Wissenschaftler haben zwei Gebläseventilatoren mit zwei walzverbundenen blanken Platten verwendet, um eine Wärmepumpe zu schaffen, die bei verschiedenen Umgebungstemperaturen und Sonneneinstrahlungsbedingungen betrieben werden kann. Das System hat eine durchschnittliche Tagesleistungszahl von 3.24.
Ein internationales Forschungsteam hat eine neuartige Solar-Luft-Dual-Source-Wärmepumpe (SAHP) für Warmwasserbereitungsanwendungen entwickelt.
Die Innovation des Systems liegt in der Verwendung eines Gebläses, das bei teilweiser Sonneneinstrahlung und diffusen Lichtverhältnissen eine erzwungene Konvektion ermöglicht. Erzwungene Konvektion entzieht, wie die natürliche Konvektion in herkömmlichen Solar-Luft-Dual-Source-Wärmepumpen, die Umgebungswärmequelle dem Kältemittelstrom.
„Diese Studie trägt erheblich zur Weiterentwicklung der SAHP-Technologie bei und ebnet den Weg für effizientere und nachhaltigere Wasserheizungslösungen in Regionen mit unterschiedlichen Umgebungsbedingungen“, fügte er hinzu
Die durch direkte Expansion modifizierte Solar-Luft-Dual-Source-Wärmepumpe (SAHP-MDX) umfasst einen hermetischen Rotationskompressor, ein Expansionsventil und wassergekühlte Tauchkondensatorschlangen. Der neuartige Verdampfer des Systems, der die Einschränkungen der natürlichen Konvektion überwinden soll, besteht aus der Stapelung zweier walzverbundener blanker Platten mit einem dazwischen liegenden Gebläse.
„Die Umgebungsluft wird durch zwei Gebläseventilatoren mit individuellen Motorleistungen von 35 W durch den Dual-Source-Plattenverdampfer im SAHP-MDX gedrückt“, sagten die Wissenschaftler und stellten fest, dass das System über eine Solarkollektorfläche von 1.6 m2 und einen Gesamtverdampfer verfügt Fläche von 3.2 m2. „Der hermetische Rotationskompressor mit einer Nennaufnahmeleistung von 910 W und einer Heizleistung von 3,500 W verdichtet das dampfförmige Kältemittel (R410A).“
Die neuartige Wärmepumpe verfügt über drei Betriebsmodi. Einer davon ist der Solar-Air Source Natural Mode (SANM), mit dem das System den ganzen Tag über arbeiten kann, wenn die Sonneneinstrahlung höher ist, wodurch der Verdampfer durch natürliche Konvektion Sonnenenergie und Wärme aus der Umgebungsluft gewinnen kann.
Der Solar-Air Source Forced Mode (SAFM) funktioniert auch den ganzen Tag über, aber wenn das Sonnenlicht nicht vollständig zur Verfügung steht, nutzt der Verdampfer erzwungene Konvektion, um Wärme aus der Umgebungsluft sowie Sonnenenergie zu absorbieren. Wenn in der Dämmerung oder in den Nachtstunden keine Sonneneinstrahlung vorhanden ist, verwendet das System den Air-Source Forced Mode (AFM), da der Verdampfer durch erzwungene Konvektion nur Umgebungswärmeenergie aus der Luft absorbiert.
Das neuartige System wurde in Südindien an fünf Tagen im Winter 2021 und an weiteren fünf Tagen im Sommer 2022 getestet. Es wurden täglich fünf Wassererwärmungszyklen durchgeführt, um alle Betriebsmodi auszuprobieren. In jedem Zyklus mussten 300 Liter Wasser von einer Anfangstemperatur von 31 °C auf eine Endtemperatur von 50 °C erhitzt werden.
Den Ergebnissen zufolge hatte das System im SANM-Modus einen Leistungskoeffizienten (COP) von 3.62, während SAFM und AFM 3.37 bzw. 3.05 erreichten. Der durchschnittliche tägliche COP der neuartigen Wärmepumpe während der fünf Heizzyklen pro Tag betrug 3.24. Die durchschnittliche Aufheizzeit für das SANM betrug 163 Minuten, für das SAFM 177 Minuten und für das AFM 187 Minuten.
„Insgesamt übertrifft die vorgeschlagene SAHP-MDX vergleichbare herkömmliche Dual-Source-Wärmepumpen, die in der Praxis existieren“, schlussfolgerte die Forschungsgruppe. „Es kann als praktikabler Ersatz für Warmwasserbereitungsanwendungen in realen Umgebungen mit unvorhersehbarem Wetter, unvorhersehbarer Umgebungslufttemperatur und Sonneneinstrahlung eingesetzt werden.“
Die Wissenschaftler beschrieben das System in dem kürzlich in veröffentlichten Artikel „Optimale Nutzung einer minderwertigen Solarluftquelle für die Warmwasserbereitung mit Wärmepumpe unter Verwendung eines Dual-Source-Verdampfers mit erzwungener Konvektion“. Internationale Kommunikation in der Wärme- und Stoffübertragung. Die Forscher kommen vom indischen Bannari Amman Institute of Technology, dem Sri Krishna College of Technology und der malaysischen Sunway University.
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