PV-šilumos siurblio prototipas su dvigubu kondensatoriumi pasiekia 7,59 našumo koeficientą

Migelio Hernándezo universiteto Elche (Ispanija) mokslininkai sukūrė oras{0}}–-vanduo šilumos siurblio sistemą, kuri gali nukreipti karšto buitinio vandens (KV) gamybą į centrinį dienos šviesą, taip maksimaliai išnaudodama PV energijos gamybą.

Sistemos naujovė yra dviejų kondensatorių, o ne vieno įrenginio naudojimas.

Tyrėjai paaiškino, kad įprastą kompaktišką buitinio karšto vandens (KV) šilumos siurblį sudaro kompresorius, garintuvas, išsiplėtimo vožtuvas ir kondensatorius, apvyniotas aplink akumuliacinės talpos dugną, šildantis visą vandens tūrį natūralia konvekcija. Siūloma dvigubo{1}}kondensatoriaus konfigūracija prideda antrą kondensatorių bako viršuje, kartu su optimizuota valdymo sistema, leidžiančia pasirinkti darbo režimą, išsaugant standartinius komponentus.

Tiek apatinis, tiek viršutinis kondensatorius susideda iš spiralinių vamzdžių, sumontuotų tarp rezervuaro sienelės ir izoliacinio sluoksnio. Kai veikia apatinis kondensatorius, šiluma tiekiama į 215 litrų talpos bako dugną, skatinant stratifikaciją ir šildant visą tūrį. Kai įjungiamas viršutinis kondensatorius, šildoma tik viršutinė bako dalis, todėl galima tikslingiau veikti ir sukaupti mažiau energijos.

Prototipas buvo sukurtas iš komercinio padalinto -tipo oro-į-vandens šilumos siurblio su 600 W slinkties kompresoriumi ir R134a šaltnešiu. Originalus 2400 W elektrinis varžinis šildytuvas buvo atjungtas, kad būtų užtikrintas darbas tik šilumos siurblio režimu. Sistemos gamintojo vardinis našumo koeficientas (COP) buvo 3,17 esant 14 C. Modifikacijos apėmė antrojo kondensatoriaus integravimą, šaldymo grandinės pertvarkymą ir valdymo sistemos atnaujinimą, kad būtų galima atlikti bandymus tikroviškomis karšto vandens ir fotovoltinės energijos veikimo sąlygomis.

Eksperimentinė sąranka buvo sukurta taip, kad būtų atkartotas tikras buitinio karšto vandens poreikis, naudojant uždarą{0}}ciklą, kad būtų išvengta vandens švaistymo. Jį sudarė dvi klimato kameros, dvigubas-kondensatorius, 600 W PV įrenginys ir valdoma hidraulinė grandinė. Šilumos siurblys buvo prijungtas ir prie tinklo, ir prie fotovoltinės energijos sistemos, neatsižvelgiant į finansinę kompensaciją už perteklinę elektros energiją, tiekiamą į tinklą.

Pagalbinis bakas, cirkuliacinis siurblys ir vandens aušintuvas palaikė įleidžiamo vandens temperatūrą 10 C, kad imituotų maitinimo tinklo sąlygas. „Arduino Mega“ valdiklis valdė siurblius, vožtuvus, aušintuvą ir šilumos siurblį, kad būtų galima atlikti automatinį testavimą. Sistemoje taip pat buvo 30 temperatūros jutiklių, srauto matuoklių ir elektrinių stebėjimo prietaisų, kurių duomenys buvo registruojami kas -minutę.

Tyrėjai įvertino tris konfigūracijas esant 18 C aplinkos temperatūrai: įprastą vieno-kondensatoriaus šilumos siurblį, tą pačią sistemą, sujungtą su PV, ir dviejų -kondensatorių šilumos siurblį su PV. Bandymai buvo atlikti pagal EN 16147 pagrįstą karšto vandens suvartojimo profilį, užtikrinant aukštesnę nei 45 C tiekimo temperatūrą.

Rezultatai parodė, kad dviguba{0}}kondensatoriaus konfigūracija pagerino stratifikacijos kontrolę, sumažino bendrą energijos suvartojimą ir išlaikė karšto vandens paslaugų kokybę, tuo pačiu žymiai padidinant PV savaiminį{1}}sunaudojimą.

Analizė parodė, kad vidutinis sezoninis šilumos siurblio COP siekė 3,55 vieno-kondensatoriaus konfigūracijoje ir 3,65, kai jis derinamas su PV.

„Kaip ir tikėtasi, abi vertės yra panašios, nes tarp jų veikimo režimas nesiskiria“, – pabrėžė tyrėjų komanda. „Trečiajame bandyme su dviem kondensatoriais ir patobulinta valdymo strategija, leidžiančia dirbti su žemesne vandens temperatūra, šis efektyvumas pakyla iki 3,71. Ši tendencija ryškesnė analizuojant karšto vandens teikimo efektyvumą, kur rezultatai yra 3,08 ir 3,12 pirmiems dviem darbo režimams ir 3,37 PV konfigūracijai su dviem bako kondensatoriais ir A konfigūracija su dviem kondensatoriais. kondensatoriai, yra mažiau šilumos nuostolių“.

Savarankiškas saulės

„Rezultatuose taip pat pabrėžiama, kad reikia atsižvelgti į momentinį savaiminį{0}}sunaudojimą, naudojant daugiausia minučių-po-minučių, o ne kas valandą ar kasdien, nes pastarasis lemia nerealiai didelį saulės energijos kiekį“, – padarė išvadą akademikai. „Atsižvelgiant į PV plokščių tiekiamą energiją, HP našumą galima įvertinti iš naujo, todėl COP yra 3,46 dirbant su vienu kondensatoriumi ir 7,59 dirbant su dviejų kondensatorių konfigūracija.

Sistema buvo aprašyta "Naujojo fotovoltinio šilumos siurblio su dvigubu kondensatoriumi dizaino eksperimentinis įvertinimas", paskelbtas Saulės energija.