Solární tepelné čerpadlo - Solar-assisted heat pump

Hybridní fotovoltaicko-termální solární panely SAHP v experimentální instalaci na Department of Energy at Polytechnika v Miláně

A solární tepelné čerpadlo (SAHP) je stroj, který představuje integraci a tepelné čerpadlo a tepelné solární panely v jednom integrovaném systému. Tyto dvě technologie se k výrobě obvykle používají samostatně (nebo je umisťují pouze paralelně) horká voda.[1] V tomto systému solární termální panel plní funkci nízkoteplotního zdroje tepla a vyrobené teplo se používá k napájení výparníku tepelného čerpadla.[2] Cílem tohoto systému je dostat se vysoko POLICAJT a pak vyrábět energii ve více účinný a levnější způsob.

Je možné použít jakýkoli typ solárního tepelného panelu (plechy a trubky, roll-bond, heatpipe, termální desky) nebo hybridní (mono /polykrystalický, tenký film ) v kombinaci s tepelným čerpadlem. Použití hybridního panelu je vhodnější, protože umožňuje pokrýt část energetické poptávky tepelného čerpadla a snížit spotřebu energie a následně variabilní náklady systému.

Optimalizace

Hlavním problémem je optimalizace provozních podmínek tohoto systému, protože existují dva protichůdné trendy výkonu těchto dvou podsystémů: například pokles teploty odpařování pracovní kapalina generuje zvýšení tepelné účinnosti solárního panelu, ale snížení výkonu tepelného čerpadla se snížením COP.[3] Cílem optimalizace je obvykle minimalizace elektrické spotřeby tepelného čerpadla, nebo primární energie požadováno pomocný kotel který dodává náklad, na který se nevztahuje obnovitelný zdroj.

Konfigurace

Existují dvě možné konfigurace tohoto systému, které se vyznačují přítomností nebo nepřítomností mezilehlé tekutiny, která přenáší teplo z panelu do tepelného čerpadla. Používají se hlavně stroje zvané nepřímá expanze voda jako kapalina pro přenos tepla smíchaná s nemrznoucí kapalinou (obvykle glykol ) vyhnout se led fenomény formování v zimním období. Stroje zvané přímá expanze umisťují chladicí kapalinu přímo do hydraulického okruhu tepelného panelu, kde fázový přechod koná se.[3] Tato druhá konfigurace, i když je z technického hlediska složitější, má několik výhod:[4][5]

  • lepší přenos tepla produkovaného tepelným panelem na pracovní tekutinu, což zahrnuje vyšší tepelnou účinnost výparníku spojenou s absencí mezilehlé tekutiny;
  • přítomnost odpařovací kapaliny umožňuje rovnoměrné rozložení teploty v tepelném panelu s následným zvýšením tepelné účinnosti (za normálních provozních podmínek solárního panelu se místní tepelná účinnost snižuje od vstupu k výstupu kapaliny, protože se zvyšuje teplota kapaliny) ;
  • pomocí hybridního solárního panelu, kromě výhody popsané v předchozím bodě, elektrická účinnost panelu se zvyšuje (pro podobné úvahy).

Srovnání

Obecně lze říci, že použití tohoto integrovaného systému je účinným způsobem, jak využívat teplo produkované tepelnými panely v zimním období, což by za normálních okolností nebylo využito, protože jeho teplota je příliš nízká.[2]

Oddělené výrobní systémy

Ve srovnání s pouhým využitím tepelného čerpadla je možné snížit množství elektrické energie spotřebované strojem během vývoje počasí od zimní sezóny do jara a nakonec použít pouze termální solární panely k výrobě veškeré potřebné potřeby tepla (pouze v případě stroje s nepřímou expanzí), čímž se šetří variabilní náklady.[1]

Ve srovnání se systémem pouze s tepelnými panely je možné zajistit větší část požadovaného zimního vytápění pomocí nefosilního zdroje energie.[6]

Tradiční tepelná čerpadla

Ve srovnání s geotermální tepelná čerpadla hlavní výhodou je, že není nutné instalovat potrubí do půdy, což má za následek nižší investiční náklady (vrtání představuje asi 50% nákladů na systém geotermálního tepelného čerpadla) a větší flexibilitu stroje instalace, a to i v oblastech s omezeným dostupným prostorem. Kromě toho neexistují žádná rizika spojená s možným ochuzením půdy o teplo.[7]

