เทคโนโลยีปั๊มความร้อนเป็นเทคโนโลยีการทำความเย็นและทำความร้อนที่อนุรักษ์พลังงานชนิดใหม่ ซึ่งในอดีตใช้หลักในด้านการทำความร้อนและปรับอากาศของอาคาร เนื่องจากระบบปั๊มความร้อนมีประสิทธิภาพที่ดีในด้านการอนุรักษ์พลังงานและการปกป้องสิ่งแวดล้อม ระบบจ่ายน้ำร้อนที่สะอาดจึงมีการใช้ปั๊มความร้อนเป็นแหล่งความร้อนมากขึ้นเรื่อยๆ [2]และนำอากาศภายนอกเป็นแหล่งความร้อนสำหรับปั๊มความร้อน โครงสร้างเรียบง่าย ไม่จำเป็นต้องมีห้องเครื่องยนต์เฉพาะ ติดตั้งง่ายและใช้งานสะดวก มีข้อได้เปรียบที่ทดแทนไม่ได้ในด้านการจ่ายน้ำร้อนที่สะอาดถูกสุขอนามัย นอกจากระบบปั๊มความร้อนสำหรับน้ำร้อนขนาดใหญ่แล้ว ยังมีเครื่องทำน้ำร้อนแบบปั๊มความร้อนขนาดเล็กสำหรับใช้ในบ้านหลายยี่ห้อวางจำหน่ายในท้องตลาดในปัจจุบัน แต่ ปั๊มความร้อนจากอากาศ วัตถุประสงค์หลักคือความสามารถในการให้ความร้อน และสัมประสิทธิ์การให้ความร้อนของประสิทธิภาพจะลดลงตามอุณหภูมิภายนอกที่ลดลง ดังนั้นการใช้งานจึงได้รับข้อจำกัดจากอุณหภูมิแวดล้อม โดยทั่วไปเหมาะสำหรับพื้นที่ที่มีอุณหภูมิต่ำสุด – 10? ขึ้นไป [3].
เทคโนโลยีปั๊มความร้อนและสหภาพพลังงานแสงอาทิตย์จัดหาน้ำร้อนสำหรับชีวิต ทั้งในประเทศและต่างประเทศได้ทำการวิจัยในแง่นี้มากมาย โดยหลักแล้วมีสองวิธี ชนิดหนึ่งใช้เครื่องทำความร้อนเสริมของระบบพลังงานแสงอาทิตย์โดยตรงโดย ปั๊มความร้อนจากอากาศ , อีกประเภทหนึ่งคือการใช้พลังงานความร้อนจากแสงอาทิตย์สำหรับแหล่งความร้อนต่ำหรือระบบปั๊มความร้อนพลังงานแสงอาทิตย์ของเครื่องระเหยของปั๊มความร้อนพลังงานแสงอาทิตย์แบบสะสมพลังงานความร้อนจากแสงอาทิตย์แบบแรกใช้พลังงานแสงอาทิตย์ในการให้ความร้อนโดยตรงเป็นหลักโดยใช้ปั๊มความร้อนเป็นตัวช่วย แต่ยังมีปัญหาเรื่องพลังงานแสงอาทิตย์ที่สะสมไม่ต่อเนื่อง แต่ยังคงไม่สามารถกำจัดอุณหภูมิแวดล้อมที่ส่งผลกระทบต่อคุณสมบัติทางความร้อนของระบบปั๊มความร้อนได้แหล่งความร้อนจากปั๊มความร้อนในภายหลังใช้พลังงานแสงอาทิตย์อย่างสมบูรณ์ ทำให้ประสิทธิภาพการใช้พลังงานแสงอาทิตย์เพิ่มขึ้นอย่างมาก แต่เนื่องจากทรัพยากรพลังงานแสงอาทิตย์ไม่เพียงพอในบางช่วงเวลา จึงยังจำเป็นต้องเพิ่มแหล่งความร้อนเสริมอื่น ๆ และความสามารถในการให้ความร้อนของปั๊มความร้อนถูกจำกัดโดยปริมาณความร้อนที่เก็บได้จากพลังงานแสงอาทิตย์ ขนาดของระบบจึงค่อนข้างเล็กโดยทั่วไป.
