Солнечный тепловой насос
Солнечный тепловой насос ( SAHP ) — это машина, которая объединяет тепловой насос и тепловые солнечные панели и/или фотоэлектрические солнечные панели в единую интегрированную систему. [1] Обычно эти две технологии используются отдельно (или только параллельно) для производства горячей воды . [2] В этой системе солнечная тепловая панель выполняет функцию низкотемпературного источника тепла, а вырабатываемое тепло используется для питания испарителя теплового насоса. [3] Цель этой системы — получить высокий КПД , а затем производить энергию более эффективным и менее затратным способом.
можно использовать любой тип солнечной тепловой панели (листовая и трубчатая, рулонная, тепловая труба, термопластины) или гибридную ( моно / поликристаллическая , тонкая пленка В сочетании с тепловым насосом ). Использование гибридной панели предпочтительнее, поскольку позволяет покрыть часть потребности теплового насоса в электроэнергии и снизить энергопотребление и, следовательно, переменные затраты системы.
Оптимизация
[ редактировать ]Оптимизация условий эксплуатации этой системы является основной проблемой, поскольку существуют две противоположные тенденции в работе двух подсистем: например, снижение температуры испарения рабочего тела увеличивает тепловой КПД солнечной панели. но снижается производительность теплового насоса и, следовательно, КПД. [4] Целью оптимизации обычно является минимизация потребления электроэнергии тепловым насосом или первичной энергии, необходимой вспомогательному котлу , который обеспечивает нагрузку, не покрываемую возобновляемыми источниками .
Конфигурации
[ редактировать ]Возможны две конфигурации этой системы, которые отличаются наличием или отсутствием промежуточной жидкости, передающей тепло от панели к тепловому насосу. Машины, называемые косвеннымирасширения в основном используют воду в качестве теплоносителя, смешанную с незамерзающей жидкостью (обычно гликолем ), чтобы избежать явления образования льда в зимний период. В машинах прямого расширения хладагент помещается непосредственно в гидравлический контур тепловой панели, где и фазовый переход . происходит [4] Эта вторая конфигурация, хотя и более сложна с технической точки зрения, имеет ряд преимуществ: [5] [6]
- лучшая передача тепла, вырабатываемого термопанелью, к рабочему телу, что влечет за собой больший тепловой КПД испарителя, связанный с отсутствием промежуточной жидкости;
- наличие испаряющейся жидкости обеспечивает равномерное распределение температуры в тепловой панели с последующим увеличением термического КПД (в нормальных условиях эксплуатации солнечной панели локальный тепловой КПД снижается от входа к выходу жидкости, поскольку температура жидкости увеличивается) ;
- При использовании гибридной солнечной панели помимо преимущества, описанного в предыдущем пункте, увеличивается электрический КПД панели (по аналогичным соображениям).
Сравнение
[ редактировать ]Вообще говоря, использование этой интегрированной системы является эффективным способом использования тепла, вырабатываемого термопанелями в зимний период, которое обычно не используется из-за слишком низкой температуры. [3]
Разделенные производственные системы
[ редактировать ]По сравнению с использованием только теплового насоса можно уменьшить количество электроэнергии, потребляемой машиной во время изменения погоды от зимнего сезона до весны, а затем, наконец, использовать только тепловые солнечные панели для производства всего необходимого тепла (только в случае машины с непрямым расширением), что позволяет сэкономить на переменных затратах. [2]
По сравнению с системой, состоящей только из тепловых панелей, можно обеспечить большую часть необходимого зимнего отопления, используя неископаемый источник энергии. [7]
Традиционные тепловые насосы
[ редактировать ]По сравнению с геотермальными тепловыми насосами основным преимуществом является то, что не требуется прокладка трубопровода в почве, что приводит к более низкой стоимости инвестиций (бурение составляет около 50% стоимости системы геотермального теплового насоса) и в большей гибкости установки машины, даже в местах с ограниченным пространством. Кроме того, отсутствуют риски, связанные с возможным термическим обеднением почвы. [8]
Как и в случае с воздушными тепловыми насосами , на производительность теплового насоса, работающего на солнечной энергии, влияют атмосферные условия, хотя этот эффект менее значителен. На производительность солнечного теплового насоса обычно влияет изменение интенсивности солнечного излучения, а не колебания температуры воздуха . Это приводит к увеличению SCOP (сезонного COP). Кроме того, температура испарения рабочей жидкости выше, чем у воздушных тепловых насосов, поэтому в целом коэффициент полезного действия значительно выше. [5]
Низкотемпературные условия
[ редактировать ]Как правило, тепловой насос может испаряться при температуре ниже температуры окружающей среды. В тепловом насосе, работающем на солнечной энергии, это создает распределение температуры тепловых панелей ниже этой температуры. В этом случае тепловые потери панелей в окружающую среду становятся дополнительной доступной энергией для теплового насоса. [9] [10] В этом случае возможно, что тепловой КПД солнечных панелей превысит 100%.
Еще один свободный вклад в этих условиях низкой температуры связан с возможностью конденсации водяного пара на поверхности панелей, что обеспечивает дополнительное тепло теплоносителю (обычно это небольшая часть от общего количества тепла, собираемого солнечными батареями). панелей), что равно скрытой теплоте конденсации.
