PV{0}}potpomognuti prototip toplinske pumpe s dvostrukim kondenzatorom dosegao koeficijent učinka od 7,59

Istraživači sa Sveučilišta Miguel Hernández u Elcheu u Španjolskoj dizajnirali su sustav dizalice topline zrak{0}}-voda koji može prebaciti proizvodnju tople vode za kućanstvo (PTV) na središnje dnevne sate, čime se maksimalno iskorištava fotonaponska proizvodnja energije.

Novost sustava leži u korištenju dvaju kondenzatora umjesto jedne jedinice.

Istraživači su objasnili da konvencionalna kompaktna dizalica topline za kućnu toplu vodu (PTV) uključuje kompresor, isparivač, ekspanzijski ventil i kondenzator omotan oko dna spremnika, zagrijavajući puni volumen vode prirodnom konvekcijom. Predložena konfiguracija dvostrukog-kondenzatora dodaje drugi kondenzator na vrhu spremnika, u kombinaciji s optimiziranim kontrolnim sustavom za odabir načina rada, uz zadržavanje standardnih komponenti.

I donji i gornji kondenzator sastoje se od spiralnih cijevi postavljenih između stijenke spremnika i izolacijskog sloja. Kada donji kondenzator radi, toplina se isporučuje na dno spremnika od 215 litara, potičući raslojavanje i zagrijavanje cijelog volumena. Kada je gornji kondenzator aktiviran, samo se gornji dio spremnika zagrijava, što omogućuje ciljaniji rad i manju pohranu energije.

Prototip je razvijen od komercijalne toplinske pumpe-tipa zrak--voda opremljene spiralnim kompresorom od 600 W i rashladnim sredstvom R134a. Izvorni električni otporni grijač od 2400 W isključen je kako bi se osigurao rad isključivo u načinu rada dizalice topline. Sustav je imao-koeficijent učinka (COP) od 3,17 pri 14 C. Izmjene su uključivale integraciju drugog kondenzatora, redizajniranje rashladnog kruga i nadogradnju kontrolnog sustava za testiranje u realnim radnim uvjetima PTV-a i PV-a.

Eksperimentalna postavka osmišljena je tako da replicira stvarnu potrošnju PTV-a u kućanstvu korištenjem zatvorenog -sustava petlje kako bi se izbjeglo rasipanje vode. Sadržao je dvije klimatske komore, dvo-kondenzatorsku toplinsku pumpu, fotonaponsku instalaciju od 600 W i kontrolirani hidraulički krug. Dizalica topline bila je spojena i na mrežu i na fotonaponski sustav, bez financijske naknade za višak električne energije doveden u mrežu.

Pomoćni spremnik, cirkulacijska pumpa i rashladnik vode održavali su ulaznu temperaturu vode na 10 C kako bi simulirali uvjete glavnog napajanja. Arduino Mega kontroler upravljao je pumpama, ventilima, rashladnim uređajem i toplinskom pumpom kako bi omogućio automatizirano testiranje. Sustav je također bio opremljen s 30 temperaturnih senzora, mjerača protoka i električnih nadzornih uređaja, s podacima koji su se snimali u intervalima od -minute.

Istraživači su procijenili tri konfiguracije pri temperaturi okoline od 18 C: konvencionalnu toplinsku pumpu s jednim-kondenzatorom, isti sustav povezan s PV-om i dvo-kondenzatorsku toplinsku pumpu s PV-om. Ispitivanja su slijedila profil potrošnje PTV-a temeljen na EN 16147, osiguravajući temperature dovoda iznad 45 C.

Rezultati su pokazali da je konfiguracija dvostrukog-kondenzatora poboljšala kontrolu raslojavanja, smanjila ukupnu potrošnju energije i održala kvalitetu usluge PTV-a uz značajno povećanje vlastite{1}}potrošnje PV-a.

Analiza je otkrila da je prosječni sezonski COP dizalice topline dosegao 3,55 u konfiguraciji s jednim-kondenzatorom i 3,65 u kombinaciji s PV.

"Kao što se i očekivalo, obje su vrijednosti slične, budući da između njih nema razlike u načinu rada", istaknuo je istraživački tim. "U trećem testu, s dva kondenzatora i poboljšanom strategijom upravljanja koja omogućuje rad s nižom temperaturom vode, ta se učinkovitost penje na 3,71. Ovaj trend je izraženiji pri analizi učinkovitosti usluge PTV, gdje su rezultati 3,08 i 3,12 za prva dva načina rada te 3,37 za konfiguraciju s dva kondenzatora i PV panela. Kako je spremnik hladniji u konfiguraciji s dva kondenzatora, manje je gubitaka topline."

Vlastita-potrošnja solarne energije s dvo-kondenzatorskim sustavom u međuvremenu je porasla s 9,9% na 55,5%.

"Rezultati također naglašavaju potrebu da se uzme u obzir trenutna vlastita-potrošnja, korištenjem baze za izračun od najviše minute-po-minute, a ne po satu ili dnevno, jer potonje rezultira nerealno visokim solarnim doprinosom", zaključili su akademici. "Uzimajući u obzir energiju koju isporučuju fotonaponski paneli, izvedba HP-a može se ponovno procijeniti, što dovodi do COP-a od 3,46 pri radu s jednim kondenzatorom i 7,59 pri radu s konfiguracijom dvostrukog kondenzatora."

Sustav je opisan u "Eksperimentalnoj procjeni novog dizajna fotonaponske dizalice topline s dvostrukim kondenzatorom", objavljenom u časopisu Solar Energy.