Podobně jako vzduchová tepelná čerpadla, výkon tepelného čerpadla podporovaného solární energií je ovlivněn atmosférickými podmínkami, i když tento účinek je méně významný. Výkon solárního tepelného čerpadla je obecně ovlivněn změnami solární radiace spíše než intenzita teplota vzduchu kmitání. To produkuje větší SCOP (sezónní COP). Kromě toho je teplota odpařování pracovní tekutiny vyšší než u tepelných čerpadel se vzduchovým zdrojem, takže obecně je výkonový koeficient podstatně vyšší.[4]

Podmínky nízké teploty

Tepelné čerpadlo se obecně může odpařovat při teplotách pod teplotou okolí. U solárního tepelného čerpadla generuje teplotní rozložení tepelných panelů pod tuto teplotu. V tomto stavu se tepelné ztráty panelů směrem k životnímu prostředí stanou další dostupnou energií pro tepelné čerpadlo.[8][9] V tomto případě je možné, že tepelná účinnost solárních panelů je více než 100%.

Další bezplatný příspěvek v těchto podmínkách nízké teploty souvisí s možností kondenzace vodní páry na povrchu panelů, které dodávají teplonosné tekutině další teplo (obvykle je to malá část celkového tepla shromážděného solárními panely), které se rovná latentní teplo kondenzace.

Tepelné čerpadlo s dvojitým zdrojem chladu

Jednoduchá konfigurace solárního tepelného čerpadla jako jediného solárního panelu jako zdroje tepla pro výparník. Může existovat také konfigurace s dalším zdrojem tepla.[1] Cílem je mít další výhody v úsporách energie, ale na druhou stranu se správa a optimalizace systému stávají složitějšími.

Geotermálně-solární konfigurace umožňuje zmenšit velikost potrubního pole (a snížit investice) a v létě regenerovat půdu prostřednictvím tepla shromážděného z tepelných panelů.

Vzduch-solární struktura umožňuje přijatelný přívod tepla i během zamračených dnů, přičemž zachovává kompaktnost systému a snadnou instalaci.

Viz také

Reference

  1. ^ A b C „Solární tepelná čerpadla“. Citováno 21. června 2016.
  2. ^ A b „Pompe di calore elio-assistite“ (v italštině). Archivovány od originál dne 7. ledna 2012. Citováno 21. června 2016.
  3. ^ A b Nicola Fallini; Stefano Luigi Floreano (31. března 2011). „Sistemi a pompa di calore elioassistita: modello di simulazione in ambiente TRNSYS e confronto energyico di configurazioni impiantistiche“ (PDF) (v italštině). Citováno 21. června 2016.
  4. ^ A b Jie, Jia; Hanfeng, Hea; Tin-tai, Chowb; Gang, Peia; Wei, Hea; Keliang, Liua (2009). „Distribuované dynamické modelování a experimentální studie FV odpařovače v solárním tepelném čerpadle PV / T“. International Journal of Heat and Mass Transfer. 52 (5–6): 1365–1373. doi:10.1016 / j.ijheatmasstransfer.2008.08.017.
  5. ^ Jie, Jia; Gang, Peia; Tin-tai, Chowb; Keliang, Liua; Hanfeng, Hea; Jianping, Lua; Chongwei, Hana (2007). "Experimentální studie systému fotovoltaického solárního tepelného čerpadla". Solární energie. 82 (1): 43–52. Bibcode:2008SoEn ... 82 ... 43J. doi:10.1016 / j.solener.2007.04.006.
  6. ^ Kuang, Y.H .; Wang, R.Z. (2006). "Výkon multifunkčního systému solárního tepelného čerpadla s přímou expanzí". Solární energie. 80 (7): 795–803. Bibcode:2006SoEn ... 80..795K. doi:10.1016 / j.solener.2005.06.003.
  7. ^ Carotti, Attilio (2014). WOLTERS KLUWER ITALIA (vyd.). Edifici a elevate prestazioni energetiche e acustiche. Řízení energie (v italštině).
  8. ^ Huang, B.J .; Chyng, J.P. (2001). "Výkonové charakteristiky integrovaného typu solárního tepelného čerpadla". Solární energie. 71 (6): 403–414. Bibcode:2001SoEn ... 71..403H. doi:10.1016 / S0038-092X (01) 00076-7.
  9. ^ „Thermboil - Pannelli termodinamici“ (v italštině). Citováno 21. června 2016.

externí odkazy