Pompa ciepła i fotowoltaika przetestowane w szklarni

Naukowcy z uniwersytetu w Nottingham zbadali wydajność płytkiej geotermalnej pompy ciepła zasilanej energią słoneczną. Docelowym przeznaczeniem systemu było utrzymywanie właściwej temperatury w szklarni.

System oparty na pompie ciepła zasilanej energią pochodzącą z fotowoltaiki badano przez 12 miesięcy. Grupa badaczy z Nottingam wykazała, że za pomocą wspomnianego systemu była w stanie utrzymać pożądaną temperaturę (powyżej 16 °C) latem, wiosną i jesienią. Jedynie zimą okazało się to problematyczne. Zatem pomimo satysfakcjonujących wyników przez większą część roku, naukowcy mają jeszcze nad czym popracować.

Cel testu w szklarni

Celem przeprowadzonych testów było zbadanie wydajności płytkiej geotermalnej pompy ciepła zasilanej energią słoneczną dla procesu chłodzenia i ogrzewania szklarni. Powierzchnia szklarni, w której odbywało się badanie, wynosi 46,94 m2, a jej objętość to 142,87 m3. Obiekt znajduje się w brytyjskim mieście Loughborough, w hrabstwie Leicestershire.

Gruntowy system magazynowania energii cieplnej dla szklarni
Gruntowy system magazynowania energii cieplnej dla szklarni. Źródło: Experimental investigation of a ground-source heat pump system for greenhouse heating–cooling.

Budowa systemu z pompą ciepła

Proponowany system składa się z kilku elementów. Należą do nich:

  • system fotowoltaiczny,
  • zbiornik na wodę o pojemności 200 litrów,
  • komercyjna pompa ciepła o mocy grzewczej 5 kW,
  • sezonowy gruntowy system magazynowania energii cieplnej (SSBTESS),
  • klimakonwektor wentylatorowy (FCU).

PV Magazine, który opisał projekt, informuje, że krytycznym elementem całego układu jest jednostka SSBTESS. Jest ona zbudowana z 24 pojedynczych pionowych wymienników ciepła (VHX) umieszczonych na głębokości 0,2 m. Natomiast pompa ciepła służy jako bufor pomiędzy pętlą zbiorczą, SSBTESS i podsystemem klimakonwektora. W projekcie również znajduje się izolacja mająca zapobiegać zbyt dużej utracie ciepła z gleby. Ponadto promieniującą podłogę pokryto betonem.

System fotowoltaiki i pompy ciepła w szkalrni
Schemat pracy systemu. Źródło: Experimental investigation of a ground-source heat pump system for greenhouse heating–cooling.

Jak to działa?

W okresach wysokiej temperatury system pobiera ciepło ze szklarni i przenosi je do gruntu poprzez VHX. Z kolei w czasie występowania niskiej temperatury ciepło wędruje ze zbiornika buforowego pompy przez rury obiegowe do klimakonwektora. W konsekwencji prowadzi to do wzrostu temperatury wewnątrz szklarni.

Rozmieszczenie fotowoltaiki wokół szklarni

Elementy systemu fotowoltaicznego umieszczono na dachu szklarni i na bocznych ścianach. Przy czym elementy pokrywające dach były półprzezroczyste. Dzięki czemu zapewniały dostęp do światła słonecznego wewnątrz szklarni. Były to konwencjonalne moduły słoneczne dostarczone przez Canadian Solar. Zainstalowana moc na dachu wynosiła 7,67 kW.

Inaczej było w przypadku ścian bocznych, na których umieszczono moduły nieprzezroczyste od producenta Polysolar Ltd. Łączna moc tych modułów wynosiła 2,8 kW, a wydajność 20%. Można jeszcze nadmienić, że pozostałe elementy systemu pochodziły od firmy Fronius.

Wnioski z przeprowadzonego eksperymentu

Podczas 12-miesięcznego testu udało się wykazać, że pompa ciepła zasilana energią słoneczną może utrzymywać temperaturę w szklarni powyżej 16 °C. Stan ten był możliwy do uzyskania przez 3 pory roku.

Wyniki były w pełni satysfakcjonujące we wszystkich miesiącach nie zimowych. Jedynie w czasie zimy pojawiał się problem z utrzymaniem pożądanej temperatury wewnątrz szklarni. Jednak naukowcy z Nottingam już wiedzą jak temu problemowi zaradzić. PV Magazine tłumaczy jakie jest rozwiązanie:

Problem można rozwiązać, zmniejszając infiltrację powietrza i zmieniając procedurę chłodzenia (…) Ponadto dzięki tej procedurze wtrysk ciepła można znacznie zwiększyć.

Naukowcy wspomnieli także, że w przyszłości chcą poprawić przewodność cieplną systemu. Potencjalnie miałoby się to odbyć poprzez wstrzykiwanie nanocząstek na bazie węgla lub metalu, poprawę wilgotności gleby, wprowadzenie roztworów PCM do wykopów.

Więcej informacji o badaniu

Przebieg projektu i zebrane wnioski opisano w czasopiśmie o tytule: „International Journal of Low-Carbon Technologies” (IJLCT). Jest to pismo, którego treść skupia się na tematyce wykorzystania technologii do rozwiązywania problemów związanych z postępującymi zmianami klimatu. Pismo publikowane jest online, a dostęp do jego artykułów jest otwarty.

Tytuł przywoływanego artykułu brzmi: „Experimental investigation of a ground-source heat pump system for greenhouse heating–cooling” (Badania eksperymentalne systemu gruntowej pompy ciepła do ogrzewania-chłodzenia szklarni). Zachęcamy do zapoznania się.

Źródła:

PV Magazine

D. Harjunowibowo, S. A. Omer, S. B. Riffat, Experimental investigation of a ground-source heat pump system for greenhouse heating–cooling

ZOSTAW ODPOWIEDŹ

Proszę wpisać swój komentarz!
Proszę podać swoje imię tutaj

Najnowsze

PARTNER STRATEGICZNY PORTALU

Kategorie

BĄDŹMY W KONTAKCIE