ในระบบน้ำร้อนพลังงานแสงอาทิตย์ขนาดใหญ่แบบรวมศูนย์ ปั๊มความร้อนถือเป็นอุปกรณ์เสริมที่ค่อนข้างเหมาะสมอย่างยิ่งในการปรับปรุงประสิทธิภาพการเคลื่อนที่ของน้ำร้อนภายใต้สภาพแวดล้อมที่มีอุณหภูมิต่ำ ขยายขอบเขตการใช้งาน และรวมประสบการณ์ขั้นสูงจากการวิจัยปั๊มความร้อนพลังงานแสงอาทิตย์ทั้งในและต่างประเทศ เราได้พัฒนาปั๊มความร้อนพลังงานแสงอาทิตย์แบบรวมศูนย์ชนิดหนึ่งซึ่งเหมาะกับการทำงานในสภาพแวดล้อมที่มีอุณหภูมิต่ำระบบนี้ใช้หน่วยปั๊มความร้อนเสริมพลังงานแสงอาทิตย์แบบใหม่ชนิดหนึ่งที่ใช้พลังงานความร้อนต่ำและระบบรวมการเก็บพลังงานแสงอาทิตย์ พลังงานแสงอาทิตย์และปั๊มความร้อนเป็นแหล่งความร้อนเสริมซึ่งกันและกัน ใช้พลังงานแสงอาทิตย์ให้มากที่สุด แก้ไขปัญหาสภาพอากาศที่มีเมฆมากและเมื่ออุณหภูมิแวดล้อมในฤดูหนาวต่ำจนพลังงานแสงอาทิตย์ไม่เพียงพอในการรับประกันอัตราการจ่ายน้ำร้อน ทำให้สามารถจ่ายน้ำร้อนได้ตลอดทั้งปีในทุกสภาพอากาศ.
1 พลังงานแสงอาทิตย์ – องค์ประกอบของระบบน้ำร้อนส่วนกลางแบบปั๊มความร้อน
1.1 พลังงานแสงอาทิตย์ – ระบบน้ำร้อนส่วนกลางด้วยปั๊มความร้อน ประกอบด้วยพื้นฐาน
ส่วนประกอบหลักของระบบผลิตน้ำร้อนส่วนกลางด้วยพลังงานแสงอาทิตย์ – ปั๊มความร้อน สำหรับตัวเก็บพลังงานแสงอาทิตย์และหน่วยปั๊มความร้อนเสริมพลังงานแสงอาทิตย์ รวมถึงสิ่งอำนวยความสะดวกอื่น ๆ และระบบผลิตน้ำร้อนส่วนกลางแบบดั้งเดิมนั้นเหมือนกัน ซึ่งรวมถึงปั๊มหมุนเวียนพลังงานแสงอาทิตย์ ปั๊มเชื่อมต่อน้ำร้อน เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อน ถังน้ำร้อน และตัวควบคุม เป็นต้น ดังแสดงในรูปที่ 1.
1.2 หน่วยปั๊มความร้อนเสริมความร้อนพลังงานแสงอาทิตย์
1.2.1 หลักการทำงานของหน่วยปั๊มความร้อนเสริมความร้อนพลังงานแสงอาทิตย์
เพื่อให้ปั๊มความร้อนในสภาพแวดล้อมที่มีอุณหภูมิต่ำทำงานอย่างมีประสิทธิภาพสูง มั่นคง และเชื่อถือได้ หน่วยงานวิจัยทางวิทยาศาสตร์และสถาบันการผลิตทั้งในและต่างประเทศจำนวนมากได้ดำเนินการวิจัย พัฒนา และปรับปรุง โดยมีแนวทางหลักสามประการประการแรก ขึ้นอยู่กับแหล่งความร้อนเสริมภายนอกเพื่อเพิ่มคุณสมบัติทางความร้อนของระบบความร้อนต่ำของปั๊มความร้อน เช่น เพิ่มอุณหภูมิการรั่วไหลของน้ำร้อนในระบบปั๊มความร้อนผ่านการให้ความร้อนไฟฟ้า ใช้เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนภายนอกของห้องให้ความร้อนเสริมของหัวเผา เพื่อวางรอบๆ คอมเพรสเซอร์เพื่อเปลี่ยนวัสดุการฟื้นฟูให้เพิ่มขึ้นภายใต้สภาวะระบบอุณหภูมิต่ำ การเคลื่อนไหวร้อนที่เพิ่มขึ้นและอื่นๆประการที่สอง เพิ่มประสิทธิภาพทางความร้อนของระบบอุณหภูมิต่ำของปั๊มความร้อนผ่านการปรับปรุงระบบหมุนเวียนสารทำความเย็น เช่น การใช้ระบบอัดสองขั้นตอน ปั๊มความร้อนจากอากาศ, ในบรรดาสมมติฐานที่ฟื้นฟูเส้นทางพลังงานที่สำคัญของปั๊มความร้อนและอื่น ๆ; ประการที่สาม ใช้ระบบแปลงความถี่ ภายใต้โหมดการทำงานที่อุณหภูมิต่ำ ทำให้คอมเพรสเซอร์ทำงานด้วยความเร็วสูงเพื่อเพิ่มการหมุนเวียนของสารทำงาน ในขณะเดียวกันก็ป้องกันไม่ให้ห้องทำงานของคอมเพรสเซอร์พ่นความร้อนเกินไป จึงทำให้หน่วยปั๊มความร้อนทำงานได้ตามปกติ.
