Výzkumníci v Rakousku vyvinuli nový systém tepelného čerpadla pro obytné aplikace. Ten údajně dosahuje koeficientu výkonu v rozmezí od 2,82 do 3,11 při teplotě venkovního vzduchu 10 °C, respektive 20 °C. Zjistili také, že systém zajistí komfortní podmínky při všech testovaných venkovních teplotách. Skupina výzkumníků z univerzity v Innsbrucku v Rakousku navrhla fasádní integrované tepelné čerpadlo typu split-type (HP) pro výrobu teplé užitkové vody (TUV). To je údajně minimálně invazivní, kompaktní, modulární a tiché.
Vědci vysvětlili, že HP integrované do fasády děleného typu mohou být životaschopnou alternativou plynových kotlů v renovovaných budovách, kde je prostor pro instalaci omezený. „Vzhledem k možnosti provádění prací mimo staveniště mají prefabrikované modulární fasády nejen lepší výkon z hlediska stavebně fyziky, ale také zajišťují výrazně kratší dobu výstavby,“ dodali.
Výzkumný tým uvedl, že navrhl systém prostřednictvím holistického přístupu sestávajícího ze simulace a laboratorní práce hodnotící komponenty, cykly chladiva a konfiguraci systému. Jejich analýza zvažovala dynamiku kapalin a výkon venkovní jednotky, stejně jako její emise hluku a dynamickou interakci s uživatelem TUV.
Fasádní integrované tepelné čerpadlo typu split-type
Systém má jmenovitý topný výkon 15 kW a jako chladivo používá propan (R290). Skládá se z jedné venkovní jednotky a jedné vnitřní jednotky se zásobníkem teplé užitkové vody o objemu 200 l. Součástí systému je také kompresor, kondenzátor a dělené potrubí.
„Volba čtvercové beztlakové nádrže se přijala s cílem zlepšit kompaktnost vnitřní jednotky. A umožnit tak určitou flexibilitu v jejím designu,“ zdůraznili akademici. „Současnou konfigurací systému se mohlo dosáhnout minimální teploty vzduchu v chladící místnosti 10 °C. Z tohoto důvodu se provedla měření při teplotě studeného vzduchu 10, 15 a 20 °C. Přičemž okolní teplota v místnosti byla udržována konstantní při 20 °C.“
Systém dále využívá magnetický 2-cestný ventil pro odběr vody, tři teplotní senzory Pt100 pro měření teploty ve vodní nádrži a čtyři axiální ventilátory s nízkou spotřebou energie a emisemi hluku.
Výzkumníci provedli řadu simulací a testů pomocí softwaru MATLAB a Simulink. Analýza ukázala, že systém dokáže pokrýt potřebu TUV malé domácnosti již při teplotě venkovního vzduchu -7 °C s nastavenou teplotou 45 °C. Zjistili také, že ideální kapacita zásobníku se nachází mezi 90 l a 110 l.
Akumulační nádrž
„V případech, kdy je kompaktnost HP nejvyšší prioritou, lze zvolit 90 litrovou akumulační nádrž, i když je při nižších teplotách venkovního vzduchu vyžadováno určité dodatečné dohřívání,“ upřesnili. „Na druhou stranu, abychom zvýšili flexibilitu a byli méně závislí na chování uživatelů, je optimální volbou větší skladovací objem (např. 120 l).
Vědci také zjistili, že systém má vzor proudění vzduchu ve výparníku, který se blíží zcela homogennímu. Dále zjistili, že může dodávat požadovanou teplou vodu při teplotě venkovního vzduchu 10 °C až 20 °C se získaným COP systému 2,82 a 3,11. „Vyvinutý funkční model poskytne komfortní podmínky při všech testovaných venkovních teplotách,“ dodali.
Prototyp popsali v dokumentu „Návrh tichého fasádního integrovaného minisplit tepelného čerpadla R290 s podporou simulace“, publikovaném v Applied Thermal Engineering. „Navržený fasádní integrovaný mini-split HP R290 se má instalovat v demonstračním projektu renovace vícegeneračních budov ve Vídni. Tam se porovná s centralizovanými a semi-centralizovanými HP koncepty založenými na simulacích a monitorovacích datech,“ uzavřeli.
Zdroj: pv-magazine, TowPoint
