Gli scienziati hanno utilizzato due ventilatori con due piastre nude incollate a rullo per creare una pompa di calore in grado di funzionare in diverse condizioni di temperatura ambiente e radiazione solare. Il sistema ha un coefficiente di prestazione medio giornaliero pari a 3.24.
Un gruppo di ricerca internazionale ha sviluppato una nuova pompa di calore solare-aria a doppia sorgente (SAHP) per applicazioni di riscaldamento dell'acqua.
L’innovazione del sistema risiede nell’utilizzo di un ventilatore che consente la convezione forzata in condizioni di sole parziale e luce diffusa. La convezione forzata, come la convezione naturale nelle normali pompe di calore a doppia sorgente solare-aria, estrae la fonte termica ambientale nel flusso del refrigerante.
“Questo studio contribuisce in modo significativo al progresso della tecnologia SAHP, aprendo la strada a soluzioni di riscaldamento dell’acqua più efficienti e sostenibili in regioni con condizioni ambientali diverse”, ha aggiunto
La pompa di calore a doppia sorgente aria-solare modificata ad espansione diretta (SAHP-MDX) comprende un compressore ermetico rotativo, una valvola di espansione e serpentine del condensatore raffreddate ad acqua sommerse. Il nuovo evaporatore del sistema, progettato per superare i limiti della convezione naturale, è costruito impilando due piastre nude incollate a rullo con una ventola in mezzo.
"L'aria ambiente viene forzata attraverso l'evaporatore a piastra nuda a doppia sorgente in SAHP-MDX da due ventilatori con capacità motorie individuali di 35 W", hanno affermato gli scienziati, sottolineando che il sistema ha un'area del collettore solare di 1.6 m2 e un evaporatore totale superficie di 3.2 m2. “Il compressore ermetico rotativo, con una potenza nominale di ingresso di 910 W e una capacità di riscaldamento di 3,500 W, comprime il vapore refrigerante (R410A).”
La nuova pompa di calore ha tre modalità operative. Uno è il Solar-Air source Natural Mode (SANM) con il quale il sistema può funzionare durante tutto il giorno quando la radiazione solare è maggiore, consentendo all'evaporatore di raccogliere energia solare e calore dall'aria circostante attraverso la convezione naturale.
Anche la modalità forzata (SAFM) della sorgente Solar-Air funziona durante il giorno, ma quando la luce solare non è completamente disponibile, l'evaporatore utilizza la convezione forzata per assorbire il calore dall'aria circostante, nonché l'energia solare. Quando l'insolazione è assente durante il crepuscolo o le ore notturne, il sistema utilizza la modalità forzata Air-Source (AFM), poiché l'evaporatore assorbe solo l'energia termica ambientale dall'aria tramite convezione forzata.
Il nuovo sistema è stato testato nel sud dell’India, durante cinque giorni dell’inverno 2021 e durante altri cinque giorni dell’estate 2022. Aveva cinque cicli di riscaldamento dell’acqua al giorno per provare l’intera gamma di modalità operative. In ogni ciclo doveva riscaldare 300 litri di acqua da una temperatura iniziale di 31 C a quella finale di 50 C.
Secondo i risultati, nella modalità SANM il sistema aveva un coefficiente di prestazione (COP) di 3.62, mentre SAFM e AFM hanno raggiunto rispettivamente 3.37 e 3.05. Il COP giornaliero medio della nuova pompa di calore, durante i cinque cicli di riscaldamento giornalieri, è risultato pari a 3.24. Il tempo medio di riscaldamento per il SANM è stato di 163 minuti, 177 minuti per SAFM e 187 minuti per AFM.
“Nel complesso, il SAHP-MDX proposto supera le pompe di calore a doppia sorgente comparabilmente convenzionali che esistono nella pratica”, ha concluso il gruppo di ricerca. "Può essere utilizzato come valido sostituto per le applicazioni di riscaldamento dell'acqua in ambienti reali con condizioni meteorologiche, temperatura dell'aria ambiente e radiazione solare imprevedibili."
Gli scienziati hanno descritto il sistema nel documento “Utilizzo ottimale della fonte di aria solare di bassa qualità per il riscaldamento dell’acqua con pompa di calore utilizzando un evaporatore a doppia fonte con convezione forzata”, recentemente pubblicato su Comunicazioni internazionali nel trasferimento di calore e di massa. I ricercatori provengono dal Bannari Amman Institute of Technology dell’India, dallo Sri Krishna College of Technology e dalla Sunway University della Malesia.
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Fonte da rivista pv
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