Technologia

Jak działa pompa ciepła DUOHEAT

Od bezolejowej sprężarki odśrodkowej po analizę cyklu życia gotowego systemu — inżynieria stojąca za pompą ciepła zbudowaną dla przemysłowych temperatur.

Ponad typowe pompy ciepła

Przełamanie bariery 100 °C

Typowe pompy ciepła wytwarzają ciepło poniżej 100 °C. Wysokotemperaturowe pompy ciepła (HTHP) zostały zaprojektowane, by przełamać tę barierę: wykorzystując niskotemperaturowe ciepło odpadowe i podnosząc jego temperaturę za pomocą czystej energii elektrycznej zamiast spalania paliw, otwierają zastosowania niedostępne dla konwencjonalnych pomp ciepła. DUOHEAT idzie o krok dalej, celując w temperaturę dostarczanego ciepła do 200 °C — osiąganą dzięki dwustopniowej konstrukcji sprężania zamiast pojedynczego stopnia sprężania.

Sprężarka

Serce systemu

Sercem DUOHEAT jest nowatorska, bezolejowa, wysokoobrotowa sprężarka odśrodkowa. Łożyska i uszczelnienia niewymagające oleju redukują straty energii, upraszczają obsługę i eliminują ryzyko wycieku substancji szkodliwych dla środowiska. Konstrukcja sprężarki ma bezpośredni wpływ na sprawność całego systemu oraz na to, czy osiągnie on docelowe parametry temperaturowe.

Wirnik sprężarki odśrodkowej zamontowany w niebieskiej obudowie dyfuzora
Wirnik sprężarki odśrodkowej — prace badawcze nad maszynami przepływowymi.
Wirnik sprężarki odśrodkowej zamontowany w czerwonej obudowie dyfuzora
Wirnik sprężarki odśrodkowej — prace badawcze nad maszynami przepływowymi.
Obrobiona obudowa sprężarki z wirnikiem, na stole warsztatowym obok innych komponentów
Wirnik sprężarki odśrodkowej — prace badawcze nad maszynami przepływowymi.

Te fotografie ilustrują rodzaj maszyn wykorzystywanych w badaniach nad maszynami przepływowymi i nie są zdjęciami samej sprężarki DUOHEAT; rzeczywiste zdjęcia sprzętu DUOHEAT zastąpią je, gdy projekt wytworzy własne komponenty.

Wymienniki ciepła

Dobór wymienników do wymagającego obiegu

Wymienniki ciepła systemu są projektowane i dobierane przez Akademię Górniczo-Hutniczą w Krakowie, wraz z budową i optymalizacją górnego źródła ciepła. Zespół wykorzystuje symulacje obliczeniowej mechaniki płynów (CFD) oraz metody optymalizacji metamodelowej do wygenerowania serii optymalnych wariantów konstrukcyjnych — prace bezpośrednio przyczyniające się do rozwoju wysokosprawnych wymienników ciepła, kluczowego wymogu instalacji wysokotemperaturowych pomp ciepła.

Czynnik roboczy

Wybór czynnika, który działa — i nie szkodzi środowisku

Dobór czynnika roboczego krążącego w pompie i przenoszącego jej energię jest kluczowym elementem badań. Celem projektu jest czynnik naturalny i organiczny, a nie taki, który mógłby negatywnie oddziaływać na środowisko. Wybór właściwego czynnika oznacza wyważenie jego właściwości termodynamicznych względem bezpieczeństwa i wpływu na środowisko.

Modelowanie i testy

Od symulacji do demonstratora

Rozwój łączy modelowanie termodynamiczne, symulacje numeryczne i optymalizację wielokryterialną — ważącą razem czynniki ekonomiczne i środowiskowe — w celu wyznaczenia najlepszych parametrów pracy, geometrii sprężarki i konstrukcji wymiennika ciepła. Program badawczy obejmuje sprężarkę, wymienniki ciepła, dobór czynnika chłodniczego, przemiany fazowe i przepływy dwufazowe, przy czym prace eksperymentalne walidują modele teoretyczne i przekazują dalsze udoskonalenia z powrotem do procesu projektowego.

Efektem tych prac jest demonstrator technologii, testowany w warunkach przemysłowych, wraz z modelem diagnostycznym instalacji oraz pełną analizą cyklu życia (LCA) oceniającą wpływ urządzenia na środowisko w całym okresie eksploatacji.