Тепловые насосы с теплоисточниковой башней: новое решение для отопления и охлаждения в Китае

Система HSTHPS состоит из теплоисточниковой башни (HST) и блока теплового насоса (HPU). Зимой антифризная жидкость извлекает тепло из окружающего воздуха и передает его в испаритель HPU, где оно используется в обратном цикле Карно. Этот процесс позволяет улавливать как чувствительное тепло, так и скрытое тепло за счет конденсации водяного пара, что делает систему особенно эффективной во влажном климате. Летом система работает как охлаждающая установка, используя воду вместо антифриза для улучшения теплоотдачи.

Существуют открытые и закрытые теплоисточниковые башни. В открытых системах антифризный раствор напрямую контактирует с воздухом, обеспечивая низкую стоимость и высокую эффективность, но вызывая проблемы потерь раствора, загрязнения окружающей среды и коррозии. Закрытые системы используют оребренные теплообменные трубы для косвенной передачи тепла, предотвращая потерю раствора, но снижая эффективность теплообмена. Гибридные конструкции объединяют преимущества обеих технологий.

Исследования изучают тепло- и массообменные характеристики HSTHPS, в частности влияние температуры и влажности воздуха. Открытые HST демонстрируют высокую теплопередачу, но страдают от потерь раствора и коррозии. Закрытые HST требуют оптимизации теплообменников и стратегий предотвращения обледенения.

Эффективность системы оценивается по коэффициенту производительности (COP) для HPU и сезонному энергетическому коэффициенту (SEER) для всей системы. Хотя HPU показывает высокие значения COP, общий SEER лишь незначительно превышает показатели традиционных ASHPS. Основная причина - высокая вязкость и энергозатраты на циркуляцию антифриза, что увеличивает потребление электроэнергии.

Для повышения эффективности и устойчивости системы необходимо:

• Оптимизировать конструкции теплообменников в закрытых HST, учитывая типы труб, форму оребрения и защиту от обледенения.
• Разработать экологически безопасные антифризы, чтобы минимизировать потери раствора в открытых системах.
• Изучить гибридные решения, например, интеграцию HSTHPS с солнечными тепловыми установками для повышения стабильности работы.
• Совершенствовать стратегии управления системой, чтобы снизить потери энергии и повысить надежность работы в различных климатических условиях.

HSTHPS представляет собой перспективное направление в HVAC-технологиях, особенно для регионов с высокой влажностью и умеренными зимами. Дальнейшие исследования и технологические усовершенствования могут сделать эту систему конкурентоспособной альтернативой традиционным тепловым насосам в Китае и за его пределами.