Система опалення та охолодження на основі фотоелектричних батарей для супермаркетів: прорив у рішеннях для сталого розвитку енергетики

Команда китайських дослідників успішно розробила інноваційну систему опалення та охолодження, яка використовує потужність сонячної енергії та акумуляторних накопичувачів. Ця передова технологія є значним кроком уперед у сфері рішень для сталого розвитку енергетики комерційних будівель.

Вчені, що стоять за цим проєктом, пояснили: «У цьому дослідженні ми пропонуємо екологічно чисту інтегровану систему опалення та охолодження для комерційних супермаркетів, яка поєднує технологію сонячної фотоелектричної енергії з можливостями накопичення енергії. Крім того, система рекуперує відпрацьоване тепло, що утворюється компресором, для виробництва гарячої води, яку можна використовувати в різних сферах застосування, включаючи купання, опалення приміщень та інші практичні сценарії». Щоб всебічно оцінити потенціал системи, дослідники провели моделювання для аналізу її термодинамічних характеристик та викидів вуглецю в різних регіонах Китаю.

Унікальність цієї системи полягає в інтелектуальній інтеграції водяного газового охолоджувача (WC) та повітряного газового охолоджувача (AC). Крім того, вона включає такі важливі компоненти, як дросельні клапани (TV), випарник, водяний насос, фотоелектричну панель, акумулятор, фотоелектричний інвертор та фотоелектричний контролер. Система була змодельована для роботи в супермаркеті площею 1866 квадратних метрів, припускаючи стабільний робочий стан зі ступенем перегріву компресора, встановленим на рівні 5°C.

У запропонованій конструкції системи робоче тіло спочатку випаровується у випарнику, перш ніж потрапити до компресора для стиснення. Високотемпературне робоче тіло, що утворюється в результаті стиснення, потім потрапляє у водяний конденсатор, де воно передає тепло водопровідній воді, нагріваючи її до високої температури. Ця нагріта вода згодом перекачується в бак-акумулятор гарячої води, готовий до використання в якості гарячої води для побутових потреб.

Дослідники детальніше розповіли про роботу системи: «Після попереднього охолодження у водяному газовому охолоджувачі робоча рідина потрапляє до повітряного конденсатора, де вона віддає тепло в атмосферу. Після цього рідина додатково охолоджується та спрямовується до дросельного клапана. Нарешті, робоча рідина з низькою температурою та низьким тиском знову потрапляє у випарник, завершуючи цикл охолодження».

Щоб оцінити ефективність системи, дослідники провели числове моделювання у п'яти великих китайських містах: Харбіні, Пекіні, Шанхаї, Куньміні та Гуанчжоу. Вони також порівняли результати з еталонною системою, в якій не було фотоелектричних компонентів та кондиціонера, а для опалення використовувався виключно туалет.

Згідно з результатами дослідження, «коефіцієнт перетворення (COP) системи спочатку зростає, а потім знижується зі збільшенням тиску нагнітання, досягаючи свого пікового значення при оптимальному тиску нагнітання. Коли тиск нагнітання досягає 8,13 МПа, максимальний загальний COP досягає 7,34». Крім того, дослідження показало, що зі збільшенням широти міста його загальне споживання електроенергії зменшується. Порівняно з базовою системою, нова система може скоротити споживання енергії на вражаючі 61,8% - 76,2%.

Аналіз також продемонстрував чітку кореляцію між географічною широтою міста та викидами системи. Загалом, впровадження нової системи призводить до суттєвого скорочення викидів вуглецю, від 51,3% до 63,3%. Дослідники дійшли висновку: «Наша нова система перевершує базову систему з точки зору зниження тиску нагнітання. Примітно, що чим вища температура навколишнього середовища, тим значніше зниження тиску нагнітання. При температурі навколишнього середовища 40°C тиск нагнітання можна знизити на цілих 12,28%». Ця інноваційна система опалення та охолодження на основі фотоелектричних елементів має великі перспективи для революціонізування моделей споживання енергії в комерційних супермаркетах, пропонуючи стійку та ефективну альтернативу традиційним системам.