نمونه اولیه پمپ حرارتی با کمک PV{0}}با کندانسور دوگانه به ضریب عملکرد 7.59 می‌رسد

محققان دانشگاه میگوئل هرناندز در الچه در اسپانیا یک سیستم پمپ حرارتی-به آب{1} طراحی کرده‌اند که می‌تواند تولید آب گرم خانگی (DHW) را به ساعات مرکزی روز تغییر دهد، بنابراین استفاده از تولید برق PV را به حداکثر می‌رساند.

تازگی سیستم در استفاده از دو کندانسور به جای یک واحد نهفته است.

محققان توضیح دادند که یک پمپ حرارتی فشرده آب گرم خانگی (DHW) معمولی شامل یک کمپرسور، اواپراتور، شیر انبساط و یک کندانسور است که در انتهای مخزن ذخیره‌سازی پیچیده شده و حجم کامل آب را از طریق همرفت طبیعی گرم می‌کند. پیکربندی کندانسور دوگانه پیشنهادی، یک کندانسور دوم را در بالای مخزن اضافه می‌کند که با یک سیستم کنترل بهینه برای انتخاب حالت کار ترکیب می‌شود، در حالی که اجزای استاندارد را حفظ می‌کند.

کندانسور پایینی و بالایی از لوله های مارپیچی تشکیل شده است که بین دیواره مخزن و لایه عایق نصب شده اند. هنگامی که کندانسور پایینی کار می کند، گرما به پایین مخزن 215 لیتری منتقل می شود و باعث افزایش طبقه بندی و گرم شدن کل حجم می شود. هنگامی که کندانسور بالایی فعال می شود، تنها قسمت بالایی مخزن گرم می شود و امکان عملکرد هدفمندتر و ذخیره انرژی کمتر را فراهم می کند.

نمونه اولیه از یک پمپ حرارتی تجاری-تقسیم‌شده هوا-به-آب مجهز به کمپرسور اسکرول 600 وات و مبرد R134a ساخته شده است. بخاری اصلی مقاومت الکتریکی 2400 وات برای اطمینان از عملکرد منحصراً در حالت پمپ حرارتی قطع شد. این سیستم دارای ضریب عملکرد (COP) 3.17 در دمای 14 درجه سانتیگراد بود. تغییرات شامل یکپارچه سازی کندانسور دوم، طراحی مجدد مدار تبرید، و ارتقای سیستم کنترل برای آزمایش در شرایط عملیاتی واقعی DHW و PV بود.

راه اندازی آزمایشی برای تکرار تقاضای واقعی DHW خانگی با استفاده از یک سیستم حلقه بسته برای جلوگیری از هدر رفتن آب طراحی شده است. این شامل دو محفظه آب و هوایی، پمپ حرارتی کندانسور دوگانه، یک نصب PV 600 وات، و یک مدار هیدرولیک کنترل شده است. پمپ حرارتی هم به شبکه و هم به سیستم PV متصل شد، بدون هیچ گونه جبران مالی برای برق مازاد تغذیه شده به شبکه.

یک مخزن کمکی، پمپ گردش خون و چیلر آب، دمای آب ورودی را در 10 درجه سانتیگراد حفظ کردند تا شرایط منبع تغذیه را شبیه سازی کنند. یک کنترل‌کننده آردوینو مگا، پمپ‌ها، شیرها، چیلر و پمپ حرارتی را مدیریت می‌کند تا تست خودکار را فعال کند. این سیستم همچنین مجهز به 30 سنسور دما، دبی سنج و دستگاه‌های نظارت الکتریکی بود که داده‌ها در فواصل یک دقیقه‌ای ثبت می‌شدند.

محققان سه پیکربندی را در دمای محیط 18 درجه سانتیگراد ارزیابی کردند: یک پمپ حرارتی معمولی یک-کندانسور، همان سیستم همراه با PV، و پمپ حرارتی کندانسور دوگانه- با PV. آزمایش‌ها از پروفایل مصرف DHW مبتنی بر EN 16147 پیروی می‌کردند و از دمای عرضه بالاتر از 45 درجه سانتیگراد اطمینان می‌دادند.

نتایج نشان داد که پیکربندی کندانسور دوگانه، کنترل طبقه‌بندی را بهبود بخشید، مصرف کلی انرژی را کاهش داد و کیفیت خدمات DHW را حفظ کرد و در عین حال مصرف خود PV را به طور قابل‌توجهی افزایش داد.

تجزیه و تحلیل نشان داد که میانگین COP فصلی پمپ حرارتی به 3.55 در پیکربندی کندانسور تکی و 3.65 در ترکیب با PV رسید.

تیم تحقیقاتی تاکید کرد: همانطور که انتظار می رفت، هر دو مقدار مشابه هستند، زیرا هیچ تفاوتی در حالت عملکرد بین آنها وجود ندارد. "در آزمایش سوم، با دو کندانسور و یک استراتژی کنترل بهبودیافته که امکان کارکرد با دمای آب پایین‌تر را فراهم می‌کند، این راندمان به 3.71 افزایش می‌یابد. این روند در هنگام تجزیه و تحلیل راندمان سرویس DHW مشخص‌تر است، که در آن نتایج 3.08 و 3.12 برای دو حالت کار اول و 3.37 با پانل‌های Configur سرد است. در پیکربندی با دو کندانسور، تلفات حرارتی کمتری وجود دارد."

در همین حال، مصرف خود{0}}انرژی خورشیدی با سیستم کندانسور دوگانه- از 9.9٪ به 55.5٪ افزایش یافت.

دانشگاهیان نتیجه گرفتند: «نتایج همچنین نیاز به در نظر گرفتن مصرف آنی-خود، با استفاده از یک مبنای محاسبه حداکثر دقیقه به دقیقه-در-به جای ساعتی یا روزانه را نشان می‌دهد، زیرا این مورد منجر به کمک‌های خورشیدی غیرواقعی بالا می‌شود.» با توجه به انرژی عرضه شده توسط پنل های PV، عملکرد HP می تواند مجددا ارزیابی شود که منجر به COP 3.46 هنگام کار با یک کندانسور و 7.59 هنگام کار با پیکربندی کندانسور دوگانه می شود.

این سیستم در "ارزیابی تجربی طراحی جدید پمپ حرارتی فتوولتائیک با کندانسور دوگانه" که در انرژی خورشیدی منتشر شده است، توضیح داده شده است.