Pompa de căldură asistată de heliu

De la Wikipedia, enciclopedia liberă.
Salt la navigare Salt la căutare
Panouri hibride fotovoltaice-termice ale unei pompe de căldură asistate de heliu într-o instalație experimentală la Departamentul Energie al Politecnico di Milano

Pompa de căldură asistată de heliu este o mașină care vede integrarea unei pompe de căldură și a panourilor solare termice într-un singur sistem integrat. În mod normal, aceste două tehnologii sunt utilizate separat (sau cel mult plasându-le în paralel) pentru a produce apă caldă menajeră (apă caldă menajeră) și încălzire . [1] În acest sistem, panoul solar termic acționează ca o sursă de căldură la temperatură scăzută și căldura produsă este utilizată pentru alimentarea evaporatorului pompei de căldură. [2] Obiectivul este de a realiza COP-uri ridicate și, astfel, de a produce energie mai eficient și mai ieftin.

Este posibil să se utilizeze orice tip de panou solar termic ( tablă și tuburi , roll-bond , țeavă termică, plăci termice) sau hibrid ( mono / poli-cristalin , film subțire ) în combinație cu pompa de căldură. Utilizarea unui panou hibrid este preferabilă, deoarece permite acoperirea unei părți din cererea electrică a pompei de căldură, reducând astfel consumul electric și, în consecință, costurile de funcționare ale sistemului.

Optimizare

Optimizarea funcționării acestui sistem se dovedește a fi principala problemă, deoarece există tendințe opuse în ceea ce privește performanța celor două subsisteme: de exemplu, prin scăderea temperaturii de evaporare a fluidului de lucru , creșterea eficienței termice este a panoului solar, dar o scădere a performanței pompei de căldură, cu o scădere a COP. [3] Obiectivul stabilit în mod normal pentru optimizare este minimizarea consumului de energie electrică al pompei de căldură sau a energiei primare cerute de un posibil cazan auxiliar capabil să satisfacă sarcina care nu este acoperită de sursa regenerabilă .

Configurări

Există două configurații posibile ale acestui sistem, care se disting prin prezența sau absența unui fluid intermediar care transportă căldura de la panou la pompa de căldură. Așa-numitele mașini de „evaporare indirectă” folosesc în principal apa ca fluid de transfer de căldură , amestecat cu un fluid antigel (în mod normal glicol ) pentru a evita formarea de gheață în lunile de iarnă. Așa-numitele mașini de „evaporare directă” introduc fluidul frigorific în circuitul hidraulic al panoului termic, unde are loc schimbarea de stare. [3] Această a doua configurație, deși este mai complexă din punct de vedere al ingineriei instalației, permite mai multe avantaje: [4] [5]

  • un transfer mai bun al căldurii produse de panoul termic către fluidul de lucru și o consecință a eficienței termice mai ridicate a evaporatorului datorită absenței fluidelor intermediare;
  • prezența unui fluid de evaporare permite o distribuție uniformă a temperaturii în panoul termic cu o creștere consecventă a eficienței termice a acestuia din urmă (în condițiile tradiționale de funcționare ale panoului solar, eficiența termică locală se agravează de la intrare la ieșirea fluid deoarece temperatura fluidului crește);
  • în cazul utilizării unui panou solar hibrid, pe lângă avantajul ilustrat în punctul anterior, există și o creștere a eficienței electrice a panoului (pentru considerații similare).

Comparații

În general, utilizarea acestui sistem integrat se dovedește a fi o modalitate eficientă de a exploata căldura produsă de panourile termice în lunile de iarnă, care în mod normal nu ar fi folosită deoarece este prea mică. [2]

Sisteme de producție distincte

Comparativ cu utilizarea doar a pompei de căldură, este posibil să reduceți cantitatea de energie electrică consumată de mașină, deoarece condițiile meteorologice evoluează de la iarnă la primăvară și apoi folosiți în cele din urmă doar panourile solare termice pentru a produce toată căldura necesară. în cazul unei mașini de evaporare indirectă), economisind astfel costurile de exploatare. [1]

În comparație cu un sistem cu numai panouri termice, este posibil să se garanteze satisfacerea unei părți mai mari a nevoilor termice de iarnă ale unui utilizator termic care utilizează o sursă de energie nefosilă . [6]

Pompe tradiționale de căldură

Comparativ cu pompele de căldură geotermale, principalul avantaj constă în faptul că nu este necesară instalarea țevilor în sol, ceea ce se traduce printr-un cost de investiție mai mic (în costul de investiție al unei pompe de căldură geotermale aproximativ 50% este dat din costurile de forare ) și în posibilități mai mari de instalare a mașinii, chiar și în zone în care spațiul este limitat. În plus, nu există riscuri asociate cu posibila sărăcire termică a solului. [7] Pe de altă parte, în mod similar cu modul în care se întâmplă pentru pompele de aer, performanța pompei cu heliu este afectată, deși într-o măsură mai mică, de condițiile atmosferice.