Тепловой насос с двойными источниками холода
[ редактировать ]Простая конфигурация солнечного теплового насоса, в качестве источника тепла для испарителя используются только солнечные панели. Также может существовать конфигурация с дополнительным источником тепла. [2] Цель состоит в том, чтобы получить дополнительные преимущества в энергосбережении, но, с другой стороны, управление и оптимизация системы становятся более сложными.
Геотермально-солнечная конфигурация позволяет уменьшить размер участка трубопроводов (и снизить инвестиции) и обеспечить регенерацию земли летом за счет тепла, собранного от тепловых панелей.
Воздушно-солнечная конструкция обеспечивает приемлемый подвод тепла даже в пасмурные дни, сохраняя компактность системы и простоту ее установки.
Проблемы
[ редактировать ]Как и в обычных кондиционерах, одной из проблем является поддержание высокой температуры испарения, особенно когда мощность солнечного света низкая, а поток окружающего воздуха низкий.
См. также
[ редактировать ]
- Возобновляемая энергия
- Возобновляемое тепло
- Тепловой насос
- Геотермальный тепловой насос
- Холодильный цикл
- Солнечная панель
- Фотоэлектрический тепловой гибридный солнечный коллектор
- Солнечный тепловой коллектор
- Эффективность преобразования энергии
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Сезен, Кутбай; Гунгор, Афсин (1 января 2023 г.). «Сравнение систем тепловых насосов с использованием солнечной энергии для отопления жилых домов: обзор» . Солнечная энергия . 249 : 424–445. doi : 10.1016/j.solener.2022.11.051 . ISSN 0038-092X .
Фотоэлектро-термическая система солнечного теплового насоса прямого расширения (PV/T-DX-SAHP) позволяет использовать отходящее тепло для испарения хладагента в коллекторе-испарителе PV/T, обеспечивая при этом лучшее охлаждение фотоэлектрических элементов (Яо и др., 2020).
- ^ Jump up to: а б с «Солнечные тепловые насосы» . Архивировано из оригинала 28 февраля 2020 года . Проверено 21 июня 2016 г.
- ^ Jump up to: а б «Pompe di Calore elio-assistite» (на итальянском языке). Архивировано из оригинала 7 января 2012 года . Проверено 21 июня 2016 г.
- ^ Jump up to: а б Никола Фаллини; Стефано Луиджи Флореано (31 марта 2011 г.). «Системы тепловых насосов с солнечной энергией: имитационная модель в среде TRNSYS и сравнение энергопотребления конфигураций систем» (PDF) (на итальянском языке) . Проверено 21 июня 2016 г.
- ^ Jump up to: а б Цзе, Цзя; Ханфэн, Хи; Тин-тай, Чоуб; Банда, Пейя; Вэй, Хэ; Кельян, Люа (2009). «Распределенное динамическое моделирование и экспериментальное исследование фотоэлектрического испарителя в солнечном тепловом насосе PV/T». Международный журнал тепломассообмена . 52 (5–6): 1365–1373. doi : 10.1016/j.ijheatmasstransfer.2008.08.017 .
- ^ Цзе, Цзя; Банда, Пейя; Тин-тай, Чоуб; Кельян, Люа; Ханфэн, Хи; Цзяньпин, Луа; Чунгвэй, Хана (2007). «Экспериментальное исследование фотоэлектрической солнечной системы теплового насоса». Солнечная энергия . 82 (1): 43–52. Бибкод : 2008SoEn...82...43J . doi : 10.1016/j.solener.2007.04.006 .
- ^ Куанг, Ю.Х.; Ван, РЗ (2006). «Эффективность многофункциональной системы тепловых насосов прямого расширения с использованием солнечной энергии». Солнечная энергия . 80 (7): 795–803. Бибкод : 2006SoEn...80..795K . doi : 10.1016/j.solener.2005.06.003 .
- ^ Каротти, Аттилио (2014). ВОЛЬТЕРС КЛЮВЕР ИТАЛИЯ (ред.). Здания с высокими энергетическими и акустическими характеристиками. Энергоменеджмент (на итальянском языке).
- ^ Хуанг, Би Джей; Чинг, JP (2001). «Эксплуатационные характеристики солнечного теплового насоса интегрального типа» (PDF) . Солнечная энергия . 71 (6): 403–414. Бибкод : 2001SoEn...71..403H . дои : 10.1016/S0038-092X(01)00076-7 .
- ^ «Термбойль - Pannelli termodinamici» (на итальянском языке). Архивировано из оригинала 15 июня 2016 года . Проверено 21 июня 2016 г.
Внешние ссылки
[ редактировать ]- «Солнечные тепловые насосы» . Архивировано из оригинала 28 февраля 2020 года . Проверено 21 июня 2016 г.
- «Pompe di Calore elio-assistite» (на итальянском языке). Архивировано из оригинала 7 января 2012 года . Проверено 21 июня 2016 г.
- «Pompe di Calore» (на итальянском языке). Архивировано из оригинала 11 июня 2016 года . Проверено 21 июня 2016 г.