✏️ Водоснабжение и канализация: Система «тепловой насос — батарея Карно» для аккумулирования энергии бытовых солнечных панелей

Реверсивная батарея Карно для частного дома: КПД цикла заряд-разряд 35% при снижении оборотов детандера Группа Университета Л'Акуилы (Италия) рассчитала реверсивную батарею Карно, в которой тепловой насос и установка на органическом цикле Ренкина построены на одном комплекте оборудования. Избыток выработки домовой солнечной электростанции запасается в виде тепла в баке с водой под давлением и возвращается в сеть дома электроэнергией. Ключ к эффективности — управление частотой вращения детандера. Экспериментальные стенды для исследования органического цикла Ренкина (ORC) в Университете Л’Акуилы. Фото: Университет Л’Акуилы Как устроена схема Обратимость системы обеспечивается тем, что оба контура используют одни и те же аппараты, работая во встречных направлениях. В режиме заряда (тепловой насос) два теплообменника выполняют функции конденсатора и испарителя, в режиме разряда (ORC) их роли меняются на противоположные. Объёмная машина при заряде работает компрессором, при разряде — детандером. Как пояснил руководитель исследования Фабио Фатигати изданию pv magazine, при разряде рабочее тело расширяется в машине и вырабатывает электроэнергию, «когда солнечная генерация недоступна или недостаточна». Рабочее тело контура — гидрохлорфторолефин R1233zd(E). В качестве реверсивной машины принята винтовая Bitzer OSK5361-K. Схема теплового насоса обратимой батареи Карно Расчётные параметры Режим теплового насоса (заряд): теплопроизводительность — 4…31 кВт; потребляемая мощность компрессора — 1,6…5,1 кВт; температура источника низкопотенциального тепла — 50…90 °C; температура нагреваемого контура — 60…110 °C; температурный подъём — 10…25 К; максимальный COP — 9,5 при подъёме около 15 К. Тип источника низкопотенциального тепла в публикации не конкретизирован. Режим ORC (разряд): подвод тепла от бака — 24…67 кВт; электрическая мощность — 0,3…3,7 кВт; температура воды в баке в ходе разряда снижается со 110 до 70 °C. В обоих режимах работает рекуперативный теплообменник, возвращающий внутреннее тепло на подогрев рабочего тела. Управление Контуры теплового насоса и ORC имеют раздельные системы регулирования. При заряде контроллер теплового насоса корректирует момент компрессора по фактическому избытку солнечной генерации, оставшемуся после покрытия нагрузки дома, и по заданной частоте вращения. При разряде регулятор ORC поддерживает постоянный перегрев 10 К на входе в детандер — режим, определённый авторами как благоприятный для КПД машины. Результаты моделирования Модель валидирована сопоставлением расчёта с экспериментальными данными из литературы. Рассматривалось домохозяйство в центральной Италии с фотоэлектрической установкой площадью 60 м². Расчётный период — январь, избыток генерации приходился на интервал с 06:00 до 15:00. Проверялись баки-аккумуляторы объёмом 8000, 12 000 и 16 000 л. Выбран бак на 8000 л — он достигал целевой