заданного значения, система рекуперации тепла сточных вод восстанавливает его и использует для нагрева эквивалентного объема поступающей пресной воды.

ASHP обеспечивает дополнительное отопление, когда объем сточных вод недостаточен или WSHP не может нагреть воду до нужной температуры. В нерабочее время ASHP поддерживает температуру в баке для горячей воды.

Система обеспечивает ванные комнаты горячей водой с 12:00 до 23:00 и управляется в зависимости от температуры воды и доступного объема сточных вод. Исследователи использовали онлайн-платформу для мониторинга, чтобы собирать почасовые данные о работе системы, включая температуру воды, скорость потока, температуру в резервуаре и потребление электроэнергии.

Группа также построила автономную экспериментальную систему WSHP для проверки ее эффективности в различных рабочих условиях. Установка включала в себя теплообменник предварительного нагрева, низко- и высокотемпературные ступени теплового насоса, резервуары для горячей воды и сточных вод, насосы и измерительное оборудование.

Исследователи варьировали температуру поступающей пресной воды и скорость потока пресной воды и сточных вод. Они повторили каждое рабочее условие семь раз, чтобы определить тепловую мощность системы, энергопотребление и коэффициент полезного действия (КПД).

Затем группа смоделировала всю гибридную систему в TRNSYS. Модель учитывала измеренную потребность в горячей воде, температуру и расход сточных вод в общежитиях, местные погодные данные, кривые производительности, полученные в ходе экспериментов с автономными системами, а также данные производителя о системах с солнечными панелями.

Исследователи проверили модель, сопоставив ее с почасовыми показателями температуры в резервуарах и месячным потреблением электроэнергии, зафиксированными операционной системой. Затем они использовали ее для расчета годовой выработки тепла, потребности в электроэнергии и сезонного коэффициента полезного действия.

«Результаты показывают, что максимальная относительная погрешность при измерении температуры в резервуаре в течение часа не превышает 9 %, а относительная погрешность при измерении энергопотребления в течение месяца составляет не более 6 %», — сообщили исследователи. «Моделирование системы WSHP-ASHP в TRNSYS показывает, что, в отличие от ASHP, коэффициент полезного действия WSHP выше всего зимой и ниже всего летом. Ежемесячный показатель COP WSHP-ASHP относительно стабилен в течение года и составляет от 3,4 до 4,1”.

Результаты также показали, что гибридная система обеспечивает значительные преимущества LCC по сравнению с обычными котлами и обеспечивает самые низкие выбросы углекислого газа. Это сокращает ежегодные выбросы углекислого газа на 77,77% по сравнению с электрическим котлом и на 60,76% по сравнению с котлом, работающим на угле.

Контурный график разницы в удельных капитальных затратах также показал, что система WSHP-ASHP сохраняет экономическое преимущество перед газовым котлом в типичных рыночных условиях.

Исследователи описали систему в статье «Технико-экономическая и экологическая оценка теплового насоса, использующего сточные воды из душевых, в сочетании с тепловым насосом, использующим воздух, на основе проверки фактических эксплуатационных данных», опубликованной в журнале Case Studies in Thermal Engineering. В исследовательскую группу вошли ученые из китайского Сианьского университета транспорта, Китайского университета науки и технологий и компании Jiangsu Hengxin Norking Technology.