Skupina vědců v Číně navrhla obytný systém tepelného čerpadla s potenciálním koeficientem výkonu 4,271 při -5 °C. Systém údajně upravuje požadované tlaky na základě intenzity slunečního záření a okolní teploty. Vědci z Chongqing University v Číně navrhli systém solárního a vzduchového kompozitního dvouzdrojového tepelného čerpadla pro ohřev vody ve venkovských domech, které si sami postavili v oblasti Peking-Tianjin-Hebei v Číně.
„Náš systém dokáže udržet stabilní topný výkon i v nepříznivých povětrnostních scénářích s nízkými teplotami nebo omezeným slunečním zářením,“ řekl odpovídající autor výzkumu Jun Lu.
Výzkumníci popsali navrhovaný systém jako ejektorem vylepšené kompozitní dvouzdrojové tepelné čerpadlo (EDHP) se solárním vzduchem, které využívá fotovoltaicko-tepelné (PVT) kolektory. Tepelné čerpadlo nejprve využívá kompresor ke kompresi nízkoteplotní a nízkotlaké páry na vysokoteplotní a vysokotlakou přehřátou páru.
Tato pára se pak rozdělí do PVT kolektorů a vzduchového výměníku. Přičemž prochází expanzními ventily, které upravují požadované tlaky na základě intenzity slunečního záření a okolní teploty. „Ejektor využívá vysokotlaké chladivo jako hnací hlavní proud ke zvýšení tlaku nízkotlakého chladiva,“ vysvětlili akademici. ,,Poté se smíšené chladivo z výstupu ejektoru vrací zpět do kompresoru.“
Systém také využívá invertor k ukládání elektrické energie generované PVT moduly do baterií. A nebo k přeměně stejnosměrného proudu (DC) na střídavý proud (AC). Ten lze použít k napájení kompresoru nebo vstřikovat do sítě.
Obytný systém solárního a vzduchového kompozitního dvouzdrojového tepelného čerpadla
Tepelné čerpadlo pracuje se třemi provozními režimy: v solárním režimu, kdy teplo potřebné pro proces vytápění zajišťují PVT kolektory; s nedostatečným slunečním zářením, když vzduchem chlazený výparník i solární kolektor/výparník pracují současně; a s využitím okolního vzduchu jako primárního zdroje tepla, který údajně zajišťuje nepřetržitý provoz vytápění.
Akademici provedli řadu simulací k posouzení výkonu systému tepelného čerpadla. A analyzovali zejména termodynamické vlastnosti pracovní tekutiny – ekologického chladiva R134a. ,,Ejektor hraje klíčovou roli při zlepšování cirkulačního výkonu cyklů komprese páry,“ uvedli. ,,S rostoucím primárním průtokovým tlakem ejektoru roste koeficient výkonu (COP). Zatímco pokles COP nastává současně s poklesem sekundárního průtokového tlaku ejektoru.“
Předpokládali, že systém pracuje při teplotě -5 °C a úrovni ozáření 250 W/m2. Uvažovalo se také o využití 20 m2 FVT kolektorů pro zásobování teplem 5 kW.
Hodnocení ukázalo, že tepelné čerpadlo bylo schopno dosáhnout COP 4,271. Což je podle akademie o více než 25 % více než u konvenčních vzduchových tepelných čerpadel. „Snížení poptávky po elektřině ze sítě může dosáhnout až 51,96 % začleněním elektřiny vyrobené z FVT panelů,“ dodali.
Dobu návratnosti systému odhadli na 10 až 12 let.
Systém byl popsán v článku „Termodynamické a ekonomické analýzy modifikovaného ejektorem vylepšeného systému solárního a vzduchového kompozitního dvouzdrojového tepelného čerpadla v obytných budovách“. Ten se publikoval v Energy and Buildings.
Zdroj: pv-magazine, Vapol
