Ερευνητές από το Πανεπιστήμιο του Nottingham στο Ηνωμένο Βασίλειο ανέπτυξαν ένα οικιακό σύστημα αντλίας θερμότητας με πηγή πάγου, το οποίο αξιοποιεί υπάρχοντες αγωγούς φυσικού αερίου για τη μεταφορά νερού που απαιτείται για τη λειτουργία της αντλίας θερμότητας. «Η αντλία θερμότητάς μας παρουσιάζει ανώτερη απόδοση σε σύγκριση με όλους τους υπάρχοντες τύπους, σύμφωνα με τους ισχυρισμούς μας. Έχουμε αναπτύξει ένα πρωτότυπο και πρόκειται να ξεκινήσουμε τη δοκιμή της απόδοσής του», δήλωσε στο περιοδικό pv magazine ο Ramin Mehdipour, επικεφαλής συγγραφέας της μελέτης.

Η ερευνητική ομάδα πραγματοποίησε αριθμητική προσομοίωση του συστήματος σε μια κατοικία με εμβαδόν 98 τ.μ., υπό τις καιρικές συνθήκες της βρετανικής πόλης του Nottingham το 2021. «Το μεγαλύτερο πρόβλημα με τις αντλίες θερμότητας αέρα-πηγής (ASHPs) είναι η αδυναμία τους να παρέχουν επαρκή θέρμανση κατά τις ακραίες ψυχρές συνθήκες, κάτι που οδηγεί σε αυξημένη κατανάλωση ηλεκτρικής ενέργειας και ενδεχόμενη επιβάρυνση του ενεργειακού συστήματος», ανέφεραν οι επιστήμονες. «Καινοτόμες λύσεις είναι ζωτικής σημασίας για την υπέρβαση των προκλήσεων στον τομέα της θέρμανσης, και οι αντλίες θερμότητας πηγής πάγου, με την επαναχρησιμοποίηση των αγωγών φυσικού αερίου, προσφέρουν μια ελπιδοφόρα εναλλακτική που συνδυάζει τεχνολογική βιωσιμότητα και περιβαλλοντική ευαισθησία.»

Πώς λειτουργούν οι αντλίες θερμότητας πηγής πάγου

Οι αντλίες θερμότητας πηγής πάγου βασίζονται στην αξιοποίηση της λανθάνουσας θερμότητας που παράγεται όταν το νερό παγώνει σε πάγο. Ψύχουν το νερό μέχρι το σημείο ψύξης με το ψυκτικό υγρό R290 και αξιοποιούν τη θερμότητα που απελευθερώνεται για τη θέρμανση της κατοικίας. Ο παγοπολτός που παράγεται απορρίπτεται στο αποχετευτικό σύστημα ή αποθηκεύεται για χρήση ψύξης κατά τη διάρκεια του καλοκαιριού.

Οι επιστήμονες εξήγησαν επίσης ότι οι θερμοκρασίες του εδάφους κατά τη διάρκεια του χειμώνα είναι υψηλότερες από αυτές του εξωτερικού περιβάλλοντος, παρέχοντας μια σταθερή πηγή θερμότητας. «Το σύστημά μας ευθυγραμμίζεται με τις αρχές των γεωθερμικών αντλιών θερμότητας και μπορεί να θεωρηθεί ως ένα κεντρικό σύστημα αντλίας θερμότητας», δήλωσε ο Mehdipour. «Ενώ άλλες αντλίες θερμότητας παρουσιάζουν μείωση της απόδοσης κατά τις ακραίες ψυχρές συνθήκες, η αντλία θερμότητας πηγής πάγου έχει σχεδιαστεί ειδικά για να λειτουργεί χωρίς διακοπή σε τέτοιες συνθήκες. Επιπλέον, μειώνει σημαντικά τις ενεργειακές ανάγκες για την κυκλοφορία του ρευστού και την κατανάλωση νερού, καθιστώντας την μια κατάλληλη και αποδοτική επιλογή.»

Μετά το σχεδιασμό του συστήματος, η ομάδα ανέπτυξε τις εξισώσεις που το διέπουν βασιζόμενη σε αρχές θερμοδυναμικής και μεταφοράς θερμότητας. Ως αναφορές, σύγκριναν το σύστημα με αντλίες θερμότητας άλλων πηγών θερμότητας, δηλαδή αντλίες που αντλούν θερμότητα από αέρα, έδαφος, νερό λιμνών και ποταμών, νερό αγωγών και λύματα.

Η ανάλυση έδειξε ότι η θερμοκρασία λειτουργίας της αντλίας θερμότητας ευθυγραμμίζεται με εκείνη συστημάτων που χρησιμοποιούν νερό κοντά στο σημείο ψύξης. Ο συντελεστής απόδοσης (COP) της βρέθηκε περίπου στο 4,77. «Το σύστημα μπορεί να μειώσει τη μάζα νερού που απαιτείται για την παροχή ενέργειας έως και κατά 95% όταν χρησιμοποιείται παγοπολτός συγκέντρωσης 70%», ανέφεραν οι επιστήμονες. «Στην πράξη, η αντλία θερμότητας πηγής πάγου απαιτεί περίπου 36,7 φορές μικρότερο όγκο νερού σε σχέση με τα παραδοσιακά συστήματα θέρμανσης για οικιακή χρήση, καθιστώντας την μια εξαιρετικά αποδοτική εναλλακτική.»

Συμπερασματικά, οι ερευνητές δήλωσαν επίσης ότι, παρόλο που άλλες αντλίες θερμότητας μπορεί να αποδίδουν καλύτερα κατά τις εποχές με μέτριες θερμοκρασίες, ενδέχεται να παρουσιάζουν «σημαντικές» μειώσεις στην απόδοση κατά τις χαμηλές θερμοκρασίες, ιδιαίτερα κατά τις περιόδους ακραίου ψύχους. Τα ευρήματά τους παρουσιάστηκαν στη μελέτη «A comparative study on the performance of ice-source heat pumps versus other heat source heat pumps: A case study in the UK», που δημοσιεύθηκε στο Renewable Energy.

Διαβάστε ακόμη