Холандският стартъп BlueHeart Energy тества своята термоакустична термопомпа в жилищни условия, като се очаква ограничено пускане на европейския пазар през пролетта на 2027 г., последвано от постепенно разширяване.
Системата използва звукови вълни вместо хладилни агенти. Целта е тиха, гъвкава и лесна за поддръжка отоплителна система, особено подходяща за реновации и интеграция с възобновяеми източници.
„Това първоначално пускане ще бъде умишлено скромно“, каза главният изпълнителен директор Михиел Хартман. „Първите устройства ще бъдат доставени в ограничени количества, което ще позволи на партньорите да валидират работата им при реални условия, докато производственият капацитет се увеличава”.
По-широкото внедряване ще дойде постепенно. Очаква се мащабирането да отнеме поне още година. „С други думи, докато някои клиенти може да успеят да закупят системи в рамките на следващите 12 месеца, по-масовото предлагане ще дойде по-късно“, допълни Хартман.
При пускането си на пазара системите, включващи новия двигател, се очаква да бъдат на цена, подобна на тази на съществуващите термопомпи. Технологията ще се се фокусира върху други предимства: по-нисък шум, по-голяма гъвкавост, съвместимост със съществуващи сгради и подобрена интеграция с възобновяеми енергийни системи.
С течение на времето се очаква икономическите ползи да станат по-ясни – не непременно чрез по-ниски разходи за оборудване, а чрез намалени разходи за инсталация и по-ниски сметки за енергия.
Как работи термоакустичната термопомпа
Термоакустичната термопомпа работи без конвенционалните процеси на компресия, кондензация и изпарение. Вместо хладилен цикъл, тя използва високоинтензивни звукови вълни за пренос на топлина.
Звуковите вълни генерират колебания на налягането в газ, създавайки температурни разлики, които могат да бъдат използвани за преместване на топлината. Този подход намалява механичната сложност и може да подобри издръжливостта поради наличието на по-малко движещи се части.
„Една от определящите характеристики на термоакустичните термопомпи е гъвкавостта“, каза Хартман. Конвенционалните системи работят най-добре в тесен температурен диапазон. Когато се комбинират с източници като фотоволтаично-термални (PVT) панели, те може да изискват допълнителни компоненти за регулиране на температурата, което добавя разходи и сложност, поясни той.
За разлика от тях, термоакустичните системи могат да работят ефективно в много по-широк диапазон от външни температури. Това ги прави добре пригодени за интеграция с променливи възобновяеми източници, уточни Хартман.
Термопомпите, включващи двигателя, могат да се използват за отопление на помещения, битова гореща вода (БГВ) и охлаждане както в жилищни, така и в индустриални приложения.
Представен за първи път през 2022 г., двигателят използва хелиев газ и звукови вълни вместо конвенционален цикъл на компресия. Два бутала генерират акустична вълна с честота 60 Hz, която кара газа последователно да се компресира и разширява, докато топлообменниците улавят получените температурни разлики.
Системата е компактна и модулна, като отделните модули осигуряват отоплителна мощност от 1 kW до 6 kW. Мощността може да бъде увеличена до 600 kW чрез комбиниране на множество модули.
Термопомпата работи в широк температурен диапазон, с външни температури от приблизително -25°C до 40°C и изходни температури до 80°C, което я прави подходяща както за нови сгради, така и за реновации със съществуващи радиатори.
„Тя е компактна и много тиха, тъй като постоянната ѝ честота позволява ефективно шумопотискане“, каза Хартман. „В сравнение с конвенционалните системи, тя реагира по-бързо на търсенето и се отличава с минимално износване поради плавната работа и ограничен брой движещи се части“.
Двигателят е с размери приблизително 55 см x 55 см и тежи около 60 кг. Нивата на шума са под 40 dB(A), благодарение на виброизолиращи бутала и работа с постоянна честота. „Простата му архитектура гарантира ниска поддръжка и експлоатационен живот от около 20 години“, добави Хартман.
Вътре в двигателя два линейни драйвера, подобни на високоговорители, генерират колебания на налягането, които се разпространяват като звукови вълни през запечатана хелиева верига. Тези колебания карат газа да се свива и разширява на определени места, което позволява пренос на топлина. Регенератор, заедно с топлообменници, преобразува това осцилиращо движение в непрекъснат поток от топлина.
Електрическата енергия задвижва вълните на налягане, хелият преминава през циклично компресиране и разширяване, а топлината се абсорбира в единия край и се освобождава в другия. Резултатът е повишаване на температурата, което ефективно концентрира топлината чрез звукови вълни в запечатана система.
Регенераторът е ключов компонент, състоящ се от пореста структура, предназначена за ефективен топлообмен с осцилиращия хелий. Той действа като средство за топлосъхранение, което позволява пренос на топлина между газа и твърдия материал. Тъй като газът се движи напред-назад, температурните градиенти и фазовите измествания между налягане и скорост създават нетен насочен поток от топлина.
Всъщност BlueHeart Energy не произвежда пълни термопомпени системи. Вместо това тя доставя основния двигател, който се интегрира в готови продукти от партньорски компании. В резултат на това навлизането на пазара зависи не само от компанията, но и от нейните партньори.
Производителност
Сравненията на производителността с конвенционалните термопомпи са нюансирани. „Системите с парна компресия могат да постигнат много висока ефективност при специфични работни условия“, каза Хартман. „Термоакустичните системи предлагат по-равномерна работа в по-широк диапазон от условия“.
Вместо да достига пик в една оптимална точка, системата поддържа относително стабилен профил на ефективност, особено при по-високи температурни разлики. Това я прави добре пригодена за съществуващи сгради, където често са необходими по-високи работни температури.
„На практика това прави технологията особено подходяща за реновации“, каза Хартман. „По-старите сгради, които представляват мнозинството от жилищния фонд в Европа, често не могат да поемат нискотемпературно отопление – не и без без скъпи ремонти. Термоакустичните системи могат да работят със съществуващи радиатори и тръбопроводи, намалявайки необходимостта от обширни ремонти“.
Докато производството се разгръща бавно и партньорствата се разширяват, предстоящата година ще бъде решаваща за определяне на това колко бързо термоакустичната технология ще спечели пазарен дял.
Нейният успех ще зависи не само от техническата производителност, но и от способността ѝ да отговори на практическите предизвикателства за домакинствата, монтажниците и участниците в индустрията.
„Ясно е“, казва Хартман, „че технологията идва в момент на значителна промяна. Тъй като енергийните системи стават все по-децентрализирани, динамични и базирани на възобновяеми източници, гъвкави решения като термоакустичните термопомпи биха могли да играят все по-важна роля“.
