Спестяване на енергия с 55%: Нова хибридна термопомпа променя правилата

Китайски изследователи представиха нова термопомпа, задвижвана от вятърна и слънчева енергия, както и метод за геотермален топлообмен за охлаждане на помещенията през лятото и отопление през зимата. С нейна помощ собствениците на жилища ще могат да намалят разходите за енергия с повече от 50% чрез интегриране на съхранението на топлинната и електрическата енергия.

Иновативна термопомпа, задвижвана от вятърна и слънчева енергия, е създадена от екип учени от университета „Шънян Цзянжу“ и университета „Шанхай Цзяотун“. Те проектираха жилищна сграда с ниска консумация на енергия. Жилището се намира в град Шънян, в североизточната част на Китай. Студената зима и горещото лято в региона създават идеални условия за тестване на нейната енергийна ефективност.

Това е двуетажна сграда с площ 334,8 кв. м и покрив с площ около 130 кв. м, на който са монтирани слънчеви панели, съобщава IE. Количеството слънчево греене на час на мястото варира през годината от 0 до 0,3 kW⋅h/m².

Изследователите са интегрирали в системата фотоволтаични панели с мощност 550 W и вятърни турбини с мощност 3 kW. Системата се поддържа от батерия с капацитет 40 kW⋅h и резервоар за солен разтвор за съхранение на топлината. Системата използва две термопомпи: геотермална термопомпа и въздушна термопомпа. Освен това са инсталирани геотермални топлообменници за пренос на топлината между системата и заобикалящата я почва.

Геотермалната помпа получава топлина от земята през зимата и освобождава излишната топлина обратно в земята през топлия сезон. Въздухообработващият модул, от своя страна, допълва системата при промяна на условията на околната среда.

За да подобрят ефективността, инженерите прилагат двуетапен процес на оптимизация. На първия етап се използва алгоритъм за сортиране, за да се определи идеалната конфигурация на системата. Вторият етап управлява нивото на заряд на батериите на седмична база. Това дава възможност на системата автоматично да регулира производството на енергия, потреблението на топлина и съхранението на енергия в батериите в зависимост от сезона.

Оптималната конфигурация на инсталацията включва слънчеви панели с мощност 13,12 kW, две вятърни турбини, батерии за съхранение на енергията с капацитет 25,46 kW⋅h, геотермална термопомпа с мощност 6,17 kW и резервоар за разтвор с площ 2,76 кв. м.

При тестовете бе установено, че подобна система намалява нормализираните разходи за енергия с минимум 54,7% и увеличава общата производителност с 4% в сравнение с базовите системи. Коефициентът на независимост на системата – мярка за зависимостта от мрежата – е намален със 75%.

Междувременно в Германия се разработва нова термопомпа, която използва тръби и електрокалоричен ефект за извличане на топлината от източника вместо компресори. Първите прототипи вече постигнаха рекордна електрическа ефективност от 99,7%.