Výzkumníci ve Švédsku se snažili zvýšit účinnost zemních tepelných čerpadel kombinací jejich provozu s provozem PVT systémů a volného chlazení. Prostřednictvím řady simulací zjistili, že toto integrované řešení může snížit délku vrtu a požadavky na plochu.
Vědci ze švédského KTH Royal Institute of Technology zkoumali potenciální propojení tepelného čerpadla země zdroje (GSHP) s fotovoltaicko-tepelnou (PVT) energií a volným chlazením (FC).
FC využívá nízké teploty vnějšího vzduchu jako pomoc při chlazení vody, která se pak používá pro klimatizaci nebo průmyslové procesy.
„V kontextu systémů tepelných čerpadel země-zdroj využívá volné chlazení, také známé jako přímé pozemní chlazení nebo pasivní chlazení, půdu jako chladič pouze pomocí výměníku tepla a oběhového čerpadla,“ vysvětlili. ,,Tento přístup umožňuje odebírat teplo z vnitřních prostor, aby bylo zajištěno chlazení a současně regenerace výměníku tepla vrtu.“
V navržené konfiguraci tzv. vícezdrojového (MS) systému se PVT a FC využívají k regeneraci zemní teploty ve vrtu. Naopak v nevyvážených systémech se teplota země v průběhu času snižuje v důsledku odběru tepla. Což snižuje celkovou účinnost systému a způsobuje vypnutí tepelného čerpadla.
Pomocí simulačního softwaru vědci posoudili ideální umístění FC v systému ve vícegeneračním domě ve Stockholmu.
Účinnost a propojení zemních tepelných čerpadel
„Vzhledem k tomu, že obě smyčky PVT a FC mezi sebou během letních měsíců soutěží o využití pole vrtu jako chladiče, je nutné provést analýzu interference MS systému pro tři různé konfigurace systému,“ vysvětlili.
Podle jejich zjištění je ideální umístění mezi vrtným výměníkem (BH) a PVT, neboť dosahuje interferenčního poměru 0,89 %. Pro srovnání, umístění FC mezi tepelné čerpadlo (TČ) a BH mělo poměr 12,2 %. A umístění mezi PVT a TČ mělo rušení 19,25 %.
„Výsledky ukazují, že nejdůležitějším faktorem, který způsobuje interferenci mezi těmito dvěma systémy, se stává jejich relativní umístění v systému,“ zdůraznili. ,,Tato konfigurace však snižuje tepelný výnos kolektoru PVT o 7,24 % ve srovnání s pouzdrem PVT+GSHP.“
Porovnání výkonu systému
Skupina porovnávala výkon systému MS s výkonem samotného GSHP, výkonem GSHP používajícím pouze FC a výkonem GSHP využívajícím pouze PVT. Dalšími proměnnými porovnávanými v simulaci se stal počet vrtů. Ty systém využívá (4-6), vzdálenost mezi nimi (5m-15m) a počet modulů na jednotce PVT (0-144).
„Volné chlazení má minimální dopad na sezónní výkonnostní faktor (SPF) systému GSHP. A zvyšuje jej maximálně o 0,7 % pro nejmenší pole vrtů,“ uvedli. „Na druhou stranu, SPF4 systémů GSHP+PVT se s rostoucím počtem PVT modulů postupně sbližuje s SPF4 u vícezdrojového systému. Tento jev vzniká, protože podíl tepla vstřikovaného systémem PVT se stává významnějším ve srovnání s FC.“
Na závěr své práce výzkumná skupina zhodnotila, že příspěvek FC ke zlepšení SPF systému MS je minimální ve srovnání s přínosem PVT. „Jediný studovaný scénář, kdy FC může snížit požadavky na půdu, je, když se rozteč BH sníží na 10 m. Což vede ke snížení o 66,6 % s mírně nižším SPF 3,16 ve srovnání s 3,17 pro pouze GSHP,“ poznamenali.
Jejich zjištění se prezentovala v „Solární fotovoltaické/tepelné (PVT) technologické kolektory a volné chlazení v systémech zemních tepelných čerpadel“. Ten se publikoval v Solar Energy Advances. „Výsledky ukazují, že integrace PVT a FC nejen zachovává dodávku chlazení, ale také zvyšuje výkon tepelného čerpadla, a to při současném snížení délky vrtu a požadavků na plochu,“ uzavřeli.
Zdroj: pv-magazine, Vapol