หน่วยปั๊มความร้อนเสริมสำหรับพลังงานแสงอาทิตย์ผลิตขึ้นตามวิธีแรกที่กล่าวมาข้างต้น ดังแสดงในรูปที่ 2 โดยเพิ่มตัวแลกเปลี่ยนความร้อนเสริมบนเครื่องระเหยของหน่วยเมื่อระบบปั๊มความร้อนในสภาพแวดล้อมที่มีอุณหภูมิต่ำมีการเคลื่อนที่ของอากาศร้อน อากาศร้อนที่มีอุณหภูมิสูงกว่าอุณหภูมิแวดล้อมจะถูกส่งผ่านตัวแลกเปลี่ยนความร้อนเสริมนี้ จากนั้นอากาศภายนอกที่จะเข้าสู่ตัวระเหยจะทำการแลกเปลี่ยนความร้อนกับอากาศร้อนดังกล่าวเพื่อเพิ่มอุณหภูมิของอากาศ ทำให้สารทำความเย็นระเหยและดูดซับความร้อนจากสภาพแวดล้อมที่มีอุณหภูมิสูงขึ้น ส่งผลให้อุณหภูมิการระเหยของสารทำความเย็นสูงขึ้น และปรับปรุงสภาพการทำงานของคอมเพรสเซอร์.
2. แผนภาพหน่วยปั๊มความร้อนเสริมพลังงานแสงอาทิตย์
1.2.2 คุณลักษณะประสิทธิภาพของหน่วยปั๊มความร้อนเสริมความร้อนพลังงานแสงอาทิตย์ [7]
เปรียบเทียบกับของธรรมดา ปั๊มความร้อนจากอากาศ , หน่วยปั๊มความร้อนเสริมพลังงานแสงอาทิตย์ทำงานภายใต้โหมดการทำงานที่อุณหภูมิต่ำมีลักษณะเด่นที่เห็นได้ชัดหลายประการดังนี้:
(1) การปรับปรุง COP อย่างโดดเด่น
ภายใต้สภาวะอุณหภูมิแวดล้อมเดียวกัน การให้ความร้อนเสริมด้วยพลังงานแสงอาทิตย์ช่วยให้อุณหภูมิการระเหยของระบบสารทำความเย็นเพิ่มขึ้น ค่าสัมประสิทธิ์คุณสมบัติทางความร้อนของระบบหน่วยอยู่ในระดับปกติ ปั๊มความร้อนจากอากาศ หน่วยมีการปรับปรุงที่ชัดเจน ค่าสัมประสิทธิ์คุณสมบัติทางความร้อนของระบบปั๊มความร้อนพร้อมกับการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิการระเหย ดังแสดงในรูปที่ 2.
(2) ป้องกันการเกิดน้ำแข็งเกาะคอยล์เย็น ลดระยะเวลาการละลายน้ำแข็ง
จากผลของฟังก์ชันการให้ความร้อนของแหล่งความร้อนเสริม อุณหภูมิของอากาศที่เข้าสู่เครื่องระเหยเพิ่มขึ้น ทำให้โอกาสการเกิดน้ำแข็งลดลง ซึ่งอาจป้องกันไม่ให้เกิดน้ำแข็งบนพื้นผิวของเครื่องระเหย ทำให้เครื่องระเหยรักษาประสิทธิภาพการถ่ายเทความร้อนสูงไว้ได้ ในเวลาเดียวกัน จำนวนครั้งและระยะเวลาของการเกิดน้ำแข็งของเครื่องก็ลดลงอย่างมาก ซึ่งอาจช่วยประหยัดพลังงานไฟฟ้าเป็นจำนวนมาก และรับประกันการทำงานอย่างต่อเนื่องของเครื่องปั๊มความร้อน.
(3) ปรับปรุงสภาพการทำงานของคอมเพรสเซอร์เครื่องปรับอากาศ และยืดอายุการใช้งานของหน่วยขยาย
เมื่ออุณหภูมิแวดล้อมต่ำ อัตราการอัดของคอมเพรสเซอร์ปรับอากาศจะเพิ่มขึ้นอย่างฉับพลัน ทำให้อุณหภูมิการปล่อยของคอมเพรสเซอร์สูงเกินกว่าค่าที่อนุญาตของคอมเพรสเซอร์บ่อยครั้ง ส่งผลให้คอมเพรสเซอร์หยุดทำงานบ่อยครั้ง ไม่สามารถทำงานได้ตามปกติ หากเป็นเช่นนี้ต่อเนื่องเป็นเวลานาน จะทำให้ประสิทธิภาพโดยรวมของคอมเพรสเซอร์เสียหาย และลดอายุการใช้งานของระบบปรับอากาศนำแหล่งความร้อนเสริมผ่านพลังงานแสงอาทิตย์เพื่อเพิ่มอุณหภูมิการระเหยของระบบ ปรับปรุงสภาพการทำงานของคอมเพรสเซอร์ทางอ้อม ไม่เพียงแต่แก้ปัญหาคอมเพรสเซอร์ที่ไม่สามารถทำงานได้ตามปกติในสภาพแวดล้อมภายนอกที่มีอุณหภูมิต่ำเท่านั้น แต่ยังอาจทำให้อายุการใช้งานของหน่วยปั๊มความร้อนทั้งหมดยาวนานขึ้นอย่างมีประสิทธิภาพ.
