Demonstracijska termoelektrična podporna toplotna črpalka za toplotno podpostajo ultra-nizko-temperaturnega sistema daljinskega ogrevanja

Objavil lahde dne

  

Članek Small demonstrator of a thermoelectric heat-pump booster for an ultra-low-temperature district-heating substation predstavlja prvo eksperimentalno potrjeno raziskavo na svetu, ki dokazuje učinkovito uporabo termoelektričnih toplotnih črpalk v 4. ali 5. generaciji sistema daljinskega ogrevanja.  Članek je bil objavljen v reviji Applied Energy (IF=11.2).

Raziskovalno delo so izvedli raziskovalci Laboratorija za hlajenje in daljinsko energetiko (procesno strojništvo) v sodelovanju s podjetjem Danfoss Trata d.o.o.

Eden najpomembnejših ukrepov za energetsko učinkovitost sistemov daljinskega ogrevanja je znižanje dovodne in povratne temperature sistema. Sistemi daljinskega ogrevanja 4. generacije delujejo pri dovodnih temperaturah od 50 do 60 °C, kar omogoča boljši izkoristek obnovljivih in odpadnih virov toplote. Pri 5. generaciji so temperature dovoda/povratka bistveno nižje (< 30°C). Ti temperaturni nivoji vodijo v potrebo po lokalnem dvigu  temperature ogrevanja  (npr. zaradi sanitarne tople vode), kar se rešuje z uporabo podpornih toplotnih črpalk oziroma t.i. ˝booster-jev˝. Za dvig temperature se najpogosteje uporabljajo energetsko potratni električni grelniki ali kotli z zgorevanjem goriv, alternativo pa predstavljajo toplotne črpalke. Med slednjimi so v uporabi parno-kompresijske toplotne črpalke, ki pa uporabljajo okolju neprijazna ali pa toksična in vnetljiva hladiva, so hrupne in povzročajo vibracije, kar v bivalnem okolju negativno vpliva na ugodje bivanja.

V objavljeni raziskavi raziskovalci predstavljajo razvoj in delovanje demonstracijske termoelektrične (Peltier-jeve) podporne toplotne črpalke (TE-TČ), ki lahko služi kot podporna toplotna črpalka v toplotni podpostaji sistema daljinskega ogrevanja 4. ali 5. generacije. Predstavljena je obsežna parametrična eksperimentalna analiza z vidika ogrevalnih zmogljivosti, pretokov, dviga temperature dovodne vode in učinkovitosti.

Razvita TE-TČ izkazuje številne prednosti pred primerljivim stanjem tehnike in sicer izredno kompaktnost, tiho delovanje brez gibljivih delov in vibracij, visoko učinkovitost delovanja in uporabo okolju prijaznih reciklabilnih hladiv brez izpustov v okolje. Deluje v razponu toplotnih moči do 650 W ter najvišjim temperaturnim dvigom dovodne vode do 50 K. Pri temperaturnem dvigu dovodne vode za 10-15 K pa deluje z grelnim številom (COP) med 2 in 2.4, ki predstavlja razmerje med pridobljeno toploto in vloženo električno energijo, kar bistveno presega kakršno koli neposredno pretvorbo goriv ali električne energije v toploto, ki ima razmerje COP < 1.

Članek je dostopen na povezavi: https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2024.122899