Использование энергии солнца: новая волна технологий отопления жилых помещений

Поскольку глобальный спрос на энергию растет, а потребность в устойчивых решениях становится все более настоятельной, солнечная энергия находится на переднем крае инноваций в технологиях отопления жилых помещений. Многообещающее достижение в этой области исходит от исследователей из MIT World Peace University в Индии, которые сосредоточились на разработке технологии прямого расширения солнечного теплового насоса (DX-SHP) для различных жилых и промышленных применений, включая нагрев воды, солнечную сушку, отопление помещений и промышленное технологическое отопление. В этой статье рассматриваются последние исследования, производительность системы и будущие перспективы технологии DX-SHP.

Использование солнечной энергии: проект эффективного солнечного коллектора-испарителя

Основное внимание в этом исследовании уделяется инновационному дизайну и оптимизации солнечный коллектор-испаритель. По словам ведущего исследователя Рахула Ашока Патила, это стержень системы, определяющий ее общую эффективность и производительность. Непосредственно интегрировав испаритель в солнечный коллектор, исследователи обнаружили, что он улучшает тепловые характеристики системы, превосходящей традиционные конструкции косвенных тепловых насосов.

Эта система очень эффективна благодаря  прямая передача тепла от солнечного коллектора к хладагенту. Это устраняет необходимость в промежуточных процессах теплообмена, делая всю систему более оптимизированной. Исследование предлагает важные идеи по оптимизации параметры проектирования и условия эксплуатации систем DX-SHP.

Более того, Патил подчеркивает потенциал интеграции фотоэлектрическая (PV) энергия с системами DX-SHP. Использование электроэнергии, вырабатываемой фотоэлектрическими панелями, для питания компрессоров и вспомогательных компонентов может значительно повысить энергоэффективность, особенно в сочетании с решениями по хранению энергии. Такая интеграция обеспечивает максимальное использование как солнечной тепловой, так и солнечной фотоэлектрической энергии, что приводит к более устойчивому и экономически эффективному решению по отоплению.

Показатели производительности систем DX-SHP

Производительность систем DX-SHP впечатляет, с заметными результатами в различных условиях эксплуатации. Эти системы могут нагревать воду из 15°C - 60°C с коэффициент полезного действия (КПД) в диапазоне от 1,5–4,5. Система достигает максимальной производительности при морозные условия, что особенно выгодно для холодного климата.

Исследователи выделили несколько ключевых факторов, влияющих на эффективность системы:

• Солнечная радиация: Оптимальная производительность достигается, когда солнечное излучение находится в диапазоне 350 Вт/м² и 700 Вт/м²<р>.<р>
• Скорость ветра: Идеальная скорость ветра колеблется от 0,5 м/с до 2,5 м/с, что влияет на эффективность теплообмена.
• Температура окружающей среды: Система работает лучше всего, когда наружная температура находится в диапазоне 5°C и 35°C<р>.<р>

Эти показатели эффективности обеспечивают прочную основу для дальнейшей оптимизации и более широкого внедрения систем DX-SHP в жилых и промышленных помещениях.

Основные компоненты солнечных тепловых насосов с прямым расширением

Системы DX-SHP состоят из нескольких основных компонентов, которые работают вместе в цикле теплового насоса:

1. Солнечный коллектор-испаритель: Этот критически важный компонент может быть либо автономным солнечный тепловой коллектор или фотоэлектрическая тепловая (PVT) панель. Испаритель непосредственно интегрирован в коллектор, где он поглощает тепло от обоих солнечная радиация и окружающий воздух.
2. Компрессор: Он сжимает газообразный хладагент, повышая его температуру и давление перед отправкой в ​​конденсатор.
3. Конденсатор: Здесь хладагент высвобождает поглощенное им тепло, которое затем используется для нагрева воды, отопления помещений или других целей.
4. Расширительный клапан: Пройдя через конденсатор, хладагент перемещается в расширительный клапан, где он охлаждается и готов снова поглощать тепло в испарителе.

Прямая интеграция испарителя в солнечный коллектор позволяет системе эффективно работать даже в пасмурные дни, поскольку коллектор также может забирать тепло из окружающего воздуха.

Достижения в проектировании солнечных коллекторов-испарителей

Дизайн солнечный коллектор-испаритель играет ключевую роль в повышении производительности системы. Команда экспериментировала с различными конструкциями и пришла к выводу, что трубчатые коллекторы-испарители обеспечивают наивысшую эффективность при различных погодных условиях, что делает их оптимальным выбором для систем DX-SHP. Ребристые трубы позволяют увеличить площадь поверхности, улучшая поглощение тепла и скорость передачи.

Кроме того, исследователи рекомендуют использовать экологически чистые хладагенты<р> и <р>наножидкости для повышения как тепловой, так и электрической эффективности системы. Наножидкости, представляющие собой жидкости, наполненные наночастицами, как было показано, улучшают теплопередачу, дополнительно оптимизируя производительность фотоэлектрические-тепловые (PVT) коллекторы-испарители<р>.<р>

Потенциал фотоэлектрической интеграции

Одним из самых интересных аспектов этого исследования является потенциальная возможность интеграции фотоэлектрические (PV) системы с технологией DX-SHP. Благодаря питанию компрессора и других компонентов системы солнечной электроэнергией общее потребление энергии снижается, что делает систему еще более устойчивой. Кроме того, сочетание солнечной тепловой и фотоэлектрической технологий с накопитель энергии Решения могут помочь домовладельцам максимально эффективно использовать энергию в часы пониженной нагрузки или в пасмурные дни.

Эта интеграция не только повышает энергоэффективность, но и предлагает экономически эффективное решение для снижения зависимости от ископаемого топлива. Поскольку технологии хранения энергии продолжают развиваться, будущее системы солнечной энергии выглядит все более перспективным для применения в отоплении жилых помещений.

Перспективы на будущее и рекомендации

Заглядывая вперед, исследовательская группа предлагает несколько направлений для дальнейшего изучения:

• Теплообменные жидкости: Изучение использования альтернативных жидкости для теплопередачи вместо хладагентов в испарители рулонного типа и с воздушным источником может привести к новым прорывам в области теплообменников с косвенным расширением.
• Системная интеграция: Исследование интеграции систем DX-SHP с проекты устойчивых зданий и другие технологии возобновляемой энергии имеют важное значение для более широкого внедрения.
• Оптимизация жидкости: Оценка производительности различных жидкостей и их влияния на эффективность системы может способствовать дальнейшей оптимизации систем DX-SHP.

Полученные результаты имеют важные последствия для обоих жилой<р> и <р>промышленное отопление, а будущие исследования могут расширить спектр применения и улучшить воздействие системы на окружающую среду.

Заключение

Новаторское исследование, проведенное Массачусетским технологическим институтом в Индии, знаменует собой значительный шаг вперед в использовании солнечной энергии для технологий отопления жилых помещений. Благодаря инновациям в конструкция солнечного коллектора-испарителя, интеграция фотоэлектрические системы, а также потенциал использования современных материалов, таких как наножидкости, Технология DX-SHP готова произвести революцию в энергоэффективных решениях для отопления. Поскольку все больше домов и отраслей стремятся сократить свои выбросы углерода, Системы солнечного теплового насоса с прямым расширением предложить убедительную и устойчивую альтернативу для будущего технологий отопления.