ШВЕЙЦАРІЯ: Дослідники з Федеральної Вищої Технічної Школи ETH Zurich та Університету Прикладних Наук Східної Швейцарії в місті Buchs стверджують, що зміна складу холодоагентних сумішей може дозволити тепловим насосам генерувати різні температури від різних джерел тепла, одночасно системну підвищуючи ефективність до 25%.
Науковці випробували новий підхід на цьому тестовому стенді. Фото: Ostschweizer Fachhochschule
За інформацією з наукових кіл, нова технологія особливо перспективна для електрифікації технологічного тепла в харчовій, хімічній та фармацевтичній промисловості.
Дослідники з ETH Zurich та Університету Buchs вневнені, що існуючі промислові теплові насоси, як правило, є дорогими конструкціями, які виготовляються на замовлення для конкретного промислового застосування та температури.
У звичайних теплових насосах досяжна температура та температурний профіль значною мірою визначаються вибором холодоагенту. Усі компоненти теплового насоса – від випарника та компресора до конденсатора та розширювального клапана – адаптовані до цього холодоагенту. Якщо виробництво, наприклад, потребує тепла за різних температур для декількох застосувань, наразі цього можна досягти лише за допомогою декількох теплових насосів, кожен з яких має різний холодоагент. Дослідники стверджують, що це і дорого, і незручно, тому й теплові насоси поки що не досягли успіху в промисловому секторі.
Університетські дослідники стверджують, що розробили рішення, яке дозволяє тепловим насосам дешево та гнучко генерувати тепло за умов різних температур до 200ºC.
André Bardow, професор енергетичних і технологічних систем технічної школи ETH Zurich, вважає, що його команда знайшла краще рішення: “Замість одного холодоагенту ми використовуємо суміш. Це дозволяє тепловому насосу використовувати різні джерела тепла та створювати різні температурні профілі”.
Склад холодоагентної суміші можна змінювати для різних застосувань. Таким чином, замість того, щоб переробляти весь тепловий насос, коли потрібна інша температура, компанії можуть просто змінити суміш.
Тести спочатку були розроблені для гідрофторвуглецевих та гідрохлорфторвуглецевих холодильних агентів з низьким показником Потенціалу Глобального Потепління GWP, що пропонують широкий діапазон критичних температур. Наприклад, R1234yf має критичну температуру 94,7°C, тоді як R1336mzz(Z) має критичну температуру 171,4°C.
Крім того, оскільки гідрофторвуглецеві та гідрохлорфторвуглецеві холодоагенти не вимагають заходів безпеки, як легкозаймисті робочі рідини, вони підходять для дослідницького тестування сумішей у звичайних лабораторних умовах.
Однак, усвідомлюючи проблеми з навколишнім середовищем і той факт, що Європейська Унія може заборонити деякі гідрофторвуглецеві та гідрохлорфторвуглецеві холодоагенти найближчим часом, дослідники мають провести подібні експерименти з іншими рідинами, серед яких також ‘природні’ холодоагенти.
Сама суміш складається з традиційного холодоагенту та іншого компонента. Температурний профіль теплового насоса визначається співвідношенням цих двох інгредієнтів. “В принципі, ви можете мати будь-яку кількість різних профілів для промислових процесів, якщо температура не перевищує 200ºС. Це головна перевага, яку пропонує наша технологія”, зазначає Bardow.
Для визначення відповідних компонентів для холодоагентіної суміші, дослідники розробили комп’ютерну модель, що імітує контур теплового насоса з різними варіантами холодоагентної суміші. “Ми розширили існуючі термодинамічні моделі для теплових насосів, інтегрувавши компоненти теплового насоса, а також склад суміші в процес оптимізації”, пояснює Dennis Roskosch, старший науковий співробітник дослідницької групи Bardow.
Результати показують, що суміші не тільки перевершують чисті рідини за певних робочих умов, але й можуть підтримувати вищий коефіцієнт ефективності COP у різних робочих умовах. Подвійні та потрійні суміші в цьому дослідженні мають температурний гістерезис від 10 до 40 К і складаються з R1336mzz(Z), R1233zd(E), R1224yd(Z), R1234yf і R32.
Для зміни температури на 35 K між джерелом тепла та поглиначем було виявлено, що найкращі суміші мають перевагу в коефіцієнті COP приблизно на 16% порівняно з найефективнішою чистою рідиною R1234yf.
Було також виявлено, що максимальний коефіцієнт COP кількох подвійних і потрійних сумішей був майже рівним, що свідчить про гнучкість у виборі суміші. Крім того, зміна робочих умов показала, що коефіцієнт COP сумішей загалом був більш стабільним, ніж COP чистих рідин.
Коли дослідники знайшли оптимальну суміш холодоагенту, вони підтвердили її властивості в лабораторії теплових насосів Університету Прикладних Наук Східної Швейцарії. “Випробування довели, що наша суміш підвищує ефективність комерційно доступного промислового теплового насоса до 25%, як ми і передбачали”, наголошує професор Stefan Bertsch, який очолює лабораторію теплових насосів.
За галузевою інформацією, численні швейцарські та міжнародні компанії вже висловили інтерес до цієї технології. Наразі дослідники тісно співпрацюють з виробниками теплових насосів і промисловими партнерами. Наступним кроком є планування та будівництво пілотної установки для проведення подальших випробувань.
Тести опубліковані в International Journal of Refrigeration.
Джерело: Coolingpost
/
Переклад: ЛІКОНД
