ต้นแบบปั๊มความร้อนช่วยด้วย PV- พร้อมคอนเดนเซอร์คู่มีค่าสัมประสิทธิ์ประสิทธิภาพ 7.59

นักวิจัยที่ Miguel Hernández University of Elche ในสเปนได้ออกแบบระบบปั๊มความร้อนจากอากาศ-เป็น-ที่สามารถเปลี่ยนการผลิตน้ำร้อน (DHW) ในบ้านเป็นเวลากลางวันแสกๆ ซึ่งจะทำให้การใช้ประโยชน์ของการผลิตไฟฟ้าพลังงานแสงอาทิตย์ให้เกิดประโยชน์สูงสุด

ความแปลกใหม่ของระบบอยู่ที่การใช้คอนเดนเซอร์สองตัวแทนที่จะเป็นยูนิตเดียว

นักวิจัยอธิบายว่าปั๊มความร้อนน้ำร้อนในบ้านขนาดกะทัดรัดทั่วไป (DHW) ประกอบด้วยคอมเพรสเซอร์ เครื่องระเหย วาล์วขยายตัว และคอนเดนเซอร์ที่พันอยู่รอบด้านล่างของถังเก็บ ซึ่งจะทำให้ปริมาตรน้ำเต็มผ่านการพาความร้อนตามธรรมชาติ การกำหนดค่าคอนเดนเซอร์คู่-ที่เสนอจะเพิ่มคอนเดนเซอร์ตัวที่สองที่ด้านบนของถัง รวมกับระบบควบคุมที่ได้รับการปรับปรุงเพื่อเลือกโหมดการทำงาน โดยที่ยังคงรักษาส่วนประกอบมาตรฐานไว้

คอนเดนเซอร์ทั้งด้านล่างและด้านบนประกอบด้วยท่อเกลียวที่ติดตั้งระหว่างผนังถังและชั้นฉนวน เมื่อคอนเดนเซอร์ด้านล่างทำงาน ความร้อนจะถูกส่งไปที่ด้านล่างของถังขนาด 215 ลิตร ซึ่งช่วยแบ่งชั้นและให้ความร้อนแก่ปริมาตรทั้งหมด เมื่อเปิดใช้งานคอนเดนเซอร์ส่วนบน เฉพาะส่วนบนของถังเท่านั้นที่จะได้รับความร้อน ทำให้การทำงานเป็นไปตามเป้าหมายมากขึ้นและกักเก็บพลังงานน้อยลง

ต้นแบบได้รับการพัฒนาจากปั๊มความร้อนแบบแยก-อากาศ-เป็น-เชิงพาณิชย์ซึ่งมีคอมเพรสเซอร์สโครล 600 W และสารทำความเย็น R134a เครื่องทำความร้อนแบบต้านทานไฟฟ้า 2,400 วัตต์แบบเดิมถูกตัดการเชื่อมต่อเพื่อให้แน่ใจว่าการทำงานเฉพาะในโหมดปั๊มความร้อน ระบบมี-ค่าสัมประสิทธิ์ประสิทธิภาพ (COP) ที่กำหนดโดยผู้ผลิตที่ 3.17 ที่ 14 C การปรับเปลี่ยนรวมถึงการรวมคอนเดนเซอร์ตัวที่สอง การออกแบบวงจรทำความเย็นใหม่ และการอัพเกรดระบบควบคุมสำหรับการทดสอบภายใต้สภาวะการทำงานของ DHW และ PV ที่สมจริง

การตั้งค่าการทดลองได้รับการออกแบบเพื่อจำลองความต้องการน้ำร้อนในครัวเรือนจริงโดยใช้ระบบวงปิด-เพื่อหลีกเลี่ยงการเสียน้ำ ประกอบด้วยห้องภูมิอากาศ 2 ห้อง ปั๊มความร้อนคอนเดนเซอร์คู่- การติดตั้ง PV ขนาด 600 วัตต์ และวงจรไฮดรอลิกแบบควบคุม ปั๊มความร้อนเชื่อมต่อกับทั้งโครงข่ายและระบบเซลล์แสงอาทิตย์ โดยไม่มีการพิจารณาค่าตอบแทนทางการเงินสำหรับไฟฟ้าส่วนเกินที่ป้อนเข้าสู่โครงข่าย

