PV--avusteinen lämpöpumpun prototyyppi kahdella lauhduttimella saavuttaa 7,59:n tehokertoimen

Miguel Hernándezin Elchen yliopiston tutkijat Espanjassa ovat suunnitelleet ilma{0}}veteen{1}}vesilämpöpumppujärjestelmän, joka voi siirtää lämpimän käyttöveden (DHW) tuotannon keskimääräiseen päivänvaloon, mikä maksimoi aurinkosähkön tuotannon.

Järjestelmän uutuus on kahden lauhduttimen käyttö yhden yksikön sijaan.

Tutkijat selittivät, että perinteinen kompakti käyttövesilämpöpumppu sisältää kompressorin, höyrystimen, paisuntaventtiilin ja lauhduttimen, joka on kiedottu varastosäiliön pohjan ympärille ja lämmittää täyden vesimäärän luonnollisella konvektiolla. Ehdotettu kaksoislauhduttimen kokoonpano lisää säiliön yläosaan toisen lauhduttimen yhdistettynä optimoituun ohjausjärjestelmään toimintatilan valitsemiseksi, mutta vakiokomponentit säilyvät.

Sekä ala- että ylälauhduttimet koostuvat kierreputkista, jotka on asennettu säiliön seinämän ja eristekerroksen väliin. Kun alempi lauhdutin toimii, lämpö johdetaan 215 litran säiliön pohjalle, mikä edistää kerrostumista ja lämmittää koko tilavuutta. Kun ylempi lauhdutin aktivoidaan, vain säiliön yläosa lämpenee, mikä mahdollistaa kohdennetumman toiminnan ja pienemmän energian varastoinnin.

Prototyyppi kehitettiin kaupallisesta split{0}}tyyppisestä ilma-vesilämpöpumpusta-, joka oli varustettu 600 W:n kierukkakompressorilla ja R134a-kylmäaineella. Alkuperäinen 2 400 W sähkövastuslämmitin irrotettiin, jotta toiminta varmistettiin yksinomaan lämpöpumpputilassa. Järjestelmän valmistajan -nimellinen suorituskykykerroin (COP) oli 3,17 14 C:ssa. Muutoksia tehtiin toisen lauhduttimen integroimiseen, jäähdytyspiirin uudelleensuunnitteluun ja ohjausjärjestelmän päivittämiseen testaamista varten realistisissa käyttöveden ja aurinkoenergian käyttöolosuhteissa.

Kokeellinen järjestely oli suunniteltu jäljittelemään kotitalouksien todellista käyttöveden tarvetta suljetun -silmukan järjestelmän avulla, jotta vältetään veden hukka. Se koostui kahdesta ilmastokammiosta, kaksois-lauhduttimesta, 600 W:n aurinkosähköasennuksesta ja ohjatusta hydraulipiiristä. Lämpöpumppu liitettiin sekä verkkoon että aurinkosähköjärjestelmään, eikä verkkoon syötetystä ylijäämäsähköstä tullut taloudellista korvausta.

Apusäiliö, kiertovesipumppu ja vedenjäähdytin pitivät tuloveden lämpötilan 10 C:ssa simuloidakseen verkkojännitteen olosuhteita. Arduino Mega -ohjain ohjasi pumppuja, venttiileitä, jäähdytintä ja lämpöpumppua automaattisen testauksen mahdollistamiseksi. Järjestelmässä oli myös 30 lämpötila-anturia, virtausmittaria ja sähköisiä valvontalaitteita, joiden tiedot tallennettiin minuutin välein.

Tutkijat arvioivat kolme kokoonpanoa 18 C:n ympäristön lämpötilassa: perinteinen yksi-lauhdutinlämpöpumppu, sama järjestelmä yhdistettynä aurinkosähköllä ja kaksois-lauhduttimella varustettu lämpöpumppu. Testit noudattivat EN 16147 -pohjaista käyttöveden kulutusprofiilia, mikä varmisti menoveden lämpötilan yli 45 C.

Tulokset osoittivat, että kaksoislauhduttimen kokoonpano paransi kerrostumisen hallintaa, vähensi energian kokonaiskulutusta ja säilytti lämpimän käyttöveden palvelun laadun samalla, kun se lisäsi merkittävästi aurinkosähkön omaa kulutusta.

Analyysissa havaittiin, että lämpöpumpun keskimääräinen kausikohtainen COP saavutti 3,55:n yhden-lauhduttimen kokoonpanossa ja 3,65:een yhdistettynä PV:n kanssa.

"Kumpikin arvo on odotetusti samankaltainen, koska niiden välillä ei ole eroa toimintatavoissa", tutkimusryhmä painotti. "Kolmannessa testissä kahdella lauhduttimella ja parannetulla ohjausstrategialla, joka mahdollistaa käytön alhaisemmalla veden lämpötilalla, tämä hyötysuhde nousee arvoon 3,71. Tämä trendi näkyy selvemmin LKV-palvelun tehokkuutta analysoitaessa, jossa tulokset ovat 3,08 ja 3,12 kahdelle ensimmäiselle käyttötavalle ja 3,37 konfiguraatiolle, jossa on kaksi säiliökondensaattoria ja konfiguraatio, jossa on kaksi säiliökondensaattoria. lauhduttimet, lämpöhäviöt ovat pienemmät."

Aurinkoenergian oma-kulutus kahdella-lauhduttimella puolestaan ​​nousi 9,9 prosentista 55,5 prosenttiin.

"Tulokset korostavat myös tarvetta ottaa huomioon välitön oma-kulutus käyttämällä laskentapohjaa, joka on korkeintaan minuutti-minuutti- tunnin tai päivittäisen sijaan, koska jälkimmäinen johtaa epärealistisen korkeisiin aurinkopanoksiin", tutkijat totesivat. "Kun otetaan huomioon PV-paneelien tuottama energia, HP:n suorituskyky voidaan arvioida uudelleen, mikä johtaa COP-arvoon 3,46 käytettäessä yhtä lauhdutinta ja 7,59, kun työskentelet kahden lauhduttimen kanssa."

Järjestelmää kuvattiin Solar Energy -lehdessä julkaistussa artikkelissa "Kokeellinen arviointi uudesta aurinkosähkölämpöpumppusuunnittelusta, jossa on kaksoiskondensaattori".