1.2.3 การออกแบบเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนเสริมพลังงานแสงอาทิตย์
เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนเสริมที่ตั้งอยู่ด้านข้างของเครื่องระเหยแบบอัดไอซ้ำ ซึ่งเป็นส่วนหนึ่งของหน่วยปั๊มความร้อนและการออกแบบการผลิตการซิงโครไนซ์ของหน่วยปั๊มความร้อน ใช้ร่วมกับเครื่องระเหยที่มีขนาดและคุณภาพวัสดุของท่อครีบแลกเปลี่ยนความร้อนที่คล้ายคลึงกันพื้นที่ถ่ายเทความร้อนของเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนเสริม, อากาศที่ผ่านความร้อนที่เพิ่มขึ้นและช่องว่างของเครื่องระเหยแบบอัดไอควรเป็นความร้อนเสริมซึ่ง, อุณหภูมิน้ำพลังงานแสงอาทิตย์, อุณหภูมิแวดล้อม และพารามิเตอร์ของหน่วยปั๊มความร้อน เป็นต้น อุณหภูมิการระเหย, ปริมาณลมในกองสามารถให้ตามการคำนวณการออกแบบที่ดำเนินการโดยตัวเก็บพลังงานแสงอาทิตย์.
1.3 เครื่องเก็บพลังงานแสงอาทิตย์
ในปัจจุบัน เครื่องเก็บกักพลังงานแสงอาทิตย์ที่ใช้ในโครงการน้ำร้อนพลังงานแสงอาทิตย์โดยทั่วไปมีเครื่องเก็บกักพลังงานแสงอาทิตย์แบบแผ่น, เครื่องเก็บกักพลังงานแสงอาทิตย์แบบท่อสูญญากาศทั้งหมด, เครื่องเก็บกักพลังงานแสงอาทิตย์แบบท่อสูญญากาศรูปตัว U, เครื่องเก็บกักพลังงานแสงอาทิตย์แบบท่อสูญญากาศชนิดท่อความร้อน และเครื่องเก็บกักพลังงานแสงอาทิตย์แบบท่อสูญญากาศชนิดกระแสตรง ทั้งหมด 5 ประเภท [8]เกี่ยวกับระบบน้ำร้อนพลังงานแสงอาทิตย์แบบรวมศูนย์สำหรับการใช้งานประจำปีที่มีขนาดใหญ่พอสมควร ตัวเก็บพลังงานแสงอาทิตย์ที่ร้องขอควรมีความสามารถในการรับแรงกดได้ระดับหนึ่ง เมื่อเปรียบเทียบกับประสิทธิภาพความร้อนของ Gaoji ควรเปรียบเทียบกับความต้านทานของท่อขนาดเล็ก ความสามารถในการต้านทานการแข็งตัว และง่ายต่อการบำรุงรักษาในเครื่องเก็บพลังงานแสงอาทิตย์ประเภทนี้ เครื่องเก็บพลังงานแสงอาทิตย์แบบท่อสูญญากาศแก้วทั้งท่อ แม้ว่าจะมีประสิทธิภาพการเก็บความร้อนสูงและมีส่วนแบ่งการตลาดมาก แต่เนื่องจากไม่สามารถทนต่อการเคลื่อนที่ของแรงกดดันได้ และเกิดการแตกร้าวได้ง่ายจากการแช่แข็ง จึงไม่เหมาะสำหรับการใช้ในระบบน้ำร้อนพลังงานแสงอาทิตย์ในพื้นที่ขนาดใหญ่ ส่วนใหญ่มักใช้เป็นส่วนเก็บความร้อนในเครื่องทำน้ำร้อนพลังงานแสงอาทิตย์สำหรับใช้ในบ้านอีกสี่ชนิดคือตัวสะสมพลังงานแสงอาทิตย์แบบดูดซับโลหะ ซึ่งสามารถเคลื่อนที่ตามแรงดันได้ เหมาะสำหรับการนำไปใช้ในโครงการน้ำร้อนพลังงานแสงอาทิตย์ขนาดใหญ่.
