Chińczycy opracowali termoakustyczną pompę ciepła do temperatur powyżej 200 st.
Badacze widzą w tej technologii potencjał dla dekarbonizacji wysokotemperaturowych procesów przemysłowych, m.in. w petrochemii, hutnictwie i przemyśle ceramicznym. Technologia termoakustycznych pomp ciepła znajduje zastosowanie także w domach.
Naukowcy z Chińskiej Akademii Nauk opracowali prototyp termoakustycznej pompy ciepła Stirlinga, zdolnej do dostarczania ciepła w temperaturach przekraczających 200 st. C, co otwiera drogę do dekarbonizacji procesów wysokotemperaturowych w przemyśle ciężkim. Urządzenie wykorzystuje fale akustyczne w zamkniętej pętli gazowej zamiast klasycznego sprężarki, co pozwala ograniczyć liczbę ruchomych części i poprawić niezawodność.
Zadowalające wyniki testów
Opracowany z Chińskiej Akademii Nauksystem to podwójnie działająca (double-acting), wolnotłokowa termoakustyczna pompa Stirlinga z możliwością dwukierunkowej regulacji przepływu mocy. Kluczowe jest tu sterowanie relacją fazową między tłokami akustycznymi: przejście z trybu „wyprzedzającego” do „opóźnionego” pozwala pokonać ograniczenia klasycznych sprężarek, wynikające z bardzo wysokiej temperatury pracy, i osiągnąć temperatury zasilania przekraczające 200 st. C. Zastosowany układ czterech cylindrów zwiększa gęstość mocy całego systemu, co poprawia jego przydatność w zastosowaniach przemysłowych.
W doświadczeniach prototyp wykazał zdolność do podnoszenia temperatury z 25 do 166 st. C. W zakresie różnicy temperatur 74 st. C (od 45 do 119 st. C) system osiągnął maksymalny współczynnik wydajności COP równy 1,68, co jak na tak wysokie poziomy temperatur jest wynikiem istotnym z punktu widzenia efektywności energetycznej. Przy temperaturze otoczenia 67 st. C pompa dostarczała temperaturę zasilania 214 st. C, a odpowiadający temu COP wyniósł 1,5, przy względnej sprawności względem obiegu Carnota na poziomie 45,2 proc. Jak podkreślają badacze, wyniki te potwierdzają przydatność opracowanego układu do zastosowań, w których wymagane są duże skoki temperatury i stabilna praca w warunkach wysokich obciążeń termicznych.
Zespół badawczy widzi potencjał tej technologii przede wszystkim w wysokotemperaturowych pompach ciepła dla przemysłu – wszędzie tam, gdzie dotąd dominowały paliwa kopalne: w sektorze petrochemicznym, hutnictwie, przemyśle ceramicznym i innych procesach wymagających gorących mediów roboczych. Autorzy podsumowują, że przedstawiony system oferuje unikalne korzyści w osiąganiu dużych podbić temperatury i zasilania powyżej 200 st. C, co może stać się ważnym elementem ścieżki do zeroemisyjnego ogrzewania procesowego w ciężkim przemyśle.
Termoakustyczne pompy ciepła dla domów
Dynamika rozwoju termoakustyki nie ogranicza się jednak do laboratoriów przemysłowych i wysokotemperaturowych pomp ciepła dla hutnictwa czy petrochemii. Równolegle technologia ta coraz śmielej wchodzi do segmentu domowych systemów ogrzewania i chłodzenia, czego przykładem jest współpraca amerykańskiej firmy Copeland z holenderskim startupem BlueHeart Energy.
BlueHeart rozwija własną koncepcję termoakustycznej pompy ciepła opartej na tzw. BlueHeart Engine – jednostce pracującej w uszczelnionym obwodzie wypełnionym helem, w którym dwa tłoki, pracujące z tą samą częstotliwością, generują falę ciśnienia przesuwającą się przez dwa wymienniki ciepła oddzielone regeneratorem. W jednym punkcie hel rozszerza się i schładza, pobierając ciepło ze źródła, w drugim jest sprężany i ogrzewany, oddając energię do instalacji grzewczej. Brak klasycznych ruchomych części mechanicznych przekłada się na cichą pracę, wysoką trwałość i redukcję ryzyka wycieków, a jednocześnie eliminuje konieczność stosowania konwencjonalnych czynników chłodniczych.
BlueHeart podkreśla, że ich system może pracować w szerokim zakresie temperatur zewnętrznych (od około −20 do 50 st. C), być dostosowany do różnych źródeł ciepła (powietrze, grunt, sieci niskotemperaturowe) oraz łatwo integrować się z istniejącą infrastrukturą grzewczą, co czyni termoakustykę realnym konkurentem dla klasycznych pomp ciepła także w skali gospodarstw domowych.
Więcej na temat prototypu pompy ciepła opracowanej przez naukowców z Chińskiej Akademii Nauk można przeczytać w artykule naukowym pt.: “A ultra-high-temperature free-piston thermoacoustic Stirling heat pump capable of achieving above 200 st. C” opublikowanym w czasopiśmie Applied Physics Letters.
Radosław Błoński
redakcja@gramwzielone.pl
© Materiał chroniony prawem autorskim. Wszelkie prawa zastrzeżone. Dalsze rozpowszechnianie artykułu tylko za zgodą wydawcy Gramwzielone.pl Sp. z o.o.
