Экономьте энергию на 55 %: новый гибридный тепловой насос меняет правила

Китайские исследователи представили новый тепловой насос, работающий на энергии ветра и солнца, а также геотермальный метод теплообмена, позволяющий охлаждать помещения летом и обогревать их зимой. С его помощью домовладельцы смогут сократить затраты на электроэнергию более чем на 50% за счет интеграции накопителей тепловой и электрической энергии.

Инновационный тепловой насос, работающий на энергии ветра и солнца, был создан командой ученых из Шэньянского университета Цзянчжу и Шанхайского университета Цзяотун. Они разработали жилой дом с низким энергопотреблением. Квартира расположена в городе Шэньян, в северо-восточной части Китая. Холодная зима и жаркое лето в регионе создают идеальные условия для проверки его энергоэффективности.

Это двухэтажное здание площадью 334,8 квадратных метров и крышей площадью около 130 квадратных метров, на которой установлены солнечные батареи, передает ИЕ. Количество солнечного света в час на участке варьируется в течение года от 0 до 0,3 кВт⋅ч/м².

Исследователи интегрировали в систему фотоэлектрические панели мощностью 550 Вт и ветряные турбины мощностью 3 кВт. Система поддерживается аккумулятором емкостью 40 кВт⋅ч и солевым баком для хранения тепла. В системе используются два тепловых насоса: геотермальный тепловой насос и воздушный тепловой насос. Кроме того, устанавливаются геотермальные теплообменники для передачи тепла между системой и окружающим грунтом.

Геотермальный насос зимой получает тепло из земли, а в теплое время года отдает излишки тепла обратно в землю. Приточно-вытяжная установка, в свою очередь, дополняет систему при изменении условий окружающей среды.

Чтобы повысить эффективность, инженеры применяют двухэтапный процесс оптимизации. На первом этапе используется алгоритм сортировки для определения идеальной конфигурации системы. Второй этап контролирует уровень заряда аккумуляторов еженедельно. Это позволяет системе автоматически регулировать выработку электроэнергии, потребление тепла и накопление энергии аккумулятора в зависимости от сезона.

Оптимальная конфигурация установки включает солнечные панели мощностью 13,12 кВт, две ветряные турбины, энергоаккумуляторы емкостью 25,46 кВт⋅ч, геотермальный тепловой насос мощностью 6,17 кВт и бак для раствора площадью 2,76 м2.

В ходе испытаний было обнаружено, что такая система снижает нормированные затраты на электроэнергию как минимум на 54,7% и увеличивает общую производительность на 4% по сравнению с базовыми системами. Коэффициент независимости системы – мера сетевой зависимости – был снижен на 75%.

Тем временем в Германии разрабатывается новый тепловой насос, в котором для извлечения тепла из источника вместо компрессоров используются трубки и электрокалорический эффект. Первые прототипы уже достигли рекордного электрического КПД 99,7%.