To może być rewolucja na rynku pomp ciepła
Holenderscy naukowcy opracowali pompę ciepłą generującą zarówno ciepłe, jak i zimne powietrze, której praca bazuje na technologii termoakustycznej. Rozwiązanie ma być konkurencyjne w stosunku do konwencjonalnie stosowanych technologii między innymi dzięki swojej prostocie.
Standardowa technologia stosowana w pompach ciepła skupia się na przenoszeniu ciepła poprzez stale toczący się cykl rozprężania i kompresji pary. Wykorzystuje zjawiska parowania i kondensacji czynnika chłodniczego do transportu energii i modulowania temperatury. Ta technologia jest uważana za wydajną, ale tylko do pewnych określonych granic (granicznych punktów kondensacji), poza którymi staje się coraz mniej wydajna.
W tym miejscu pojawia się rozwiązanie opracowane przez Holenderską Organizację Zastosowań Nauki (TNO), a konkretnie jej odłam – firmę Blue Heart Energy, która opracowała pompę ciepła o mocy 6 kW opartą na technologii termoakustycznej. Urządzenie o wymiarach 550 x 550 x 550 mm jest w stanie w sposób bardzo wydajny wytwarzać zarówno ciepłe, jak i zimne powietrze, a jego żywotność ocenia się na 15 lat.
Efekt termoakustyczny
O efekcie termoakustycznym pisali już naukowcy w latach 60. i 70., jednak jego zastosowanie wymaga specyficznego zestawu umiejętności z zakresu mechaniki płynów, akustyki i wymiany ciepła, dlatego do tej pory niewiele słyszy się o urządzeniach wykorzystujących to zjawisko, które byłyby produkowane na wielką skalę.
W generalnym ujęciu praca termoakustycznej pompy ciepła bazuje na odwracalnym zjawisku wytwarzania drgań akustycznych przy wykorzystaniu przepływu ciepła – lub odwrotnie: wywoływaniu przepływu ciepła przy wykorzystaniu drgań akustycznych.
Termoakustyczna pompa ciepła
Badacze z TNO zauważają, że termoakustyczna pompa ciepła bardzo dobrze nadaje się do współpracy z instalacją fotowoltaiczną, która dostarcza energię elektryczną wymaganą do napędzania pompy. Jej główną przewagą nad klasycznie stosowanymi pompami ciepła (np. powietrze-woda) ma być zdolność do osiągania wyższych temperatur na wyjściu bez konieczności stosowania czynników chłodniczych o wyśrubowanych parametrach pracy. Co więcej – samo urządzenie jest prostsze w budowie, a tym samym zmniejsza się ryzyko awarii.
Głównymi elementami akustycznej pompy ciepła są dwa tłoki, które oscylują z częstotliwością 100 Hz w zamkniętym naczyniu ciśnieniowym wypełnionym helem sprężonym pod ciśnieniem 50 barów. Wytwarzana jest fala akustyczna, która przemieszcza ciepło z niższej temperatury do wyższej. Proces przebiega w czterech fazach: rozprężanie (temperatura gazu spada, a gaz w zimnym wymienniku pochłania ciepło), przemieszczanie, sprężanie (temperatura gazu wzrasta, a pochłonięte wcześniej ciepło jest oddawane do ciepłego wymiennika ciepła) i przemieszczanie powrotne.
Obecnie pompa ciepła jest testowana w komorze klimatycznej w Delft w Holandii. Pozwala ona na dokładne odzwierciedlenie określonych warunków klimatycznych i prace nad ulepszeniem sprawności akustycznej pompy ciepła.
Pierwsze testy w realnych warunkach domowych planowane są na 2023 rok.
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.
