Jak działa pompa ciepła DUOHEAT
Od bezolejowej sprężarki odśrodkowej po analizę cyklu życia gotowego systemu — inżynieria stojąca za pompą ciepła zbudowaną dla przemysłowych temperatur.
Przełamanie bariery 100 °C
Typowe pompy ciepła wytwarzają ciepło poniżej 100 °C. Wysokotemperaturowe pompy ciepła (HTHP) zostały zaprojektowane, by przełamać tę barierę: wykorzystując niskotemperaturowe ciepło odpadowe i podnosząc jego temperaturę za pomocą czystej energii elektrycznej zamiast spalania paliw, otwierają zastosowania niedostępne dla konwencjonalnych pomp ciepła. DUOHEAT idzie o krok dalej, celując w temperaturę dostarczanego ciepła do 200 °C — osiąganą dzięki dwustopniowej konstrukcji sprężania zamiast pojedynczego stopnia sprężania.
Serce systemu
Sercem DUOHEAT jest nowatorska, bezolejowa, wysokoobrotowa sprężarka odśrodkowa. Łożyska i uszczelnienia niewymagające oleju redukują straty energii, upraszczają obsługę i eliminują ryzyko wycieku substancji szkodliwych dla środowiska. Konstrukcja sprężarki ma bezpośredni wpływ na sprawność całego systemu oraz na to, czy osiągnie on docelowe parametry temperaturowe.
Te fotografie ilustrują rodzaj maszyn wykorzystywanych w badaniach nad maszynami przepływowymi i nie są zdjęciami samej sprężarki DUOHEAT; rzeczywiste zdjęcia sprzętu DUOHEAT zastąpią je, gdy projekt wytworzy własne komponenty.
Dobór wymienników do wymagającego obiegu
Wymienniki ciepła systemu są projektowane i dobierane przez Akademię Górniczo-Hutniczą w Krakowie, wraz z budową i optymalizacją górnego źródła ciepła. Zespół wykorzystuje symulacje obliczeniowej mechaniki płynów (CFD) oraz metody optymalizacji metamodelowej do wygenerowania serii optymalnych wariantów konstrukcyjnych — prace bezpośrednio przyczyniające się do rozwoju wysokosprawnych wymienników ciepła, kluczowego wymogu instalacji wysokotemperaturowych pomp ciepła.
Wybór czynnika, który działa — i nie szkodzi środowisku
Dobór czynnika roboczego krążącego w pompie i przenoszącego jej energię jest kluczowym elementem badań. Celem projektu jest czynnik naturalny i organiczny, a nie taki, który mógłby negatywnie oddziaływać na środowisko. Wybór właściwego czynnika oznacza wyważenie jego właściwości termodynamicznych względem bezpieczeństwa i wpływu na środowisko.
Od symulacji do demonstratora
Rozwój łączy modelowanie termodynamiczne, symulacje numeryczne i optymalizację wielokryterialną — ważącą razem czynniki ekonomiczne i środowiskowe — w celu wyznaczenia najlepszych parametrów pracy, geometrii sprężarki i konstrukcji wymiennika ciepła. Program badawczy obejmuje sprężarkę, wymienniki ciepła, dobór czynnika chłodniczego, przemiany fazowe i przepływy dwufazowe, przy czym prace eksperymentalne walidują modele teoretyczne i przekazują dalsze udoskonalenia z powrotem do procesu projektowego.
Efektem tych prac jest demonstrator technologii, testowany w warunkach przemysłowych, wraz z modelem diagnostycznym instalacji oraz pełną analizą cyklu życia (LCA) oceniającą wpływ urządzenia na środowisko w całym okresie eksploatacji.