Termoakustyczna pompa ciepła dla domów

Eksperci z Chińskiej Akademii Nauk opracowali termoakustyczną pompę ciepła, która ma znaleźć zastosowanie w warunkach domowych. Jak zapewniają, system jest bezawaryjny i prosty w budowie.

Technologia termoakustyczna może być wykorzystana do ogrzewania, chłodzenia lub generowania energii elektrycznej. Jej zaletą jest brak negatywnego wpływu na środowisko dzięki zastosowaniu odpowiedniego gazu roboczego, a także – w większości przypadków – prostota urządzeń, które tę technologię wykorzystują. Ponadto termoakustyczne pompy ciepła nie mają ruchomych części mechanicznych, co znacząco wydłuża ich żywotność i zmniejsza koszty serwisowania.

W swojej pracy naukowej międzynarodowy zespół badaczy z Chińskiej Akademii Nauk wspomina, że do tej pory wadą termoakustycznych pomp ciepła był brak możliwości ich wdrożenia w warunkach domowych. Wynikało to z mimo wszystko zbyt skomplikowanej budowy, a przede wszystkim z tego, że wymagały one źródeł ciepła o wysokiej temperaturze – powyżej 900 K (około 623 st. C).

REKLAMA

Rozwiązanie dla gospodarstw domowych

Wydaje się jednak, że coś drgnęło w rozwoju akustycznych pomp ciepła do zastosowań domowych. Chińscy naukowcy opracowali odpowiedni system i opisali go w swoim artykule. Ich pompa ciepła wykorzystuje ciepło odpadowe o temperaturze od 260 do 310 K (od -13 do 36 st. C).

System składa się z jednostki silnika, pompy ciepła oraz rezonatora gazu w pętli. W skład jednostki silnika wchodzą: wymiennik ciepła z radiatorem (SHXe), regenerator (REGe), wysokotemperaturowy wymiennik ciepła (HHXe) i termiczna rura buforowa (TBTe). Chłodnica z kolei składa się z wymiennika ciepła z radiatorem (SHXh), regeneratora (REGh), wymiennika ciepła będącego źródłem ciepła (HSHXh) oraz termicznej rury buforowej (TBTh).

Działanie systemu

Badacze opisują w swoim artykule sposób działania ich termoakustycznej pompy ciepła. Na początku rozpoczyna się samowzbudna oscylacja termoakustyczna – zamiana ciepła na moc akustyczną następuje, gdy osiowy gradient temperatury (różnica temperatur między dwoma punktami znajdującymi się wzdłuż jednej osi) generowany w regeneratorze silnika przekroczy wartość krytyczną. Wzmocniona moc akustyczna jest wykorzystywana do napędzania jednostki pompy ciepła w celu pompowania ciepła ze źródła ciepła do radiatora.

REKLAMA

W pracy czytamy, że proponowany system może uzyskać moc grzewczą 5,7 kW i współczynnik COP na poziomie 1,40 w warunkach nominalnych. W zakresie ekonomii rozwiązania termoakustyczna pompa ciepła mogłaby przynieść roczne oszczędności – z uwagi na redukcję paliwa i kosztów energii konwencjonalnej – w wysokości 675 dolarów. Według wyliczeń system może zredukować emisję CO2 na poziomie 3,72 t/rok. Szczegółowe wyniki badań zostały opublikowane w czasopiśmie „Energy Proceedings”.

Termoakustyczna pompa ciepła od Holendrów

Pod koniec 2022 roku holenderska firma Blue Heart Energy informowała o opracowaniu pompy ciepła bazującej na technologii termoakustycznej. Moc urządzenia wynosi 6 kW, a jego wymiary to 550 x 550 x 550 mm. Opracowana przez Holendrów pompa jest w stanie w sposób wydajny wytwarzać zarówno ciepłe, jak i zimne powietrze. Jej żywotność ocenia się na 15 lat.

W przypadku pompy ciepła Blue Heart Energy głównymi elementami urządzenia są dwa tłoki, które oscylują z częstotliwością 100 Hz w zamkniętym naczyniu ciśnieniowym wypełnionym helem sprężonym pod ciśnieniem 50 barów.

Pod koniec ubiegłego roku wiadomo było, że system testowany był w komorze klimatycznej w Delft w Holandii. Teraz producent podaje, że w 2023 roku ma się zakończyć optymalizacja prototypu, a w 2024 roku pierwsza seria produktów ma być zaprezentowana szerszemu gronu odbiorców.