Pompa ciepła od chińczyków? Mało wam aut? Te chińskie firmy niedługo zbankrutują lub po prostu się zwiną. Zero serwisu.
pompy to dziadostwo jakiego świat widzi nabijanie w butelkę ciąg dalszy generalnie rzecz biorąc wariatkowo po co mi pompa która generuje takie koszty zużycia że głowa boli co innego mówią a co innego jest oszust oszusta goni i tak w każdej dziedzinie prawie jak mówię temu stanowcze Nie
to wszystko co mówią dla ludzi zero emisyjność neutralność klimatyczna do 2025 itd to do LS naiwnych debilów takiej głupoty jak teraz to co się dzieje w tej kwestii to chyba nie było jeszcze pogłupieli mózgu powypslało tym rządzącym takie oszustwo kslmia totalnie jak z nut z uśmiechem na twarzy i jeszcze mówią że to dobre kupujta ludzie bovto dobre żenujące pogardą nie ma granic cynizm idzie w parze z paserstwem aby dorobić się
Do Ars Nova – człowieku zdejmij ten aluminiowy beret.
Pompa ciepła?A ciepło niby skąd?
Pamiętam forum które nazywało się bodaj „śfinia”. Zostało zaatakowane przez psychola, który przybrał nick 'krowa’. Nie szło się go pozbyć. Wszędzie zostawiał krowie placki. Admin był całkiem bezradny 🙂
Jeszcz tylko ogniwo termoelektryczne przerabiające te 200stC na energię elektryczną i ło panie najuszanowniejszy… 🙂
Pojęcia nie masz o czym piszesz. Jestem instalatorem między innymi pomp ciepła. Pompy są świetnym rozwiązaniem ale nie do każdego budynku i nie do każdej instalacji C.O. czasami trzeba wykonać gruntowną modernizację. Problemem nie są urządzenia tylko to jak się je sprzedaje, dobiera i często źle instaluje. To samo można powiedzieć o piecach na pelet. Kopciuch to wysokotemperaturowe źródło ciepła które źle montowane i tak grzało poprostu zużywając więcej paliwa
Pompa ciepła hti Lazar grzeje około 250 m (2) w sezonie i całorocznie ogrzewa CWU dla 4 osób zużywając około 6000 kWh rocznie. Przy pV na starych zasadach ( 9,98 kW ) na dachu rachunki za prąd to około 400 zł rocznie (głownie opłata mocowa ). Dom może nie pasywny, ale energooszczędny na pewno. Wczoraj, czyli 24.12 wzięła 35 kWh w całą dobę przy temperaturze -7 st. C w nocy i -3 st. C w ciągu dnia.
W nocy od 0.00 do 5.00 dziś, czyli 25.12. „zjadła” 8 kWh utrzymując temperaturę 22 st. C. Instalacja na grzejnikach purmo w ilości nieco przewymiarowanej w stosunku do np. instalacji współpracującej z kopciuchem.
Przekrojowo, przeciętnie (statystycznie) mamy ciekawy stan faktyczny – 70% pomp ciepła zostało źle dobranych (30% dobrze). Z tych 30% dobrze dobranych pomp 40% dotknęły błędy wykonawcze. Należy zadać zasadnicze pytanie – czy to Klient jest odpowiedzialny za źle wykonane zadania projektanta+wykonawcy? Odpowiedź na to pytanie wydaje się oczywista…… Niezależnie od zagadnienia odpowiedzialności – wróćmy do statystyki. Wynika z niej, że niecałe 20% dotychczas używanych PC dobrano właściwie i zainstalowano bez istotnych błędów. Czy zatem ogólne odczucia rynku z niespełna 20% dobrze wykonanych a kosztownych inwestycji mogą być pozytywne? Mam wątpliwości. Wygląda na to, że mamy wśród ludzi zajmujących się tymi urządzeniami mix (lub jak kto woli iloczyn) złodziei wzmocniony przez partaczy. Wątpię by więcej jak 5% Klientów umiało samodzielnie wyłapać, że weszli w kontakt z powyższymi. Wnioski? Wydaje się, że potrzebna jest grupa ekspercko-rzeczoznawcza plus wyspecjalizowane i technicznie wykształcone (wyedukowane) Sądy oraz zmiana w Kodeksie cywilnym w kierunku wzmocnienia odpowiedzialności wykonawcy za wadliwie wykonane dzieło z modyfikacją dzisiejszego przepisu o wykonaniu zastępczym na koszt wykonawcy nie rzetelnego.
Niezależnie od powyższego – PC są jedyną bez spalania formą sprzętu do ogrzewania naszych domów. Jednak 60% mieszkań w Polsce ulokowane jest w NIE ocieplonych lub skrajnie nie dostatecznie ocieplonych budynkach zatem wyzwanie jest podwójne tak kosztowo jak wykonawczo. Jestem przekonany, że PC powinny być instalowane: a) wyłącznie w budynkach o standardzie minimum NF40;b) wyłącznie w tandemie (w połączeniu) z wysoko temperaturowymi skalnymi magazynami ciepła oraz w układach odzysknicowych z kogeneratorem współpracującym z ESS+ PV gdzie szczytowo lub rezerwowi – będą spalane paliwa (niekoniecznie kopalne) ,przykładowo wodór pozyskany z amoniaku rozbijanego na bieżąco na potrzeby takiego napędu. Artykuł komentowany traktuje o osiągnięciu zdolności w podniesieniu temperatur ośrodka ciepła 70 stopni do 200 stopni co znakomicie odpowiada parametrom kogeneratorów w zakresie podniesienia ich (dzisiejszej) sprawności dzięki sprawniejszemu odzyskaniu ciepła spalania. Większość tutaj komentujących nie zrozumiała znaczenia opisywanych rozwiązań, które (ja zazwyczaj) będą trudne do zastosowania w mikroskali (poniżej 60kW).