ถังเสริม ปั๊มหมุนเวียน และเครื่องทำน้ำเย็นรักษาอุณหภูมิของน้ำทางเข้าไว้ที่ 10 C เพื่อจำลองสภาวะการจ่ายไฟหลัก คอนโทรลเลอร์ Arduino Mega จัดการปั๊ม วาล์ว เครื่องทำความเย็น และปั๊มความร้อนเพื่อให้สามารถทำการทดสอบอัตโนมัติได้ นอกจากนี้ ระบบยังติดตั้งเซ็นเซอร์อุณหภูมิ 30 ตัว มิเตอร์วัดการไหล และอุปกรณ์ตรวจสอบทางไฟฟ้า โดยมีการบันทึกข้อมูลที่ช่วงเวลาหนึ่ง-นาที

นักวิจัยได้ประเมินการกำหนดค่าสามแบบที่อุณหภูมิแวดล้อม 18 C: ปั๊มความร้อนคอนเดนเซอร์เดี่ยว-แบบธรรมดา ระบบเดียวกันควบคู่กับ PV และปั๊มความร้อนคอนเดนเซอร์คู่-ที่มี PV การทดสอบเป็นไปตามโปรไฟล์การใช้ DHW ตามมาตรฐาน EN 16147 เพื่อให้มั่นใจว่าอุณหภูมิของแหล่งจ่ายจะสูงกว่า 45 C

ผลลัพธ์แสดงให้เห็นว่าการกำหนดค่าคอนเดนเซอร์คู่-ปรับปรุงการควบคุมการแบ่งชั้น ลดการใช้พลังงานโดยรวม และรักษาคุณภาพการบริการ DHW ในขณะเดียวกันก็เพิ่มการใช้ PV เอง-อย่างมาก

การวิเคราะห์พบว่า COP ตามฤดูกาลโดยเฉลี่ยของปั๊มความร้อนสูงถึง 3.55 ในการกำหนดค่าคอนเดนเซอร์เดี่ยว- และ 3.65 เมื่อรวมกับ PV

“ตามที่คาดไว้ ค่าทั้งสองมีความคล้ายคลึงกัน เนื่องจากไม่มีความแตกต่างในโหมดการทำงานระหว่างกัน” ทีมวิจัยเน้นย้ำ "ในการทดสอบครั้งที่สาม ด้วยคอนเดนเซอร์สองตัวและกลยุทธ์การควบคุมที่ได้รับการปรับปรุงซึ่งช่วยให้สามารถทำงานได้ที่อุณหภูมิน้ำต่ำลง ประสิทธิภาพนี้จะเพิ่มขึ้นเป็น 3.71 แนวโน้มนี้เด่นชัดมากขึ้นเมื่อวิเคราะห์ประสิทธิภาพของบริการ DHW โดยผลลัพธ์คือ 3.08 และ 3.12 สำหรับโหมดการทำงานสองโหมดแรก และ 3.37 สำหรับการกำหนดค่าด้วยคอนเดนเซอร์สองตัวและแผงเซลล์แสงอาทิตย์ เนื่องจากถังเย็นกว่าในการกำหนดค่าที่มีคอนเดนเซอร์สองตัว จึงมีการสูญเสียความร้อนน้อยลง"

การใช้พลังงานแสงอาทิตย์ด้วยตนเอง-ด้วยระบบคอนเดนเซอร์คู่- เพิ่มขึ้นจาก 9.9% เป็น 55.5%

"ผลลัพธ์ยังเน้นย้ำถึงความจำเป็นในการพิจารณาการบริโภคด้วยตนเองทันที- โดยใช้ฐานการคำนวณที่มากที่สุด-นาที-ต่อ-นาที แทนที่จะเป็นรายชั่วโมงหรือรายวัน เนื่องจากอย่างหลังส่งผลให้มีสัดส่วนพลังงานแสงอาทิตย์สูงเกินความเป็นจริง" นักวิชาการสรุป "เมื่อพิจารณาถึงพลังงานที่จ่ายมาจากแผงเซลล์แสงอาทิตย์ ประสิทธิภาพของ HP สามารถประเมินใหม่ได้ ซึ่งนำไปสู่ค่า COP 3.46 เมื่อทำงานกับคอนเดนเซอร์ตัวเดียว และ 7.59 เมื่อทำงานกับการกำหนดค่าคอนเดนเซอร์คู่"

ระบบดังกล่าวได้รับการอธิบายไว้ใน "การประเมินการทดลองการออกแบบปั๊มความร้อนไฟฟ้าโซลาร์เซลล์แบบใหม่ที่มีคอนเดนเซอร์คู่" ซึ่งตีพิมพ์ในวารสาร Solar Energy