Comparativ cu pompele de căldură cu aer, după cum sa menționat deja, există o variație mai puțin semnificativă a condițiilor de funcționare (care depind de iradiere și nu de temperatura aerului ); acest lucru se traduce printr-un SCOP mai înalt (COP sezonier). În plus, temperatura de evaporare a fluidului frigorific este mai mare decât în ​​cazul aerului, astfel încât, în general, coeficientul de performanță este semnificativ mai mare. [4]

Funcționare la temperatură scăzută

Funcționarea pompei de căldură asistată de heliu la temperaturi de evaporare mai mici decât temperatura mediului ambiant generează o scădere consecventă a temperaturii panourilor termice sub această temperatură; în această stare pierderile termice ale panourilor către mediu devin energie suplimentară care poate fi exploatată complet gratuit. [8] [9] În această condiție este posibil ca eficiența termică a acestor panouri să depășească unitatea.

O altă contribuție care se adaugă în aceste condiții de temperaturi scăzute este legată de posibila condensare a vaporilor de apă pe suprafața panourilor, care asigură căldură suplimentară fluidului circulant de transfer de căldură (de obicei de o entitate mică), egal cu căldura latentă de condensare.

Scheme de plantare hibridă

Pompa de căldură simplă cu heliu are panouri solare ca sursă de căldură pentru evaporator; pot exista și configurații cu o sursă de căldură suplimentară. [1] Scopul este de a avea avantaje suplimentare din punct de vedere energetic, dar pe de altă parte, gestionarea și optimizarea funcționării centralei devin și mai complexe.

Structura geotermală-solară permite dimensionarea unui câmp de sondă mai mic (investiție mai mică) și o regenerare a terenului în lunile de vară prin căldura colectată de panourile termice.

Aranjamentul aer-solar permite să aibă un aport de căldură adecvat chiar și în zilele înnorate, menținând sistemul compact și ușor de instalat.

Notă

  1. ^ A b c (EN) Pompe de căldură asistate de solar , pe bine.info. Adus 21/06/2016 (arhivat din original la 28 februarie 2020) .
  2. ^ a b Pompe de căldură asistate de heliu , pe climatizzazioneconfontirinnovabili.enea.it . Adus 21/06/2016 (arhivat din original la 7 ianuarie 2012) .
  3. ^ a b Nicola Fallini și Stefano Luigi Floreano, Sisteme de pompă de căldură asistate de Helio: model de simulare în mediul TRNSYS și comparația energetică a configurațiilor instalației ( PDF ), pe politesi.polimi.it , 31/03/2011. Adus 21.06.2016 .
  4. ^ a b ( EN ) Jia Jie, Hea Hanfeng, Chowb Tin-tai, Peia Gang, Hea Wei și Liua Keliang, Modelare dinamică distribuită și studiu experimental al evaporatorului PV într-o pompă de căldură asistată de PV / T , în International Journal of Transfer de căldură și masă , vol. 52, nr. 5-6, 2009, pp. 1365–1373, DOI : 10.1016 / j.ijheatmasstransfer.2008.08.017 .
  5. ^ (EN) Jia Jie, Peia Gang, Chowb Tin-tai, Liua Keliang, Hea Hanfeng, Lua Jianping și Hana Chongwei, Studiu experimental al sistemului fotovoltaic de pompă de căldură asistată solară , în Solar Energy, vol. 82, nr. 1, 2007, pp. 43-52, DOI : 10.1016 / j.solener.2007.04.006 .
  6. ^ (EN) YH Kuang și RZ Wang, Performanța unui sistem multifuncțional cu pompă de căldură asistată de expansiune directă , în Solar Energy, vol. 80, n. 7, 2006, pp. 795–803, DOI : 10.1016 / j.solener.2005.06.003 .
  7. ^ Attilio Carotti, Clădiri cu performanțe acustice și energetice ridicate. Managementul energiei , WOLTERS KLUWER ITALIA, 2014.
  8. ^ (EN) BJ Huang și JP Chyng, Caracteristicile de performanță ale pompei de căldură asistată de tip solar , în Solar Energy, vol. 71, nr. 6, 2001, pp. 403–414, DOI : 10.1016 / S0038-092X (01) 00076-7 .
  9. ^ Thermboil - Panouri termodinamice , pe solaretermodinamico.info . Adus 21/06/2016 (arhivat din original la 15 iunie 2016) .

Bibliografie

  • Climatizare, încălzire, refrigerare , editare PEG, 1983.

Elemente conexe

Alte proiecte

linkuri externe

Adus de la „ https://it.wikipedia.org/w/index.php?title=Helio_assisted_heat_pump&oldid=120605621 ”