Китайски изследователи тестваха хибридна термопомпена система, използваща както отпадните води от душове, така и външния въздух, в студентски общежития, като отчетоха стабилен месечен коефициент на преобразуване (COP) в диапазона от 3,4 до 4,1 за период от една година.
Термопомпата е комбинирана: тя използва топлината на отпадните води от душовете и топлината от въздуха. Учените са наблюдавали системата в продължение на една година в студентски общежития, за да оценят нейната енергийна ефективност, разходите за жизнения цикъл (LCC) и въздействието върху околната среда.
Термопомпите, използващи отпадни води (WSHP), остават нишова технология, въпреки че на пазара се предлагат системи за оползотворяване на топлина от отпадни води и продукти на базата на термопомпи за големи жилищни, обществени и хотелски сгради.
„В това проучване е представена комбинирана система WSHP-ASHP, която оползотворява топлината от отпадните води от душове и осигурява еквивалентно количество топла вода по време на къпане“, поясниха изследователите.
„Въз основа на данни от реалната експлоатация в продължение на една година – като входни температури и дебити на прясната и отпадната вода, температура в резервоара и дневно потребление на електроенергия от системата – бяха извършени валидиране чрез динамична симулация и цялостен анализ на ползите“, допълниха те.
Изследователите инсталираха системата в две студентски общежития в кампуса на Китайския петролен университет в Циндао (провинция Шандун, Китай), където са настанени около 2500 студенти. Тя се състои от термопомпа за отпадни води (WSHP) с мощност 200 kW, термопомпа за въздух (ASHP) с мощност 120 kW, резервоар за топла вода с обем 40 куб. м. и резервоар за отпадни води с обем 40 кубика.
Термопомпата за отпадни води (WSHP), която включва топлообменник за предварително загряване и два цикъла на парна компресия, служи като основен източник на топлина. Когато отпадните води от душовете достигнат предварително зададено ниво в резервоара за съхранение, WSHP извлича топлината им и я използва за загряване на еквивалентен обем постъпваща прясна вода.
Термопомпата за въздух (ASHP) осигурява допълнително загряване, когато количеството отпадни води е недостатъчно или WSHP не може да загрее водата до необходимата температура. Извън периодите на къпане през деня, ASHP поддържа температурата в резервоара за топла вода.
Системата осигурява топла вода за санитарните възли в часовия интервал от 12:00 до 23:00 ч., като управлението ѝ се извършва въз основа на температурата на водата и наличното количество отпадни води.
Изследователите използваха онлайн платформа за мониторинг, за да събират данни за работата на системата на всеки час, включително температури на водата, дебити, температури в резервоарите и консумация на електроенергия.
Екипът изгради и самостоятелна експериментална система с термопомпа, използваща отпадна вода (WSHP), за да тества ефективността ѝ при различни работни условия. Инсталацията включваше топлообменник за предварително подгряване, ниско- и високотемпературни степени на термопомпата, резервоари за топла и отпадна вода, помпи и измервателна апаратура.
Изследователите променяха входната температура на прясната вода, както и дебитите на прясната и отпадната вода. Всеки работен режим беше тестван седем пъти, за да се определят топлинната мощност, консумацията на енергия и коефициентът на преобразуване (COP) на системата.
Впоследствие екипът извърши симулация на цялостната хибридна система в софтуерната среда TRNSYS. Моделът включваше измерените данни за потреблението на топла вода, температурите и дебитите на отпадните води от общежитията, местни метеорологични данни, работни характеристики, изведени от експериментите със самостоятелната WSHP система, както и данни от производителя за термопомпата, използваща външен въздух (ASHP).
„Резултатите показват, че максималната относителна грешка при почасовата температура в резервоара не надвишава 9%, а относителните грешки при месечната консумация на енергия са в рамките на 6%“, отбелязаха изследователите.
„Симулацията на комбинираната система показва, че за разлика от ASHP, коефициентът на преобразуване (COP) на WSHP е най-висок през зимата и най-нисък през лятото. Месечният COP на системата WSHP-ASHP остава сравнително стабилен през цялата година, варирайки от 3,4 до 4,1,“ уточниха те.
Резултатите също така показаха, че хибридната система предлага значителни предимства по отношение на разходите в рамките на жизнения цикъл в сравнение с конвенционалните котли и генерира най-ниски емисии на въглероден диоксид. Тя намалява годишните емисии на въглероден диоксид със 77,77% спрямо електрически котел и с 60,76% спрямо котел на въглища.
