Các nhà khoa học ở Trung Quốc đã phân tích hiệu suất của một hệ thống kết nối hệ thống sưởi ấm bằng máy bơm nhiệt năng lượng mặt trời-không khí với sàn lưu trữ nhiệt bằng cát và phát hiện ra rằng hệ thống này có thể duy trì nhiệt độ trung bình trong nhà là 18,8 độ C, ngay cả khi nhiệt độ ngoài trời dao động từ −18,4 độ C đến 12,3 độ C.
Hình ảnh: somethingforneslls, Unsplash
Các nhà nghiên cứu Trung Quốc đã đề xuất kết hợp máy bơm nhiệt nguồn không khí mặt trời (SASHP) với hệ thống lưu trữ nhiệt dưới sàn cát trong các dự án cải tạo hệ thống sưởi ấm sạch ở nông thôn.
“Ở những vùng nông thôn nơi mà những hạn chế về kinh tế và điều kiện bảo trì là rất quan trọng, vẫn còn thiếu nghiên cứu về việc tích hợp các công nghệ lưu trữ nhiệt tiết kiệm chi phí với các hệ thống SASHP”, nhóm nghiên cứu giải thích. “Hơn nữa, hiệu suất và hiệu quả về chi phí của các hệ thống tích hợp như vậy vẫn chưa được nghiên cứu kỹ lưỡng. Để giải quyết những khoảng trống nghiên cứu đã xác định, bài báo này giới thiệu một hệ thống sàn lưu trữ nhiệt mới sử dụng các cuộn dây chứa cát ổn định, tiết kiệm chi phí, tích hợp với SASHP để sưởi ấm ở nông thôn”.
Các học giả đã tiến hành một loạt các thử nghiệm trong một ngôi nhà thực tế ở vùng nông thôn Nội Mông, Trung Quốc. Tòa nhà nơi lắp đặt hệ thống là một ngôi nhà nông thôn dành cho một gia đình ở Chifeng, Nội Mông. Khu vực này có nguồn năng lượng mặt trời dồi dào vào mùa đông, với nhiệt độ ngoài trời trung bình là -3,4 độ C và nhiệt độ thấp nhất đạt -23,3 độ C. Mùa sưởi ấm kéo dài sáu tháng, từ giữa tháng 10 đến giữa tháng 4.
Hệ thống được lắp đặt bao gồm một bộ thu nhiệt mặt trời (STC), bể chứa nhiệt (TST), ASHP, sàn lưu trữ nhiệt bằng cát (STSF) và máy bơm nước. STSF kết hợp các đường ống với lớp cát dày 200 mm xung quanh lớp cuộn dây. “Khi bức xạ mặt trời đủ, cát hấp thụ một lượng nhiệt đáng kể và giải phóng nhiệt vào phòng. Trong thời gian bức xạ mặt trời không đủ hoặc vào ban đêm, nhiệt được lưu trữ sẽ dần dần giải phóng vào phòng, do đó kéo dài thời gian sưởi ấm bằng năng lượng mặt trời”, họ giải thích.
Hệ thống có bốn chế độ hoạt động. Chế độ 1 dành cho những ngày nắng, cho phép hệ thống hoạt động độc lập với STC để làm nóng TST. Vào những ngày nhiều mây và mưa, hệ thống sử dụng chế độ 2, hoàn toàn dựa vào ASHP để làm nóng TST. Hai chế độ được sử dụng để sưởi ấm bổ sung: ở chế độ 3, STC hoạt động vào ban ngày và ASHP chạy vào ban đêm; trong khi ở chế độ 4, STC hoạt động vào ban ngày và ASHP được kích hoạt vào ban ngày khi bức xạ mặt trời không đủ, nhưng ASHP không hoạt động vào ban đêm.
Hệ thống thử nghiệm được đo trong 9 ngày từ ngày 27 tháng 11 đến ngày 6 tháng 12 năm 2023. “STSF duy trì hiệu quả nhiệt độ trong nhà ổn định ở mức từ 17,4 độ C vào ban đêm và 20,2 độ C vào ban ngày, ngay cả khi nhiệt độ ngoài trời dao động từ - 18,4 độ C đến 12,3 độ C (trung bình -5,5 độ C). Với hệ số hiệu suất trung bình (COP) là 2,6 và ma sát mặt trời (SF) là 50,9%, hệ thống này chứng tỏ là giải pháp khả thi để sưởi ấm ở những vùng nông thôn lạnh giá khắc nghiệt”, các nhà khoa học cho biết.
Sau khi thu thập kết quả, các học giả đã mô hình hóa hệ thống trong TRNSYS và các số liệu xác thực cho thấy hệ thống này "vừa hợp lý vừa đáng tin cậy". Mô phỏng chạy trong toàn bộ sáu tháng của mùa sưởi ấm và chế độ 4 hoạt động tốt hơn chế độ 3. Chế độ 4 có COP là 4,6 và SF là 77,9%, tăng lần lượt 15,9% và 20,3% so với chế độ 3. Ngoài ra, chế độ 4 tiêu thụ ít năng lượng hơn chế độ 3 là 405,2 kWh.
“Chi phí vận hành chịu ảnh hưởng đáng kể bởi các chính sách định giá điện địa phương. Nếu không áp dụng giá đỉnh-thung lũng, chế độ 4 sẽ giảm chi phí vận hành 28% so với chế độ 3, trong khi chi phí vận hành ở chế độ 4 chỉ cao hơn 2,6% so với chế độ 3 có giá đỉnh-thung lũng”, phân tích cho thấy. “Điều này cho thấy việc tối ưu hóa chế độ vận hành theo các chính sách định giá điện địa phương có thể giảm thiểu chi phí vận hành. Đối với các hộ gia đình ở nông thôn, chế độ 3 là lựa chọn kinh tế hơn theo giá đỉnh-thung lũng, trong khi chế độ 4 cung cấp giải pháp bền vững hơn cho việc bảo tồn năng lượng và giảm phát thải theo quan điểm của chính phủ quốc gia”.
Kết quả được trình bày trong “Phân tích hiệu suất của hệ thống sưởi ấm bằng máy bơm nhiệt nguồn không khí mặt trời kết hợp với sàn lưu trữ nhiệt bằng cát ở vùng nông thôn Nội Mông, Trung Quốc,” được công bố trên Tạp chí Nghiên cứu tình huống về Kỹ thuật nhiệt. Nghiên cứu được thực hiện bởi các nhà nghiên cứu từ Đại học Công nghệ Trung Nguyên và Đại học Công nghệ Đại Liên của Trung Quốc.
Nội dung này được bảo vệ bản quyền và không được phép sử dụng lại. Nếu bạn muốn hợp tác với chúng tôi và muốn sử dụng lại một số nội dung của chúng tôi, vui lòng liên hệ: editors@pv-magazine.com.
Mời các đối tác xem hoạt động của Công ty TNHH Pacific Group.
FanPage: https://www.facebook.com/Pacific-Group
YouTube: https://www.youtube.com/@PacificGroupCoLt
